地球大气中的水汽的变化影响着整个天气系统的变化，鉴于常规水汽监测手段的不足严重制约了对水汽的时变特性和空间分布的规律探测，地基GPS作为新型的大气探测手段具有时空分辨率高、探测精度高、成本低、不受天气状况影响、无需标定、简捷方便等优势已经逐步成为常规探测手段的有力补充。但是，作为大地测量学与大气科学的交叉学科，地基GPS气象学还有诸如高精度获取可降水量、基于GPS斜路径水汽反演水汽分布特征、高精度水汽层析算法等关键技术问题有待进一步细化和研究。本论文从实际应用的角度出发，全面探讨了利用地基GPS探测水汽技术高精度的获得可降水量PWV、对流层模型、GPS斜路径水汽SWV、层析水汽空间分布等技术问题，本文的主要研究内容如下：1、从地基GPS探测水汽的原理出发，系统阐述了大气可降水量PWV的获取方法，分析了大气可降水量的影响因素，最后结合实测探空数据对GPS-PWV进行了验证；2、详细介绍了常用对流层延迟改正模型，对各个对流层模型进行了深入剖析及对比分析，为建立局部及全球对流层模型提供重要参考；3、对两种获取对流层可降水量的模式进行对比分析，探讨了利用精密单点定位模式进行水汽空间分布反演的方法，并用其分析了降水过程中的可降水量变化规律，利用单GPS站斜路径上的水汽分布反演了香港地区暴雨期间的水汽变化规律，证明了利用区域地基GPS观测网中倾斜路径水汽可有效探测不同方位上水汽的分布和变化。4、对地基GPS层析水汽空间分布的常用算法进行了分析探讨，采用基于抗差方差分量估计的方法解决了附加约束条件层析算法中的定权问题，改善并提高了层析产品的精度，并利用香港地区地基GPS监测网的数据验证了该算法的有效性。