本论文主要包括微波/毫米波被动大气遥感的三个方面的内容：微波/毫米波大气探测机理研究、被动微波遥感探测系统实现及其定标理论和方法研究、微波/毫米波大气参数反演理论研究与误差分析。　　 微波/毫米波大气探测机理研究包括三部分内容：大气辐射传输理论、大气辐射吸收和散射理论及大气温湿度探测理论。大气微波辐射传输理论反映的是大气与宇宙冷空背景的联合作用构成微波辐射计的响应信号，根据大气探测理论，从这个信号中反演大气温湿度廓线以及积分水汽和云液态水等参数。由于在大气传播中微波/毫米波受到大气的衰减和散射以及大气自身的辐射，因此，大气的作用主要表现为由于大气吸收引起的衰减，大气自身的辐射以及由于雨滴或云液态水颗粒引起的散射三部分。本论文全面对比了目前存在的几种大气吸收系数模式，并利用探空数据，提取大气参数信息，仿真大气亮温值，与实测值进行对比，建立最优大气吸收模式组合。　　 针对宽带地基多通道被动微波大气探测系统，论文详细分析了系统的关键技术：双频独立配置的天馈系统，射频超外差中频功分多路接收机和利用噪声注入实现的非线性定标校正技术，进而分析了系统测试结果，如灵敏度、非线性误差、噪声温度、噪声系数、系统稳定性等。　　 多通道微波/毫米波大气探测定标技术是数据定量化应用的基础，是获得高质量数据的依据和保障。针对地基多通道微波/毫米波大气探测系统没有宇宙冷空背景作为冷源的特点，论文在传统两点定标的基础上，提出多点非线性定标校正方法，通过周期性地注入噪声，实现多个不同等效噪声温度的亮温值，校正系统的非线性因子，即重新确定非线性定标曲线，并进行非线性误差校正。针对频率20-30GHz K波段水汽通道，采用大气定标法校正绝对定标系数误差，详述其使用的限制条件和定标过程，并对液氮定标方法和大气定标法进行对比和验证。　　 大气温湿度廓线反演算法主要包括线性统计(线性回归和D矩阵)和非线性统计(神经网络和牛顿迭代)方法，论文系统对比了四种方法的反演性能及其各自优缺点，针对地基多通道微波/毫米波大气探测系统实测数据，反演大气温湿度廓线，并与国外同类产品的探测结果进行对比。针对大气积分水汽含量和云液态水含量，本文在传统线性统计的基础上，提出四种改进的统计方法，结果表明，四种方法均能不同程度的提高反演性能。　　 针对星载多通道微波/毫米波辐射计实测亮温数据，分析其全球分布特点及其在异常天气中的作用。分别选取不同经纬度及地表类型的3个地区，利用改进的神经网络算法，反演大气温湿度廓线，并分析不同经纬度地区的反演性能，以及北极地区一年四个季节大气温湿度廓线反演性能的特点，并与国外同类产品(AMSU-A/B)的反演结果进行对比。　　 最后，鉴于地基和星载微波/毫米波大气探测系统观测几何及大气参数反演的特点，联合时空匹配的星载微波温/湿度计数据，反演大气温湿度廓线。结果证明，联合地基和星载微波/毫米波探测系统观测数据，克服各自观测的缺点，能全面提高大气温湿度廓线的水平和垂直分辨率。同时，深入探讨了地基多通道微波/毫米波大气探测系统通道数目及带宽选择对反演大气参数准确度的影响，以及118.75GHz附近频率通道对星载多通道微波湿度计大气参数反演性能的影响，折中考虑硬件实现和反演算法，为更高性能微波/毫米波辐射计的设计和实现奠定理论基础。　　 本论文是以系统地分析被动微波/毫米波大气温湿度探测理论为基础，探讨了微波/毫米波被动遥感探测的定标理论和反演模型，并与探空数据及国外同类产品进行对比与分析，并分析通道及带宽与系统性能的密切关系，为设计和实现多通道微波/毫米波大气探测系统提供理论基础。同时，联合地基和星载微波辐射计两种不同平台探测手段，提高了大气参数反演性能，为改善数值天气预报可靠性提供了新的途径。