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本发明公开基于低轨卫星星地链路信息的大气水汽反演方法及系统，涉及大气遥感与卫星通信交叉技术领域。所述方法包括：采集星地通信链路的物理层信息及辅助信息；进行数据预处理与质量筛选，得到有效物理层信息和有效辅助信息；进行高程角归一化补偿，得到多频点测量数据；利用不同频点测量值的频散特性差异处理所述多频点测量数据，输出分离后的水汽贡献分量；采用物理模型与数据驱动模型混合的反演模型，将分析后的水汽贡献分量映射为传播路径上的水汽含量，输出反演结果。本发明完全复用现有低轨卫星通信系统已有的物理层测量数据，无需增加任何专用气象探测载荷或地面接收设备，可广泛应用于普通卫星通信终端。