环境侵蚀、材料老化和各种动静力荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等不利因素都会导致结构的损伤累积和抗力衰减，极端情况下更会引起灾难性的突发事件，造成恶劣的社会影响。GPS监测技术，因其具有高效、快速、全自动、全天候和高精度等优越性能而成为大型土木工程结构变形监测的首选。本文针对基于GPS技术的结构健康监测中的一些关键技术进行了以下几个方面的理论与试验研究： (1) 研究了高柔大跨结构的控制荷载—风荷载。将静态离散小波变换引入到脉动风速的分析中，解决了传统离散小波变换系数因下采样造成样本过少而无法统计分析的缺陷。通过对实测风速与用传统的谐波叠加法得到的模拟风速的小波系数进行统计对比分析，证实了传统模拟方法不能反映湍流的间歇性及局部自相似性。采用连续小波变换对风速和风压进行了小波量图与小波相干分析，分析了它们的瞬时时频特性关系，针对小波相干分析中由于噪声引起的伪相干现象建立了基于蒙特卡罗的统计显著性水平估计方法，有效地分离出了真实相干成分。推导出了小波系数的能量与目标风速谱的关系式，利用对数泊松模型来产生各尺度的小波系数，通过对小波系数进行多尺度重构，建立了基于静态离散小波逆变换的脉动风速模拟方法。结果表明，本文方法得到的风速统计特征符合假定条件，且由于静态离散小波逆变换避免了传统离散小波逆变换所必需的上采样，减少了模拟的工作量。 (2) 提出了一种基于自适应噪声抵消与小波滤波相结合的GPS多路径误差抑制方法。该方法考虑了噪声的频带分布特征，对于低频且具有日相关性的多路径信号，采用自适应噪声抵消进行消除；对于不相关的高频噪声，则通过小波多分辨率分解，对作用阈值后的小波系数进行重构，最终得到真实的变形信号。设计了相应的滤波器与验证试验，实测数据分析结果表明，这种联合消噪方法比单一滤波方式更加合理有效。 (3) 提出了一种基于小波与神经网络的GPS周跳探测与修复两步法。试验结果表明，这种方法对双差模型可准确探测出0.5周以上的周跳；对比研究了简单的线性网络与较复杂的改进的BP网络对周跳修复的能力，发现两种网络对1周以上的周跳均能进行有效地修复，且该方法只需使用载波相位观测值，不需要载波相位变化率值，较传统的多项式拟和法更具实用价值。 (4) 研究了基于小波脊与小波骨架的结构模态参数识别方法，针对小波变换中遇到的边端效应问题，提出了基于ARMA模型的预测延拓的方法，通过对用随机减量法提取出的结构自由振动信号进行建模、延拓，将预测出的信号赋予原信号的两端，使得小波变换在原信号两端不完整的小波系数位于预测出的信号中，有效地保护了原始信号，