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随着各类空间大地测量技术的迅猛发展,以及为了满足人类生产生活中对位置精度的更高要求,毫米级地球参考框架正逐步地建立并应用于大地测量领域中。由于测站的非线性运动是测站真实运动的反映,因此通过建立统计改正模型,研究测站的非线性运动机制来削弱测站的非线性运动,是维持与精化毫米级地球参考框架的重要手段。本文主要围绕构建全球GPS测站坐标非线性变化的统计改正模型以及非线性变化作用机制展开研究,论文的主要工作与结论如下:1.从时间序列插值与拟合的角度介绍了目前处理效果较好的数据预处理方法,其次说明了目前最准确高效的周期项探测手段——频谱分析,最后根据谐波分析的思想,推导得出了基于最小二乘拟合的周期项参数提取方法。2.利用频谱分析的方法探测并统计了全球范围内461个测站三维方向的周期项,结果显示周年项普遍存在于所有测站三维方向坐标时间序列中;发现了三维周年振幅随纬度增加呈现先增大后减小的规律,南北半球测站的三维周年初始相位随纬度的增加呈现了相反的变化规律,其中南北半球中纬度测站三维初始相位相差约180度,并拟合得出了GPS测站三维方向周年振幅与初始相位的全球分布规律函数。3.首次构建了基于分布规律函数的全球GPS测站三维周年变化统计改正模型,并引入模型改正比例、剩余残差比例两个参数评价了模型对测站坐标残差的改正效果。结果显示,建立的三维周年变化统计改正模型能削弱全球多数GPS测站N、E、U方向30%~50%的坐标残差。4.研究了季节性温度效应、高阶电离层延迟与GPS系统性误差中的天线相位中心偏差对GPS测站非线性变化的影响机制。结果显示:(1)季节性温度变化会导致测站三维方向的周年与半周年运动,可分解释测站三维方向10%~20%的周年变化;(2)高阶电离层延迟会导致低纬测站N方向周年与U方向半年运动、中纬测站U方向周年与N方向半年运动、高纬测站E方向1.4周年以及U方向的周年运动,高阶电离层延迟可解释测站三维方向30%~35%的周年变化,以及23%~27%的半周年变化;(3)天线相位中心偏差可解释测站三维方向20%~30%的GPS系统性误差,天线相位中心偏差可能是造成全球GPS测站N、E、U方向周年、U方向半周年、与中低纬度测站N方向半周年运动的原因之一。