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国际地球参考框架(ITRF)原点和尺度问题是高精度ITRF建立、维持和应用的重要研究课题之一。目前ITRF的原点和尺度基准存在理论定义和具体实现的不一致性,将会严重影响毫米级ITRF的构建。因此,ITRF的这种不一致性问题的弄清和解决,已成为当前地学界的重要研究课题。 目前,最新的国际地球参考框架ITRF2008存在如下问题:1)ITRF2008不是毫米级ITRF;2)ITRF原点既不是整个地球的质量中心(CM),也不是地球的形状中心(CF);3)在引力相对论意义下,ITRF的尺度并不是一个均匀的尺度系统。这些问题起因于建立和维持ITRF中的线性化假设。ITRF构建的线性化假设,导致目前的地球参考框架只能是厘米级,并不能满足当前毫米级地壳运动和地球环境的监测和研究的需要。因此,毫米级地球参考框架的构建必须实现从线性到非线性的跨越。 为了解决ITRF2008的原点和尺度因子存在的上述问题,本文首先阐述了ITRF原点及尺度因子定义及其本质,然后指出了ITRF2008的原点运动包含了地心的线性运动,但不包含地心的非线性运动,因此ITRF2008的原点与地球质心之间的差别实际上就是地心的非线性运动,而这种非线性运动(主要是季节性变化)主要是由整体地表流体质量负载变化引起的。最后说明了ITRF2008的尺度相对于国际SLR服务(ILRS)和国际VLBI服务(IVS)的尺度也存在类似的以季节性变化为主的非线性运动,由此导致ITRF2008的尺度在引力相对论意义下并不是一个均匀的尺度系统。 为了解决ITRF2008在原点和尺度基准上存在的上述问题,本文利用国际SLR服务(ILRS)提供的1993-2011年的ILRSA的全球92个SLR基准站的站坐标时间序列和国际VLBI服务(IVS)提供的1980-2009年全球113个VLBI基准站的站坐标时间序列,采用网移动法生成了目前国际上时间最长、精度最高的地心运动和尺度因子变化的时间序列。利用傅里叶分析和小波分析的方法对地心运动和尺度因子时间序列的非线性变化特征进行了详细的分析。结果分析表明,地心运动和尺度变化主要呈现季节性变化,且有一定的长周期变化。季节性变化以周年运动为主,半年运动的振幅甚小,不同的年份其周年和半年运动的振幅和相位都有一定的变化。通过最小二乘法求得,地心运动在X、Y和Z方向上的周年项振幅分别为2.5±0.3、3.2±0.2和5.2±0.5 mm,相应的相位为216.5±5.2、310.5±2.2和253.2±1.7 degree。ILRSA尺度和IVS尺度变化的周年振幅分别为1.5±0.3 mm和2.1±0.3mm,相应的相位为221.0±7.4 mm和217.5±7.7 degree。 本文给出的地心周年运动和尺度周年变化的振幅和相位结果,较好地解释和解决了目前ITRF在原点和尺度基准上存在的问题,为建立毫米级的地球参考框架作出了一定的贡献。