天文大地测量通过观测恒星等自然天体的位置来确定地面点的位置以及至地面某一目标的方位角,是大地测量的主要技术手段之一,应用于空间基准建立、航天测控、远程精导武器发射、惯导设备标定、垂线偏差确定及工程测量等领域。传统的天文大地测量方法主要适用于北半球中纬度地区;测量设备主要是光学经纬仪,需人工观测,效率很低。近年来,随着数字天顶仪、视频经纬仪等新型测量系统的研制成功,天文大地测量技术已开始向自动观测转型,但定位定向观测和数据处理模型基本上仍采用的是传统方法,不能满足在全球范围内进行快速高效和高精度的测量。为了实现任意地区快速天文定位定向,解决复杂环境下只有部分星可见时的天文大地测量难题,本文基于自动测量技术能在短时间内获得全天区大量天文观测数据的特点,引入相关变量回归分析理论,提出了多种新的天文大地测量方法,并进行了深入系统的理论研究和大量的野外实际测量实验验证。论文主要研究内容及创新点如下:（1）首次在天文大地测量数据处理中引入相关变量回归分析方法,构建了天文大地测量数据回归分析仿真平台;在实测数据处理中,对回归方法进行了拓展,提出了两步回归法、平行回归法和零值分位回归法。（2）提出观测多颗近似中天星实现定位定向的新方法,采用高度差平行回归法测定纬度,采用多星中天时角法测定经度和方位角。在低纬度地区实测36颗任意高度近似中天星数据,定位精度优于±0.5″,定向精度优于±0.25″,满足高等级天文大地测量精度指标要求。与经典的北极星任意时角法相比,定向测量前不需要进行精密天文定位,1个一等天文方位角的观测用时由至少2天时间缩短到2小时以内,将精密天文定向测量的作业范围由北半球中纬度地区扩展至全球任何地区。（3）针对只有北天区星可见时的观测条件,提出了多颗近似大距星同步定位定向方法。传统大距星对法只能精确定向,且需要已知测站精确坐标;新方法不需要按照天体赤纬和大距时刻进行配对观测,通过观测多颗近似大距星的天顶距和水平角数据即可实现定位定向,选星条件从星位角严格在90°扩展到87°～92°,同等时间内可观测星数增加1倍以上。（4）基于自动观测可同时获取近似等高星天顶距和水平角的特点,在数据处理中提出了方位角零值分位回归法实现同步定位定向。依据测站纬度和天顶距确定零值分位数进行分位回归,观测40颗近似等高星,定位精度优于±0.3″,定向精度优于±0.5″,与普通回归方法相比计算精度提高30%。自动观测与人工观测相比,天顶距观测精度提高33%,水平角观测精度提高52%,观测效率提高1倍以上。（5）通过增加回归参数,将近似中天、卯酉和等高星数据回归处理方法适用范围扩展至全天区,建立了观测多颗任意星实现精密定位定向的多元回归模型。针对任意星观测精度不一致、高度和方位分布不均匀所引起的数据处理结果不稳健问题,提出了按方位角装箱的非参数—参数两步回归法,有效提高了成果的稳健性。（6）采用多种型号的全站仪作为观测仪器,对本文所提出的新方法进行了大量的实际测量实验,与传统测量方法相比,新方法的计算结果准确可靠,能够满足不同地域各种复杂环境的测量需求。