围绕地球参考框架建立与维持关键技术展开研究,涉及基准约束及其影响、组合模型、区域框架的数据处理、速度场模型建立、框架间坐标转换等内容,这些研究构成了一套较完整的地球参考框架建立与维持的数据处理算法,论文的主要工作和创新点概括如下:1.分析了自适应参数估计与内外部精度的关系。随机模型可依据内部精度进行自适应调整,也可依据外部精度或半外部精度进行自适应调整。现有随机模型自适应估计理论都与内部精度、外部精度或半外部精度有关,进而将相应参数估计也分为内部、外部和半外部自适应参数估计,分析了这几类自适应参数估计的特点和主要性质,指出这几类自适应估计的应用前提和存在的问题。2.综合分析了基准定义中的约束方法及其影响。基于框架点平差前后坐标所确定的坐标转换参数为零这一约束条件构造了相似变换基准,推导了大地控制网中平移、旋转和尺度的内约束条件,并讨论了它们的性质;从理论上证明了重心基准是一种特殊的相似变换基准。从参数估值验后精度最优条件出发,推导了最小约束条件的最优选择公式,分析了最小约束条件下观测噪声、基准噪声、异常误差对框架建立的影响,分析指出:基准噪声虽然不影响“观测网形结构”,但影响框架坐标精度。3.推导了基于函数模型和随机模型双约束的参数最小二乘解及其验后精度估计模型。作为双约束参数解的特例,给出了仅含函数模型约束或仅含随机模型约束的参数解,以及无任何约束的参数解。从理论上讨论了双约束参数解的性质,分析指出:函数模型约束自身的误差将给参数估计带来强制性扭曲(简称“硬性影响”);先验随机模型自身的误差将给参数估计带来随机性影响(简称“软性影响”),随机模型误差影响可以通过随机模型验后估计进行补偿。4.从坐标转换模型和时变框架模型出发,推导了建立长期框架的组合模型。给出了同一技术坐标时间序列的组合模型和不同技术间的组合模型,构建了基于各技术单历元处理结果的分步融合模型和一步整体融合模型,证明了二者的关系:以单历元观测法方程N阵为权矩阵,分步融合模型完全等价于一步整体融合模型。利用IGS第二次重处理的单天解结果,计算了2010年1月到2014年12月共5年跨度的长期解,在X、Y、Z方向WRMS优于3 mm,与ITRF2014的结果相比,X、Y、Z方向标准差分别为3.45 mm、4.04 mm、2.84 mm,速度标准差分别为1.53 mm/a、1.46 mm/a、1.21 mm/a。5.研究了区域参考框架建立时的基准约束问题,包括基准约束方法、基准点的选择以及基准点坐标框架对结果的影响。采用相似变换基准法,利用基准点在ITRF97、ITRF2008框架下的坐标作为基准定义,经框架间转换后结果仍存在明显的系统性偏差,在X、Y、Z方向的平均偏差约2 mm、17 mm、6 mm,去除系统性差异后其标准差为1.1 mm、0.8 mm、0.5 mm,但基线长度差异小,最大也不超过1 mm;采用ITRF97坐标作为基准定义,随机约束法和相似变换法的结果之差的标准差在X、Y、Z方向分别为5.6 cm、1.9 cm、5.27 cm,而采用ITRF2008框架坐标时,随机约束法和相似变换法的结果之差的标准差为1.26 cm、0.27 cm、0.15 cm,明显优于ITRF97所计算的结果。6.处理了“陆态网络工程”260个基准站4年的连续观测数据和2000个区域站2期重复观测数据。以基准站的周数据作为输入,采用法方程组合得到了长期累积解,在X、Y、Z方向的内部精度分别为0.3 mm、0.5 mm、0.4 mm;获得了2000个区域站2009年、2011年的最小约束解,其点位标精度三个分量均优于2 cm;建立了ITRF2008与长期解间的转换关系,在X、Y、Z方向的平移参数分别为0.03 mm、17.25 mm、4.16 mm,旋转参数分别为0.278 mars、-0.150 mars、0.229 mars。7.利用我国1998-2009年10年数据获得的1070个点实测速度,构建了顾及板块运动的速度场自适应拟合推估模型,将拟合推估法与多面函数拟合法相结合构造了多面核函数配置模型,扩大了拟合推估模型的应用范围。信号协方差矩阵经自适应因子调整后,外部精度有一定改善,较拟合推估法,自适应拟合推估模型东方向精度从1.81 mm/a提高到1.76mm/a,北方向从1.78 mm/a提高到1.35 mm/a;采用正双曲面函数作为核函数时(平滑因子取10时),多面函数模型拟合效果比较稳定,东方向、北方向的精度为2.51 mm/a、1.77 mm/a;采用正三次曲面函数的多面核函数配置模型,较拟合推估模型,外部检查点的东方向精度从1.81 mm/a提高到1.25 mm/a,北方向从1.78 mm/a提高到0.89 mm/a,但多面核函数配置模型的结果与核函数的选取有关。8.将相似变换作为坐标变换函数模型的趋势项,把模型变换后的残差看成随机场,针对原框架和目标框架坐标均存在误差的实际情况,提出了顾及框架间误差的坐标转换拟合推估模型。通过自适应因子调整信号向量与观测向量的先验权比,构建了一种坐标变换的自适应拟合推估算法,并将其应用于1980西安坐标系(XAS80)到2000国家大地坐标系(CGCS2000)的坐标转换,计算结果表明,基于自适应拟合推估的坐标变换结果精度明显优于相似变换结果和拟合推估变换结果,提高了坐标转换精度。9.针对原框架和目标框架坐标均存在误差、非公共点与公共点间存在相关性,以及转换系数矩阵中仅部分元素存在误差的实际情况,提出了同时考虑框架内误差以及转换点间相关性的基准转换严密模型,该模型将公共点和非公共点联合处理,同时计算坐标转换参数和所有计算点的坐标转换值,推导出了新的严格坐标转换公式,该公式为传统坐标转换公式基础上增加一改正量的形式;进一步,推导了原框架和目标框架坐标的方差不一致情况下的坐标转换模型的自适应解法;最后,利用“陆态网络工程”2000个区域站的实测坐标进行坐标转换验证,试验结果表明:该严密模型较传统坐标转换模型具有更高的坐标转换精度。