20世纪80年代，半参数模型发展成为一种重要统计模型，它引入了非参数分量，为模型误差的估计提供了一种新的方法；它又含有参数分量，兼具参数和非参数模型的优点，将半参数回归模型理论运用到原子钟的建模和预报中来具有重要的意义。国家授时中心（National Time Service Center, NTSC）负责建立和保持我国的标准时间UTC（NTSC）和独立的原子时TA（NTSC），守时钟是标准时间、频率信号产生和保持的基础，引入半参数建立钟差模型预报钟差有助于提高建模的精度，进而提高时间尺度的精准和稳定性。同时，在卫星导航定位中，可靠的原子钟运行参数，准确预报钟差是实现高精度的实时导航的基础。在时间基准系统稳定运行后，对各类时间频率科学数据的分析和处理就成为守时工作的最重要内容之一。将各类数学统计和分析方法应用到时频科学数据的分析和处理，发展不同的原子钟数据的综合测量比对数据的分析处理方法，对维护稳定的时间尺度具有重要的意义。本文从半参数模型的基本理论和方法入手，研究半参数模型的应用特点，从数据平滑的角度讨论了半参数的本质，讨论了将半参数理论用于钟差建模与钟差预报中来的相关问题。本文的主要研究内容包括：（1）讨论了半参数回归模型的理论和估计方法，分析了补偿最小二乘法解的特点，研究了正则矩阵R和平滑因子α的确定方法，用模拟算例得到了半参数应用的一些主要特点。（2）从数据平滑的角度入手，分析了半参数回归模型的本质。指出基于自然样条法确定正则矩阵R并在补偿最小二乘法下得到参数估值，实际上就是用自然样条法平滑数据的推广。同时还指出数据处理中常用的Vondrak数据平滑法就是用分段线性插值平滑未知函数的观测值，即Vondrak数据平滑法本质是基于分段线性插值的非参数拟合。结合数据拟合实际，首次提出了Vondrak簇平滑数据的概念，这是对Vondrak滤波概念的总结与推广。（3）钟差建模与预报方法。系统地总结了几种常用的钟差预报模型，包括了多项式、灰色模型、自回归和Kalman滤波模型，比较分析了各自的预报特点，重点讨论了Kalman滤波方法。在此基础上将半参数理论运用到钟差建模与预报中来，讨论了三种不同的具体运用半参数理论建模与预报的方法，由于半参数模型能很好地减弱系统误差，当钟差中存在着复杂的系统误差是，运用半参数模型等较好改善建模和预报的精度。最后，简要地总结了本文所做的工作，并对下一步的工作做了展望。