全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)时间传递技术以其低成本、高精度、广覆盖范围等特点, 广泛应用到高精度时频领域。传统卫星共视技术利用全球卫星导航时间比对标准(Common GNSS Generic Time Transfer Standard, CGGTTS)共视文件实现事后高精度时间传递, 很难实现实时时间传递。为满足数字换流站、电力物联网、移动通信等对实时、高精度时间传递的需求, 研究了基于北斗三号全球卫星导航定位系统(BDS-3)伪距观测数据的实时卫星共视技术, 开展了短基线和西安-三亚长基线北斗实时卫星共视时间传递实验来评估实时共视时间传递性能。实验结果表明北斗实时卫星共视时间传递精度优于1 ns, 可为时频系统、数字换流站等应用领域提供纳秒级时间同步和纳秒级时间溯源服务。

针对星地激光单向授时受大气色散影响而产生授时偏差的问题，利用气象实测数据建立大气折射率对星地激光单向授时偏差的影响模型。以该模型为基础，分别研究了单星对地授时和四星对地授时模式下，不同地区、不同月份、不同天顶角和激光波长对大气色散引入的单向授时偏差的量值范围和变化规律。结果表明：大气温度越高，大气压强越低，接收天顶角越小，大气色散引入的单向授时偏差越小；星地单向授时偏差在10 ns量级，通常大气色散导致授时偏差的全年波动峰峰值小于1 ns。

基于星载曲面镜的转发式激光时间传递具有零时延、高可靠性和高准确度等优势，但由于缺少合适的卫星试验平台，该技术目前仅限于理论分析，尚未获得有效试验数据及性能评估结果。本文将相邻的两套卫星激光测距（SLR）系统作为试验台站，以激光卫星上搭载的反射器作为转发载荷，开展了转发式激光时间传递试验研究。首先，介绍了转发式激光时间传递的基本原理及理论；然后，对上海天文台SLR系统进行适应性改造，搭建了转发式激光时间传递试验系统，并开展了不同激光卫星的实测试验；最后，分析获得的时间传递结果，研究影响该技术性能的主要因素。试验结果表明：该技术可以获得优于100 ps的精度以及ns的准确度，单向工作模式可行，为转发式激光时间传递的发展提供了有力支撑。

在长距离光纤时间传递链路中，为了避免使用中继放大导致双向传输时延不对称以及引入附加的噪声，提出一种基于单光子探测的长距离光纤时间传递方案。将经过主端（从端）1 pulse/s时间信号控制的激光脉冲序列作为发送信号，利用从端（主端）具有极高探测灵敏度的单光子探测器接收到达信号，并基于双向时分复用同纤同波时间比对方案得到双向光纤链路传输时延变化，进而根据时间相关单光子计数和高斯拟合的数据处理方式得到两端之间钟差的时间稳定度。为了实现单光子探测器在门控模式下对长距离光纤实验系统的长期测试，设计并实现了外部触发门控工作方式下动态调整的触发控制系统。通过利用光纤链路传输时延变化量，实现对门控触发信号的控制。350 km单模光纤和对应长度的色散补偿光纤（链路总损耗约为100 dB）的时间传递系统实验结果表明，时间传递稳定度优于1.5 ps@1 s和0.4 ps@8192 s。所提方法为长距离高精度光纤时间传递提供了一种有效的解决方案。

为解决中国科学院计划于2023年发射的绕月飞行器激光测距时差载荷星地时间比对问题，本文提出并建立了地月空间激光时间比对高精度测量模型。为达到ns级地月空间激光时间比对精度，采用准确度为0.1 ns量级的数值地球时间星历模型，建立了ns量级的时间尺度转换模型，推导了精度为10 ps量级的激光脉冲单程和往返飞行时间模型，建立了精度优于10 ps的Shapiro时延模型，建立了质心修正模型、几何位置修正模型以及系统时延模型等。使用基于飞行器可观测性、回波率设置等工程实际得到的仿真数据对时间比对模型精度进行验证，时间比对标准差为ns级，表明仿真模型精度可达ns级。星载时钟的频率准确度估算结果和正确值误差约为15%。所建模型可用于后续地月空间高精度激光时间比对任务。

为了满足原子钟时频比对的工程应用需求，研究了基于波分复用的光纤时频传递方法，时间传递采用双波长双向比对远程端补偿的方法，频率传递采用单波长前置补偿的方法，实现了1PPS时间信号和10 MHz频率信号的高精度同纤传递。分析了光纤时间传递原理和光纤频率传递原理，进行了设备本底噪声测试，并在102 km长的实地光纤链路上进行了时频同传测试，实现了稳定度为3.4×10-14@1 s、1.5×10-15@10⁴ s的10 MHz频率传递。通过设备时延和色散的校准，实现了稳定度为15.7 ps@1 s和3.9 ps@1000 s，不确定度为25.3 ps的时间传递，满足了以氢原子钟为守时时钟的时频基准间的长距离比对需求。

为了进一步提高时间传递的稳定度，提出了一种基于光纤频率传递的高精度时间传递方法。在保证光纤时间传递不确定度的情况下，结合光纤频率传递的高稳定度特性，所提方法实现了兼具高稳定度和良好不确定度的光纤时间传递。在光纤时间频率传递的基础上，利用光纤频率传递系统输出的频率信号再生出具有高稳定度的1PPS（one pulse per second）时间信号，并使再生的1PPS时间信号跟踪光纤时间传递系统输出的1PPS时间信号，进而使再生出的1PPS时间信号同时具有较好的稳定度和不确定度。为了验证所提方法的可行性，使用光纤链路测得的时间传递数据进行仿真实验，所提方法使光纤时间传递稳定度提高至0.5 ps@1 s和0.09 ps@10⁴ s。在500 km长的实验室光纤链路上，利用光纤时间频率传递实验装置进行了测试，所提方法实现了稳定度为2.5 ps@1 s和0.9 ps@10⁵ s，不确定度为6.4 ps的高精度时间传递。

基于光纤传输的时间同步技术具有高精度、高稳定度和低损耗等优点,已成为高精度时间同步的主要方法,具有较强的应用需求和发展前景。双向比对技术中,光纤时间同步方法应用广泛,国内外相关机构在此领域不断提出新方法、新技术和新应用。在梳理光纤双向比对技术研究历史和进展的基础上,介绍了4种主流双向比对方案的基本原理和技术特点,并分析同步系统的不确定性和误差来源及其对时间同步结果的影响。为进一步提高光纤时间同步精度,建立更高精度、安全稳定的地基授时体系提供参考。