随着稳定度和不确定度更优的原子钟在轨运行，如何建立稳定的星地时频传递链路，实现星地复杂环境下的高精度时间同步，是空间时频技术体系亟发展的核心能力。以卫星导航为典型代表的星地微波链路，仅能实现亚纳秒级时差测量。更高性能的空间冷原子微波钟和光钟在轨应用，卫星导航精度的进一步提高，亟需提升星地时间比对精度。

近日，国家授时中心科研团队提出了一种利用中国空间站——地面同步系统观测实现高精度时间同步的改进载波相位方法。通过空间站-地面三频载波与伪码融合的观测模式，基于系统化的同步误差精化修正模型与校准策略，可以有效校正星地同步过程中的相对运动误差、相对论效应、大气误差（包括对流层和电离层）以及固定时延偏差等关键误差源，有效提升星地时间同步的精度和稳定性。

项目组设计了验证实验，搭建了同源场景下的端（地面站载荷）到端（空间站载荷）同步系统，对系统的基本性能进行了验证，结果显示，在桌面理想条件下，系统比对精度达到1ps以内（图1），并通过多次重复试验验证了系统的稳定性和可靠性。

图1 桌面场景下设备测量噪声水平

本研究还利用空间站在轨实测数据对本文方法的性能进行评估，结果表明，改进的载波相位时间同步方法有效抑制了周期性误差，并在随机噪声控制方面表现优异，在复杂星地环境下实现了近皮秒量级的时间同步精度，与传统伪码方法相比，同步精度和稳定度均有显著提升。

图2中国空间站-地面站微波比对测试系统

此外，通过对不同观测仰角条件下的同步精度分析，高仰角条件下的系统同步性能明显提升，30°以上仰角条件下的空间站-地面同步精度均达到皮秒量级，这表明通过选择最佳仰角范围的数据（称为有效观测弧段数据）并结合地面多站协同观测，未来有可能进一步优化星地时间同步性能。

研究成果“An improved carrier-phase-based method for precise time synchronization using theobservations fromtheChina Space Station-ground synchronization system”以封面文章发表在学术期刊Satellite Navigation。中国科协会刊《科技导报》（2025年第43卷第5期）以“首次实现星地复杂环境下皮秒级微波时差测量”为题报道成果，美国科技促进会（AAAS）网站（https://www.eurekalert.org/news-releases/1073321）以“Super-precise timing unlocked: satellites get a big boost”为题报道成果。