时间频率是例如卫星导航定位系统等一切测时测距系统工作运行的基础,高精度的光纤时间传递与同步对卫星导航系统提升测量精度有着重要意义。在系统测量精度不断提高,授时精度达到亚纳秒量级的条件下,提升卫星导航系统地面站之间的时间同步精度仍然是需要解决的问题。传统的光纤时间同步是基于测量伪距的时间同步方法,系统精度很难达到纳秒量级以下;基于载波相位测量的时间同步方法的研究中,没有对载波跟踪环路的参数给出优化结果。同时基于卡尔曼滤波的载波相位跟踪方法中,只考虑了环路热噪声对跟踪性能的影响,无法进一步提高载波相位测量精度。本文对亚纳秒级的光纤时间传递进行重点研究,建立光纤时间传递载波跟踪锁相环模型,研究光纤时间传递中相位噪声的特性与建模,在相位噪声模型基础上,分析相位噪声对光纤时间传递高精度载波跟踪锁相环测量精度的影响,提出了相位噪声和热噪声影响下载波跟踪环路的参数优化方法,为了进一步抑制相位噪声对测量精度的影响,提出了基于卡尔曼滤波的载波跟踪环路方法,较好的保留了参考时钟相位变化的特性。主要内容如下:(1)分析在光纤时间传递中相位噪声的特性,得出信号在经过光纤时间传递后相位噪声仍然服从幂律谱模型分布,其中引入了较大的频率白噪声分量,恶化了信号接收的相位噪声特性;并根据测量信号的Allan方差曲线估计相位噪声模型的参数值,生成模拟实际的相位噪声。(2)分析了在亚纳秒量级的条件下,相位噪声对载波跟踪环路跟踪性能的影响,提出了在相位噪声和热噪声影响下载波跟踪锁相环的环路噪声带宽和相干积分时间的参数优化方法,通过仿真验证了优化参数的选取方案。(3)为了进一步改善环路对噪声的抑制性能,提出了基于Kalman滤波载波跟踪环路算法,在相位噪声和热噪声联合优化模型下,利用Kalman滤波器抑制较差的频率源引入的相位噪声对相位测量精度的影响,提升光纤时间同步精度。本文的研究成果可以应用于卫星导航定位系统地面监测站之间的光纤双向时间同步中,以及为未来构建地面光纤时间同步网提供一定的理论参考,通过本文的参数优化及跟踪环路方法,可以有效提高时间同步精度。