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时间是物质存在和运动的基本形式之一，它客观存在，是在认识事物的实践中形成的。人们通常所谈到的时间可以被定义为：在一个具有确定原点的坐标轴上某一点的时刻及某一段的时间间隔。在日常生活中，可以将时间的这种双重含义拆开来看：“时”代表时刻，即某一事件发生的瞬间；“间”代表时间间隔，即某一事件发生时间的长短。有了这一概念，人们可以根据时刻区分事件发生的先后顺序，同时根据时间间隔掌握事件发生的持续时长。
时间基准的前提和基础是频率基准，频率基准是时间统一系统的核心，要得到准确的时间基准必须要有稳定可靠的高精度频率基准。频率是周期的倒数，定义为在单位时间（1s）内完成周期性变化的次数，它的单位是赫兹（Hz），在国际单位制（SI）中，赫兹是时间单位秒（s）的导出单位，量纲为[ T -1 ]。如果在一段时间 T 内周期性变化了 N 次，则频率可以由表达式 N / T 计算得出。由于周期和频率是倒数关系，可以通过测量频率求出周期，也就是时间间隔，这是常见的计算时间的方法之一。频率基准源是指产生高稳定度、高精度标准频率信号的振荡器及其附属电路，它们对时间统一系统的性能起决定性的作用，决定着一个时间基准能否满足要求。制定时间基准和频率基准的第一步就是寻找频率极其稳定、精确的重复的周期现象。目前，相对实用的时间和频率基准主要有石英晶体振荡器和原子频标两大类。原子频标精确度高，但是成本较高，主要用于科学实验等对时间和频率精度要求较高的场合；而石英晶体振荡器性价比高，被广泛使用在对时间和频率精度要求不高的领域。
时间计量技术的发展先后经历了根据太阳运动规律计时、根据流体规律计时、机械结构计时工具、石英钟、原子钟等阶段，具体历程如下。
1.根据地球运动规律计时
远古时代，人们通过太阳的升降判断一天的早晚。当太阳升起的时候，人们开始一天的工作，太阳下山后，人们结束一天的忙碌，开始休息。“日出而作，日落而息”这句话其实也体现了人类利用自然现象进行的最简单的计时。随着社会文明的发展和进步，人们开始探索研究利用人造的工具计时，于是日晷出现了。日晷通常由晷针（表）和晷面（带刻度的表座）组成，利用太阳的投影方向测定并划分时刻。
日晷是观测日影记时的仪器，主要是根据日影的位置，以指定当时的时辰或刻数，是我国古代较为普遍使用的记时仪器。但在史籍中却少有记载，现在史料中最早的记载是“汉书·律历志·制汉历”一节：太史令司马迁建议共议“乃定东西，主晷仪，下刻漏”。日晷的类型也有很多，分为：水平式日晷、赤道式日晷、极地晷、南向垂直日晷、东或西向垂直式日晷、侧向垂直式、投影日晷和平日晷。
2.根据流体规律计时
漏刻是一种典型的等时计时装置，计时的准确度取决于水流的均匀程度。早期漏刻大多使用单只漏壶，滴水速度受壶中液位高度的影响，液位高，滴水速度较快，液位低，滴水速度较慢。为解决这一问题，古人进一步创制出多级漏刻装置。所谓多级漏刻，即使用多只漏壶，上下依次串联成为一组，每只漏壶都依次向其下一只漏壶中滴水。这样一来，对最下端的受水壶来说，其上方的一只泄水壶因为有同样速率的来水补充，壶内液位基本保持恒定，其自身的滴水速度也就能保持均匀。
沙漏也叫作沙钟，是一种测量时间的装置。西方沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成。通过充满了沙子的玻璃球从上面穿过狭窄的管道流入底部玻璃球所需要的时间来对时间进行测量。一旦所有的沙子都已流到底部玻璃球，该沙漏就可以被颠倒以测量时间了，一般沙漏名义上的运行时间为1min。
3.机械结构计时工具
机械结构计时工具的出现，使得计时器摆脱了天文仪器的结构形式，人类对计时的研究得到了突破性的新发展。1090年，北宋宰相苏颂主持建造了一台水运仪象台，该仪象台具有比较复杂的齿轮传动机构，能报时打钟，而且有擒纵器，它的结构已近似于现代机械钟表的结构，且每天的误差仅有1s，可谓机械钟的鼻祖。
在16世纪的欧洲，意大利天文学家伽利略从教堂吊灯的摆动受到启发，通过多种试验发现了单摆的等时性，提出利用单摆制造钟表，同时让他的两个孩子设计制造钟表的图纸，但他们并没有制造出来。1656年，荷兰物理学家惠更斯通过大量的理论研究与实践，应用伽利略的理论制造出了人类历史上的第一个钟摆。1675年，他又用游丝取代了原始的钟摆，这样就形成了以发条为动力、以游丝为调速机构的小型钟，同时也为制造便于携带的钟表提供了条件。19世纪，世界各地产生了大批钟表生产厂商，机械钟表的小型化取得了巨大的进步，携带方便的袋表和手表开始出现在人们的日常生活中。
4.石英钟
石英钟也可叫作“石英振动式电子表”，因为它利用石英片的“发振现象”。石英接收到外部的加力电压，就会有变形及伸缩的性质，相反，压缩石英会使石英两端产生电力，这样的性质在很多结晶体上也可见到，称为“压电效应”。石英钟就是利用周期性持续“发振”的水晶，为我们带来准确的时间。1921年，华持·加迪制造了世界上第一个石英晶体振荡器。沃伦·马利逊和霍顿于1927年，在加拿大的贝尔实验室使用石英晶体振荡器制造了首台石英钟，它体积很大，差不多有两个衣柜那么大，每天误差约0.1s。20世纪40年代的石英钟每天误差约百分之几秒，到了50年代，石英钟一昼夜的误差只有万分之一秒左右。我们手上戴的石英表和家里挂的石英钟都是石英钟的一种，但属于最低级的，因使用的石英片又小又薄，受温度变化影响，不是很准；但在短时间内非常准确，足以满足人们的日常需要，加上价格便宜，又不像机械表那样需要每天上弦，因此很受欢迎。
5.原子钟
原子钟是一种计时装置，精度可以达到每2000万年才误差1s，它最初由物理学家创造出来用于探索宇宙本质，他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统。20世纪30年代，美国哥伦比亚大学教授伊西多·拉比和他的学生们在实验室里研究原子和原子核的基本特性。在其研究过程中，伊西多·拉比发明了一种被称为磁共振的技术。
目前世界上最准确的计时工具就是原子钟，它是20世纪50年代出现的。原子钟是利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了。现在用在原子钟里的元素有氢（Hydrogen）、铯（Cesium）、铷（Rubidium）等。原子钟的精度可以达到每2000万年才误差1s，这为天文、航海、宇宙航行提供了强有力的保障。
时间是一个较为抽象的概念，是物质的运动、变化的持续性、顺序性的表现。时间概念包含时刻和时段两个概念。时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数，确定时间靠不受外界影响的物质周期变化的规律，如月球公转周期、地球公转周期、地球自转周期、原子震荡周期等。
牛顿提出了绝对时间的观点：“绝对的、真实的、数学的时间，就其本质而论，是自行均匀地流逝的，与任何外界的事物无关。”时间是客观世界自然存在的运动过程，运动的速度不会任意改变，也就是惯性，这就是时间。如果时间整体是同步加快或变慢，在其内部无法发现变化，所以，只能认为一切都是不变的，这就是牛顿时期科学的基础。时间和空间，是一个独立于自然界的概念，可以永久存在。
爱因斯坦在相对论中提出：不能把时间、空间、物质三者分开解释。时间与空间一起组成四维时空，构成宇宙的基本结构。时间与空间在测量上都不是绝对的，观察者在不同的相对速度或不同时空结构的测量点，所测量到的时间的流逝是不同的。广义相对论预测质量产生的重力场将造成扭曲的时空结构，并且在大质量（如黑洞）附近的时钟之时间流逝比在距离较远的地方的时钟之时间流逝要慢。现有的仪器已经证实了这些相对论关于时间的预测，并且其成果已经应用于全球定位系统。另外，在狭义相对论中有“时间膨胀”效应：在观察者看来，一个具有相对运动的时钟之时间流逝比自己参考系的（静止的）时钟之时间流逝慢。
时间基准的发展集中反映在时间单位（秒）定义的不断沿革和秒的准确度的不断提高。古希腊天文学家，包括希巴谷和托勒密，定义1太阳日的1/24为1小时，以六十进制细分小时，并定义1秒是1太阳日的1/86400。此后发展出摆钟来保持平时（相对于日晷所显示的视时），使得秒成为可测量的时间单位。秒摆的摆长在1660年被伦敦皇家学会提出作为长度的单位，在地球表面，摆长约一米的单摆，一次摆动或半周期（没有反复的一次摆动）的时间大约是一秒。在1956年，秒被以特定历元下的地球公转周期来定义，因为当时天文学家知道地球在自转轴上的自转不够稳定，不足以作为时间的标准。以纽康太阳历表为基础，定义自历书时1900年1月1日12时起算的回归年的1/31556925.9747为一秒。该太阳历表是19世纪末纽康根据地球绕太阳的公转运动编制的太阳历表，至今仍是最基本的太阳历表。在1960年，这个定义由第十一次的国际度量衡会议通过。虽然这个定义中的回归年的长度不能进行实测，但可以经由线性关系的平回归年的算式推导，因此，有一个具体的瞬时回归年长度可以参考。因为秒是用于大半个20世纪太阳和月球的星历表中的独立时间变量（纽康的太阳表从1900年使用至1983年，布朗的月球表从1920年使用至1983年），因此这个秒被称为历书秒。
随着原子钟的发展，秒的定义改用原子秒作为新的定义基准，而不再采用地球公转太阳定义的历书秒。在现行国际单位制下，在1967年召开的第13届国际计量大会对秒的定义是：133Cs原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9192631770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。在这样的情况下被定义的秒，与天文学上的历书时所定义的秒是等效的。其准确度优于10 -13 ，比以天文观测为基础的天文时的准确度高5个量级，是当前具有最高计量特性的时间频率基准。
频率是在单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号 f 或 u 表示，单位为秒分之一。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，简称“赫”。每个物体都有由它本身性质决定的、与振幅无关的频率，叫作固有频率。频率概念不仅在力学、声学中应用，也常用在电磁学和无线电技术中。作为时间频率基准，它应当具备独立评定准确度的能力。时间频率基准往下传递，可建立各级时间频率基准，其准确度是靠校准获得的。
1.世界时（UT）
世界时，即格林尼治平太阳时，是表示地球自转速率的一种形式。由于地球自转速率曾被认为是均匀的，因此在1960年以前，世界时被认为是一种均匀时。世界时定义就是以此为基础的。现已证实，地球自转实际上是不均匀的，所以世界时是一种非均匀时，它与原子时或力学时都没有任何理论上的关系，只有通过观测才能对它们进行比较。这样，世界时主要应该表示它与地球自转速率的关系。
世界时是通过恒星观测，由恒星时推算的。常用的测定方法和相应仪器有：①中天法——中星仪、光电中星仪、照相天顶筒；②等高法——超人差棱镜等高仪、光电等高仪。用这些仪器观测，一个夜晚观测的均方误差约为±5ms。依据全世界一年的天文观测结果，经过综合处理所得到的世界时精度约为±1ms。因为各种因素（主要是环境因素）的影响，长期以来，世界时的测定精度没有显著的提高。如今，世界时的测量方法和技术正面临一场革新。正在试验中的新方法主要有射电干涉测量、人造卫星激光测距和月球激光测距以及人造卫星多普勒观测等。测定的精度可望有数量级的提高。
世界时是以地球自转运动为标准的时间计量系统。地球自转的角度可用地方子午线相对于地球上的基本参考点的运动来度量。1960年以前，世界时曾作为基本时间计量系统被广泛应用。受到地球自转速度变化的影响，它不是一种均匀的时间系统。但是，因为它与地球自转的角度有关，所以即使在1960年作为时间计量标准的职能被历书时取代以后，世界时对于日常生活、天文导航、大地测量和宇宙飞行器跟踪等仍是必需的。同时，精确的世界时是地球自转的基本数据之一，可以为地球自转理论、地球内部结构、板块运动、地震预报以及地球、地月系、太阳系起源和演化等有关学科的研究提供必要的基本资料。
2.国际原子时（TAI）
1967年，国际计量委员会（CIPM）决定采用原子秒定义，即将133Cs原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9192631770个周期的持续时间定义为1秒，并规定1958年1月1日0时0分0秒为原子时的零点。之后，国际计量局通过综合处理20多个国家的100多台原子钟提供的数据，于1972年1月正式引入新的时间标准——国际原子时（International Atomic Time，TAI），并确定1977年1月1日0时0分0秒（TAI）的ET历元为1977年1月1日0时0分32.184秒（ET）。
国际原子时由国际无线电咨询委员会定义为地心坐标系中的时间基准，相应的SI秒为旋转大地水准面上的标度单位。自1973年起，国际计量局通过直接处理原子钟的时间比对数据得到国际原子时，并于1988年承担起国际原子时的计时责任（原来由国际时间局承担）。目前，分布在全世界几十个国家，80多家守时中心约500多台各种类型的原子钟的时间比对数据，通过GNSS（全球导航卫星系统）时间传递技术和卫星双向时间频率传递技术定期传送到国际计量局的时间部门。时间部门利用经典的原子时算法（ALGOS）对时间比对数据进行加权平均得到自由时间尺度（EAL），并利用分布于世界各地的十几台频率基准和次级频率基准确定大地水准面处的SI秒，然后对EAL进行频率校准得到国际原子时。为使国际原子时更贴近人类日常生活习惯的时间系统——世界时，国际计量局在考虑地球自转影响后对国际原子时进行相应修正，进而得到协调世界时（UTC）。
3.协调世界时（UTC）
协调世界时又称世界统一时间、世界标准时间和国际协调时间，由国际电信联盟无线电通信部门（International Telecommunication Union-Radio communication Sector，ITU-R）制定，具体定义由ITU-R TF.460-6维护。协调世界时由英文Coordinated Universal Time和法文TEMPS UNIVERSELLE COORDINEE翻译而来，简称UTC，是一种基于TAI的原子时标。
UTC用于协调原子时和天文时，与TAI之间的关系为TAI-UTC= n 秒，其中 n 为整数。为保证世界时与UTC时之间的差异小于0.9s，即|UT1-UTC|＜0.9s，每隔几年需要对TAI增加或删除整数秒（称为闰秒）。截至2022年，UTC已经滞后于TAI 37s，即 n =37。对于UT1与UTC之间更为精确的时间偏差，可利用DUT1进行修正，其中DUT1=UT1-UTC，表示为0.1s的整数倍。UTC中插入闰秒的时刻取决于地球自转速率的变化特征。国际地球自转服务（International Earth Rotation Service，IERS）监测地球自转速率及其他地球定向参数，包括DUT1的预测值，并决定是否需要调整UTC，以及建议BIPM何时插入闰秒。
UTC是基于TAI实现的一种后处理时间标准，具有一定的时延。GNSS与UTC紧密相关，其广播和授时服务需要生成和传输实时的时间标准，因此需要一种基于TAI的实时UTC。实时的UTC通常用UTC（ k ）表示，其中 k 是时间实验室的标识，由相关GNSS授时中心维护。例如，UTC（USNO）是由美国海军天文台（United States Naval Observatory，USNO）实时预测的UTC。不包含 k 的UTC表示最终的综合值，由BIPM每月通过T通告发布，一般延迟2～4周可用，其与UTC（ k ）之间存在偏差。UTC（或TAI）相对于各天文台或实验室UTC（ k ）的偏移量，表示为：UTC（或TAI）-UTC（ k ），如图1-1所示。
图1-1 UTC相对于各天文台或实验室UTC（ k ）的偏移量
UTC被公认为全球授时和电信应用的基础，是唯一能够实现和传播的时间基准。1978年的CCIR和1979年的世界无线电管理会议（日内瓦）建议所有国际电信行业采用UTC时间。国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）无线电条例将UTC定义为基于国际标准秒的时间标准，具体见ITU-R TF.460-6建议书，并指出UTC等效于格林尼治平太阳时。
4.GNSS时间基准
卫星导航系统提供精确的定位、导航和授时服务需要统一、精确的时间基准，以保障服务不因时钟的调整而中断。GNSS为实现时间同步，必须在全球范围内为地面段提供稳定的公共时间基准，以便为地面运控系统和众多用户提供精确的观测值。这类时间基准的实现通常由各系统自己维持。先前的方式是建立一个主时钟提供参考时间，并将主时钟的信号作为所有观测量的时间参考。对于GNSS，通过主时钟在全球范围内实现高精度的实时时间同步是不可行的。
为解决GNSS全球范围实时时间同步问题，需要利用系统内的时钟建立系统时（System Time，ST）。一种方法是，GNSS的全球跟踪站网向相关处理中心实时提供观测数据，计算卫星星历、卫星和地面站的时钟参数以及其他导航相关信息，并综合时钟参数确定实时的系统时，如GPS时（GPS Time，GPST）。系统时与国际时间标准的计算过程类似，但二者之间的区别除实时方面外，系统时还必须处理不同特性的时钟。国际时间标准的确定通常基于相同或相似的时钟，而GNSS系统时的确定需要处理不同类型的时钟，各种特性的时钟组合处理过程更加复杂。另一种方法是，建立相关参数独立于系统的时间基准。这种方法通过卫星双向时间比对等技术直接测量每个星载或地面站的时钟，并对参与时钟进行独立于系统的监测和维护。这种双向时间比对技术通常用于通信卫星，以比较地面站点的时钟，也可用于GNSS。然而，实际应用中使用独立的时钟将忽略时钟参数与其他系统参数（如卫星星历）的相关性，进而降低GNSS测量的精准性。
各GNSS的星载时钟和地面观测站时钟共同维持各自连续的系统时间。北斗、GPS和Galileo（伽利略导航卫星系统）均采用不包含闰秒的系统时，分别为北斗时、GPST和GST，而GLONASS（格洛纳斯导航卫星系统）采用含闰秒的UTC（SU）偏移3h作为系统时间。北斗时的起点为2006年1月1日UTC 0时，并通过UTC（NTSC）与UTC相关；GPST的起点是1980年1月6日的UTC 0时；GST的起点为1999年8月22日UTC 0时，但被设置为比UTC提前13s，以便与GPST一致。此外，国际GNSS服务（IGS）也确定了一种时间基准，称为GNSS时（IGS Time），以使各机构和站点在全球收集的测量数据具有一致性，其建立方式类似于GPST。
在建立的时间基准内，利用观测模型、观测量和其他必要的修正模型，将GNSS内的时钟相互关联。同时，应用误差模型和时间基准算法，估计出各时钟相对于时间基准的误差，并将每颗卫星钟相对于系统时间的偏差信息，以导航信息的形式由卫星向地面播发。北斗卫星导航系统、GPS、GLONASS和Galileo等GNSS均采用这种形式传递时间基准。此外，导航信息中还包含GNSS时间基准之间，以及GNSS时间基准与某个时间实验室维持的UTC时之间相关联的参数。四大GNSS与UTC之间的偏移量由整数秒和分量Ci组成，四大GNSS的系统时与UTC之间的偏移量见表1-1。表1-1中，n=TAI-UTC表示国际原子时和协调世界时之间的整数秒偏移量（例如，n=36s，表示2015年7月1日TAI和UTC之间的偏移量为36s）。
表1-1 四大GNSS的系统时与UTC之间的偏移量
时间统一技术是实现高精度时间服务和维持高精度时间基准的关键。没有高精度的时间统一技术不可能实现分布在世界各地的时间实验室和不同用户的时钟之间保持高精度的时间同步，也不可能实现高精度的守时和授时。而且，原子钟的性能基本上每7年提高一个数量级，这就要求不断地提高时间比对的精度 [3] 。时间最显著的计量学特征是通过某种时间统一方法将其传递至众多节点。当前主要的时间统一技术有：搬运钟、卫星双向时间统一、GNSS时间统一、光纤时间统一等。
搬运钟技术是最早的时间统一技术。这一技术可追溯到1923年，W.G.Cady等携带简易的压电晶体振荡器与意大利、法国、英国和美国的频率标准进行比对。1958年，在美国海军天文台与英国国家物理实验室之间，首次利用搬运原子钟技术进行频率比对实验。1959年通过搬运原子钟，实施了一次世界范围内的时间同步实验。1967年，首次简易铯原子钟由瑞士飞越了美国、加拿大和远东的几个时间中心进行时间比对，获得10 -12 量级的一致性。我国搬运钟实验开始于20世纪70年代后期，当时采用的是铷原子钟。自1978年10月天文台系统成功地利用飞机搬运西德铷原子钟，检验短波和长波时间同步系统后，第十研究院、航天部、中国计量科学研究院、上海天文台等单位先后进行了搬运钟实验，为我国的天文、授时、航天、导航等事业做出了巨大贡献。
搬运钟方法方便快捷、可信度高，适用于中近距离的时间比对，但该方法受到时钟性能、钟参数估计方法、钟搬运条件和运输费用、钟差测量精度、环境因素等的限制，难以实现广泛应用。随着全球定位系统的兴起，飞机搬运钟比对被逐渐边缘化 [4] ，本书将不再对搬运钟技术进行详细介绍。
自人造卫星上天后，利用卫星传输时间频率信号进行时间比对得到了广泛重视。1960年，首次采用ECHO I卫星做单向时间传递试验，因时延无法准确测定，结果较差。1962年，美国海军天文台（USNO）和NRL（现NPL，National Physical Laboratory）用TELSTAR卫星做了跨大西洋的时间比对试验；1965年USNO和RRL（现CRL，Communications Research Laboratory）用RELAY II卫星实施跨太平洋的时间比对试验，当时的比对精度为0.1～1μs [5] 。随着扩频技术和伪随机码技术的应用，时间比对精度大大提高，现在卫星双向时间比对（Two Way Satellite Time Transfer，TWSTT）的精度可达纳秒甚至优于纳秒级 [6-8] 。
此外，卫星双向时间比对也是国际计量局（BIPM）计算国际原子时（TAI）和协调世界时（UTC）的重要方法。本书将在第5章对卫星双向时间比对技术进行详细的介绍。
GNSS的主要功能之一是提供授时服务，即根据参考时间基准对本地时钟进行校准。20世纪70年代，美国和苏联相继开始研究用于全球定位、导航和授时的卫星导航系统——GPS和GLONASS，系统先后于90年代具备初步运行能力。中国和欧盟在20世纪90年代开始规划和建设自主的卫星导航系统——北斗和Galileo，系统如今也都具备运行能力。基于GNSS实现时间统一的方法主要包括单向授时、共视比对授时、全视授时、精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）等。
GNSS设计之初的授时方法主要为单向授时：地面接收机接收GNSS卫星信号，结合卫星到接收机天线相位中心的几何距离和大气延迟信息，解算本地钟和星载钟之间的钟差，进而实现对本地时钟的授时，授时精度约为15ns。而且，单向授时的接收机成本低、信号覆盖全球，可同时为众多用户提供服务。
1980年，Allan和Weiss提出导航卫星共视时间比对授时法（Common View，CV），通过消除星载钟的影响，以及一部分卫星位置和电离层、对流层的影响，能够获得精度比GPS单向授时法高（几个纳秒的水平）的授时结果 [9] 。该方法自提出后，迅速成为主要的时间传递技术。到20世纪80年代末，国际计量局（BIPM）的时间部正式采用标准化的GPS共视时间比对技术，将全世界几十个守时中心的主钟联系起来，建立了准确度最高的国际原子时（TAI）和协调世界时（UTC）。本书将在第5章详细介绍卫星共视时间比对技术。
随着IGS开始提供精确的GPS产品，Jiang和Petit于2004年提出全视授时法（All in View，AV） [10] 。全视授时法的观测数据中增加了高度角较高的观测量，并结合高精度的IGS产品，能够获得较共视授时法更优的授时结果，可以保证一天内的误差小于100ps [11-12] 。时间频率咨询委员会（CCTF）于2006年9月决定采用AV法代替CV法进行TAI比对。
精密单点定位技术用于授时的原理与全视授时法类似。由于GNSS的载波相位测量值比伪距测量值精度高出两个数量级，且多径效应的影响较小，并且可以更好地估计大气延迟信息，因此，CCTF在2006年9月举行的第17届会议上，通过了“关于在TAI中使用GNSS载波相位接收机进行时间与频率传递”的建议。其中要求国际计量局“应高度合作开发自主解决方案，并免费向其他实验室提供，以及加入时间比对数据库”。
利用光纤进行高精度时间同步是当前时间统一领域的热点。光纤具有通信容量大、温度系数小、中继距离长、损耗低、抗干扰能力强等优点，其用于时间传递的主要方法有环回法和双向时间比对法 [13] 。近年来，国外多家研究机构在实地光纤时间传递方面展开了研究测试：2009年瑞典SP技术研究所（SP Technical Research Institute of Sweden）在560km的光纤链路上实现了优于1ns的光纤时间同步指标 [14] ；2010年捷克教育科研网络（CESNET）在744km的光纤链路上实现了时间传递的秒级稳定度优于100ps，时间同步不确定度为112ps的光纤时间传递 [15] ；2013年法国巴黎天文台在540km的光纤链路上实现了时间偏差20ps的时间同步精度 [16] ；同年波兰克拉科夫理工大学在420km光纤链路上实现了时间传递，其稳定度优于50ps [17] ；2011年，欧洲还发起了欧洲精确时频传输网络（NEAT-FT）联合研究项目，拟建设时间同步不确定度优于100ps的欧洲时频光纤同步网络 [18-19] 。
国内的多个研究机构在光纤时间同步领域也相继开展研究工作：从2003年开始，国家授时中心就持续开展设备研制与实验测试，现已建立了多条完整的千公里级实地光纤时间频率传递实验平台；2010年解放军理工大学在125km室内光纤上的时间同步精度优于0.5ns [20] ；2014年清华大学在实地80km的光纤链路上实现了±50ps的时间同步指标 [21] ；2016年中国科学院上海光学精密机械研究所在实地230km（150km+80km级联）光纤链路上的时间同步准确度为90ps，平均时间102～104s的时间稳定度为3.5ps [22] ；同年，上海交通大学在约6000km实验室光纤链路上的光纤时间同步偏差小于70ps [23] 。
经国内外诸多机构的试验验证，光纤时间同步技术能够达到较高的精度，但仍存在一些问题，如长距离传输中需要考虑中继和信号补偿，以及无法对运动目标授时等。有关光纤时间统一技术的详细介绍，本书将在第5章讲述。