随着信息技术的发展和经济的飞速增长,高精密时间频率标准在各个领域发展中的重要性愈加凸显。在很多科学研究领域,如精密计时、现代通信、导航定位和计算机自动控制等都离不开精密时间尺度和时间频率测量技术。精准时间频率信号源于高可靠的原子时标系统,本文侧重于原子时标以及相关理论的实现方法研究,在理论分析与数值仿真的支撑下探究了综合时标算法中信号预测、时标产生和频率驾驭的关键技术,提出了相应的问题和创新性的解决方法,具体包括如下内容:（1）提出了一种原子钟信号预测算法。稳健流逝性是时间区别于其他物理量的重要特征,决定了时间计量的滞后特点,为了保障时刻准确,时间信号的预测及控制尤为关键,国际原子时TAI利用分布在全球的守时原子钟钟组,通过比对钟差数据计算获得时间尺度,其计算周期为15-45天左右,属于滞后时间尺度,因此协调世界时UTC并不是实时的外部参考,而是与世界时进行综合计算而获得的“纸面”时间,由国际计量局进行发布,是各国开展授时服务都必须遵循的国际标准。针对这些问题提出的鲁棒性原子钟预测方法——随机追踪算法,本文从理论视角分析了该方法的基本原理、进行了预测不确定度分析、优化了关键参数等问题,旨在明确随机追踪算法预测钟差的运行机理,通过对比试验阐述了随机追踪算法的适用性。（2）提出了一种原子钟组合时标计算算法。原子钟运行精度较高,容易受到复杂噪声的干扰,为了增强原子钟时标预测的鲁棒性,传统的方法是将处于不同运行环境下的原子钟通过时标算法进行组合加权,通过迭代计算得到一个最优解逼近。随着经济水平增长,各个领域对时间精密性要求不断提高,另外生产制造技术的发展使得原子钟的成本相对降低,地方守时实验室的原子钟数量在不断增加,意味着改善加权后的预测精度十分必要。但随之而来的问题是同样环境下的原子钟噪声具有一定的相关性,而传统的加权算法是假设个体噪声相互独立下的最优解,所以相应的加权算法需要进行改进。本文从原子钟组与其噪声相关性出发,重新考虑了同一实验室环境因素对原子钟组合集成特性的影响,建立了一种优化的时标计算方法,有效地提高了时钟集成产生纸面时间的准确性和频率稳定性。（3）使用滑模变结构控制理论应用于原子钟频率驾驭问题。时间频率控制系统的目的是使输出的频率信号与给定的参考信号协调一致,控制系统的评价指标包括准确性、稳定性和快速性。从长期来看,世界各地的守时实验室频率驾驭的目的就是将本地时间刻度转向协调世界时。离散时间系统的频率控制在时间和原子钟频率驾驭问题中有着广泛的应用,通过合理设计控制系统可以有效减少输出信号相对参考值的相位和频率偏移。许多经典的控制理论可以用来指导设计时间频率控制系统,包括基于状态空间系统模型的方法等。本文将集中讨论原子钟频率驾驭的几种离散变结构时间控制系统的控制器设计技术,并与经典的卡尔曼滤波器算法进行了比对,得到了改进的效果。