瞬变电磁探测系统是一种应用时间域电磁法原理研制而成的地球物理勘探仪器，具有穿透高阻能力强、随机干扰影响小、探测深度大、分辨率较高、信息丰富、方便易行等优点，已广泛应用于矿产勘查、石油勘探、工程地质勘查等领域。提高瞬变电磁探测系统分离结构的发送机与接收机的时钟同步精度是提升其探测性能的关键。传统瞬变电磁探测系统采用线缆同步或无线同步，时钟同步精度低，且不适合在复杂的野外环境使用。GPS时钟同步利用1PPS信号校正晶振频率获得高精度同步时钟，被越来越广泛应用，但目前GPS时钟同步方案较复杂、GPS失锁时同步精度较低。针对上述问题，文中采用中等精度的有源晶振与GPS协同工作方式，设计一种基于嵌入式微处理器STM32F407VGT6的GPS高精度时钟同步方案，同步瞬变电磁探测系统发送机和接收机。方案将GPS的1PPS信号作为基准，获得晶振的实际工作频率后，利用STM32F407VGT6定时计数器的脉宽调制模式调节输出同步时序，与传统采用GPS1PPS信号获得晶振的实际工作频率后调节压控晶振的电压来修正晶振输出频率获得同步时钟相比，同步精度得到提高，同步时序调节更灵活，通用性更强，更适合在野外工作的瞬变电磁探测系统使用。文中首先分析GPS时钟同步方案的理论，包括晶振的频率漂移模型，GPS授时原理，1PPS信号误差。在阐述理论的基础上，研究GPS时钟同步的实现原理，完成瞬变电磁探测系统GPS时钟同步的软硬件设计，重点分析并实现GPS时钟同步的算法。采用滑动均值滤波处理1PPS信号的随机误差、自适应IIR滤波分离影响晶振频率漂移率的温度老化因素、最小二乘法驯服与预测晶振频率漂移老化温度趋势、信号合成计算晶振的实际工作频率。最后通过实验对GPS时钟同步精度性能进行分析，实验结果表明，瞬变电磁探测系统的同步精度在GPS锁存状态和失锁状态下都能达到1s，且同步时序的准确度和稳定性得到明显提升，具有较好的应用前景。