随着通信、航空航天、雷达、卫星导航、等领域对于时间精度的要求越来越高,因而高精度时间频率同步技术日趋重要。目前常见的时间频率传递与同步技术大致可以分为基于光纤的时间频率传递与同步、基于卫星的时间频率传递与同步和基于激光的时间频率与同步,相较于其他两种方式,基于激光的时频同步方式由于受限于环境的具体温度、风速、湿度、遮挡物等因素,在长距离的应用上有所缺陷,但相比于基于光纤的时频同步方式,它不需要搭建光纤信道,同时也不存在基于卫星的时频同步的频率干扰的问题。基于激光的时频同步在千米范围内的短距离应用中将大有可为,因此,研究基于小型激光器的高精度时频同步技术是非常有意义的。在本课题组先前的工作中,实现了基于连续激光的室内40m自由空间链路上的单向时频同步,采用电学相位补偿的方法补偿了时间信号的波动。但是该实验传输的时间信号频率较高,不能更广泛的被其他系统接收且使用,且由于实验环境在室内、传输距离较短等因素导致其结果不具备普遍性和一般适用性。本文完成了基于小型激光器的室外150m空间双向时频同步技术的研究,主要工作和创新点如下:（1）提出了一种全新的时间信息编码方式,通过这种串行时间码的方式将时间信息和本地的时间间隔测量信息加载到标准100Hz时间信号中,进行双向时频同步时接收站获取主站的信息。（2）本文是用粗测量和细测量结合的方式测量时间间隔,同步时也是采用粗同步和细同步相结合的方式。其中粗测量和粗同步都是使用的直接计数法,细测量则是利用了FPGA内部的CARRY4进位链资源,通过级联的方式来构建延迟链,将被测信号送入延迟链获得其时间间隔。细同步则是使用了IDELAY的原语,提供参考时钟的方式来产生延迟链,经过计算,每一级的延迟约为78.125ps。（3）搭建了室外150m的大尺度空间激光传输链路,实现了基于小型激光器的双向时间同步实验,并完成了实验,获得了实验数据,其中实验结果显示同步后的时延波动标准差为524ps,在1s时的时间偏差为495ps,在1s时的时间稳定度为8.58×10-10,在1000s时的时间稳定度为2.72×10-14。