北斗卫星导航系统是我国自行开发研制的卫星导航系统。与其他三大全球卫星导航系统（GPS，GLONASS和Galileo）相比，北斗系统有其独特之处。如，北斗的空间部分由多种轨道的卫星组成，其中包括5颗同步轨道卫星。同步轨道卫星具有对地面相对静止和对系统其他卫星近全天候可见的特点，易于与地面及其他卫星建立稳定通信链路。根据此特点，本文提出一套适用于北斗系统的时钟同步方案。其基本原理是经由同步轨道卫星，利用微波锁相链路，实现所有卫星星载钟的时间/频率的高精度同步。众所周知，卫星导航系统时钟的高精度同步是实现高精度定位/授时的基础。理论计算表明，该方案与每隔12小时与地面主钟同步的传统方案相比，时钟同步精度将提高200倍。本文在地心惯性参考系的框架内，给出地面和卫星时钟的相对论修正，计算了从地面到同步卫星和从同步卫星到其他卫星之间时间/频率信号传输修正。本文还提出利用同步卫星与其他卫星的星间链路，可从接收信号中时间/频率的偏差获取卫星运动状态，辅助地面进行卫星观测，提高卫星星历测定精度，对定位授时精度将有所提高。本文还讨论了利用地面与同步卫星间的双向链路实现不同地面站点间时钟的超高精度同步的方案。进一步，利用这一超高精度同步方案进行守时钟间的高精度比对，有望实现更高精度的全球时间。除了卫星星载钟，地面观测站的时钟与主控站主钟之间也必须实现高精度同步，才能最终实现北斗系统定位/授时精度的提高。本文第二部分工作介绍可搬运激光冷却镉离子微波频标的研究，可实现地面站点时钟间高精度比对和同步。此外，研究高精度实用的镉离子微波频标，对我国量子频标领域的发展也有积极意义。重点介绍了镉离子频标实验系统的搭建和利用该系统对¹¹³Cd⁺和¹¹¹Cd⁺离子基态超精细跃迁绝对频率的测定。这一跃迁频率的测量值为15199862854.95（0.13）Hz，与美国JPL的研究者的实验结果相一致，且准确度更高。在实验中，我们用线型离子阱俘获了数量为10⁵的离子，利用四倍频214nm紫外激光将其温度冷却至1K水平，采用时域Ramsey分离振荡场技术，获得线宽10Hz的共振信号。对镉离子的精密测频工作展示了激光冷却镉离子钟方案的可行性和系统的合理性。以此为基础，有望实现短稳2×1014/√τ，天稳5×1015的可搬运频标。这一指标将足以满足地面站点时钟同步等多种应用的需求。