数据链是连接数字化战场上各个作战平台,传输和处理有用信息的无线通信系统。数据链在现代通信系统中扮演的角色越来越重要,因此得到了快速发展。目前数据链研究的关键技术包括高速率信息传输、低时延、大容量、抗干扰和高保密性等。空中多节点通信链路是空中多平台间实现实时信息交互的分布式系统。根据数据链提供的动态组网、数据传输和精确时间同步功能,各平台间可以获得实时信息,提高各平台快速反应能力和协同能力。空中多节点通信链路可以满足空中平台的高动态、高带宽、远距离和低延时的信息传输需求。本文以现有机载协同数据链技术作为参考,对空中多节点通信链路的物理层、节点间精确时间同步技术展开研究。具体包括以下三点:第一,针对空中多节点通信链路物理层设计,首先在分析了空中多节点通信链路整体设计目标的基础上,设计了带宽为20MHz、最长通信距离为100km、误比特率低于10-6和通信速率支持513kbps的通信链路物理层传输方案,然后重点设计并实现了时频同步、数字上下变频模块,最后对空中多节点通信链路进行现场测试,包括误比特率测试、节点间组网测试和同步脉冲精度测量,利用测试结果来验证设计方案的可行性。第二,针对高精度时间同步受限于计时精度和时钟频率的问题,提出了一种多相计数器和多相相关运算的实现方案,在FPGA的时钟频率为250MHz的条件下,计时精度和时间同步精度可达到1ns。第三,针对高精度时间同步实现时消耗大量资源的问题,提出了一种部分匹配方案。仿真结果表明,本方案在AWGN信道下、信噪比为18dB、多普勒频移为400Hz时,时间同步精度可达2.5294ns(r.m.s),而资源消耗仅为现有方案的1/16。本文设计的高精度时间同步方案可应用于对导航和定位精度要求比较高的机载协同数据链中,具有工程实现价值。