激光时间比对技术：上海天文台利用激光测距技术，开展了激光时间比对技术研究。1982年在国内首次开展了地面激光时间比对实验，测定了徐家汇和佘山两地铷原子钟的钟差，两分钟内测定钟差的精度为1.3ns，达到国际水平。2003年在实验室内搭建了激光时间比对地面模拟试验系统。试验结果表明，100s时间内得到的平均钟差的精度达到24.1ps，测得两台钟的相对频率稳定度达到/200s，相对频率差为。
2004年起上海天文台与航天五院合作，开始研制导航卫星的星载激光时差测量仪，用于开展导航卫星星地激光时间比对。上海天文台承担了激光时差测量仪的总体设计、研制及测试工作。与捷克技术大学合作，研制星载单光子探测器，并结合高精度时间测量单元，使该时差测量仪达到精度高、重量轻、功耗低的效果。2007年4月15日，上海天文台研制的首套星载激光时差测量仪搭载北斗导航卫星发射升空，其中单光子探测器是国际上首次应用于航天工程。2007年12月在国际上首次成功开展了对导航卫星的高精度星地激光时间比对测量试验，星地钟差测量精度好于300皮秒，星载铷原子钟相对地面氢钟的频率差的精度为3×10-14（2000秒）。该试验采用激光手段实现了对星载原子钟性能的评估，在欧洲航天局引起了很大反响，欧空局和国际空间站原子钟试验(ACES)也计划开展激光比对技术研究，以评估星载原子钟性能。在此基础上，后续三套星载激光时差测量仪分别搭载北斗导航IGSO和MEO卫星发射。利用地面1米口径激光测距系统，成功开展了对导航卫星的星地激光时间比对测量，测量结果达到设计技术要求。在此影响下，德国、捷克等科学家建议在Galileo卫星上安装激光比对设备，并进行了预研。
北斗导航卫星高精度激光测距系统：2006-2011年上海天文台为北斗卫星导航系统研制了1米口径卫星激光测距系统，用于导航卫星激光测距，实现导航卫星的轨道复核、星地时间同步、无线电测量设备外部标校等。2009年4月该测距系统开始对导航卫星进行激光测距，至今已获得大量激光数据，测距精度好于3厘米，在导航卫星的精密定轨、星地时间同步等方面发挥了重要作用。该测距系统在国际上首次实现了同步轨道卫星的白天激光测距，作用距离最远达41000公里，是一套测量能力极强的系统，达到国际领先水平。
卫星激光反射器：上海天文台从1999 年开始研制卫星激光反射器，2002 年在国内首次将激光反射器成功应用到神舟四号轨道舱，开展神舟四号飞船激光测距，实现高精度测轨，单次测距精度达到1－1.5厘米，并实现了对地影中的轨道舱进行“盲测”，取得了大量数据，使轨道舱测轨精度有数量级提高，受到卫星测控专家的高度重视。获得2004年军队科技进步二等奖。2003年完成了北斗03星激光反射器的研制，并实现对其测距，测程达37000公里。2004 年起，上海天文台承担了北斗卫星导航系统的全部卫星激光反射器设计和研制任务。2007 年4 月发射的北斗导航试验卫星MEO，于2008 年11 月参加国际联测。通过与国外其它导航卫星激光联测的回波信号对比，MEO试验星返回的信号显著强于其它卫星，表明上海天文台研制的激光反射器性能达到国际领先水平。由于该卫星激光反射器具有重量轻、回波信号较强和测量精度高等特点，已被国际激光测距组织确认为目前最佳设计，其独到设计、加工已引起美国宇航局、欧洲航天局、俄罗斯航天局同行的关注。上海天文台为北斗导航卫星研制的激光反射器获得2011年上海市科技进步三等奖。
