本发明涉及深空测控领域，公开了一种公里级区域大气相位不一致性高精度建模与修正方法，主要解决公里级范围内区域上行天线组阵系统中的大气波动相位差补偿问题。针对对流层湿延迟，根据大气动力学原理建立了小尺度对流层实时三维层析模型，然后对三维格网内的水汽湿折射率进行精确估计，最后根据天线阵信号路径及三维大气信息精确标定对流层湿延迟；针对电离层延迟，建立电离层扰动模型，使用低次曲面模型法内插深空探测器方向上的单差电离层延迟并进行相位补偿。本发明模型适用度好，修正精度高，可达到毫米量级，特别适用于区域上行天线组阵单差电离层湿延迟和单差对流层延迟的高精度建模与修正。