随着电子信息技术的迅猛发展,各电子信息系统对由小型时频生成与保持系统产生的系统时间频率信号的稳定性和可靠性提出了更高的要求。小型时频生成与保持系统的参考频率来源于多台原子钟信号,虽然原子钟具有很高的频率准确度和稳定度,但由于自身元件老化和运行环境温度变化,原子钟的频率仍不可避免地存在频率偏差和漂移。为了维持原子钟固有的稳定性能状态,原子钟运行后一般不直接对其进行调整。随着长时间的连续工作运行,以原子钟信号为参考的系统时间会因为频率偏差和漂移而累积相位偏差。频率/相位微调净化技术可以通过高分辨率调节输出信号的相位或频率来对累积的相位偏差和频率偏差进行补偿,使系统输出频率信号既有原子钟优良的长期稳定性,又能通过频率/相位净化技术获得优良的短期稳定性能,提高了系统输出的时间频率信号的准确性和稳定性。高精度的时间和频率信号对电子系统极其重要,为提高系统时间和频率信号的可靠性,常采用冗余互备的方式产生系统的时间和频率信号。当主用参考频率源发生异常时,常用电子切换开关实现主备参考频率源的切换。在切换时,系统提供的时间和频率信号会出现瞬时中断,若主备信号间存在频差和相差,还会导致出现跳变,最终影响电子系统的工作。针对小型时频生成与保持系统对时频参考信号高可靠、高精度等方面的需求,本文研究了一种多频率源的无缝切换技术,以频率源的高分辨率比相为基础,自主分析参考频率源的完好性,当监测到频率源异常时自动完成参考频率源切换,切换过程采取频率微调策略直至重新锁定至新的参考频率源,保证系统输出时间频率信号的性能不受频率源切换的影响,提高系统输出的时间频率信号的可靠性。本文分析了小型时频生成与保持技术的研究现状及特点,为了简化当前小型时频生成与保持系统的组成,完善系统输出频率源的切换性能,实现系统的设备化,提出了基于差拍数字化测量的无缝切换精密时钟管理系统设计方案。论文分别从多通道差拍数字化频率测量方法、原子钟组自主完好性监测方法和主备频率源无缝切换技术三个方面展开详细论述,并研制了原理样机对相关理论方法和技术进行了测试验证。主要研究内容和成果如下:（1）针对小型时频生成与保持技术的需求,结合现状分析,提出了基于差拍数字化测量的无缝切换的精密时钟管理系统方案,分析了系统实现的关键技术。（2）针对无缝切换及完好性监测需求,提出了基于多通道同步采样的差拍数字化高分辨率比相方法。分析了多通道差拍数字化频率测量系统原理及测量误差来源,通过数字频率测量算法的仿真,评估了不同系统参数对频率测量误差的影响,同时验证了算法的可行性。与当前性能最高的频率测量仪器TSC5125A3×10-15/s的本底噪声测量能力相比,所研制样机实测本底噪声典型值为6×10-15/s,达到了国际先进水平。（3）提出了基于校准参考源的原子钟组信号自主完好性监测方法,能自动检测识别信号异常并给出异常信号的定位。首先分析了原子钟的信号异常类型及其影响,梳理了原子钟信号完好性监测的研究现状,给出了完好性监测的性能表征参数。结合差拍数字化测量的高分辨率比相数据的特点,设计完好性识别算法并实现了信号缺失、频率跳变等异常监测和异常信号的定位。（4）提出了基于高分辨率频率测量和频率微调的主备频率源无缝切换方法,在主用频率源异常时,系统输出频率信号以10-15量级的频率步进值调整到备用频率源,使系统维持原有输出时间频率信号的准确性和稳定性。（5）结合小型时频生成与保持系统的实际需求和技术验证要求制定了研制目标,以小型化和模块化设计为原则,设计了集成频率高分辨率测量、相位微调和无缝切换的精密时钟管理设备,按要实现的功能分别设计了正弦差拍器、频率偏差产生器、多通道数据采集运算器、D/A转换器等功能模块,同时实现了频率源的数字测量、分析和控制。同时搭建了实验测试平台对所研制的原理样机的性能以及相关技术方法进行了验证。本文研究了多通道差拍数字化测量的高分辨率比相技术、原子钟组自主完好性监测技术、多参考频率源的无缝切换技术,通过理论分析以及样机测试的方式,验证了系统设计方案的可行性。实验结果表明,系统原理样机的频率测量准确度优于5.00×10-15@10MHz,对频率源测量的附加本底噪声为6×10-15/s。系统输出频率信号的调频分辨率典型值为8.5×10-15@10MHz,参考频率源切换的过程中,系统输出频率信号的秒级稳定度在切换前后保持在3.2×10-14/s,参考频率源的切换没有引起输出信号频率稳定度的变化,实现了10-14量级短期稳定度的无缝切换。