时间作为国际七个标准物理量之一,是众多衍生物理量的组成部分,也是现今基本计量单位中测量精度最高的。随着科学技术的不断发展,在国防科技、前沿科学研究、工业生产和高速通信等领域都对频率的精确测量提出了越来越高的要求。本文分析了有间隔的频率测量在表征频率源长期稳定度时的不足之处。目前高精度的任意频率测量设备中,很多设备的测量原理都是有间隔的频率测量,这种类型的测量方法由于遗漏了两次采样周期之间的相位信息,导致测量结果不能完全反映被测信号的长期频率稳定度。使用阿伦方差在时域上表征其测量结果时,稳定度曲线的变化规律为1/τ1/2。而使用相位比对的方法进行测量时,两次测量之间没有遗漏相位信息,其测量结果的稳定度曲线变化规律为1/τ。但是相位比对通常只用于对相同的频率标准进行测量,无法满足对任意频率进行测量的需求。本文提出两种无间隔的频率测量方法,无间隔的频率测量方法由于没有遗漏任何相位信息,测量结果可以等效为相位比对,且测量范围大,可以测量1～80MHz之间的任意频率信号。方法一是基于相位跟踪的频率测量方法。本方法使用10MHz作为参考信号,使用直接频率合成器（DDS）跟踪被测信号的相位。首先通过闸门法测量被测信号的频率到赫兹量级,调节DDS的频率靠近被测信号,使两者的频率差小于10赫兹。再用双D触发器作为鉴相器对DDS信号和被测信号进行鉴相,得到线性特性的鉴相信号。随后使用ADC模数转换器测量该鉴相信号,根据鉴相信号的电压变化速度计算出鉴相信号的频率,再调节DDS频率进一步靠近被测信号频率至50毫赫兹内。随后进入精密测量,使用运算放大器将鉴相信号局部电压放大,并不断使用DDS补偿相位,使鉴相信号的电压始终处于ADC的采样范围内。以一秒为周期进行电压采样和DDS相位补偿,使用相邻两次测量的ADC采样值和DDS的相位计算出鉴相信号的相位变化速度,也即DDS信号与被测信号的频率差,再根据DDS的频率即可计算得到被测信号的频率。经过实验验证,在测量10MHz参考信号时,该方法的秒稳可以达到3.3×10-13/s。方法二是基于频率跟踪的频率测量方法。本方法令DDS输出的频率与被测信号保持1kHz左右的频差,使用线性特性的鉴相器将DDS信号与被测信号的相位关系转化为锯齿波,则得到锯齿波的频率也为1kHz。通过理论分析,选用一体化的鉴相器芯片,使参考信号和被测信号沿碰沿发生的概率尽可能减小,从而减小锯齿波跳变沿附近的抖动。再使用高速时钟作为FPGA的信号源,记录锯齿波每一个跳变沿的时刻,分析引起FPGA采样值跳动较大的原因,并在硬件电路设计和软件算法上提出优化方案。在硬件上通过调节低通滤波器的截止频率使鉴相信号的跳变沿更加陡峭,在软件上通过使用最小二乘法的曲线拟合方法绘制出跳变沿的时间曲线,以此减小单次测量时的触发不稳定对最终测量结果的影响,拟合出的曲线的斜率即为鉴相信号的频率。最后再根据该频率值和DDS的频率值计算出被测信号的频率。经过实验验证,在测量10MHz参考信号时,该方法的秒稳可以达到5.7×10-13/s。