时间作为国际七个标准物理量之一,是计量校准中的一个关键参数。高精度的时间间隔测量在科学研究和国防建设上有着重大意义,它是雷达探测、原子物理、精密测量仪器等研究领域的硬性指标。随着科学的日益发展与进步,人们对于时间间隔测量的精度要求将越来越高。目前,国内外许多学者对时间间隔测量与校准技术进行了大量研究,如何进行高精度的时间间隔测量校准,成为目前一个亟待解决的科学与关键技术问题。本文在目前国家时间间隔计量检定规程基础上,设计了一种利用不同长度导线测量时间间隔的高精度、高稳定度的测量方法。该测量方法基于正弦波信号相位测量原理,利用电信号在导线中传输具有稳定延迟的特点,利用锁相环输出正弦信号并通过导线进行信号传输时间延迟,再利用双通道ADC对该延迟信号和另一路未经导线延迟的正弦信号同时进行数据采样,采集的数据送入SRAM缓存,再通过FPGA读取及USB控制芯片传输数据,以数据流的形式上传给上位机,利用最大似然估计算法对采集的数据进行运算分析,从而得出信号在导线中的传输延迟时间。多次测量不同长度导线时间延迟,通过作差的方式消除系统误差,对数据整理分析,从而得出高精确、稳定的时间间隔电脉冲串,在20ns范围内,其脉冲串的重复性优于6ps,测量不确定度优于30ps,为高精度时间间隔测量校准提供技术基础。文章详细介绍了不同导线的硬件部分组成及软件设计,首先在理论上验证了设计方案的可行性,综合分析了影响系统的各个因素,提出了相应的改进措施,其次,通过对系统进行重复性实验测试,标定了本实验室研制的时间间隔测量仪的具体性能指标:测量分辨率优于1ps、测量不确定度优于30ps,并能够有效的溯源。同时,本系统具有工作稳定、结构简单、高精度及高稳定性的特点,测试指标达到了国内领先水平,并能为其它测量时间间隔的精密仪器提供校准。