时间间隔测量广泛应用于日常生活、工业生产和国防航天等领域,尤其是皮秒级的时间间隔测量,在精密仪器制造、激光雷达测速、导弹制导和高空通讯等高精尖的科研领域发挥着极其重要的作用。随着科学技术的进步和工业水平的不断提高,对时间间隔测量的测量精度的需求也不断提升,如何进一步提高时间间隔测量的测量精度一直是亟待解决的难题。受限于测量设备和测量方法等因素,皮秒级的时间间隔测量尚未发展成熟,有很大的研究与发展空间。本文在时间内插法的基础上研究了一种基于带通滤波的高精度时间间隔测量方法,并基于此设计了测量系统,实现了皮秒级的时间间隔测量。本文的时间间隔测量方法可用于测量两个事件信号之间的时间间隔,测量思想为:通过能够精确检测事件信号触发沿的转换电路,将事件信号转换为同频率的窄脉冲信号,然后经过放大整形电路和带通滤波器,对脉冲信号进行放大整形和滤波扩展,将其转换为具有一定时间宽度的包络信号,从而起到时间拉伸和扩展采样数据的作用,然后通过高速ADC和FPGA对该包络信号进行采样、存储和传输,最后对采样数据进行样本响应重建和二次相关运算,计算出相应的时间间隔。在本文的时间间隔测量方法中,时间内插信号即为带通滤波器输出的包络信号,而带通滤波器的具体实现则采用基于SAW技术的SAWF滤波器,该滤波器可将窄脉冲信号转换为具有一定宽度的包络信号,进而可将单次测量转换为多次测量。在相关运算过程中加入了基于二分搜索的数据搜索算法,实验测试表明至少可减少90%的运算量,极大提升了时间间隔测量的响应速度。由于相关函数运算的平均效果,可有效去除两个不相关的信号中的附加噪声成分,降低测量系统的本底噪声,从而减小测量系统的测量误差。本文的测量系统可根据功能分为四个子模块,包括信号预处理、带通滤波、采样与存储和数据处理,其中数据处理为软件部分,其余为硬件部分。测量系统可实现对两路输入信号的测量,在测量过程中,输入信号的预处理、带通滤波和采样都分为两路,然后通过FPGA对两路采样数据进行存储与传输。经过测量系统的仿真和具体实验表明,该测量系统在采样速率为105MHz、输入信号为1MHz时,多次测量精度可达0.87ps rms。