相位噪声是衡量信号波动特性的一项重要指标。随着光电通信、卫星导航和电子对抗等领域的技术革新,如何实现宽范围、高分辨率的相位噪声测量成为一个关键性难题。本文通过研究相位噪声的表征方式,阐明了周期性信号间的相位差信息与其相位噪声之间的联系;通过研究传统的相位噪声测量理论,分析了相位比对技术与相位噪声测量技术的测量原理和局限性;通过分析自相关法的偏差与方差性能,发现截断自协方差序列、增大样本长度及多次测量取平均等方式可有效降低了功率谱估计误差,由此确定了基于数字化线性比相法的高精度单边带相位噪声的测量方案。通过探讨量化理论在相位比对中的特殊应用,本文设计了一种基于最小公倍数周期的相位连续、高分辨率的数字化线性比相法,实现了高精度相位差信息的提取。该方法利用高速模数转换器作为计数器和等效鉴相器,在最小公倍数周期的基础上对参考信号和被测信号进行直接相位比对,实现了任意频率信号间的相位差测量。由于其全数字化的设计模式和直接比对的设计理念,线性比相法具有本底噪声低、测量模式简单、易于实现等优点。利用高稳晶振8607进行自校比相实验,发现其相位处理的频率稳定度具有1/?的规律,且秒级频率稳定度可达1.68?10^-12/s,验证了数字化线性比相法在异频信号比相时的高精度。本文通过研究信号在时域与频域的对应关系发现偏载频与比相时间是一一对应的。对于远载频处的相位噪声,样本数据过少将导致步进频率值过大,无法很好地反映信号的功率分布情况;对于近载频处的相位噪声,比相时间较长,样本数据过大将导致系统响应时间过长,样本数据过小将导致测量误差较大。此外,单次测量的相位噪声具有较大的随机误差,而测量次数的增加将导致系统的响应时间过长。综合考虑各种因素,经过多次对比实验确定了不同偏载频范围内的采样个数、比相时间和测量平均次数,设计并实现了高分辨率的相位噪声测量方案。利用该方案和PN8010相噪测量仪分别对TR2001铷钟和OSA 5585B PRS铯钟进行相位噪声测量,比对各相位噪声测量结果之间的差异,确定了本相位噪声测量方案的相对误差。