高精度时间间隔测量在航空航天、工业生产、日常生活等许多领域中必不可少,特别是皮秒级的时间间隔测量,在激光雷达测速、高速带电粒子飞行定轨、精密卫星导航定位、空间-地面引力波探测等国家大力发展的科技项目中广泛应用。目前,受器件性能、测量方法及系统设计等各种因素的制约,国内在皮秒级的时间间隔测量方面的技术尚未发展成熟,如何更进一步提高时间间隔的测量精度和测量分辨力是一直亟待解决的难题。本文基于声表面波滤波器(SAWF)实现皮秒级的时间间隔测量,并构建出了基于SAWF的高精度时间间隔测量系统。该测量系统主要分为窄脉冲单边捕获、SAWF激励、A/D时钟采样、数据存储与传输和数字信号处理算法实现五个子模块。该系统的具体设计思路为:首先由窄脉冲单边捕获模块生成窄脉冲信号,用代表事件发生的窄脉冲来激励SAWF,产生在其窄频带外具有高度抑制谱的有限激励响应信号。然后在时钟周期处,对输出的两个原始激励响应进行多周期采样,并将它们从有限数量的样本中精确重建出来。最终利用相关算法进行估计,进而比较并确定出原始响应和重建响应间的时间间隔。本系统利用SAWF作为时间内插滤波器,并将其脉冲响应作为时间内插信号,这样做可以起到时间拉伸的作用,进而可将单次测量转换为多次测量。在对采样数据进行处理时,结合数字信号处理进行二次相关运算。由于相关运算的平均效果,可以很大程度地消除两个互不相关的测量路径中的附加噪声成分,降低测量系统的本底噪声,改善灵敏度等重要指标,从而可大大降低系统的测量误差,确保时间间隔测量的高精度和高分辨率。系统仿真和实际测试的结果表明,该方法可以实现2.48 ps的测量精度和优于0.1 ps的测量分辨率。