频率标准是指能给出较高准确度的单一频率值的正弦形振荡信号的装置,在现代军事、通讯、电力、导航等领域中都起着重要的作用。频标比对测量是对频率标准的准确度和稳定度指标进行测量评估,对频率标准在工程中的合理使用具有重要的现实意义。目前高精度频标比对测量系统常采用双混频时差法,传统的双混频时差法频标比对原理是将待测信号和参考信号分别与公共振荡器混频,得到各自的差拍信号,然后将两个差拍信号送往计数器进行计数测量。然而,计数法测量相位差结果并不是很精准,计数时会产生±1个字的计数误差。本文研制10MHz频标比对测量系统。系统中采用了传统的双混频时差法的基本构架,但是针对差拍信号的测量舍弃传统的计数法,而是采用了基于FPGA的数字相关法。并且对数字相关法公式进行改进,为方便FPGA运算,将差拍信号加上半个峰峰值。同时将数字相关法求解公式中求解反余弦改为求解反正切,在FPGA实现中设计反三角函数变换器对求解反余弦和反正切精度进行分析比较。将本文主要工作如下:（1）研制了 9.9999MHz公共振荡器和正弦差拍器,将10MHz待测信号和参考信号下变频为100Hz弦波信号,提高了系统的测量分辨率。（2）研制了双通道同步数据采集电路,将两路100Hz低频差拍弦波信号转换为离散数字信号,送至FPGA进行相位差解算。（3）在FPGA中设计反三角函数变换器、数字相关器、乘法器、除法器等运算单元来共同构建数字相关法。（4）反三角函数变换器中研究了基于CORDIC的反余弦求解算法、基于CORDIC的反正切求解算法和基于Chebyshev的反正切求解算法,并进行了 Matlab仿真和性能比较。结果表明基于Chebyshev的反正切求解算法更加逼近理论值。（5）在FGPA中设计了串口驱动器,将待测信号和参考信号之间的相位差测量数据实时输出至上位机显示保存,将上位机软件保存的测量数据加载到Stable32-1.6进行稳定度指标分析。（6）研制了系统原理样机,设计了系统测试方案,测量了所研制10MHz频标比对测量系统原理样机的通道时延、本底噪声及测量准确度。实验结果表明,本文研制的10MHz频标比对测量系统原理样机的通道时延为199.6ps,本底噪声典型值为7.46E-12/s,即系统相位差测量分辨率达到皮秒量级。系统设计充分利用FPGA的并行处理能力,提高了算法的运算速度,在一片FPGA内完成正弦差拍信号的采集控制、处理和数据传输,在保证比对测量精度的前提下,使系统具备了实时性、小型化的特征。