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在量化时延原理的基础上，提出了一种基于时空关系的超高分辨率时间间隔测量方法。利用时频信号在特定媒质中传播的时延稳定性这一自然现象，将被测时间间隔量化，结合相位重合检测技术，使对时间量的测量转化为对空间长度量的测量，大大提高了测量的分辨率和测量系统的稳定性。实验结果表明被测时间间隔的测量分辨率取决于作为两路延时单元的长度差，当两路延时单元的长度差设置在毫米级或亚毫米级时，可达到10ps级至ps级的超高测量分辨率。