时间间隔测量在导航定位、数字通信、原子物理、航天遥测、计量等领域有着广泛的应用，随着这些领域的快速发展，对时间间隔测量的精度提出了越来越高的要求。本文在研究各种时间间隔测量方法的基础上，主要对影响系统测量分辨率的因素进行了深入分析，并基于双游标延迟法设计、实现了一种短时间间隔测量系统。双游标延迟法主要利用两列由细微差别的延时单元建立的差分延迟线实现高分辨率的时间间隔测量。论文通过将每个延时单元分解为可编程延时单元和物理层传输路径，把影响系统分辨率的决定因素转换为双游标链之间的两次延时差值，进而提高了系统分辨率。为了在同一条游标延迟链内实现均匀的路径延迟，本文对时间间隔信号在FPGA内部传输过程中出现的路径延时作了详细分析。针对自动布局布线模式下FPGA内部无规律物理布线的情况，采用手动布局布线的方式，对相关信号的传输路径延时时间进行精确调整，减少因传输路径长度不一致而造成的延时不一致。论文采用可变延迟线的实验方法对系统进行了大量的测试。利用不同长度的同轴传输线对系统分辨率进行验证，时间间隔测量系统的实际测量分辨率可达到59ps，测量范围为0.35ns～4.1ns；利用固定长度的同轴传输线确定了系统稳定度、准确度，并对该测量系统的非线性指标、误差等进行了分析。实验结果表明，利用FPGA作为核心芯片对系统进行设计，达到了简化电路设计、提高系统稳定性和准确性的目的，并且随着微电子技术的发展，本文的设计方案还有进一步提升的空间。