为了满足诸多工程应用对时间间隔测量多通道、大量程、高精度的要求，研究了多通道精密时间间隔测量和量程扩展的方法，研制了多通道精密时间间隔测量系统，对系统做了误差分析和校准，并对系统的性能进行了测试。论文的主要工作有：在研究精密时间间隔测量原理的基础上，研究了通过采样传播延时状态、管道式预处理等实现多通道测量的方法；通过对时间数字转换芯片测量原理的分析，提出了在时间数字转换芯片内部再触发模式下，通过中断扩展内部Start再触发数，在不额外增加硬件成本的情况下，实现量程扩展的方法。在分析系统整体功能和性能的基础上，对其进行了总体设计，并把系统分成虚拟仪器控制单元、微处理器控制单元、时间间隔测量单元，分别进行了概要设计。在分析系统硬件功能和性能的基础上，设计并实现了微处理器控制电路和时间间隔测量电路及其他硬件电路；在分析系统软件功能和性能的基础上，设计并实现了虚拟仪器控制软件和微处理器固件程序。在分析测量中误差来源的基础上，提出了对奇异值采用3σ准则剔除、对系统误差进行正反接测试校准，对随机误差采用时间间隔平均法优化的方法，重点对通道间延时偏差进行了校准，校准后的通道间偏差优于90.45ps。在研究比较法和固定时间间隔法测试的基础上，分别搭建了测试平台，比较了所研制系统和SR620计数器的性能，测试了系统各个通道对不同量级时间间隔测量的准确度和稳定度。结果表明，所研制系统的准确性和SR620计数器相当，但能同时进行多通道测量；系统对纳秒量级时间间隔测量的准确度可以达到10.9ps，稳定度（标准偏差）可以达到44.86ps；对微秒量级时间间隔测量的准确度可以达到14.8ps，稳定度可以达到79.57ps；对毫秒量级时间间隔测量的准确度可以达到17.0ps，稳定度可以达到81.56ps。最终结果表明，研制的时间间隔测量系统能够同时对8个通道的信号进行测量，每通道测量分辨率为81ps，测量精度可达50ps，测量量程为100s。