在目前的无线定位技术中,到达时间差定位(TDOA, Time Difference of Arrival)作为一种定位精度高、定位速度快和抗干扰能力强的定位技术越来越受到重视。这种定位方式的基础就是无线电测距,即通过测量无线电信号到达某物体的传播时差,进而折算出到达此物体的距离,测距的实质正是测量时差。如何准确地获取时差,为后续定位提供必需的数据支撑,正是本文研究的重要目标。针对目前通常采用的时差测量方式的优缺点,提出了一种内同步法进行时差测量,即各站分别接收到同一辐射源通过不同路径的信号后,在各自的基站上比较接收信号和发射信号的波形,通过对这两个信号做互相关运算来求取它们的时间差,然后将这个时间差数据发送至主站,从而完成时差定位。本文设计的时差测量系统采用Altera公司Cyclone系列的FPGA芯片EP1C3T144作为核心处理器,利用时域直接互相关法,提取通过不同路径的同一信号时间差,并提供了以太网接口、USB接口和RS232串口作为输入输出接口,以适应各种不同接口的接收机和无线传输设备。文中首先介绍了课题研究的背景和意义,对无源时差定位系统的国内外发展现状进行了阐述,归纳总结了常用的时差测量方式及其利弊。其次分析了内同步时差测量的工作原理,具体阐述了信号相关运算理论,根据需要选择了用于时差测量的信号。在此基础上设计了基于FPGA的时差测量系统总体结构和各个重要功能模块的硬件电路,并完成了系统的相关软件设计,包括相关运算单元和三种接口的控制,其中重点介绍了设计思想、程序流程和仿真结果,并初步探讨了多个目标情况下的时差测量问题。最后分析了设计中还需进一步完善的地方,为以后工作提出了相应的建议。研究表明,内同步时差测量系统既可以避免基站间使用高度同步的时钟,又不需要专门建立信号转发通道。