CN101866165B - 基于现场可编程门阵列的回波飞行时间测量方法 - Google Patents

Abstract

一种基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法，该回波飞行时间测量方法以脉冲计数法为基础，通过相位延迟技术实现时间插值，能够达到时间测量精度为90ps以下，克服了直接法要实现100ps的分辨率，其计数频率要达到10GHz，信号达到微波段，这样的信号不仅难以产生，准确性也难以保证的缺点；也克服了模拟内插法在集成芯片中难以采用，可能存在起点死区、终点死区和零区非线性的问题，导致模拟过程的非线性不易控制，抖动及非线性带来的误差可能高达几十ps的缺陷；还克服了延迟时间内插法的当测量较大时间间隔时，延迟线数量将大大增加，延迟线长度的增加导致了积分非线性的缺陷。

Description

基于现场可编程门阵列的回波飞行时间测量方法

技术领域

本发明涉及一种回波飞行时间测量方法，具体涉及一种基于现场可编程门阵列的回波飞行时间测量方法。

背景技术

回波飞行时间是指信号或者物体从发射端通过介质到达接收端所经历的时间间隔长度，回波飞行时间测量在电子电路中通常转换成两个脉冲信号边沿之间的时间间隔测量，测量原理是在发射信号时开始计时，当回波信号达到阈值之后停止计时，从而测出信号传播的时间间隔，实际测量中待测飞行时间和脉冲计数法实际测得的飞行时间之间总是存在误差。为降低时间测量误差，目前普遍采用的回波飞行时间的测量方法有直接法、模拟内插法以及延迟时间内插法：直接法是利用发射信号启动计数器，回波信号停止计数器计数来测量回波飞行时间，该方法的缺点是要实现100ps的分辨率，其计数频率要达到10GHz，信号达到微波段，这样的信号不仅难以产生，准确性也难以保证，而且由于分布参数效应，在普通电路中不易实现；模拟内插法，也称时间放大法，是通过一个高速转换开关在测量时间内用大恒流源充电，而后用小恒流源放电，通过电容充放电时间特性将测量时间放大再进行回波飞行时间测量，该方法的缺点是利用对一个电容充放电以进行测量，属于模拟过程，在集成芯片中难以采用，可能存在起点死区、终点死区和零区非线性的问题，而且理想的恒流源也难以实现，导致模拟过程的非线性不易控制，抖动及非线性带来的误差可能高达几十ps；延迟时间内插法是利用电子器件单元固有的延时作为测量时使用的标尺来实现时间差的测量，该方法的缺点是随着测量分辨率的提高，要求延迟线长度越来越短，当测量较大时间间隔时，延迟线数量将大大增加，延迟线长度的增加导致了积分非线性，并使得温度变化、压力波动、布线策略等引起的抖动导致了回波飞行时间测量的误差加大。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于现场可编程门阵列的测量回波飞行时间的方法，该回波飞行时间测量方法以脉冲计数法为基础，通过相位延迟技术实现时间插值，能够达到时间测量精度为90ps以下，克服了直接法要实现100ps的分辨率，其计数频率要达到10GHz，信号达到微波段，这样的信号不仅难以产生，准确性也难以保证，而且由于分布参数效应，在普通电路中不易实现的缺点；也克服了模拟内插法在集成芯片中难以采用，可能存在起点死区、终点死区和零区非线性的问题，而且理想的恒流源也难以实现，导致模拟过程的非线性不易控制，抖动及非线性带来的误差可能高达几十ps的缺陷；还克服了延迟时间内插法的随着测量分辨率的提高，要求延迟线长度越来越短，当测量较大时间间隔时，延迟线数量将大大增加，延迟线长度的增加导致了积分非线性，并使得温度变化、压力波动、布线策略等引起的抖动导致了回波飞行时间测量的误差加大的缺陷。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于现场可编程门阵列的测量回波飞行时间的方法，步骤如下：

步骤1：将10MHz-100MHz范围的低频时钟信号2输入到现场可编程门阵列系统1的倍频/锁相模块3中，通过倍频/锁相模块3中的锁相环技术将低频时钟信号2的时钟频率提高为550MHz以上的高频时钟信号4，并将该高频时钟信号4输出到现场可编程门阵列系统1的数字时钟管理去抖模块5中；

步骤2：通过数字时钟管理去抖模块5中的时钟管理技术对高频时钟信号4做去抖动处理，降低高频时钟信号4的抖动和歪斜，得到稳定的550MHz以上的高频参考时钟信号6，并将该高频参考时钟信号6输出到现场可编程门阵列系统1的相位延迟内插模块7中；

步骤3：将被测回波飞行时间的计时开始信号8和计时结束信号9输入到脉冲生成及整形电路10中，使计时开始信号8和计时结束信号9分别生成边沿陡峭的开始Start信号11和边沿陡峭的结束Stop信号12，并将该开始Start信号11和结束Stop信号12输出到现场可编程门阵列系统1的n组可控双边沿计数器14中，其中n为大于或等于1的正整数；

步骤4：然后对输入高频参考时钟信号6做延迟内插，得到n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13，并把参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13依次输出到n组可控双边沿计数器14中，其中，i为大于或等于1且小于或等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数；

步骤5：n组可控双边沿计数器14分别根据各自对应的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13对开始Start信号11和结束Stop信号12之间的回波飞行时间做多相位多时钟脉冲填充，得到含参考时钟相位信息的被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期，并将被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15输出到现场可编程门阵列系统1的数据处理模块16中；

步骤6：在数据处理模块16中对被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15做

算术平均处理，得到被测飞行时间T21，，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期；

步骤7：将被测飞行时间T21送入先进先出寄存器22暂存。

步骤8：随后将被测飞行时间T21按先进先出的顺序送入到显示器23中进行顺序显示。

所述的n组可控双边沿计数器14、数据处理模块16、相位延迟内插模块7、先进先出寄存器22以及显示器23内按照所述的基于现场可编程门阵列的测量回波飞行时间的方法的步骤的先后顺序预设同步时序关系，分别通过现场可编程门阵列系统1的时序控制模块17发出n组可控双边沿计数器与数据处理时序控制信号19、相位延迟时序控制信号18、先进先出寄存器时序控制信号30以及显示器时序控制信号20来协调n组可控双边沿计数器14与数据处理模块16、相位延迟内插模块7、先进先出寄存器22以及显示器23同步工作，其中n为大于或等于1的正整数。

所述的n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13依次之间的延迟时间τ为：

其中i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期。

所述的n组可控双边沿计数器14中的每组可控双边沿计数器包括时钟信号输入线24，该时钟信号线24和偶计数器25的输入端、奇计数器26的输入端以及多路选择器27的使能端s相连接，偶计数器25的输出端和奇计数器26的输出端分别和多路选择器27的第一输入端a和第二输入端b相连接，多路选择器27的输出端和输出信号线28相连接，其中n为大于或等于1的正整数。

通过相位延迟技术实现时间插值，能够达到时间测量精度为90ps以下，克服了直接法要实现100ps的分辨率，其计数频率要达到10GHz，信号达到微波段，这样的信号不仅难以产生，准确性也难以保证，而且由于分布参数效应，在普通电路中不易实现的缺点；也克服了模拟内插法在集成芯片中难以采用，可能存在起点死区、终点死区和零区非线性的问题，而且理想的恒流源也难以实现，导致模拟过程的非线性不易控制，抖动及非线性带来的误差可能高达几十ps的缺陷；还克服了延迟时间内插法的随着测量分辨率的提高，要求延迟线长度越来越短，当测量较大时间间隔时，延迟线数量将大大增加，延迟线长度的增加导致了积分非线性，并使得温度变化、压力波动、布线策略等引起的抖动导致了回波飞行时间测量的误差加大的缺陷。

附图说明

图1是回波飞行时间的测量原理时序示意图。

图2是本发明基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法的原理示意图。

图3是本发明的一组可控双边沿计数器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更详细的说明。

如图1所示，通过回波飞行时间的开始事件信号和结束事件信号分别生成边沿陡峭的开始Start信号和结束Stop信号，开始Start信号和结束Stop信号之间的时间间隔即为回波飞行时间T_true，而通过开始信号Start和结束信号Stop计数器得到Ref_Clk为参考时钟信号，利用脉冲计数法通过参考时钟信号Ref_Clk得到被测飞行时间T，被测飞行时间T为：

T＝NT_P                                                        (1)

该方法的测量误差为ΔT₂-ΔT₁，大小为小于等于一个T_P，其中ΔT₂为针对结束信号Stop的误差，ΔT₁为针对开始信号Start的误差，N为参考时钟信号Ref_Clk驱动的计数器的计数值，为大于等于零的正整数，T_P为一个脉冲周期。由此可见，要减小测量误差，关键是提高时钟信号Ref_Clk频率以及采用多相位多时钟脉冲填充技术。

如图2所示，本发明的基于现场可编程门阵列系统的测量回波飞行时间的方法，步骤如下：

步骤1：将10MHz-100MHz范围的低频时钟信号2输入到现场可编程门阵列系统1的倍频/锁相模块3中，通过倍频/锁相模块3中的锁相环技术将低频时钟信号2的时钟频率提高为550MHz以上的高频时钟信号4，并将该高频时钟信号4输出到现场可编程门阵列系统1的数字时钟管理去抖模块5中；

步骤2：通过数字时钟管理去抖模块5中的时钟管理技术对高频时钟信号4做去抖动处理，降低高频时钟信号4的抖动和歪斜，得到稳定的550MHz以上的高频参考时钟信号6，并将该高频参考时钟信号6输出到现场可编程门阵列系统1的相位延迟内插模块7中；

步骤3：将被测回波飞行时间的计时开始信号8和计时结束信号9输入到脉冲生成及整形电路10中，使计时开始信号8和计时结束信号9分别生成边沿陡峭的开始Start信号11和边沿陡峭的结束Stop信号12，并将该开始Start信号11和结束Stop信号12输出到现场可编程门阵列系统1的n组可控双边沿计数器14中，其中n为大于或等于1的正整数；

步骤4：然后对输入高频参考时钟信号6做延迟内插，得到n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13，并把参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13依次输出到n组可控双边沿计数器14中，其中，i为大于或等于1且小于或等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数；

步骤5：n组可控双边沿计数器14分别根据各自对应的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13对开始Start信号11和结束Stop信号12之间的回波飞行时间做多相位多时钟脉冲填充，得到含参考时钟相位信息的被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期，并将被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15输出到现场可编程门阵列系统1的数据处理模块16中；

步骤6：在数据处理模块16中对被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}15做

算术平均处理，得到被测飞行时间T21，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期；

步骤7：将被测飞行时间T21送入先进先出寄存器22暂存。

步骤8：随后将被测飞行时间T21按先进先出的顺序送入到显示器23中进行顺序显示。

所述的n组可控双边沿计数器14、数据处理模块16、相位延迟内插模块7、先进先出寄存器22以及显示器23内按照所述的基于现场可编程门阵列的测量回波飞行时间的方法的步骤的先后顺序预设同步时序关系，分别通过现场可编程门阵列系统1的时序控制模块17发出n组可控双边沿计数器与数据处理时序控制信号19、相位延迟时序控制信号18、先进先出寄存器时序控制信号30以及显示器时序控制信号20来协调n组可控双边沿计数器14与数据处理模块16、相位延迟内插模块7、先进先出寄存器22以及显示器23同步工作，其中n为大于或等于1的正整数。

所述的n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13依次之间的延迟时间τ为：

其中i为大于等于1且小于等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期。

如图3所示，所述的n组可控双边沿计数器14中的每组可控双边沿计数器包括时钟信号输入线24，该时钟信号线24和时钟信号变为1时计数的偶计数器25的输入端、时钟信号变为0时计数的奇计数器26的输入端以及多路选择器27的使能端s相连接，偶计数器25的输出端和奇计数器26的输出端分别和多路选择器27的第一输入端a和第二输入端b相连接，多路选择器27的输出端和输出信号线28相连接。通过这样的结构，当时钟信号变为0时，奇计数器处于计数状态，偶计数器处于保持状态，数据选择器输出偶计数数据；当时钟信号变为0时，偶计数器处于计数状态，奇计数器处于保持状态，数据选择器输出奇计数数据。于是，在时钟信号的控制下，输出端得到完整的计数数据。这种并联结构的计数器在时钟信号变为0或1时都能实现计数，计数器的状态在时钟脉冲的上升沿和下降沿均可以改变，从而实现了双边沿触发计数器的功能，2倍的计数功能提高了测量的准确性。

根据该测量回波飞行时间的方法，据(1)式得到被测飞行时间T21为：

$T=\frac{1}{2n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i{T}_P---\left(2\right)$

加上n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}依次之间的延迟时间τ为：

$\mathrm{\τ}=\frac{1}{n}{T}_P---\left(3\right)$

得到测量误差为：

$\mathrm{\Δ\τ}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\τ}}_i=\frac{1}{2n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\ΔT}}_{2i}-{\mathrm{\ΔT}}_{1i})---\left(4\right)$

其中，Δτ为测量误差，Δτ_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i的测量误差，ΔT_2i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i针对结束Stop信号12的误差，ΔT_1i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i针对开始Start信号11的误差。

设已知ΔT₂₁，ΔT₁₁，由式(3)可得：

ΔT_1i＝fmod[(ΔT₁₁+(i-1)τ)，T_P]

                                                 (5)

ΔT_2i＝fmod[(ΔT₂₂+(i-1)τ)，T_P]

式中fmod是实数求余运算，返回值为零或正实数。

将ΔT_1i(i＝1，…，n)按从小到大顺序排列，这n个数构成公差为τ的等差数列，数列的第1项记为ΔT₁₁一定满足0≤ΔT₁₁＜τ，于是：

$\frac{n-1}{2}{T}_P\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;T}}_{1i}<\frac{n+1}{2}{T}_P$

(6)

$\frac{n-1}{2}{T}_P\&le;\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&Delta;T}}_{2i}<\frac{n+1}{2}{T}_P$

将(5)式和(6)式代入(4)式，可以求得双边沿脉冲计数与相位延迟内插相结合的测时方法测量误差为：

$-\frac{1}{2n}{T}_P<\mathrm{\&Delta;\&tau;}<+\frac{1}{2n}{T}_P---\left(7\right)$

这样通过相位延迟技术实现时间插值，能够达到时间测量精度为90ps以下，克服了直接法要实现100ps的分辨率，其计数频率要达到10GHz，信号达到微波段，这样的信号不仅难以产生，准确性也难以保证，而且由于分布参数效应，在普通电路中不易实现的缺点；也克服了模拟内插法在集成芯片中难以采用，可能存在起点死区、终点死区和零区非线性的问题，而且理想的恒流源也难以实现，导致模拟过程的非线性不易控制，抖动及非线性带来的误差可能高达几十ps的缺陷；还克服了延迟时间内插法的随着测量分辨率的提高，要求延迟线长度越来越短，当测量较大时间间隔时，延迟线数量将大大增加，延迟线长度的增加导致了积分非线性，并使得温度变化、压力波动、布线策略等引起的抖动导致了回波飞行时间测量的误差加大的缺陷。

实施例：

本实施例的基于现场可编程门阵列系统的测量回波飞行时间的方法，步骤如下：

步骤1：将33MHz范围的低频时钟信号2输入到现场可编程门阵列系统1的倍频/锁相模块3中，通过倍频/锁相模块3中的锁相环技术将低频时钟信号2的时钟频率提高为594MHz的高频时钟信号4，并将该高频时钟信号4输出到现场可编程门阵列系统1的数字时钟管理去抖模块5中；

步骤2：通过数字时钟管理去抖模块5中的时钟管理技术对高频时钟信号4做去抖动处理，降低高频时钟信号4的抖动和歪斜，得到稳定的594MHz的高频参考时钟信号6，并将该高频参考时钟信号6输出到现场可编程门阵列系统1的相位延迟内插模块7中；

步骤3：将被测回波飞行时间的计时开始信号8和计时结束信号9输入到脉冲生成及整形电路10中，使计时开始信号8和计时结束信号9分别生成边沿陡峭的开始Start信号11和边沿陡峭的结束Stop信号12，并将该开始Start信号11和结束Stop信号12输出到现场可编程门阵列系统1的16组可控双边沿计数器14中；

步骤4：然后对输入高频参考时钟信号6做延迟内插，得到16路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤16}13，并把参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤16}13依次输出到16组可控双边沿计数器14中，其中，i为大于或等于1且小于或等于16的正整数；

步骤5：16组可控双边沿计数器14分别根据各自对应的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤16}13对开始Start信号11和结束Stop信号12之间的回波飞行时间做多相位多时钟脉冲填充，得到含参考时钟相位信息的被测时间集{N_iT_P|1≤i≤16}15，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于16的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤16}13的时钟脉冲周期，并将被测时间集{N_iT_P|1≤i≤16}15输出到现场可编程门阵列系统1的数据处理模块16中；

步骤6：在数据处理模块16中对被测时间集{N_iT_P|1≤i≤16}15做在算术平均处理，得到被测飞行时间T21，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，i为大于等于1且小于等于16的正整数，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤16}13的时钟脉冲周期；

步骤7：将被测飞行时间T21送入先进先出寄存器22；

步骤8：随后将被测飞行时间T21按先进先出的顺序送入到显示器23中进行顺序显示。

所述的16组可控双边沿计数器14、数据处理模块16、相位延迟内插模块7、先进先出寄存器22以及显示器23内按照所述的基于现场可编程门阵列的测量回波飞行时间的方法的步骤的先后顺序预设同步时序关系，分别通过现场可编程门阵列系统1的时序控制模块17发出16组可控双边沿计数器与数据处理时序控制信号19、相位延迟时序控制信号18、先进先出寄存器时序控制信号30以及显示器时序控制信号20来协调16组可控双边沿计数器14与数据处理模块16、相位延迟内插模块7、先进先出寄存器22以及显示器23同步工作，其中n为大于或等于1的正整数。

所述的16路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤16}依次之间的延迟时间τ为：

其中i为大于等于1且小于等于16的正整数T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}13的时钟脉冲周期。

所述的16组可控双边沿计数器14中的每组可控双边沿计数器包括时钟信号输入线24，该时钟信号线24和时钟信号变为1时计数的偶计数器25的输入端、时钟信号变为0时计数的奇计数器26的输入端以及多路选择器27的使能端s相连接，偶计数器25的输出端和奇计数器26的输出端分别和多路选择器27的第一输入端a和第二输入端b相连接，多路选择器27的输出端和输出信号线28相连接。

采用本实施例的基于现场可编程门阵列系统的测量回波飞行时间的方法，得到如表1所示的测量结果：

序号	回波飞行实际时间/ps	测试结果/ps
			1	2 000 000	2 000 050.6
2	2 000 050	2 000 050.6
			3	2 000 100	2 000 103.2
4	2 000 150	2 000 155.8
			5	2 000 200	2 000 155.8
6	2 000 250	2 000 261.0
			7	2 000 300	2 000 261.0
8	2 000 350	2 000 366.3
			9	2 000 400	2 000 418.9
10	2 000 450	2 000 471.5

表1

表1中的测量结果其测量误差均小于按照式7且n＝16的计算所得的测量误差范围52.6ps，克服了直接法要实现100ps的分辨率，其计数频率要达到10GHz，信号达到微波段，这样的信号不仅难以产生，准确性也难以保证，而且由于分布参数效应，在普通电路中不易实现的缺点；也克服了模拟内插法在集成芯片中难以采用，可能存在起点死区、终点死区和零区非线性的问题，而且理想的恒流源也难以实现，导致模拟过程的非线性不易控制，抖动及非线性带来的误差可能高达几十ps的缺陷；还克服了延迟时间内插法的随着测量分辨率的提高，要求延迟线长度越来越短，当测量较大时间间隔时，延迟线数量将大大增加，延迟线长度的增加导致了积分非线性，并使得温度变化、压力波动、布线策略等引起的抖动导致了回波飞行时间测量的误差加大的缺陷。

Claims (4)

1.一种基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：将10MHz-100MHz范围的低频时钟信号(2)输入到现场可编程门阵列系统(1)的倍频/锁相模块(3)中，通过倍频/锁相模块(3)中的锁相环技术将低频时钟信号(2)的时钟频率提高为550MHz以上的高频时钟信号(4)，并将该高频时钟信号(4)输出到现场可编程门阵列系统(1)的数字时钟管理去抖模块(5)中；

步骤2：通过数字时钟管理去抖模块(5)中的时钟管理技术对高频时钟信号(4)做去抖动处理，降低高频时钟信号(4)的抖动和歪斜，得到稳定的550MHz以上的高频参考时钟信号(6)，并将该高频参考时钟信号(6)输出到现场可编程门阵列系统(1)的相位延迟内插模块(7)中；

步骤3：将被测回波飞行时间的计时开始信号(8)和计时结束信号(9)输入到脉冲生成及整形电路(10)中，使计时开始信号(8)和计时结束信号(9)分别生成边沿陡峭的开始Start信号(11)和边沿陡峭的结束Stop信号(12)，并将该开始Start信号(11)和结束Stop信号(12)输出到现场可编程门阵列系统(1)的n组可控双边沿计数器(14)中，其中n为大于或等于1的正整数；

步骤4：然后对输入高频参考时钟信号(6)做延迟内插，得到n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}(13)，并把参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}(13)依次输出到n组可控双边沿计数器(14)中，其中，i为大于或等于1且小于或等于n的正整数，n为大于或等于1的正整数；

步骤5：n组可控双边沿计数器(14)分别根据各自对应的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}(13)对开始Start信号(11)和结束Stop信号(12)之间的回波飞行时间做多相位多时钟脉冲填充，得到含参考时钟相位信息的被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}(15)，其中N_i为对应的第i路参考时钟Clk_Ref_i驱动的可控双边沿计数器的计数值，T_P为一个参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}(13)的时钟脉冲周期，并将被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}(15)输出到现场可编程门阵列系统(1)的数据处理模块(16)中；

步骤6：在数据处理模块(16)中对被测时间集{N_iT_P|1≤i≤n}(15)做

算术平均处理，得到被测飞行时间T(21)；

步骤7：将被测飞行时间T(21)送入先进先出寄存器(22)；

步骤8：随后将被测飞行时间T(21)按先进先出的顺序送入到显示器(23)中进行顺序显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法，其特征在于：所述的n组可控双边沿计数器(14)、数据处理模块(16)、相位延迟内插模块(7)、先进先出寄存器(22)以及显示器(23)内按照所述的基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法的步骤的先后顺序预设同步时序关系，分别通过现场可编程门阵列系统(1)的时序控制模块(17)发出n组可控双边沿计数器与数据处理时序控制信号(19)、相位延迟时序控制信号(18)、先进先出寄存器时序控制信号(30)以及显示器时序控制信号(20)来协调n组可控双边沿计数器(14)与数据处理模块(16)、相位延迟内插模块(7)、先进先出寄存器(22)以及显示器(23)同步工作。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法，其特征在于：所述的n路同频不同相的参考时钟集{Clk_Ref_i|1≤i≤n}(13)依次之间的延迟时间τ为：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{1}{n}{T}_P.$

4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于现场可编程门阵列系统测量回波飞行时间的方法，其特征在于：所述的n组可控双边沿计数器(14)中的每组可控双边沿计数器包括时钟信号输入线(24)，该时钟信号线(24)和偶计数器(25)的输入端、奇计数器(26)的输入端以及多路选择器(27)的使能端s相连接，偶计数器(25)的输出端和奇计数器(26)的输出端分别和多路选择器(27)的第一输入端a和第二输入端b相连接，多路选择器(27)的输出端和输出信号线(28)相连接，其中n为大于或等于1的正整数。

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