大型高海拔空气簇射观测站（Large High Altitude Air Shower Observatory,缩写为LHAASO）是中国“国家发改委十二五规划”中计划建设的大型科学装置。LHAASO共包含五种探测器阵列，对能量在1011～1015 eV的广延大气簇射（Extensive Air Shower，缩写为EAS）进行连续测量。水契伦科夫探测器阵列（Water Cherenkov Detector Array，缩写为WCDA）是LHAASO中的一个重要的子探测器，由分布在三个水池内的3120个光电倍增管(photomultiplier tube，缩写为PMT)组成。PMT接收广延大气簇射次级粒子在水中产生的契伦科夫光并输出电信号，前端电子学模块（Front-end Electronics，缩写为FEE）接收PMT输出信号并完成电荷和时间测量，测量结果用来重建原始入射粒子的种类和入射方向。　　WCDA读出电子学基于分布式构架设计，FEE就近PMT放置，进行时间和电荷测量并完成数字化，数据结果进一步通过光纤长距传输至后端DAQ(Data Acquisition)。本论文研究主要集中在模拟电子学的设计上，着重研究了大动态范围情况下PMT信号的时间和电荷测量技术，基于计算分析、仿真结合试验验证的方法提出了最优化的电荷测量电路结构，并确认了电路的关键设计参数;在时间测量方面，在已有的FPGA（Field Program Gate Array）TDC(Time-to-Digital Converter)工作基础上，进一步优化设计提升了其精度指标。此外，考虑到工程实施的需求，在FEE中还设计了自动标定电路，实现了电路参数的自动标定等功能。在上述研究基础上，进行了工程样机的实际制作和系统测试。电子学测试结果表明，该工程样机在单光电子(Single Photoelectron，S.P.E.)处电荷测量精度好于8％，在4000 P.E.处电荷测量精度好于1％;整个动态范围内的时间测量精度好于300 ps RMS，均好于工程应用需求。最后，将工程样机分别与两种PMT进行了联合测试，测试结果均符合物理预期。　　此外，本论文还进一步探索了一种基于基线恢复技术的改进型前沿定时电路，在保证测量精度等性能的同时大大减小了电路死时间，为类似大动态范围下高精度定时电路提供了设计参考。　　本论文工作还基于本实验自主研发的放大成形电路（Pre-Amplifier andShaping Circuit，缩写为PASC）芯片完成了另一种FEE原型电路的设计。此技术的优点是可简化前端模拟电路的复杂度。研究中也对该电路进行了初步的电子学测试以及与PMT的联合测试。　　本论文结构安排如下:　　第一章介绍了LHAASO WCDA实验，并给出了FEE的设计指标需求;　　第二章调研了目前主流的电荷和时间测量方法，并结合典型的应用实例对相关技术方案进行了分类和总结，这也是FEE工程样机的设计参考;　　第三章主要介绍了WCDA FEE设计中的电荷和时间测量方案和技术路线，包括电路的计算分析、电路仿真和参数优化;　　第四章详细介绍了FEE工程样机的详细电路设计与实现，包括放大成形电路、ADC电路、时间甄别电路、自动标定电路以及相应的基于FPGA的数字处理逻辑等;　　第五章主要介绍了FEE工程样机的电子学测试结果。测试结果表明，各项性能指标均满足工程需求;　　第六章使用两种PMT与FEE原型样机进行了联合测试。测试结果均符合物理预期;　　第七章为论文的总结和展望。