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超宽带数据采集（Data Acqusition,DAQ）技术是超宽带雷达,高精度数字医疗成像系统,5G/6G通信技术,高端电子测试仪器等前沿应用领域的基础。随着系统中信号带宽,速率的不断增加,信号的瞬态特性和复杂度亦随之急剧增加,对电子系统的采样率以及带宽等性能指标提出了更高的要求。受到现有模数转换器（Analog to Digital Convertor,ADC）集成电路工艺的限制,单通道ADC逐渐无法满足高带宽以及高采样率的需求,基于并行架构的采样技术已成为突破单通道ADC性能指标的有效手段。根据上述背景,本文围绕高速高带宽采样的目标,研究基于带宽交织技术（Bandwidth Interleaved,BI）的超宽带数据采集方法。针对BI架构中的输入信号完美重构（Perfect Reconstruction,PR）目标展开一系列的研究,攻克了 BI架构信号模拟子带分解以及数字重构中遇到的模拟与数字本振之间相位同步、子带间频率交叠带相频补偿、通带幅频以及相频响应补偿等若干难题,具体研究内容如下:（1）分析并讨论了多种并行采样架构的特点,围绕超高速宽带信号采集的研究目标,对基于BI的并行采集系统（BI-DAQ）进行研究。建立了一套完整BI-DAQ系统输入信号PR的数学模型,为后续的研究工作提供了可靠的理论支撑,探索出了一种在现有低速低带宽ADC芯片指标基础上获得采集系统带宽及采样率指标成倍提升的采样架构。（2）围绕BI架构中频率子带在数字后端恢复的过程中遇到的杂散失真以及模拟和数字本振相位同步问题展开了研究。分析了子带恢复过程中由于上采样以及上变频引入的杂散谱的分布情况,并采用具有线性相位的FIR滤波器进行消除,避免引入额外的误差;同时,分析并讨论了模拟和数字本振间随机相位误差值的概率分布情况,利用二维李沙育图形分析了本振间随机相位误差的统计特性。根据模拟本振与系统采样时钟间的同步关系,提出了一种基于同步时间戳的本振同步相位误差补偿装置。与现有的研究相比,该装置无须额外的硬件电路,在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）中即可实现模数本振之间的相位同步。实验结果表明,具有线性相位的FIR滤波器可以消除子带在数字端恢复过程中引入的各类杂散,提出的本振相位同步的误差补偿装置可以消除BI系统中存在的本振间的随机相位问题,为BI-DAQ系统架构的PR提供了前提条件。（3）研究了相邻子带间频率交叠带相频误差对BI-DAQ系统幅频响应的影响,推导了交叠带的边界条件,提出了一种基于数字全通滤波器（All-pass Filter,APF）的“线性+非线性”的交叠带相频响应补偿结构,并将该结构中滤波器系数以及参数设计问题转换为非线性优化问题。基于此提出一种混合粒子群算法（Hybrid Particle Swarm Optimization Levenverg-Marquardt,HPSOLM）的非线性优化算法,该算法引入的Levenverg-Marquardt（LM）算法在加速PSO算法迭代速度的同时降低了 PSO算法迭代结果的随机性,与此同时,PSO算法解决了 LM算法的初始值的选择难题。该算法通过将LM算法迭代变量进行映射处理,克服了无约束优化算法（LM）可能导致的APF不稳定的问题。实验结果表明,利用HPSOLM设计的交叠带相频响应补偿结构可以将交叠带对幅频响应的影响降低至0.33 dB,消除了交叠带相位误差对子带拼合的影响,避免BI-DAQ系统重构的过程中引入额外的幅频响应误差。（4）围绕BI架构的PR问题展开研究,提出了一种基于分治法的BI-DAQ系统PR策略,将BI-DAQ系统的PR划分为幅频以及相频的PR。提出了基于正弦扫频信号的幅频响应失真以及基于宽带广谱信号的相频响应失真误差估计方法。根据估计的失真误差设计了具有线性相位的频域补偿滤波器以及APF,分别用于系统的幅频以及相频响应失真的补偿。推导了幅频响应补偿的矩阵描述,将频域补偿滤波器设计问题转换为线性系统求解问题,并利用基于Gauss-Seidel预处理的Krylov子空间迭代法进行求解,实现BI-DAQ系统的幅频PR。针对BI-DAQ系统通带较宽,相频响应波动较大可能会导致APF阶数过高的问题,提出了一种基于改进的图解法的APF设计方法,该算法可以应对大阶数APF滤波器设计面临的稳定性与精度难题,在实现相频响应PR的同时,保证了设计APF的稳定性。实验结果表明,基于BiCGStab算法的Krylov子空间迭代法设计的幅频响应补偿滤波器较传统频域抽样法设计的滤波器在同等滤波器阶数下具有更高的补偿精度。与此同时,利用本文提出的改进图解法设计全通滤波器,补偿后的BI-DAQ系统群时延波动为±0.4 Ts,实现了 BI-DAQ系统的PR。基于本文研究,利用10 GSa/s,5.8 GHz带宽的ADC设计并实现了具有40 GSa/s采样率,10 GHz带宽的高速宽带DAQ系统和基于该DAQ系统的数字示波器原理化样机,为BI-DAQ系统中关键技术的验证提供了实验平台。研究了并行采集系统中多ADC多FPGA的采集同步问题并提出了相应的解决方案。测试结果表明,基于BI的并行采样架构可以在单片ADC性能指标的基础上成倍的提升DAQ系统的采样率以及带宽指标。BI-DAQ系统的幅频响应波动小于±0.5 dB,上升时间为37.17 ps,在国内已经发布的各类学术成果以及产品中处于领先地位。