本文充分利用高速通用传输总线（USB）所具有传输速度快、支持热插拔和即插即用、易于互联和占用资源少等优点，结合当今高性能FPGA、超高速A/D转换器件和固态存储芯片FLASH（闪存），设计并实现了一种基于USB2.0的便携式超高速数据采集存储及回放系统。论文首先分析了目前工业测控及军事领域数据采集存储系统的现状和不足，提出了一种低成本、高性能的海量超高速数据采集存储系统解决方案。在认真分析系统需求后，首先按照软硬件划分及系统设计原则给出了系统的总体方案设计。在此基础上，论文详细讨论了数据采集子系统、数据存储子系统的硬件设计和逻辑实现，并通过设计软件给出了时序仿真结果。最后，详细介绍了基于WDM的系统固件、驱动及用户软件设计，并根据软件控制功能对整个超高速便携式数据采集存储系统进行了功能验证。系统涉及的关键技术有超高速信号调理技术、超高速A/D转换技术、高速数据传输技术以及超高速信号的抗干扰方法。功能验证表明，本文所设计的便携式超高速数据采集存储系统技术先进，为当今超高速数据采集存储提供了一种更有效、更经济、更便携的数据采集存储方式。