随着现代数字信号处理技术的飞速发展,对高速信号的采样需求越来越多。随机等效采样不受奈奎斯特采样定理的限制,可以用较低的采样速率实现更高速的等效采样速率,显著降低了采样系统复杂度和硬件成本,因而使其广泛应用于高速信号采集与处理领域。本文针对现有随机等效采样中存在着触发点与其后第一个采样点间的短时时间测量误差较大问题与对没有采样到的波形位置点插值处理的实时性和准确性无法得到满足问题,开展基于高速信号随机等效采样方法研究。所做工作主要分为以下方面:首先,分析了随机等效采样的国内外研究现状及其基本原理,较为详细地阐述了短时时间测量原理、采样数据排序原理以及信号波形的内插显示技术。其次,提出了基于时间鉴别的短时时间测量方法。针对现有随机等效采样短时时间测量精度不高的问题,构建了基于边沿检测与窄脉冲扩展的时间鉴别FPGA电路,对短时间扩展以满足测量要求;设计了测时电路,将时间转化为电压进行测量,以提高测量精度。测试表明,该方法测量精度高且电路简单,满足了随机等效采样短时时间的测量需求。再次,提出了基于权函数的线性插值算法。针对现有的线性插值算法在满足插值实时性的同时存在插值误差较大的问题,通过设计一个权函数将本次插值区间的线性插值函数与相邻插值区间的线性插值函数结合,从而在本次插值区间里构建出一个加权的线性插值函数。实验数据分析表明,与二阶Lagrange插值算法相比,该算法提高了插值算法精度和实时性。最后,研制了便携式以太网眼图测试设备改进样机。通过对现有基于实时采样的便携式以太网眼图测试设备的硬件和软件平台进行改进,实现了随机等效采样方法。分别使用改进样机与现有设备对百兆以太网进行测试,测试表明,改进样机可以更准确实现对百兆以太网采样。