随着现代数字信号处理技术的飞速发展,在智能仪器、通信、雷达等诸多领域,研制具有高速高精度性能的数据采集仪器已成为当今的发展趋势。目前高端数据采集系统一方面由高性能的硬件设备来实现,另一方面需要一套专门的数字信号处理算法,该算法在建立合适的算法模型的基础上,对原始采样信号进行有效数据处理,从而重建高精度采样信号。本文主要从分析算法的角度对高端数据采集方法进行研究,针对多通道同步采样系统,根据采样精度和同步精度的需求,设计了一套优化算法,实现原始信号的万分之一采样精度。针对同步采样系统通道间出现失配误差的情况,提出了一种校正补偿算法,实现失配误差校正与补偿,提高采样系统的实时性和同步性。本论文的主要工作分为以下三个方面:(1)在对高精度同步采样系统和优化算法的设计方案进行了深入的调研和分析的基础上,设计了以FPGA为核心的多通道ADC同步采样系统,提出了优化算法设计方案,并采用MATLAB软件对算法进行了仿真实验。(2)对高精度采样优化算法进行了研究,提出了两级滤波优化算法方案。首先针对各个通道的原始采样信号,基于随机外延滚动滤波(Extension Random For Rolling Smoothing,ERFRS)与数据趋势评估预测滤波(Data Trends Assessment Prediction,DTAP),进行了具有针对性的改进和优化,提出了基于最优循环迭代的融合评估算法即第一级优化算法,实现了降噪、特征挖掘、异值处理等操作。为了实现通道间失配误差的校正补偿,详细分析了通道间的三种失配误差的频谱特点和传统误差校正算法的优劣性,在此基础上推导出误差校正算法预处理模型,提出了基于预处理的失配误差补偿算法即第二级优化算法,通过正弦拟合预处理获得误差参数,并选择相应的校正模型,采用IFFT频谱重构、求取频谱期望和多速率滤波器组方法实现了误差无杂散动态范围(Spurious-free Dynamic Range,SFDR)的校正和失配误差的补偿。(3)基于MATLAB仿真平台对所提出算法进行仿真,包括算法效果与性能以及算法对比实验,仿真实验结果显示了该算法具有较好的可行性与可靠性,并与国内已有算法进行对比实验,验证了本论文算法具有更高的同步采样精度。