随着空间对地观测技术向全谱段、高分辨率、全天候方向的发展,获取的遥感数据量和码速率不断增加。为了保证航天地面应用系统能够实时处理和显示遥感图像数据,需要研制高性能的数据接收处理系统。其中,高速数据的采集记录是关键技术之一。本论文在认真调研国内外相关领域研究现状的基础上,采用了第三代I/O互连PCI Express总线来实现高速数据采集处理系统。并且综合考虑性能和成本等因素,确定基于专用的总线协议芯片PEX8311来设计PCI Express总线接口。整个高速数据采集处理系统的硬件设计采用了模块化的设计结构,将硬件系统分为差分数据接收、数据缓存、PCI Express总线接口以及本地总线控制逻辑等主要模块。其中,PCI Express总线接口的PCB设计和本地端时序逻辑是本设计中的重点和难点。系统软件主要包括设备驱动程序和用户应用程序的设计开发。其中,驱动程序的开发严格遵循WDM驱动程序的开发模型,并使用功能完善而且强大的DriverStudio开发环境来完成;应用程序的设计采用了多线程的设计架构和异步的I/O操作,不仅增强与用户之间的交互性,而且还大大提高数据处理的效率。在本课题的设计前期,对系统设计进行了高速信号完整性的分析和可编程逻辑的仿真;在系统后期调试中,利用实时数字示波器和TDR采样示波器对整个硬件系统的信号质量和阻抗进行了调试验证,并根据调试结果对系统的误码率等性能进行评估,同时还详细讨论了调试过程中出现的主要问题和解决方法。通过搭建闭环的收发测试环境,对系统功能和性能进行了测试。经测试表明本系统能够实时收发320Mbps的高速数据流,已经满足实际应用的需求。同时,鉴于使用了FPGA作为本地逻辑控制器,所以本系统具有很大的通用性和灵活性,可以广泛应用于其他高速数据采集、信号处理等场合。