随着通信技术的发展,信号的频率变得越来越高。根据香农采样定理,采样频率必须大于等于信号最高频率的两倍,即奈奎斯特率。过高的采样率给模拟数字转化器的实现带来了巨大挑战。但是,对于稀疏信号,采样频率大于等于奈奎斯特率并非获取信号完整信息的必要条件。欠采样系统就是根据模拟信号的稀疏特性,以低于奈奎斯特率的频率进行采样,然后通过特定的信号重构算法恢复原信号。本文的研究对象为三种常用的欠采样系统,分别为:多陪集采样、模拟/信息转换器、互质采样。主要的研究内容为:降低多陪集采样的量化位数至极致情况,即1比特采样;将模拟/信息转化器应用于功率谱估计;分析互质采样的恢复失效情况。本文所作的主要工作为:1、搭建了直接1比特采样模型,其硬件结构极其简单,仅由一个比较器构成,在数据处理阶段可等效成一种特殊的多陪集采样系统;改进了BIHT算法,使之适用于多测试向量的情况;将改进后的BIHT算法应用于直接1比特采样模型,形成了一个完整的欠采样方案。2、分析了有限长序列线性功率谱的缺点,提出了有限长序列的圆周功率谱,并与线性功率谱进行了比较;用低通滤波器搭建了基于模型/信息转换的欠采样系统,并与基于积分器的欠采样系统进行了比较;将基于低通滤波器的欠采样系统用于稀疏信号的圆周功率谱估计。3、分析了互质采样系统的恢复失效情况,将恢复失效的原因定义为秩亏;推导得出了两种信号恢复方法——直接估计和多陪集等效——的秩亏发生条件;提出了四通道互质采样系统,以避免秩亏。