随着高速数据采集技术的发展,非均匀采样成为数字信号处理领域的重要研究内容。周期非均匀采样是非均匀采样的一种特殊形式,它的工程模型是存在时间相位失配误差的并行时间交替ADC(TIADC)结构。TIADC结构使用多路并行的ADC对信号交替采样构成超高速的数据采集系统,但通道间的时间相位失配误差使系统退化为周期非均匀采样。失配误差的存在会严重降低TIADC系统的性能,在实际应用时必须对失配误差校准。对TIADC系统时间相位失配误差的校准与周期非均匀采样信号重构问题等价。基于上述背景,本文对周期非均匀采样信号的重构问题以及它在TIADC系统中的应用进行研究。本文首先研究了周期非均匀采样的原理,给出了周期非均匀采样信号的时域模型和数字频谱的解析表达式,分析了非均匀采样对采样信号频谱的影响。在此基础上研究了周期非均匀采样信号的重构问题。为了得到周期非均匀采样时间偏差,给出了两种基本算法:正弦拟合法和插值FFT法,针对两种基本算法的特点对时间偏差估计算法进行了改进。对于周期非均匀采样信号的重构,给出了多项式逼近重构算法和样条插值重构算法。利用周期非均匀采样的周期性,对多项式逼近重构算法进行简化,并且使用迭代运算改善算法对高频输入信号的重构效果。为了对研究的算法进行验证,研制了12bit 400MSPS 4通并行时间交替ADC系统,该系统由4片ADS6124组成。使用改进后的估计算法对系统的通道失配误差进行测量,使用多项式逼近重构算法对系统的采样信号进行重构,最后对重构前后系统的主要动态参数进行测试和分析。测试结果表明,经过重构,系统的性能可以得到明显改善,其中信噪失真比(SINAD)可以提高14~18dBc,而有效位数(ENOB)可以提高2~3bit。重构后系统信噪失真比的平均值约为50dBc。测试结果证明了本文研究的周期非均匀时间偏差估计算法和周期非均匀采样信号重构算法的有效性。