随着电子信息技术的发展，以及人们对数据需求的快速增长，进入数字系统的信号频率变得越来越高，然而，模拟数字转换器(ADC)的研究受到材料、芯片工艺等因素的制约，高速高精度的模拟数字转换芯片指标的提高非常困难，以奈奎斯特采样定理为指导的信号采集与信息处理技术无疑给ADC带来了极大的挑战。按照传统奈奎斯特采样理论为指导进行的信息获取、传输、处理等采样环节已经成为了限制经典采样理论发展的瓶颈。近年来，学者们提出了一种新的信息采样理论——压缩采样理论：对于稀疏信号，它能够突破传统奈奎斯特采样理论对两倍信号带宽的限制。本文针对基于稀疏特性的模拟信号，在压缩采样理论基础上，对模拟信号压缩采样的关键技术进行了研究，通过硬件电路设计出了适用于稀疏模拟信号的压缩采样系统，并通过对压缩采样信号的重构验证了所设计系统的可行性及其性能。论文以信号采样与重构这一主线，研究内容可概括为以下三部分：第一部分：对基于随机解调技术的压缩采样基本原理进行讨论，并对频域稀疏表示基的构造原理进行介绍。该部分内容是论文工作的基础，本文所提出的压缩采样系统均在该采样模型基础上进行设计。第二部分：对模拟信号压缩采样系统的模型实现方案进行讨论，分别介绍线谱稀疏信号与频带稀疏信号的信号模型，在此基础上设计针对这两种信号的压缩采样系统，并对波形恢复矩阵进行了推导。第三部分：对典型波形重构算法进行介绍，选取了适用于本文采样系统的波形重构算法。并通过构建的压缩采样平台，对原始信号进行重构，并结合硬件初步探讨了影响压缩采样理论的信号重构的几个要素。