在高速运动物体检测等领域中,视觉测量设备需要获取目标的姿态、形变量等测试参数,这依赖于所选择的高分辨率、高帧率相机从一定位置获取目标的高速成像信息。目前业界的采集存储设备主要集中在1-2GB/s的速度区间内,无法满足更高速度视觉测量设备的需求,为此研究高速、大容量的数据采集存储系统成为该领域急需解决的问题。本文针对3GB/s图像数据的实时存储问题,在对比业界主流存储方案的基础上,选取了基于VPX架构的SATA存储方案,制定了总体设计架构。结合总体架构,以Xilinx的GTH作为基础构件,采用通道绑定技术在FPGA上实现了高速SATAⅢ协议核的设计,为系统整体达到预定指标提供了保障。然后在充分研究缓存原理的基础上,结合时分复用技术,采用DDR3设计缓存系统,避免了高速数据采集存储过程中的数据丢失问题。最后为了实现数据管理功能,提出了对不同数据进行不同编号的方法来设计系统控制模块。经过测试,本文设计的高速数据采集存储系统完成了高速数据的采集、存储、回读和管理等功能。在对系统全部存储空间进行读写测试时,可以在读写误码率不超过10^-11的前提下,实现3GB/s的数据存储速率。系统可应用于高速风洞、医疗成像、航空航天、爆破等各个领域中。