模拟数字转换器（ADC）是任何一个数字信号处理系统中不可或缺的组成部分。随着数字化技术的快速发展，高速高精度的ADC广泛应用于航空航天、雷达、仪器设备等领域，对于ADC指标的要求也越来越高。然而单片ADC的采样率和分辨率是相互制约的关系，很难同时实现高采样率和高分辨率。多片ADC并行采集系统很好地解决了这个矛盾，为实现高速高精度数据采集提供了较好的解决方案，具有广泛的应用前景。本文主要针对多片ADC并行采集技术的理论体系以及其中的关键问题进行深入的研究和分析，主要工作如下：首先，分别研究了基于时间交替采样、正交镜像滤波器组、混合滤波器组的三种多片ADC并行采集系统的工作原理、完全重构条件和频率响应，在对三者的分析比较下确立混合滤波器组ADC系统为本文的重点研究对象。其次，研究了理想混合滤波器组ADC的系统设计方法，分析了在不同分解滤波器组结构下系统的理想重构性能，仿真结果说明了功率互补结构的优越性。同时引入了模拟实现偏差和量化误差到系统中，研究其对混合滤波器组ADC系统重构性能的影响。再次，引入全局最小二乘法、局部频带加权法和过采样方法对混合滤波器组ADC系统的综合滤波器组系数进行数字优化，仿真验证了其有效性。另外，针对由于模拟实现偏差造成的分解滤波器组系数偏差，提出了能量谱模型估计法，与已有的二阶矩模型估计法相比较，估计精度得到了显著提高。最后，将以上优化方法和偏差估计算法同时应用到混合滤波器组ADC系统中进行仿真分析。引入1%模拟实现偏差到两通道3阶功率互补混合滤波器组ADC系统中，采用7%过采样率和能量谱模型估计法对分解滤波器组系数偏差进行估计和校准后，系统的重构性能得到了大幅提升，混叠噪声的无杂散动态范围平均约为100dB，系统有效位数达到了16bits左右，理论上符合高精度的需求，为混合滤波器组ADC系统实际系统设计方案积累了经验。