随着地球物理勘探技术的不断发展,探测设备的器件正向着更高精度的ADC、处理能力更强的CPU、以及更加先进的传感器的方向升级换代,以采集到更高保真、更丰富、更清晰的地震数据。然而当前采集设备体积庞大,在探测大范围地理区域时,传输电缆长度受到距离的限制、不能实时处理和保存数据、时钟同步难度大。本文提出一种分布式探测方案,利用GPS的精准授时信号同步各节点设备的时钟,构成一个探测网络。把GPS、ARM、FPGA、ADC集成到一个板子上,组成一个独立的探测节点,缩小了设备体积以便携带。节点设备使用内部电源供电以脱离电缆长度的限制,同时使用强大的CPU对数据进行实时处理并存储在内部存储器中。本论文共分为六个部分：第一章简单介绍了当前地球物理采集设备现状以及发展趋势,接着研究了GPS精准授时在地球物理探测中的应用及相关的技术。第二章主要介绍了地球物理节点设备的总体设计结构,包括硬件电路的数据传输流程设计、硬件电路的PCB元件布置方案,FPGA部分采集数据以及数据封包逻辑总体设计,ARM部分采集数据解析与同步时钟对齐分析程序总体设计。第三章详细介绍了地球物理节点设备硬件电路的设计,包括电源部分的供电电源设计与器件选型,数据采集处理的详细电路设计与相关器件介绍,数据存储分析电路的详细设计与相关器件介绍,接着介绍了本论文设计采用的ADC采集芯片,最后介绍了模拟信号源的相关设计第四章首先从FPGA的硬件描述语言(verilog)进行介绍同时讲述了FPGA的仿真工具与开发环境,接着介绍了ADC控制器的逻辑设计,GPS数据采集的逻辑设计与GPS的授时信号及数据汇总模块的逻辑设计,最后介绍了双RAM乒乓操作的逻辑设计。第五章介绍了linux嵌入式系统的相关背景以及针对本论文所设计系统编译Uboot、内核kernel与linux文件系统,随后介绍了根据FPGA与ARM进行通讯所必要的数据采集接口设计,以及采集到的原始数据文件的转换与转换之后的数据基于GPS授时信号的合并处理,最后介绍系统测试所用的模拟信号源的程序设计。第六章主要对本文设计的实际电路进行设备性能的测试,对采集到数据进行分析是否可以满足要求,同时测试多节点时所采集到的数据在PPS信号的对齐校准下是否数据同步,最后对本文所做的工作做总结以及对未来工作的展望。