海洋作为地球的重要组成部分,蕴藏着丰富的自然资源。我国主要海域的天然气水合物资源勘查已经进入详查和试开采阶段,而国内现有的海面拖曳式地震探测设备受大深度水体影响,难以满足天然气水合物勘探的高分辨率需求,且国外在小道间距、深水地震探测方面对我国限制出口。基于此问题,在国家重点研发计划的支持下,国家海洋局第一海洋研究所等单位开展了“深拖式高分辨率多道地震探测技术与装备”的课题研究。深拖式地震探测具有数据量大、勘探成本高、环境风险大等特点,拖缆数据传输系统作为拖曳式地震探测设备的通信枢纽,对地震信息的可靠、高效获取具有决定性作用。本文在现有海面拖曳式地震拖缆拓扑结构和功能设计的基础上,在拖缆工作段内部的水听器道前端设计了数字化采集站,以数字基带信号传输的方式传输地震信息,提高地震信号的探测精度。在明确了数据传输系统的技术指标后,对系统的数据传输机制进行了优化,设计了系统的拓扑结构,借鉴OSI参考模型,对系统的功能结构简化分为4层:应用层、传输层、数据链路层、物理层。为提高数据传输系统的稳定性,对常用的差错控制方法进行了对比分析,设计了无等待反馈重传的差错控制方法,在保证数据传输准确性的同时,提高了数据传输效率;为提高数据传输的高效性,采用了环形队列的数据缓存机制,提高了数据传输的瞬时吞吐量,有效解决了大容量、多通道数据并发上传产生的拥塞问题。基于系统的功能需求和拓扑结构设计,在数传包(拖缆数据传输单元)之间采用LVDS高速数据传输技术实现大容量数据传输,并利用字节同步的方式提取同步时钟,作为多通道地震数据采集的同步时钟参考;在数传包与采集站(水听器道的数据采集单元)之间采用分布式RS485数据传输技术实现地震数据上传、控制命令与同步时钟广播下传,并采用使能控制有效地降低了两者之间数据传输的功耗;设计了以FPGA为核心的数传包系统框架,分别从5个部分对数传包的各功能模块进行了论述。参考《石油海上数字地震采集拖缆系统(GB/T24261.2-2010)》标准,在生产厂房对设计加工的拖缆整机进行了系统测试。测试结果表明了本文设计的拖缆数据传输系统可以稳定、高效地实现拖缆数据传输的功能需求,对实现深海高分辨率多道地震数字拖缆的自主研发具有极大的科研意义和工程效益,可以为海洋水合物高精度探测提供间接的技术和装备保障。