在未来20年，我国将迎来油气并举的重要机遇期，石油产量稳定增长，天然气产量快速攀升，但随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻，一场以开发海洋资源为标志的“蓝色革命”正在全世界兴起。本文受天津市科技兴海项目和天津市科技支撑项目支持，旨在开发具有自主知识产权的多阵元压电探测拖缆及相关设备。通过设计完整的海洋勘探拖缆系统总体结构，并对系统的各模块进行推导研究，经过详细的系统软、硬件设计和调试后，本文最终完成了初步系统样机联调实验。本文主要包括以下几个部分：1、基于海洋勘探拖缆系统的特点，着重分析了系统的各组成模块，并对系统的拓扑结构和传输方式进行了有效优化和改进。命令信号和同步信号同时传输，从命令信号中将同步信号提取出来，并间隔固定时间进行校准，避免了同步误差的累积，提高了同步信号精度，减小了系统体积。2、深入分析了各种传输技术的优势，设计了一种传输速率可调节、传输距离远、体积小和可靠性高的阵列信号数据传输技术。采用数据恢复芯片，驱动均衡器和网络变压器的方式，实现了速率实时可调节和远距离可靠传输。3、根据系统的硬件电路，完成了传输系统的逻辑设计。在FPGA中编写了串化与解串的程序代替芯片实现数据的串化与解串功能，消除了最低速率的限制；设计了包间数据传输的字节对齐方法；编写I2C总线程序控制外设。4、针对水听器线阵列的结构特点，提出了一种水听器阵列多传感器的高精度同步采集方法。采用两级同步的方法，保证了同一个数字包内和不同数字包间的同步采集。5、搭建了系统样机的测试平台，对系统样机进行调试和初步联调实验，主要包括板级硬件测试和系统级测试。测试结果验证了系统设计的可行性和可靠性，已经初步达到了海洋地震勘探系统的要求。