目前能源短缺等问题逐渐进入人们的视野,能源领域安全开采的问题得到更广泛的关注。现有的保障能源安全生产的监测手段是将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号并做进一步处理,那么研究如何采集并处理这些传感器信号就显得尤为重要;由于能源项目监测面积大,采用小型化分布式采集站更加高效且节约成本,但是如果各采集站在时间上不一致,那么就无法有效分析这些数据,所以采集站时间同步的研究也极为迫切。本文在对比分析现有时间同步技术的基础之上,选择PTP（Precision Time Protocal,精准时间协议）作为信号同步采集设备的时间同步方案。PTP技术主要应用于以太网时间同步,与NTP（Network Time Protocol,网络时间协议）技术相比具有同步精度高等优点,在学术界与工业界获得了广泛研究。本文在PTP时间同步、卡尔曼时钟驯服、信号采集的基础上对基于PTP协议的信号同步采集技术进行了研究,并设计了一套嵌入式软硬件设备。该设备分为主机和从机两部分,PTP主机位于GPS（Global Positioning System,全球定位系统）信号良好区域,利用GPS授时与卡尔曼滤波实现本地时间与UTC（协调世界时）时间的对齐,然后PTP主机通过以太网发送PTP报文对从机进行授时,从机与主机时间同步后,便开始信号采集过程,并将采集到的数据写入存储卡保存起来。主要工作和创新如下:研究PTP时间同步滤波算法并对指数平滑、PI控制滤波进行MATLAB仿真和实机测试,实验结果表明,同时使用指数平滑和PI控制滤波既能提高时间同步精度,又能降低稳态建立时间,但是进一步研究发现在部分参数情况下,时间同步会出现发散现象,因此提出了用衰减器替代指数平滑的方案并取得了良好效果。在分析了传统时间同步技术弊端的基础上,提出基于PTP协议的主从机时间同步技术并给出软件实现流程。研究标量卡尔曼滤波原理,并在此基础上提出将卡尔曼滤波应用于PTP主机时钟驯服,给出GPS授时与卡尔曼滤波的软件实现。详细分析信号同步采集设备各模块的硬件电路设计,给出相关模块的软件驱动流程。最后对PTP主从机采集到的数据（采样率均为4000SPS）进行分析,实验结果表明PTP主从机时间同步精度可以控制在100ns以内。