随着我国海洋油气资源战略的提出,海洋地质勘探向着深海、深地层方向发展。当前的海洋地震勘探拖缆系统水下拖缆长度不够,检波器密度不足,不能够满足深海地质勘探的需求,亟待升级。现有的海洋地震勘探拖缆系统水下数据传输系统结构固化、传输方式单一,在每次装备升级的过程中都需要对硬件重新设计,研发周期长、成本高。此外数据传输系统的功耗高,限制了水下数据传输系统的数目,进一步限制了水下拖缆长度的增加。在面对深海地震长缆系统更长拖缆,更多传输节点的情形是,现有水下数据传输系统的传输速率也不能满足系统需求。针对海洋地震拖缆系统水下传输系统高功耗、低兼容性、低传输速率的现况,为因应深海地震长缆系统的升级,本文旨在设计一款低功耗、模块化、高速水下数据传输系统。从传输方案的低功耗选择到芯片的低功耗选型,对数据传输系统进行了低功耗设计。传输系统采用模块化思路,把硬件结构分成数据采集、驱动、接收、处理四个单元,各部分单独设计。论证不同传输方案时,只需对部分结构进行简单替换。基于这样的通用结构设计了一种水下传输系统,系统以FPGA为控制和数据处理核心,前端使用24位Sigma-Delta ADC进行采样,采用Serdes方式进行远距离传输。全文共分为六个章节:第一章是绪论。主要介绍了深海长缆系统研究的背景和意义,国内外海上拖缆系统的研究现状,概括论述了深海地震长缆系统以及水下数据传输系统,提出了数传包的设计目标,以及论文的研究内容与结构安排。第二章是数据传输总体方案研究。主要介绍了长距离传输中的传输介质,对长距离传输过程中电缆对信号的影响做了分析,研究选取了适合海上地震拖缆系统的传输线。最后根据数传包工作特点,提出了三种可行的传输方案,从传输物理层芯片比较了三种方案的功耗,选择了加入预加重与均衡的LVDS传输方案。第三章是模块化设计。基于长距离LVDS传输方案,按照功能不同对数据传输系统做了模块划分。同时结合数传系统待安装“电子舱”的尺寸,把各功能模块映射到结构模块,最后根据模块间可能出现的几种连接方式,对模块间的接口做了标准化定义,模块化思路在实际电路板研制过程中得到了很好的应用。第四章是硬件电路设计与实现。主要介绍了传输系统主要硬件电路设计和实现,如数传包电源、核心处理单元、预加重自适应均衡模块、串并并串等器件的低功耗选型与电路实现。同时介绍了时钟、Flash ROM等外围电路设计。第五章是测试与分析。根据数传包的功耗、传输设计目标,介绍了测试环境。编写了针对传输误码率和传输系统互联测试的硬件逻辑,同时从总体传输性能、数传包功耗、长时间传输误码测试、传输系统互联测试等方面进行详细测试,并对结果进行分析。第六章是总结与展望。主要总结了的工作内容,提炼了论文的创新点,以及对后续工作的展望。