VSP系统是通过安置在井下的三分量检波器记录人工激发地震波在空间三维正交轴向上的投影，通过后续对三轴数据的综合反演来了解目标区域地层结构信息。传统VSP系统主要是由置于井下的分布式模拟传感器网络结合集总式信号采集主机构成，主要应用于深层油气勘探领域。本研究所涉及的数字VSP系统主要目标是为了满足油气勘探等领域中高精度浅层地表信息获取需要，采用分布式采样节点系统结合控制主机构成井下地震信号获取系统，以数字通信代替传统系统中的模拟信号传输，提高了系统的抗干扰能力，确保了数据采样精度。　　数字VSP系统主要有PC、采集站和采集节点构成，本论文旨在对数字VSP系统设计过程中的关键技术展开讨论分析，论文首先从采集节点、采集站、电源系统及通信系统角度对系统硬件具体设计进行简述，并对嵌入式系统底层软件功能构成及部分设计思路进行简要介绍，对系统控制软件的文件系统、软件滤波器及信号谱分析中所涉及的要点及设计思路进行阐述，随后在此基础上对VSP系统设计中的关键技术进行详细论述，并针对当前设计中存在的不足提出科学的优化方案，最后是对本课题成果的一个简单展示。　　数字VSP系统设计中关键技术主要包括硬件设计部分系统参数分析及软件部分的设计逻辑，其中论文从系统功耗和效率、系统供电方案和电源纹波控制三个方面对硬件系统设计展开论述，主要从电机参数选择方面来优化系统功耗，通过对系统供电方案建模分析，确定了只有通过增大电缆纤芯直径才能有效地解决当前系统的供电问题，为了尽可能提高采集信号质量，采用了CLC滤波器结合有源滤波器再跟线性稳压器来降低电源纹波，其代价是降低了系统电源效率。对于软件部分的论述，论文从系统通信协议设计入手，首先介绍了以太网通信中uIP协议栈的移植，以及485通信协议中的点对点通信协议和具有应答环节的广播通信协议设计思路，在此基础上结合系统硬件设计了系统节点的自适应地址配置协议，并通过二次同步协议在保证系统同步过程可靠性的同时将震源与采集进程之间的同步精度控制在数个微秒之内，确保了系统同步精度。利用FPGA设计过程中的串并转换思想，通过合理协调微控制器内DMA和CUP之间的工作配置，基本实现系统采样数据的高速无间断传输。系统软件滤波器设计时采用FFT计算周期卷积来代替线性卷积，同时利用了实序列DFT的共轭对称特性用一个2N点FFT同时计算N点采样序列和滤波因子的2N点DFT来提高计算速度，确保计算的实时性。信号采样系统通过传感器自检功能来判定其是性能是否正常，并通过对标准信号采样数据的分析来对自身的通道一致性进行评估，并通过通信系统将自检测结果反馈至用户。系统底层软件设计时通过开辟内存池来对内存进行统一管理，避免了系统运行过程产生较多内存碎片，确保了系统运行的稳定性。　　通过对当前系统整体测试发现，系统单节点存在功耗较高、体积较大设备较重等缺点，为了解决该问题，受数字信号处理中采样率变换算法启发，将数字信号插值理论应用于简化系统硬件设计，提出以时分采样系统实现三分量地震数据的并行同步采集，具体操作过程包括时分采样数据的三倍插值及对其结果做采样率变换，并通过优化该过程中各滤波器参数，使采样数据估计误差低于系统硬件分辨率，在降低系统功耗、优化设备体积及重量的同时确保了采样数据精度。为了提高系统通信速率，减少采样数据上传过程所需时间，结合系统实际特征提出以以太网通信硬件为基础构建整个设备的通信系统，实现系统通信速率的大幅提升，该方法的缺点是开发难度大，硬件线路规划方面具体细节问题有待测试。为了尽量减小电源纹波对信号采样系统的影响，需尽量避免大功率DC-DC的使用，同时尽可能从电源总线和电源输出电压角度来解决问题。针对当前系统所采用的探管姿态检测方案抗干扰性能差的特点，同时从优化系统功耗角度考虑，建立了以系统采样数据为基础的探管姿态定位模型，并从理论层面对该模型进行了阐述，对其可行性及实际工程中的注意事项进行了论证。　　本论文总体上对VSP系统设计中的技术要点进行了详细阐述，针对当前阶段所存在的一些问题进行了分析，并结合实际情况提出了针对性的优化方案，对该系统设计下一步的优化工作具有重要的指导意义。