为了给天然气水合物试采区的环境评价和海底极端地质现象机理研究提供科学依据,广州海洋地质调查局、浙江大学、中国海洋大学、北京大学和大连理工大学等单位开展研制水合物开发环境原位监测与探测系统。论文从实际应用需求出发,对现有国内外水合物开采环境监测技术、海底地形形变监测技术、海底观测网等技术和时间同步等技术进行总结和分析,提出了设计一套可原位、长期进行海底地形形变监测系统的需求。论文将对系统及其数据采集同步技术展开详细介绍,主要研究和工作内容包括:首先给出了基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)传感阵列的海底地形形变监测系统及其数据采集同步技术研究的背景和意义,并总结了现有相关技术研究的局限性。其次根据水合物试采区海底地形形变监测的功能需求,确定了利用MEMS姿态传感器组成阵列进行地形原位、长期监测的方案;对数据同步采集系统中的关键元器件的选型进行了详细介绍,并进行了相关硬件和系统结构的设计。然后分析了数据采集与存储系统的任务需求;确定了采用主从站结构,提出了基于 ⅡC(Inter-Integrated Circuit)总线和 CAN(Controller Area Network)总线的两级数据采集的系统方案;详细介绍了系统中从站数据采集程序、ⅡC总线接收程序、CAN总线发送和接收程序以及数据存储系统的设计;实现了多节点、长距离数据的快速采集。接着阐述和分析了多节点数据采集同步理论;针对在深海进行时间同步的特殊性和难点,提出了适合本系统的相对时间同步技术,并进行了相关设计,保证系统内各从站的时间相对同步。最后介绍了系统各部分的联调和系统实验,证实了系统能够正常、准确地实现数据采集、存储和显示功能,为长期布放提供了可行性验证;总结了本文的主要内容,提出了系统需要完善的地方,对下一步工作进行了展望。