随着电子技术、计算机技术和地球物理技术的进步与发展,微震监测技术已被广泛运用于指导矿山、隧道、大坝的安全生产,并且在油气开采的水力压裂中得到广泛运用。但国内微震监测设备起步晚、发展慢、对外依赖度高,且伴随着微震监测设备对分辨率、精度、通道数等方面的更高要求,微震监测的数据量越来越大,实质上微震监测的数据中有大量的冗余,有效地去除数据冗余,对微震监测数据的传输和存储具有至关重要的影响,也对后期的地震数据处理具有重大的意义。在后期的地震数据处理中微震监测的数据通过采集节点间的时间一致性建立联系,其采集节点之间的时间同步精度对微震定位的精度具有较大的影响。本文针对微地震监测数据量大与时间同步的问题,以STM32+FPGA为设计框架,主要完成了微地震数据采集单元设计、微地震数据采集优化设计、微地震数据采集节点时间同步研究。主体研究工作体现在如下三个方面:第一,针对目前国内微地震监测设备对外依赖高的问题,研究实现了12路高精度、高分辨率的微地震数据采集单元。在硬件上设计了可对传感器拾取的原始信号进行1-128倍增益调节的信号调理电路,同时将单端信号转换为差分信号以提高抗干扰能力。在逻辑代码设计上,实现了对多路ADC进行采集控制和数据读取的功能,并设计了与STM32通信的SPI接口将数据传输至单片机,由单片机进行数据存储和传输。第二,针对微震监测数据量大,冗余突出的问题,需要对采集的数据量进行优化设计,提出采用STA/LTA(Short-Term Average/Long-Term Average,长短时窗能量比法)算法对震动信号进行识别,从硬件的角度实现微地震数据采集优化。以FPGA为主导,完成数据缓存、滤波、震动信号识别工作。采用自定义的SDRAM控制器实现数据的缓存,通过FPGA进行滤波器设计,进行抽取滤波降低信号速率,在减小STA/LTA窗口设计难度的同时也提高了信噪比。利用FPGA流水线操作的特点,通过合理调用FPGA内部的DSP和算术运算单元,实现了震动信号的识别,去除了冗余数据文件,实现了微震数据采集的优化。第三,为了实现采集节点间时间同步,采用STM32+DP83640的方式进行时间同步。通过分析PTP(Precision Time Synchronization Protocol,精确时间同步协议)协议的实现原理、报文处理流程,修改时间同步软件设计框架,移植操作系统、LWIP(Light Weight Internet Protocol)协议栈、PTP协议源码,编写DP83640驱动,并对协议代码进行修改,使其在以太网物理层芯片上获取时间戳信息,完成采集节点间的时间同步。经测试分析,本文设计的微地震数据采集单元能够实现高精度的微地震数据采集。在不同的阈值参数选取情况下,震动信号的拾取准确率均在90%以上,在微地震数据量的数据冗余去除方面具有较成功的优化。与在MAC控制器中获取时间戳的PTP时间同步的方式相比,通过本文实现的时钟同步具有更好的稳定性和更高的精度,节点间的时间同步精度能达到微地震监测的要求。