本文针对在水下声传播特性分析的实验研究中,多个水声信号采集阵列之间布放距离远而且没有统一的时间基准,会造成采集数据不准确,数据分析没有说服力等问题,针对这一情况设计一套具有GPS时统同步功能的水听器垂直阵列数据采集系统,系统具备采集时间的设定和同步功能,可以比较方便的进行水声传播试验研究工作,具有精度高,成本低的特点。本文对常见的同步授时手段进行分析,再结合系统实际工作环境,最终选取GPS同步授时与恒温晶振相结合的系统同步方案,对系统的误差来源进行分析并验证了系统同步方案的可行性。根据系统同步方案和设计指标,整个垂直阵列采集系统的结构分为水上的GPS同步终端控制器和水下信号采集阵列。搭载在水上浮标的GPS同步终端控制器用于系统的时间校准和采集控制,GPS同步终端控制器接收UM220模块传输的GPS信号,当GPS信号定位有效时,利用GPS时间对本地RTC时钟校准,利用pps秒脉冲对恒温晶振进行校准,并利用恒温晶振分频生成与秒脉冲具有相同时基的采样基准信号,该信号对水下采集阵列的温补晶振进行校准,保证多个系统的采集过程同步进行。当海上GPS信号丢失时,高精度的恒温晶振生成的采样基准信号在一定时间内仍可以与GPS秒脉冲保持一致,保证系统同步采集过程不受环境影响。在GPS同步终端控制器时间校准完毕后,将采样基准信号、GPS时间信息和控制指令进行打包通过RS485接口传输给水下采集阵列,命令采集阵列利用时间信息进行RTC时钟校准。在设定的采集时刻,水下采集阵列以GPS同步终端控制器的采集指令和采样基准信号共同触发采集,由于各个垂直阵列采集系统都以GPS时间作为时间基准,从而保证各系统的数据采集过程具有统一的时间基准,实现了同步采集过程。最后,论文对垂直阵列采集系统进行了测试实验,并对测试结果进行分析,结果表明系统设计满足指标要求。还在青岛进行了海试实验,试验结果表明系统工作过程稳定,使用方便,可以实现同步采集任务。