水声通信的研究已经有了很长一段时间，对于水下遥感勘测/水声通信的需求存在很多方面，如环境监测、水下潜器之间的通信、潜水员之间互相通信以及水下远程遥控等。由于水声信道具有大多途扩展、严重的传播损失、频率选择性衰落以及介质不断波动等特点，它是无线信道中最复杂的一种信道。　　在很多水声通信应用中，如监测、隐蔽跟踪、远距离无线遥感勘测等，信噪比通常都不是很高，因为高信噪比不利于隐蔽通信，或者远距离上受设备和预算的限制，很难达到很高的信噪比。在水声通信中，接收信号往往容易受到多途干扰、同步不准、多普勒频移以及传播损失等的影响，多途传播和同步不准是引起固定在海底的监测器通信出现错误的主要原因。传统的解决该问题的办法是采用纠错编码/信道编码技术和判决反馈均衡器，但是这些方法通常都要求有较高的信噪比，然而，接收信号是所有多途信号的叠加，因此由多途信道引起的信号多径分量应该加以利用。同时，对于监测网络来说，上述提到的技术应该适用于网络节点之间的通信。　　在低信噪比下，接收端面临的一个问题是缺乏可靠的同步技术，传统的同步方法是发射一个高信噪比的具有大时间带宽积（如 LFM/HFM信号）的信号作为前导信号，使用特殊的同步信号，容易暴露通信节点，提高截获概率，同步信号较高的信噪比同样容易被敌方侦查和截击。　　为了解决上述问题，满足低信噪比下隐蔽通信的需求，直接序列扩频技术(direct sequence Spread spectrum, DSSS)成为最优的选择。在复杂多途低信噪比下DSSS通信的关键是发射信号的结构设计。我们可以设计这样一种信号帧结构，在接收端通过多途消除等技术可以提高接收信号信噪比，接收机可以通过对多途信号分集接收，收集所有多途信号能量，文中设计了一种适合于水声通信的简单有效的DSSS通信方案，在此方案中，设计了一种新的发射信号帧结构，使用多个扩频序列和长扩频码来简化接收机端的处理。在一帧信号中使用多个扩频序列已经在文献中被证实有效，例如文献[2]中，Yang使用一个m序列的循环移位，但是当在多途较密集的信道下，该循环移位会出现模糊问题。在文献[3]中，Jamshadi使用短码的方法得到了相同的结论。上述方法限制了数据速率，本文中使用多个长码序列可以灵活的调整数据速率，同时获得比较好的LPI/LPD。文中提出的算法，在信号传输过程中，每帧信号中都有信道估计，因此很容易获得扩频码的同步。　　为了在低信噪比和不使用特殊信号情况下解决同步问题，文中采用DSSS信号作为同步信号，DSSS信号低噪比时类似于噪声信号，在未知先验扩频序列的情况下，很难从信息信号中分辨出来。为了实现低信噪比下的可靠同步，文中提出了一种在一帧信号中加入多个同步信号提高同步可靠性的算法。在接收端可以通过扩频增益提高接收同步信号的信噪比，同时，多个同步信号可以使用信号合并技术提高同步信号的信噪比。因此，该方法满足了低信噪比下低检测概率的要求。文中同时提出了一种改进的同步处理方法，该方法利用信号合并技术可以在低信噪比和负信噪比下完成同步过程。　　水声信道对水声通信来说有着重要的意义，信道条件对通信系统性能的影响起着重要的作用，因此信道的影响应考虑在系统的设计之内。文中提出的直接序列扩频水声通信方法主要是针对西北部的阿拉伯海域信道特点，因此对于该区域的水声信道模型的建立有着重要的意义。文中第二章根据实际测量参数对该区域的水声信道进行了建模，建模参数主要包括温度、盐度、声速、海面风速、水深和海底组成等，文中根据射线声学理论，采用Bellhop射线跟踪程序[5]对时变信道进行了建模[4]，得到了从2004年至2012年时变信道冲激响应以及感兴趣的相关参数。　　论文主要研究了两个方面的内容，第一部分是为实现海底固定节点网络点对点、低速率、低复杂度、远程监控/控制通信，研究了简单的DSSS方案。第二部分研究分析了文中提出的算法在特定海域的性能，进行了仿真和外场实验验证，利用仿真得到的2004年至2012年不同区域的海域的信道冲激响应，进行了相应的仿真验证工作。上述提到的算法主要通过计算机建模和仿真，同时部分算法经过了水池试验和湖上试验的验证。　　利用文中的信道模型，对本文提出的通信算法方法进行评估，第四章给出了结论，表明该算法可适合在modem上进行算法实现，并且工作在本文研究的特定海域。　　本文的主要贡献分为两个方面，一方面是信道建模；另一方面是通信算法的研究。主要体现在：　　采用实际的时变信道评估文中提出的算法，而不是常规的Gaussian/Rayleigh/Ricians等仿真信道，仿真信道很难与水声信道的物理特征相关联，如深度、声速和盐度分布等。我们收集了特定海域的实时更新的相关海洋数据。　　获得了长时间的时变信道响应函数，该函数是由实际水声信道的一些物理参数获得的，物理参数主要包括水深、声速分布、盐度、温度和海洋表面风速等。　　通过从这些信道接收到的信号，采用离散数据拟合来确定背景统计分布函数以及获得其相关参数。　　设计了一种简单有效的水声DSSS通信算法。在该算法中，设计了一种新的发射信号帧结构，该结构使用多个序列和长扩频码来简化接收机的处理过程，使用该帧结构，可以灵活的调整数据速率以及获得良好的LPI/LPD。文中提出的发射信号帧结构，在每一帧信号间隔内，都可以完成信道估计，因此使扩频码的粗同步和细同步变得非常简单。　　提出了一种改进的同步算法，该算法采用信号整合技术，在低信噪比或者负信噪比时，采用多个帧同步信号。该算法具有较低的运算复杂度和较好的LPI/LPD性能。某一区域的试验结果表明，该算法的同步输出可以获得8-10 dB增益。