近些年随着国防建设和海洋资源开发的需要,水声通信越来越引起人们的重视,目前的研究重点主要集中在通信速率、作用距离和通信质量上。然而由于水声通信链路的开放性特征,使得水声信息很容易被敌方截获或施加人为干扰,因此在保证通信速率的同时,如何提高通信的隐蔽性、可靠性、保密性和时效性是水声军事通信中面临的重要问题。差分跳频技术具有较强的抗多途、抗干扰能力和高速数据传输能力,有一定处理增益、易于窄带系统兼容等优点,近些年在无线短波跳频电台中被广泛应用。本论文结合了哈尔滨工程大学基础研究基金“水声差分跳频技术研究”(HEUFT08026),对差分跳频技术在水声通信中的应用进行研究。本论文的主要工作包括：1.结合卷积码和马尔科夫链的研究方法,对差分跳频系统频率转移函数的性能进行了深入分析,在跳频序列随机性、均匀性检验基础上提出要增加对其距离特性的检验,并给出了具体的检验方法；结合水声信道特点提出了一种新的频率转移函数,并与常用的几种频率转移函数进行了性能检验和仿真对比分析,验证了新方法的有效性。2.给出了差分跳频信号FFT检测与非相干检测的性能等价条件；研究了基于FFT算法的差分跳频信号的检测技术,并在AWGN信道下对各种检测方法的性能进行了仿真分析；结合水声信道特点和频率转移函数的约束关系,提出了对Viterbi硬判决检测算法的改进,在水声多途信道下进行了性能仿真,进行湖试试验并给出了试验结果,验证了改进方法的性能。设计了几种适合于水下语音通信的多载波差分跳频通信方案,并进行了性能仿真。3.对Turbo码的编译码结构和译码算法进行了研究,结合差分跳频技术给出了一种串、并行的Turbo-DFH结构,并对常规MAP算法和SOVA算法进行了修正,在水声多途信道下仿真对比了串、并行的Turbo-DFH与传统DFH的性能,说明了新结构和译码算法性能的优越性。4.研究了水声移动通信中多普勒估计和补偿技术。分析了多普勒对基于FFT解调算法性能的影响；结合水声差分跳频通信特点,对常用的基于时域、频域的多普勒估计方案进行了改进；提出利用一种新的时频分析手段—分数阶Fourier变换对多普勒尤其是大多普勒频移进行估计,并作了部分改进;最后对三种方案的估计精度进行了性能仿真,并给出了基于这三种估计与补偿方案的水声DFH系统的性能。