随着各国对海洋资源的开发和利用，使得水声技术成为主导技术之一，进而水声信号处理成为非常重要的课题。本文以水声通信信号为研究对象，深入研究水声信号基本参数的估计问题，有针对性的提出参数估计算法并进行分析比较。本文的主要工作和贡献如下：1.深入探讨了两种信噪比估计算法：奇异值分解法和二阶四阶矩法（M2M4），并对它们的估计性能进行分析比较，给工程应用提供了理论依据。针对奇异值分解法中使用最小描述长度（MDL）准则对信号子空间的维数进行估计存在欠估计的缺点，提出了利用联合信息准则（CIC）来估计信号子空间的维数，得到改进算法CIC-SVD，经实验证明，改进算法估计效能优于原算法。选用两种奇异值分解法对实测水声信号的信噪比进行估计，得到较理想的结果，但由于现有条件以及本人水平的限制，对实测水声信号信噪比估计结果暂时无法验证。2.首先，对基于FFT插值的频率估计算法进行了细致地研究，利用Rife算法和Quinn算法的各自优点，结合频谱细化技术及频移技术，提出了改进算法，即Q-R综合算法。通过实验仿真证明Q-R综合算法在全频段获得了稳定的频率估计性能。其次，针对多频信号的频率估计问题，探讨了基于子空间的频率估计算法，即MUSIC算法和ESPRIT算法。第三，针对非平稳信号的频率估计问题，引出了瞬时频率的概念，应用时频分析方法对线性调频信号的瞬时频率进行分析。最后，选用Rife算法及其改进算法对实测浅海垂直接收的水声信号进行频率估计。由于浅海噪声复杂性远远大于高斯白噪声，所以估计效能明显低于理论仿真，但仍验证了基于FFT的Rife算法及其改进算法都具有实时测频能力，估计性能以Q-R综合算法为最优。3.针对基于Hilbert变换分析瞬时特征不具有自适应分析能力的固有缺点，提出采用复解析小波变换提取信号的瞬时特征，得到基于瞬时特征参数的信号调制方式识别改进算法。改善了低信噪比条件下的识别性能，而且只应用了五个特征参数，简化了识别过程。