水声信道是一个随时间和空间变化的复杂信道,也是一个多途效应很严重的随机信道,使得声波信号产生畸变。水声信道的这些特性极大地限制了水声通信系统的信息传输容量,严重影响着水声通信系统的性能。因此,稳健高质量的水声通信一直面临着严峻的挑战。扩频通信系统在抗干扰能力、抗多径能力方面有明显的优势,且具有多址能力,可在较低信噪比条件下工作。然而,扩频水声通信在实际应用中通信速率过低却是它在实际应用中的一个明显的劣势。多输入多输出(MIMO)技术作为近些年一种新的通信技术,可利用空间上的资源,在不增加频谱资源和发射换能器发射功率的情况下,成倍的提高系统信道容量。将MIMO技术与扩频水声通信相结合可有效提高传统扩频通信系统的频带利用率,为此本文将结合MIMO技术和扩频技术,对MIMO扩频水声通信及其相关技术展开研究。首先,研究扩频水声通信技术原理及能量检测器扩频接收机算法。重点研究了M元扩频水声通信系统和组合扩频水声通信系统。在M元扩频系统上发展起来的组合扩频系统,应用了数学中的r-组合映射方式成倍的增加了传输容量,相比前面两种通信方式具有较高的信息传输能力和频带利用效率。在这三种扩频通信体制基础上,采用能量检测器扩频接收机算法和M元能量检测器算法来克服载波相位跳变干扰带来的增益损失,加入时间反转镜技术以减小复杂声信道的多途扩展干扰对扩频通信系统的影响。通过仿真验证能量检测器和时间反转镜技术的抗干扰作用,实现稳定可靠的扩频通信系统。其次,研究MIMO水声通信系统的工作原理,并将其与扩频通信相结合。通过研究基于LS、MMSE、匹配追踪算法的三种MIMO信道估计方法,提高MIMO系统中时间反转镜技术的性能。通过仿真可得在相同组合条件下,发射阵元的增多会带来系统性能的下降,由此采用基于r-组合映射算法的高阶组合扩频减少发射换能器数量,降低设备复杂度,可实现低误码率通信系统。由此也可进一步提高MIMO扩频水声通信系统通信速率。最后,对本文提出的通信编码模式、信号处理技术及通信系统进行了冰下试验验证,并在实际数据处理过程中对算法具体应用细节进行了说明。利用本文提出的扩频水声通信算法及MIMO扩频水声通信技术,成功在试验中完成高质量的MIMO扩频水声通信,验证了此编码模式及算法的可行性。