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浅海水声信道是一个十分复杂的无线通信信道，特性参数随着时-空-频的变化而随机变化，有着窄带宽、高噪声、强多径干扰、长传输时延、大随机起伏以及多普勒频移等特征，使得浅海水声通信系统在有效性和可靠性等通信性能的提高上面临着巨大的挑战。因此有必要寻求一种在低信噪比、多径衰落以及存在多普勒频移情况下，仍可保证一定信息传输速率的可靠通信技术。 本文研究了一种适用于水声通信的HFMBOK调制技术，HFMBOK具有优异的抗噪声、抗多径和抗多普勒频移特性。在保证系统可靠性的同时，本文着重研究和仿真了4种能够有效提升HFMBOK通信速率的解决方法，包括基于频带划分的多进制BOK调制技术，加入相移键控的QBOK调制技术，加入调频率键控的多进制HFM-Rate键控调制技术，以及采用不同制式级联的MFSK-MBOK调制技术。在上述理论仿真的基础上，采用CVI设计并实现了HFMBOK及提升其速率的各类调制系统。最后对通信系统进行抗噪测试和水池多径实验，验证所设计的通信系统在低信噪比和强多径条件下能够实现稳健的水下信息传输。 论文的主要工作如下: 1、系统介绍了水声通信的Chirp扩频调制系统的原理和特点，阐述和分析了ChirpBOK调制体制的优势和缺陷。 2、分析和仿真了水声信道的背景噪声、多径效应和多普勒频移对HFM信号和Chirp信号的影响，证明HFM信号有和Chirp信号类似的抗噪声、抗多径特性，以及更好的抗多普勒特性，并以此为基础提出了基于HFM信号的扩频调制系统HFMBOK。 3、为了解决BOK调制体系速率过低的问题，提出了单载波MBOK、多载波MBOK、QBOK、MHrSK、MHrSOK和MFSK-MBOK等解决方法。 4、在上述基础上，以CVI为核心平台设计并实现了一套基于双曲调频的水声通信系统，对其进行抗噪测试和水池多径实验，验证了系统性能。