近年来,为了提高海洋信息获取能力,部署在目标海域的水声网络成为研究热点。网络中节点间需要具有信息交互的能力,常用的是水下声通信方式,可以实现大范围的信息互联,比如网络中簇内主节点向传感器子节点发送数据请求命令,传感器子节点将遥测数据返回。针对控制类信号传输,需要低速鲁棒的通信才能满足应用;而遥测数据类信号传输,需要高速的通信需求。明显地,已有的任何一种通信体制都不能有效地满足应用。因此,论文中控制类信号传输采用直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)调制技术,将窄带信号波形扩展到大的带宽上发送,满足低速通信的情况下,充分利用带宽资源,降低接收端对信噪比的要求,是常用的低速鲁棒通信方式;而高速通信采用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)调制信号传输,在较高信噪比情况下,OFDM调制是非常具有竞争力的水下高速通信方式。论文针对水声DSSS通信和OFDM通信,为克服水声信道大的传播时延、快信道时变及外部干扰等不利因素,分别研究了有效的接收机设计方式。对水声信道参数化建模,建立系统的输入输出关系,在理论推导的基础上,并通过数值仿真和外场实验数据验证提出的接收机性能。论文的主要创新点如下:(1)提出一种水声低扩频比DSSS通信中的PSP(Per-Survivor Process-ing,PSP)检测接收机设计。首先,论文研究了水声DSSS通信中的PSP检测处理,扩频因子设计在几十的数量级,联合PSP检测与稀疏信道估计处理,在较低信噪比的快速变化信道下,接收机具有稳健地通信性能。为了提高通信速率,减小数据的传输时延,进一步研究了水声低扩频比DSSS通信。随着扩频因子减小,传统的PSP检测接收机复杂度呈指数性增长。为了克服传统PSP检测接收机中扩频因子的约束问题,论文提出一种并行分支处理结构的PSP检测接收机设计。注意,传统已存在的接收机设计都使用了几十或几百的扩频因子,而论文中提出的接收机设计只使用个位数大的扩频因子,这种扩频因子设计是介于传统的DSSS通信与单载波通信之间;然后,扩频系统中加入信道编码模块,传统的PSP检测接收机中没有信道编码,提出的接收机在每个分支上,单独地执行联合信道估计和有干扰消除的PSP检测,将每个分支上计算出的对数似然比信息,通过最大比合并后输出用于信道译码;最后,基于仿真和美国马莎葡萄岛(Martha’s Vineyard)沿海岸的外场实验数据,验证提出的接收机在时变水声信道下仍具有鲁棒的通信性能,提出的有干扰消除的PSP检测接收机性能优于没有干扰消除的接收机,在低扩频比下,传统的RAKE接收机不能有效的工作,提出的接收机比传统的RAKE接收机具有更优的性能。(2)提出一种水声OFDM通信中的脉冲干扰消除接收机设计。首先,论文提出一种基于LS处理的联合多普勒频移与脉冲噪声估计接收机,具有较低的复杂度;然后,基于非迭代处理获得的信道估计与判决符号,提出一种迭代处理的接收机设计;最后,基于收集的实际噪声样本,采用混合高斯分布对其进行拟合,拟合的参数用于产生仿真测试中的脉冲噪声。基于仿真和台湾海峡外场实验数据,验证了提出的接收机设计能有效地消除脉冲噪声的干扰,特别地,提出的迭代接收机性能接近没有脉冲噪声干扰的参考接收机性能。