实现水下信息传输与探测的主要手段是水声通信。水下唯一可以进行远距离信息传输的物理媒质是水声信道,不同于无线电信道,水声信道是一个十分复杂的时空频变信道,它的主要特征是多变、带宽有限以及多途效应,因此,水声通信技术发展缓慢。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)由于传输速率高、抗多径能力强、频谱利用率高等优点而在高速无线电通信中得到广泛应用。但将其应用于水声通信系统中,OFDM会受到水声信道的窄频带宽和梳状的幅频响应特性的影响,不仅没发挥其优势,反而对频偏和相位噪声非常敏感,使得OFDM的同步问题异常突出。针对这些问题,本文提出了采用对称三角线性调频(Symmetrical Triangular Linear Frequency Modulation,STLFM)信号作为同步码,基于分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的正交多载波水声通信系统的同步检测整体方案。通过对STLFM信号在分数阶傅里叶域能量汇聚性的分析发现,一个周期的STLFM信号分别在1p阶、2p阶处作FRFT,各能产生一次能量尖峰,这大大提高了目标分辨率,为实现同步提供了良好的条件。然后对STLFM信号作为同步码的系统模型进行了研究,推导了以STLFM信号作为同步码的联合同步算法,以及估计1p阶和2p阶处的采样频差s?f、载波频差c?f和符号定时0k算法。为了验证算法的正确性,对基于FRFT-OFDM水声通信系统进行了仿真实验和性能分析,以同步误码率(Bit Error Rate,BER)作为评价指标,在有噪声、多径传输和多普勒效应三种环境组合场景下与传统OFDM系统采用线性调频(Linear Frequency Modulation,LFM)信号作为同步码进行分析比较;并通过水池实验验证了基于FRFT-OFDM水声通信方案的有效性和可行性,具有一定的应用价值。