海洋环境监测作为海洋领域研究的关键技术,对于海洋资源勘查与开发、海上防灾救援、国土防御具有重要意义。由水下布放的传感器节点通过水声链路构成的水声通信传感器网络可实现原位监测,具有覆盖范围广、时空分辨率强等特点,将成为未来海洋环境监测的重要手段。然而海洋环境十分复杂,水声信道具有传播时延高、环境噪声大、多径干扰强、多普勒效应严重以及时空变化随机等特点,信道的复杂性为水下信息的网络传输带来巨大挑战。本文结合863项目需要,针对水下信道特性,设计并构建了一套可实现水下通信与组网功能的水声通信系统。本文首先研究水声信道特性及其对通信和组网产生的影响,提出多径干扰与多普勒干扰的应对措施。针对水声通信系统设计需求,进行了通信系统方案设计与系统功能实现。系统采用ARM作为主控模块,通过FPGA进行数字信号处理,采用多线程与并行处理的工作模式,以保证系统的高效运行。针对低功耗以及远距离通信需求,设计并实现了系统发送与接收模块,在达到距离指标要求的同时最大限度的延长系统工作周期。设计并实现了通信编码、调制/解调和同步模块,解决了低误码率信息传输、低信噪比情况下的微弱信号检测以及同步基准偏移问题。针对水声信道存在的噪声与多径干扰严重问题,采用单入多出的水声通信系统架构,提出一种基于分集合并的判决反馈接收机,可有效提高接收信噪比及抗多径干扰能力。为实现水下多节点的网络自组织,设计了适用于水声信道的网络协议体系包括:水声链路的媒体接入控制协议(Media Access Control,MAC)、路由协议和传输协议,可保证网络的自组织建立和数据的可靠传输。最后,对所研制的水声通信系统展开湖上实验,验证系统通信与组网功能的可靠性。实验结果表明,系统在距离3.3km通信处误码率低于10-4,并成功实现了多节点组网,可应用于水下传感器网络中。