浅海水声信道是一种复杂的时-频-空变信道,其声传输特性不仅与声波频率、声速剖面、海底地形、沉积物参数、发射和接收平台的位置等密切相关,还受到海浪、海流和内波等各种物理海洋现象的影响。通过对浅海水声信道的声传输特性,尤其是时-频特性的深入研究,有助于改进和完善相关水声信号处理算法,为水声通信系统的优化设计提供参考。海面风浪所引起的随机起伏海面,是影响浅海水声信道传输特性的一个重要因素,但其影响机理还有待进一步研究。当海面平均波高与声波波长相比为小量时,海面可近似为平面,其对声波的散射可近似为全反射;当海面平均波高大于或与声波波长可比拟时,海面为粗糙界面,声波经过海面散射后不仅会产生能量损失,还会改变散射信道的时-频-空变特性。本文针对浅海水声环境,采用理论建模、数值仿真和海上实验方法,对动态起伏海面的声散射问题进行研究。本文主要工作如下:1.采用Monte-Carlo方法模拟了海浪谱分别为PM谱、JONSWAP谱及TMA谱的随机起伏海面,分析了不同海浪谱对随机起伏海面的影响;探讨了用TMA谱描述浅海起伏海面环境的可行性和适用性,分析了风速、风区长度、海深等对随机起伏海面的影响。2.对比分析了近似方法和数值方法计算海面声散射强度的精度差异,探讨了采用积分方程法计算起伏海面声散射强度的可靠性;基于TMA谱和积分方程法,研究了声散射强度随声波频率、散射角、风速、风区长度和海深的变化规律,得到了海面散射平均能量特性。3.基于Fresnel近似理论,导出了动态海面声散射信道的时-频相关函数,数值分析了风速、海深、收发间距、声波频率等因素对海面散射信道时-频相关特性的影响。在声波频率和收发间距不变情况下,分别得到了相干时间和相干带宽与海面风速及海深之间的变化关系。4.进行了浅海水声信道实验,分析了不同风速、海深、收发间距对信道冲激响应的影响,对海面散射信道的时间相关特性进行了分析。