当今世界,海洋资源开发与利用的战略地位日益凸显。世界主要发达国家均大力发展水声通信网络技术,以期提高对海洋信息的获取与处理能力,取得经济、军事等方面的战略优势。我国拥有漫长的海岸线及丰富的海洋资源,有极大的海洋开发潜力。为使我国在国际竞争中赢得优势地位,水声通信与网络关键技术的研究有重大意义,而作为其支撑技术的物理层研究是首先需要解决的问题。　　 水声通信的物理层技术是一门综合了水声物理、通信、信号处理以及软硬件开发的交叉学科,有诸多的理论及技术难关亟待攻克。本文对物理层关键技术中的数据帧同步、纠错编码以及信道自适应均衡技术分别进行了理论、仿真与试验研究,并在此基础上,完成了基于软件无线电的水声通信网络节点样机物理层算法的开发,很好地将理论研究成果与工程实践相结合。　　 本文的主要研究内容如下:　　 1.研究了水声突发分组通信中基于能量检测的帧同步方法,推导了匹配滤波观测量在高斯与瑞利衰落信道下检测概率与虚警概率的表达式。针对水声环境变化较快的特点,利用逆匹配滤波器构造了一种比值观测随机变量,并推导了其概率密度函数表达式。该变量具有恒虚警特性,并且其概率密度函数对信噪比变化不敏感。　　 2.结合匹配滤波观测量与比值观测量的优点,提出了双重判决低虚警率检测算法。理论分析证明,该算法在噪声功率稳定、噪声功率突变及突发高能量干扰三种典型情况下均具有优异的检测性能。　　 3.针对水声信道能量快速起伏的特点,提出了一种基于信号能量估计的自适应阈值算法。该算法实时估计噪声功率、信号功率,并根据虚警概率与检测概率计算自适应阈值。阈值更新以迭代方式完成,新值与旧值各占一部分以缓冲信号能量突变带来的阂值跳变;引入遗忘因子以便使旧值所占比重逐渐减小。算法通过了仿真与试验验证。　　 4.研究了以卷积码、Turbo码为代表的纠错编码技术,及自适应均衡技术在水声通信中的应用;研究了编码与均衡联合算法,并在基于DSP的水声通信节点样机上加以实现。算法在处理湖试数据时取得了良好的效果。　　 5.深入研究了自适应均衡器阶数的优化问题,提出了次优的低复杂度二维迭代均衡算法与最优的CESE-EOA算法。前者利用帧同步模块的能量估计求取均衡器阶数次优解;后者利用多重线性回归模型与级数展开,从理论上得出均衡器阶数的最优解。　　 6.在理论研究的基础上,利用软件无线电思想,设计并实现了基于DSP的水声通信网络节点物理层算法体系,并成功应用于工程样机。该样机经过了多次湖试与海试的性能验证。