水声信道是一种环境条件十分恶劣时频双选信道。它不仅是多径的,而且由于声信号在水中的传播速度只有1500m/s,而收发器之间又存在着不可避免的相对移动,这导致多普勒效应十分明显。另外,由于水声信道的特殊性,信号的能量会伴随着频率的增加受到更大的衰减。这些条件使得信道容量随着通信距离的增加极度地受限。因此对于高速水声通信系统而言,一个高效的信道估计和信道跟踪方法是至关重要的。压缩感知理论是一门新兴的信号处理理论,它在无线通信领域已经得到了广泛的认可。该理论可以利用原始信号的稀疏先验信息,通过信号的重构算法来重建原始信号,这一理论给稀疏信道估计带来了新的思路。这种基于压缩感知的信道估计方法能够大大减少训练序列的数量,经典的方法有基追踪,匹配追踪,正交匹配追踪,压缩采样追踪方法等等。由于水声信道中的多径中,只有少数径中具有较高的能量,因此水声信道本身是稀疏的。本文将压缩信道估计应用到水声通信的场景中,提出了一种有效的信道估计方法。与传统的水声通信系统中的信道估计方法相比,本文提出的压缩感知信道估计方法可以充分利用水声信道的稀疏性,从而在只需要少量训练序列的前提下,大大提高了信道估计的准确程度。另外,本文提出的信道估计方法只有在准静态的信道下才能保证比较好的性能。为了能够跟上快速时变的水声信道的变化速度,这种信道估计方法需要的训练序列数量还是太多了。因此为了保证水声通信系统带宽的有效性,同时提高信道估计的准确度,本文提出了一种基于分块的逐块信道跟踪的方法。这种方法能够跟压缩感知信道估计方法相结合,在充分利用水声信道稀疏性的同时,实现对水声信道的跟踪,达到信道估计对准静态信道条件的要求。该信道估计的方案已于澳大利亚西海岸的印度洋海域进行了水下通信实验,结果显示在单发单收未编码的QPSK调制方式的情况下,8kbps数据速率的水声通信系统在1公里传输距离的误比特率只有3%,在6公里传输距离的误比特率只有14%。该方案的效果良好。