水声通信是目前唯一可以实现水下长距离传输的通信方法,但多变又复杂海洋环境会影响声信号的传播,导致水声信道的时变性和随机性较强。有效的跟踪水声多径信道有助于探查水下通信环境,同时提升信道均衡效果。该研究是现今水声通信研究的热点。传统的信道跟踪方法,如自适应跟踪方法,只能粗略恢复信道整体信息,无法获取分路径信息。但随着水下通信地不断发展,水声信道参数在深入了解水下通信环境和在各类研究上的重要性逐渐凸显,如信道均衡、环境探测等。因此,本文结合浅海水声信道的物理特性,提出直接跟踪水声多径参数的信道跟踪方法。本文提出了基于随机有限集的多径信道跟踪方法,并将其应用于水声单载波通信系统和OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)系统。对于基于随机有限集的多路径信道跟踪方法,我们首先基于收发机之间的相对运动,给出分路径的时延和多普勒因子时变状态模型。然后利用基于随机有限集的概率密度假设滤波器(Probability Hypothesis Density Filter,PHD)及其改进方法,我们将传统多目标跟踪转化为多路径参数跟踪,进而获得各路径相关参数。在此基础上,我们分别在单载波时域系统和OFDM系统中应用了上述信道跟踪技术。应用的难点在于跟踪量测的获取。对此,在单载波时域系统我们采用双曲调频信号,在OFDM系统中采用导频信号,分别提取了分路径的量测。并利用跟踪分路径信息重构发送信号,得到两种系统的误码率,实现了上述提出的跟踪方法在两种典型水声通信系统中的初步应用。仿真实验结果表明,本文提出的多路径信道跟踪方法可以有效跟踪浅海中的时变水声多径信道,获得分路径的信道特征参数。尤其是对稀疏性较高的时变水声信道,相比于传统方法能更有效的减小了水下通信系统的解调误差。此外我们还将上述跟踪方法应用于现有试验数据,湖试数据处理说明该方法在水声信道路径稀疏度较高情况下能获得更好性能。现有海试数据处理也初步验证了该方法的有效性。本研究可以提升水声通信中的信道均衡技术和为水声通信探测一体化技术提供理论基础。进一步性能分析有待后续实验验证。