无线传感器网络的基本思想起源于20世纪70年代,研究的重点主要放在国防项目上。在过去的几十年里,无线传感器技术取得了突飞猛进的发展,无线传感器网络的应用也已由军事领域扩展到其他许多领域,海洋监测就是其中之一近年来,人们已经越来越多将无线传感器技术应用于海洋监测,通过水下传感器技术监测波浪、海流、潮位、海温和盐度多项海洋水文要素已经得到了广泛应用。目前,水下传感器网络技术研究主要集中于水声通信基础上的传感器结点组网技术。但由于水声通信还存在着带宽窄、速率低、时延抖动大等问题,仿真软件又很难对水声信道时变、空变的特点进行建模,这些都对水声通信的设计提出了更高的要求。针对当前水下传感器网络的发展现状,本文引入了自主设计的物理层方案来完成底层数据的调制、发送与接收。本文设计的水下传感器网络物理层结构主要包括四部分：MAC层与物理层接口模块设计、信号处理模块设计、功率放大模块设计以及水声换能器模块设计。MAC层与物理层接口模块采用了自主设计的电路,通过扩展引脚作为协议握手信号线,完成了与信号处理模块的串行通信和并行通信。信号处理模块采用的调制解调技术是水下通信的重要组成部分,对水声通信网络的质量起着至关重要的作用。调制解调模块实现了两个功能：一是从网络协议模块接收要发送的数字信号,经DDS(直接数字频率合成)和数模转换后调制为适合水下传送的模拟信号。二是将接收到的模拟信号经模数转换和DFT(傅里叶变换)后解调为原始数字信号传给网络协议模块。功率放大模块用来实现水下传感器结点组网通讯中水声信号的发射、放大,包含以下几部分功能：一是把水声信号调制器发来的信号放大,驱动水听器发出超声波信号。二是把接受到的微弱信号放大到适当的幅度,输出到后级的A/D转换器。另外还要根据接收到的水声信号的大小,产生合适的A/D转换的触发信号。水声换能器模块主要用来完成声电以及电声信号的转换,采用的工作方式为收发一体方式。本文通过自主设计的水下传感器网络物理层结构解决了数据传输的可靠性问题,同时兼顾了水下传感器节点体积、成本以及能耗等关键环节。提出了独有的结点体系结构以及模块间接口通讯协议。通过试验部署验证该方案实用、可靠,为今后类似水下传感器节点物理层的设计提供了参考。