随着世界各国对海洋重视程度的提高,海洋科技的发展引来越来越多科研工作者的关注,而水下无线通信技术便是其中重要一项技术。水声通信作为目前水下唯一有效的远距离无线通信方式,得到了广泛的应用。然而水下复杂多变的环境以及声波的特性使得水声通信技术面临诸多挑战。水声信道被公认为最复杂最具挑战的无线信道之一,窄带宽、多径效应、多普勒效应以及各种噪声都严重影响水声通信的效率与质量。水声通信过程中的多普勒效应会对接收机收到的信号造成严重的影响,在时域上表现为收缩或者扩展,严重影响信号的恢复,甚至导致通信系统不能正常工作。因此,对水声通信中的多普勒效应,必须提出相应的解决方案,以便在接收端正确地恢复数据信息。在水声通信系统中,发送端通常将数据信号加前导码一起发送,接收端利用已知前导码的特性来实现信道的参数估计。因而选择合适的前导码,设计合理的多普勒估计算法是实现信道多普勒估计的关键。Zadoff-Chu序列是一种多相码,拥有着良好的自相关及互相关特性、低峰均值比等特性。针对水声信道中的多普勒效应,本文以ZadoffChu序列为前导码,选取不同的信道模型设计了两种多普勒估计方案。首先是单尺度多普勒估计方案,针对单尺度单时延水声信道使用匹配追踪的方法对多普勒因子进行估计。其次是多尺度多普勒估计方案,针对多尺度多时延水声信道,利用Zadoff-Chu序列的移位相乘特性,将多普勒估计问题转换成为频率分析问题,实现了估计问题的简化,然后设计了一种迭代估计多径多普勒因子的算法。通过MATLAB仿真,验证了Zadoff-Chu序列的特性和所提多普勒估计方案的可行性。为了验证本文所提方案的实用性与应用价值,我们进行了水下无人航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）实验平台的搭建,利用已有的水声通信模块和AUV,通过将二者整合适配,完成了AUV的水下远距离无线实时控制。通过AUV的移动来实现收发机之间多普勒效应的产生,不同的相对移动速度可表示不同的多普勒因子。最后,在AUV实验平台和WATERMARK实验平台进行了本文所提多普勒估计方案的测试,在一定程度上验证了可行性与实用性。