随着人类社会的不断发展，海洋中丰富的资源及神秘性引起了人们越来越多的兴趣和关注，在海洋中部署水声传感器网络以辅助海洋研究成为重要的手段。同时，水声传感器网络也是陆上无线网络的延伸，在海洋立体观测、海洋国防安全、海洋资源发现开发与保护、水下科考以及灾害监测和预报等方面具有广泛的应用。水声传感器节点位置信息的确定是使所采集数据有分析、参考和指导意义的基础，对位置未知的水下传感器节点进行定位是水声传感器网络必须具备的基本功能之一。近些年来，水声传感器网络节点定位已逐渐成为一个科学研究的热点。　　然而不同于陆上无线网络的信道特性，水声信道具有自己独特特性，导致陆上多数成熟的技术和协议等关键技术在水声网络中不能简单适用，只能作为一种参考和借鉴。在水声传感器网络定位中，针对水声信道的特点，更多学者选择的是对定位算法进行设计和优化，也有部分学者从节点选择和定位信号设计等方面进行研究，但未见从整个网络出发，同时对物理层、MAC层和应用层进行研究设计的方案。本文以水声传感器网络定位为应用背景，对跨层技术进行研究。　　本文以水声传感器网络定位为背景，研究了物理层中定位信号的设计及相关信号解调算法、应用层中参考节点选择算法和MAC层协议设计，讨论了三者之间的相互制约情况，并分析了整体的定位性能。物理层中的信号特性及信号解调算法，对应用层中参考节点选择算法的参数边界取值进行了限制，而参考节点选择算法的成立，需要MAC层协议的配合，同时MAC协议的存在，对物理层中定位信号的特性也有一定的要求。三者之间在不同的层级独立工作又相互制约，提高了水声传感网定位精度。　　本文的主要研究工作点如下:　　(1)在水声传感器网络的物理层，针对水声信道的特点及水声传感器网络的码分多址接入性能要求，分析了利用组合chirp信号(MLC)作为载波信号的可行性及相关性能。同时结合组合chirp信号的特性，证明了将其作为水声传感网定位中的定位信号的优越性。　　(2)针对作为定位信号的组合chirp信号的特点，提出了相应的高效的信号解调方法——混频变斜率分数阶傅里叶变换(MCR-FRFT)。同时利用MCR-FRFT算法，分析了在观察时间窗内不同定位信号之间到达接收端的时间差，并给出相应的差值表达式及相关的的仿真性能分析。　　(3)在水声传感器网络定位的应用层，对用于协助定位的参考节点进行选择。考虑水声传感器网络节点能量有限性和为了延长整个网络的使用寿命，根据参考节点的能量、位置可靠性和节点之间的拓扑结构(MCR-FRFT算法相关)等参数，对参考节点的优选进行了研究，给出了有效的选择算法，为了延长整个网络的使用寿命，利用Q学习算法对参考节点的信号发射进行了规划。最后也对有无加入该选择算法的定位结果进行了对比分析。　　(4)在水声传感器网络定位的MAC层，根据MAC协议相关性能指标及具体应用要求，对网络的MAC层协议进行了研究和设计。为了减少包的碰撞概率，提高网络的定位效率，根据相关参数分析设计了时隙CSMA协议，该时隙值是与应用层中的参考节点选择函数相关的。通过与ALOHA、CSMA及TDMA等协议对比，证明了时隙CSMA算法的高效性。　　综上所述，本文主要对水声传感网定位的物理层、应用层和MAC层跨层技术进行了深入研究，对每个层均给出相应的算法和效果分析。最后基于OPNET和MATLAB仿真软件搭建了定位系统平台，得到整体定位效果。本文在水声传感器网络定位中具有一定的理论意义和实际应用前景。