在人们的生产和生活中，金属材料两侧的数据传输在所难免，采用通信电缆的方式会影响金属体的密闭性，带来很大的维护成本。而由于电磁屏蔽效应的存在，基于电磁波的无线通信方式无法应用在该场景中。声波作为一种机械波能够有效地穿透金属传播，故可采用声波作为载波实现金属密闭空间内外的无线通信，即实现声透通信。该过程的实现离不开电信号与声信号之间的相互转换，可利用压电器件的正压电效应和逆压电效应来实现，故将该通信方式称为压电声透通信。本文从声学理论出发，对压电声透通信的信道特性进行了研究，并建立了整个信道的数学模型。然后对单输入单输出和多输入多输出情况下的整体架构、信道估计算法、均衡算法、同步算法进行了研究，并设计了相关实验，验证了算法的可行性。最后将单一节点的压电声透通信拓展到多节点的压电声透通信网络中，对该网络的时间同步问题进行了研究。本文的主要贡献及创新点为:　　(1)结合压电声透通信信道的基本结构对声波在该信道中的传播过程进行了理论分析，并使用时域伪谱数值分析法对声波在金属介质中的传播过程进行了仿真。对压电换能器的基本特性进行了分析，并对其向金属介质中辐射声波以及从介质中接收声波的过程进行了研究。对不同钢板厚度、不同中心频率的换能器条件下的信道频响进行了实际测量，验证了理论分析和仿真实验的正确性，并进一步揭示了压电声透通信信道的特性。使用非对称高斯线性调频小波模型和多径传输模型建立了压电声透通信信道的传输模型，为进一步研究适合该信道的通信算法奠定了基础。　　(2)针对压电声透通信信道的多径传输特性、信道时延拓展较大和变化相对缓慢的特点，展开了相关通信算法的设计。对比了基于训练序列和基于导频的信道估计方法的优缺点，提出基于训练序列来完成压电声透通信系统的信道估计方法。将基于快速哈德曼变换的系统冲击响应求解算法引入到了信道估计领域，拓展了通信信道估计方法。对均衡、载波同步、码元同步、帧同步等算法进行了研究，提出在压电声透通信系统中，通过对训练序列的结构做一些特殊的设计，从而利用其同时完成上述三种同步。对基于正交频分复用和单载波频域均衡的压电声透通信整体算法进行了研究，制定了基于正交频分复用和单载波频域均衡的压电声透通信标准，对其帧结构、训练序列、信道估计、均衡、同步和关键参数进行了定义，分析了两种通信架构的优缺点。　　(3)为获得更高的信道容量，将单输入单输出压电声透通信系统拓展为多输入多输出压电声透通信系统。对多输入多输出压电声透通信信道特性进行了研究，找到了影响其通信性能的关键因素。设计了基于多输入多输出正交频分复用算法的压电声透通信系统架构，并重点对其信道估计算法进行了研究。提出采用块状导频法进行压电声透通信信道估计，对相应算法进行了研究和仿真。为降低运算复杂度，结合多输入多输出压电声透通信信道的具体特点对上述信道估计方法进行了改进，首次提出将多输入多输出压电声透通信中的信道进行归类，对于具有较高一致性的信道，只选取其中一个进行估计，从而降低了需要估计的信道条数，进而降低了运算量。　　(4)压电声透通信系统常应用于密闭环境数据采集系统中，经常涉及多个数据节点同时进行数据采集，此时若各个节点采集的数据不同步，将会很大程度地降低数据的有效性，甚至在一些应用中完全无法满足需求。首次提出将IEEE1588协议应用在压电声透多节点数据采集系统中实现时间同步。对IEEE1588核心算法和实现方式进行了研究，结合实际需求，提出采用软件和硬件相结合的实现方式。研制了原理样机，实现了优于200ns的同步精度。