煤矿是我国主要能源,科学的煤矿生产对我国现代化发展具有重要作用。但是近几年,我国煤矿事故频发,人员伤亡和经济损失都比较惨重。因此,建立科学,可靠,有效的矿井透地通信系统对保障矿工的生命安全和国家财产都具有重要的现实意义。由于地层的复杂结构和具有导电性的大地媒质,电磁波在其中传输时存在严重衰减。所以研究电磁波在地层媒质信道中的传输特性对于建立稳健的矿井透地通信系统来讲是一个必要条件。而在目前,对电磁波在复杂地层媒质信道传播特性的研究成果仍然不足。本文针对电磁波在地层媒质信道的传播衰减特性进行了深入研究,开展的主要工作及获得的结论如下:(1)针对现有构建地层分层模型算法的不足,提出了一种基于粒子群-遗传算法(Particle Swarm Optimization-Genetic Algorithm,PSO-GA)的克里金(Kriging)插值法,利用该方法对变异函数的参数进行了优化,建立了地层分层媒质模型。仿真表明,采用所提出的基于PSO-GA的Kriging插值法建立透地通信地层分层媒质模型可获得更好的寻优性能及寻优稳定性。同时,基于提出的算法,在VC6.0中实现了地层分层模型剖面图,利用剖面图的分层形态,对后续电磁波穿透地层媒质的分析有重要价值。(2)根据建立的地层分层模型剖面图知,电磁波透地通信传播时除了传播媒质本身的复杂外,地层模型也是不规则的。因此,本文建立了不规则地层分层计算模型。通过分析电磁波入射角与不规则地层分层倾斜角的几何关系,推导了电磁波在不规则地层分层中正向和反向传播时电场强度和磁场强度的衰减情况。仿真表明,正向传播与反向传播电磁波的衰减情况通常是不同的,这不仅与地层分层的不规则性有关,还与电磁波正向和反向传播时进入地层介质的先后次序是不同的有关;而且电场强度的衰减速度一般要大于磁场强度的衰减速度,特别是电磁波刚进入到地层的初始阶段。(3)针对时间域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)模拟电磁波穿透时存在计算精度和稳定性的问题,本文给出了时间域伪谱法(Pseudo-Spectral Time Domain,PSTD)用于提高模拟电磁波传输时的计算精度和稳定性。阐述了PSTD法的基本原理和适用于有耗媒质的吸收边界条件,进而建立了数值计算媒质模型。仿真表明,PSTD法能更精确和更稳定地模拟电磁波在有耗媒质地层分层模型中的传播衰减特性;而且,电磁波在地层媒质分界面发生不同程度的透射情况与媒质的电性参数有关,电性参数越大,衰减越严重,透射量越少。