近年来,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)通信以其低成本和高灵活性在诸如无线覆盖,通信中继和数据传输等实际应用中备受关注。为了提高无人机通信系统的性能,多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术成为了研究各种无人机通信系统的热点。研究信道特性并建立相应的准确且易于使用的信道模型,对于UAV-MIMO通信系统的实际设计和性能评估至关重要。本文首先基于无人机三维(Three Dimensional,3D)MIMO双圆柱规则几何参考模型建立确定性和随机性仿真模型,其中信号由视距分量,单反射射线和双反射射线组成。通过推导仿真模型的统计特性并分析仿真结果,本文证明两种仿真模型在降低计算复杂度的同时能够与参考模型的统计特性良好拟合,从而验证了仿真模型的实用性。在此基础上,本文通过引入时变的角度参数提出无人机3D MIMO非平稳双圆柱信道参考模型和对应的仿真模型。首先,本模型考虑了地面反射分量。其次,在所提出模型的基础上,本文推导并深入研究了一些重要的信道统计特性,包括空间-时间相关函数,多普勒功率谱密度,包络电平交叉率和平均衰落时间。除此之外,本模型具有研究无人机相关参数(例如,无人机的移动方向,高度和速度)对信道特性和非平稳性影响的能力。参考模型与仿真模型之间达成了极好的一致性,证明了仿真模型的可行性以及理论推导的正确性。同时,由于本文假设地面端是移动的,因此模型适用于无人机辅助的车辆通信场景,具有通用性。在上述工作基础上,本文进一步提出了无人机3D大规模MIMO非平稳不规则几何模型。使用生灭过程建模空间-时间双重非平稳特性。本文创新地将无人机的影响因素引入到生灭概率中,从而修正了无人机无线通信场景中的空时非平稳性。在提出模型的基础上,本文推导并深入研究了一些统计特性,给出了数值分析和仿真结果,研究了无人机相关参数对信道统计特性和非平稳性的影响,为无人机大规模MIMO通信系统的设计提供了一定参考。最后,通过与实际测量数据的良好拟合,证实了所提出模型的实用性和准确性。综上,本文主要研究无人机通信场景下的信道建模问题,提出了无人机3D MIMO双圆柱规则几何仿真模型,无人机3D MIMO非平稳双圆柱信道模型和无人机3D大规模MIMO非平稳不规则几何模型。并且通过仿真实验对信道模型进行了验证。