由于无人机的灵活性、可操作性和强覆盖能力,基于无人机的通信覆盖能够满足一些地面设施无法适应的通信场景需求,比如地震灾区、热点区域。因此,无人机在通信领域的研究与应用迅速崛起,基于无人机的通信覆盖技术也成为未来网络通信领域的重要发展方向之一。目前相关研究已经在无人机覆盖、无人机中继、传感器数据收集和分发等方面快速展开。然而,目前民用无人机的最大应用瓶颈是其有限的续航时间,这严重限制了无人机在通信中的应用。因此,提升无人机的通信能源效率以及提升无人机系统的服务续航能力是提升无人机通信覆盖能力的重点研究方向。本文分析了影响无人机通信能效和飞行续航的主要能耗因素,包括基于空地信道模型分析了无人机位置和高度对通信能耗的影响,基于无人机飞行动力能耗模型分析了飞行轨迹和飞行速度对动力能耗的影响,并且介绍了一些能够延长无人机续航能力的远距离能源传输技术。基于此,本文从静态覆盖、动态覆盖、异构网络覆盖三个方面分别深入进行了面向长续航不间断服务的无人机协同覆盖策略研究,并在保证长续航服务的基础上研究了无人机协同覆盖策略的优化方法,用以提升系统的能源效率。首先,针对多无人机城市环境覆盖问题,提出了一种新型的无人机动力能耗模型以及针对可充电无人机的循环轮询策略,实现了对地面用户的长时间不间断覆盖。面向多无人机系统的能源效率,提出了一种基于粒子群优化的两阶段联合优化算法,实现了目标覆盖点部署策略优化和多无人机循环轮询策略优化。仿真实验表明,面向长续航不间断通信覆盖需求,本文的方法提升了多无人机系统的覆盖能源效率,并且,本文所提出的算法具有比遗传算法和贪心算法较快的收敛速度和较优的收敛结果。其次,针对无人机的有限续航时间,提出了一种可对用户长续航不间断服务的多无人机动态协同覆盖架构。针对多无人机动态服务场景,分析了无人机之间的干扰机制和多机协同约束。以提升系统能源效率为目的,提出了一种综合考虑用户分配策略、无人机飞行轨迹和无人机发射功率控制策略的联合优化方法。仿真实验表明,通过该方法对多无人机协同覆盖策略的优化,实现了面向长续航服务的能源效率优化,并且,通过与遍历搜索方法的结果对比,验证了所提出方法的近似最优收敛效果。再次,面向蜂窝异构网络下的无人机增强覆盖场景,针对无人机的有限飞行能源,提出了一种无人机与地面基站的协同覆盖架构。基于无人机和地面基站的干扰模型与无人机的动力能耗模型,提出了一种基于凸优化理论的逐次逼近算法。仿真实验表明,所提出的协同覆盖策略能够在限定无人机飞行能量的情况下提升对蜂窝用户的覆盖质量,通过无人机辅助覆盖,用户最小吞吐量和平均吞吐量分别提升了60%和300%以上。最后,对本文的研究内容进行了总结,并对无人机通信覆盖能效方面的研究进行了未来展望。