近年来,地空通信作为第五代移动通信网络（Fifth Generation of Mobile Networks,5G）中智能交通系统的重要组成部分,受到了学术界和产业界的高度关注。为了对地空通信系统进行方案设计和性能评估,地空场景下非平稳随机信道模型的研究与实现至关重要。地空信道复杂多变,其非平稳特性难以使用平稳的随机过程描述,Markov非平稳信道模型能很好地模拟真实地空信道信号衰落包络在时间轴上的非平稳特性。信道模型的理论研究需要工程实践的支撑,讨论Markov非平稳信道模型实现方法并提高仿真计算效率具有必要性。大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）作为一种MIMO增强技术,凭借其高频谱效率和高能量效率等优势,在地空通信场景中具有广阔的应用前景。大规模MIMO信道呈现出了一些新的特性,建立一个准确、高效的地空大规模MIMO信道模型具有重要意义。本文研究适用于地空场景的非平稳随机信道建模技术,主要的研究工作和创新点如下:1)针对地空信道模型仿真中存在的存储空间大、计算效率低的问题,提出了一种优化存储方案,并利用图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）中数量庞大的流处理器,实现了基于查找表法的Markov非平稳信道模型仿真的并行计算,从存储空间优化和并行计算两方面提高计算效率。2)采用基于几何的随机建模方法,建立了一种地空场景下的三维单跳圆柱大规模MIMO信道模型。模型在地面站部署了二维的均匀面阵（Uniform Planar Array,UPA）,通过引入向量,描述收发端天线和散射体簇间的几何关系,使模型具有更高的普适性。3)针对信道空间非平稳特性建模时,经典的生灭过程难以迁移到更高维度天线阵列的问题,提出了一种新的散射体簇演化机制,即散射体更新过程,并解决了其他空间非平稳特性建模方式存在的散射体簇数量非随机性变化和空间相关性偏高的问题。仿真验证表明所提出的散射体更新过程能有效模拟二维天线阵列的空间非平稳特性。