近年来,国内外加大对农业物联网以及智慧农业的研究,越来越多的电子设备被投入到农业生产环境中使用。这使得农村农业环境有限移动通信资源变得愈来愈紧张。此外,由于农村地区人烟稀少、地形复杂,所以导致农村地区的基站架设成本高、密度低,基站信号覆盖范围小,大部分农业环境存在无信号覆盖的空白区域。如何有效解决农村农业复杂环境的网络覆盖以及服务质量等问题,已经成为当今农业物联网发展的一个瓶颈性问题。在农村地区研究一个覆盖范围广、传输高效性、低时延、低误码率的无线自组织网络系统也变得愈来愈重要。为了解决以上问题,本文在传统的自组织网络的基础上,考虑到将微型网络基站搭载到每一架无人机上,通过相互之间的距离感知与测算,根据特定的组网排列准则,自行搭建符合实际农业环境的无人机自组织网络分簇系统。在此无人机系统基础上,进一步对各无人机之间进行频谱资源优化分配与最佳响应策略优化研究,从而提高频谱利用率,增强无人机频谱感知的响应能力。与此同时,还分别研究了无人机簇头和用户节点网络以及无人机用户节点和终端节点网络间的最大和传输速率与最佳功率分配的优化方案,从而提高农业环境下的网络传输效率。本文的具体研究工作如下:首先,针对农业无人机自组织网络分簇系统整体的设计情况,研究了无人机分簇准则、频谱分配方案以及最佳频谱响应策略。结合K均值聚类方法,利用无人机所感知测算的相互距离,完成系统的搭建。在此基础上,考虑到各无人机频谱利用情况以及相互关系,确保空闲频谱被合理利用,建立了基于非合作博弈竞价的多无人机间的频谱分配策略模型,并得出最优空闲频谱定价下的最佳频谱博弈竞价方案,使得网络系统中效用频谱最大化。对于最佳频谱相应策略,引入了单位帧时长的各种时间开销、虚警概率以及检测概率,分析并建立系统信息吞吐总量、频谱感知响应时间、发射功率以及无人机簇头数量之间的关系。结果表明,存在信息吞吐总量的最大值,并求出此时的最优发射功率与最优频谱感知响应时间。然后,针对多簇团并存下的单无人机簇头与单无人机用户节点的资源分配情况,考虑到无人机在飞行与悬停过程中的时延与抖动对传输性能的影响,引入其对应的时延罚函数与抖动罚函数,并结合自组网络节点准入控制准则,建立功率分配下的最大传输和速率的正交频分复用网络模型,并基于非线性优化理论提出最优认知功率注水方法,通过迭代更新求出各子载波下的最优功率分配值。针对多无人机用户的情况下,拓展上述方法,提出多簇头对多用户节点下的子载波与功率联合分配认知注水算法。结果表明,该方法可以在降价计算复杂度的同时,相同的功率分配下,无人机认知网络分簇系统中可以获取更好的传输性能;在相同传输性能下,该系统也可以拥有更低的功率损耗。最后,针对空对地通信的复杂环境问题,考虑到各节点间的相交干扰比较复杂,将采用多进制正交幅度调制与正交频分复用技术相结合的方法,提出无人机用户节点对终端节点跨层网络的自适应最优资源分配方法。该方法可以根据当前网络环境的干扰情况,自适应的选择最优的进制数进行幅度调制,保证传输速率的前提下,也增强了网络的抗干扰能力。然后通过分解拉格朗日函数与子梯度对偶系数的方法进行快速迭代更新,求解出满足各约束条件下的最优功率分配,以便使得平均子载波最大传输和速率最大化。结果表明,该方法不仅可以弥补64QAM调制抗干扰性低的问题,解决32QAM在某些功率下传输性能不高的问题,而且传输性能比内点法略好一点,且频谱利用率高、抗干扰性强。