随着第五代移动通信技术的发展,无人机作为一种可以辅助无线通信的设备,以其低成本、易于部署、有良好的视距链路等优势,迅速成为一种重要的无线通信补充技术,在多个垂直行业中得到了广泛应用,承担了许多特殊环境下的作业任务,用于提供便捷可靠的通信服务。无人机中继主要提供应急通信和数据采集等服务,作为空中平台为地面无法直接通信的终端提供无线连接,能快速有效地提升无线网络的容量和覆盖水平。在以无人机为空中平台的通信系统中,通过优化无人机的移动轨迹与无线资源分配,能在最大程度上提高系统容量和通信性能。本文结合飞行任务与通信机制,建立了以无人机为移动中继的三节点中继通信模型。其中,为进一步提高系统性能,无人机中继站配备了数据缓存空间,从源节点接收的数据可暂存在无人机中继,待信道条件适宜时再转发至目的节点。本文基于对无人机移动性和缓存工作方式的建模,研究在无人机移动性约束、信息因果约束下对无人机航迹和无线资源(时隙)管理的联合优化问题,并提出解决方案。论文的主要工作如下:(1)根据所提出的无人机通信系统模型,结合无人机航迹规划和中继通信时隙分配的需求,建立最大化系统吞吐量的联合优化问题。由于该问题为非凸问题,提出将问题分解为航迹优化和时隙优化两个子问题进行交替迭代求解,其中航迹优化子问题可采取连续凸近似的方法转化为一组标准凸问题解决,而时隙分配子问题为线性规划问题亦可求得最优。仿真结果验证了所提出算法的收敛性和有效性,系统总吞吐量通过联合优化获得了显著提升。(2)鉴于连续凸近似算法计算复杂度高、耗时长,为降低复杂度以适应在线规划应用的需求,论文基于启发式算法思想,仍在两个子问题交替迭代的算法框架下,提出了一种基于贪婪策略的低复杂度航迹优化算法以替代连续凸近似。通过分析约束条件缩小解空间,在限定范围内采用贪婪算法选取最优解,避免了对复杂优化问题的近似与求解过程,大大降低了算法复杂度和运行时间。仿真结果显示,与采用连续凸近似算法解决航迹优化子问题的方案相比,所提低复杂度启发式算法可在获得接近原有算法性能的同时,显著降低求解时间,有效地提升系统的运算效率。