凭借无人机的大概率视距(Line-of-Sight,LoS)链路和可控制的移动能力,无人机网络成为未来网络覆盖增强和容量增强的重要解决方案。然而,无人机具有高动态移动性,以及信道在LoS链路和非视距(Non-Line-of-Sight,NLoS)链路之间转换的特征,空对地信道的时变特性引发高概率的不必要切换事件,使得无人机网络中切换性能备受关注。无人机在三维空间分布使得小区边界的分布受到无人机部署高度的影响,与地面网络的小区边界有本质不同。利用随机几何工具对三维空间分布的无人机网络进行数学建模,本文理论分析了多层无人机网络中无人机部署高度对切换概率的变化关系,并定量分析了不同空对地信道衰落条件下,切换参数影响切换失败概率和乒乓概率的内在机理,从而指导无人机网络的站点高度部署和切换参数设计。本文的主要工作分为以下三个部分:针对现有文献无法分析三维空间中无人机部署高度对网络切换概率影响的这一缺陷,本文将无人机网络建模为K层独立的泊松点过程,基于等效模型,建立用户与不同部署高度无人机的统一的切换判断,从而推导出网络平均的切换概率理论界。具体来说,本文引入等效水平距离以消除投影过程带来的信息量损失,该距离是对欧几里得距离进行非线性变换得出的,因此在计算用户在不同层无人机之间的切换概率时,需要考虑到不同的基站发射功率和不同的站点部署高度导致的等效水平距离之间的未知关系。结果表明,存在无人机高度和密度的适当部署范围,使得在层间用户关联概率相对平衡的条件下,降低切换概率。针对路损模型无法建模无人机网络信道衰落引起的切换失败和乒乓效应的缺陷,本文基于路径损耗加衰落的传播模型,建立信道衰落条件下无人机网络的切换模型,从而定量分析切换参数(触发时间和切换偏置值)对切换概率、切换失败概率以及乒乓概率的内在影响。具体来说,本文将无人机信道衰落建模为Nakagami-m分布,并利用相干时间的定义将切换触发时间离散化为若干个切换状态,建立离散时间马尔科夫链以定量表征切换状态概率和状态转移概率,在此基础上得到切换概率、切换失败概率和乒乓概率的定量表达式。结果表明,存在最优的切换触发时间使得网络的切换失败概率最小。针对现有文献缺少对无人机基站移动模型建模与分析的缺陷,本文在用户聚簇分布的场景下,将无人机的运动建模为对应用户簇上方的随机航点运动,并推导出了网络平均覆盖率的理论表达式,其中无人机运动范围由用户簇半径与运动因子两部分决定。具体来说,用户的接收信号强度由做RWP运动的无人机到用户的距离统计分布决定,通过计算网络累积干扰的Laplace变换,得到用户的SIR分布。数值结果表明,存在最优的无人机部署高度以及最优的无人机运动半径因子,使得网络覆盖率达到最大值。