随着无线通信技术的快速发展,无人机（unmanned aerial vehicle,UAV）已被应用在军事、农业和日常生活中各个方面,无人机通信链路研究已成为研究的热点。通信链路的特性决定了无人机通信系统的性能,如传输容量、误码率、吞吐量等。无人机作业时,由于电磁波直射、反射和散射等相互作用,时刻受到障碍物以及自身运动的影响,通信系统质量往往无法得到保证。而多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）技术能够实现空分复用,在UAV上配置MIMO技术不仅可以提高系统的信道容量,而且还可以改进数据传输速率。信道模型是准确描述信号传播特性和系统性能分析的基础,因此,建立合适的无人机信道模型对UAV-MIMO通信系统应用至关重要。由于UAV、散射体和陆地移动基站（terrestrial mobile station,TMS）都是运动的,UAV-MIMO信道的传播特性是一个非平稳的过程。为了能够精确的描述实际环境中的UAV信道传播属性,研究非平稳的UAV-MIMO信道模型是必不可少的。本文研究了UAV-MIMO信道的时变传播特性（如,时变距离参数、时变方位角和时变仰角参数）,提出了非平稳的三维（three-dimensional,3-D）UAV-MIMO信道模型,其中包括基于球面波的和平面波的非平稳的3-D UAV-MIMO信道模型。本文主要如下工作:（1）基于平面波假设的非平稳3-D UAV-MIMO信道模型本文首先考虑散射体的远场效应,提出了一种基于平面波假设的非平稳3-D UAV-MIMO信道模型。考虑了静止的散射体和运动的散射体,并假定了运动散射体和TMS有着相似的高度,分别采用3-D圆柱体和二维（Two-dimensional,2-D）圆环来模拟静止和运动散射体。为了描述运动散射体的随机分布特性,本文假定运动的散射体非均匀的分布在2-D圆环内部;其次,考虑了UAV、散射体和TMS运动方向和运动速度对3-D UAV-MIMO信道传播特性的影响,并采用时变参数,如:接收端和散射体之间的时变距离、时变离开方位角和时变仰角、时变多普勒频率,来描述3-D UAV-MIMO信道的非平稳特性;最后,得到了所提信道模型的空时相关性函数,并详尽的分析了散射体的动态特性对所提信道模型统计特性的影响,并通过测量数据验证了所提信道模型的合理性。（2）基于球面波假设的非平稳3-D UAV-MIMO信道模型考虑了散射体的近场效应,提出了一种基于球面波假设的非平稳3-D UAV-MIMO信道模型。首先,考虑了TMS周围的静止散射体和运动散射体,采用3-D圆柱体和3-D球体的表面积描述静止和运动的散射体,本文假定经散射体的方位角和仰角相互独立,并分别采用von Mises概率密度函数（probability density function,PDF）和Laplacian PDF描述方位角和仰角的分布情况;其次,为了精确的描述3-D UAV-MIMO信道的非平稳特性,本文采用了3-D向量形式描述UAV和TMS之间的时变距离、时变方位角和时变仰角参数;最后,得到了所提信道模型的空时相关性函数,为了验证所提3-D UAV-MIMO信道模型的有效性,本文采用3-D UAV-MIMO信道模型的空间相关性函数和测量数据比对,数值结果表明了所提出的信道模型可以更加真实的描述3-D UAV-MIMO信道的实际传播环境。基于数据对比分析表明,本文提出的两种非平稳信道模型假设,能够更加真实描述3-D UAV-MIMO信道模型。