最近,无人机搭载自由空间光（Free Space Optical,FSO）通信设备与地面通信节点之间进行信息传输的研究引起了学术界和工业界的极大兴趣。通过挖掘无人机的巨大潜力,传统的地面FSO系统将被革新升级,进而实现更加灵活、可靠且无所不在的网络覆盖。虽然基于无人机的FSO链路的需求增加,但基于无人机中继的FSO系统的信道建模、性能分析、网络优化等关键技术问题还鲜有研究。基于此背景,本文对基于无人机的FSO通信进行了研究,主要内容如下:1.研究了基于螺旋机翼无人机的FSO串行多跳中继系统的中断性能。本章考虑路径损耗、大气湍流、指向误差和到达角抖动等衰落因素的共同影响,推导了无人机到无人机,无人机到地面端,地面端到无人机链路的中断概率闭合表达式,并且得到了系统端到端的中断性能。本章同时分析了链路和系统中断性能的渐近特性,结果表明到达角抖动会对链路乃至整个系统产生严重的性能瓶颈。本章得到的中断性能表达式和结论对于实际的系统搭建具有重要的指导作用。2.研究了FSO串行多跳中继系统的中断性能的优化问题。本章基于前面推导的系统中断性能,提出依次优化无人机悬停位置,链路的接收波束宽度以及接收视野角范围的优化策略,使系统达到最优的中断性能。其中,调整接收波宽减轻了指向误差的衰落,视野角优化避免了到达角抖动的瓶颈,无人机的位置优化是在满足FSO链路严苛的视距（Line of Sight,LoS）链路要求的前提下,缩短链路距离来减少路径距离相关的损耗。仿真结果表明,提出的优化策略保证了每条链路的Lo S存在,并有效提高了系统的中断性能。3.研究了基于无人机移动中继的RF/FSO异构网络的能量效率优化问题。为了解决异构网络中RF和FSO链路之间传输速率的不平衡,本章通过利用无人机的空间灵活性,提出了一种迭代算法来优化无人机的轨迹,用此算法获得了此异构网络的能量效率最大化问题的局部最优解。仿真结果表明,通过所提出的算法优化的无人机运行轨迹防止了中继缓存溢出的发生,同时大幅优化了系统的能量效率。