无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）系统作为移动通信系统不可或缺的一部分,可以为偏远地区提供无线网络覆盖,也可以作为地面通信网络与卫星通信网络之间信息传递的有效中继。此外,由于UAV的灵活性和自主性,可广泛应用于环境监测、巡逻和灾难恢复、搜救和货物运输等。为了确保UAV之间、UAV和地面站之间的安全控制和数据交换,对它们之间安全连通、及可靠通信的需求不断增加。然而,UAV在三维空间（Three-dimensional,3D）随机轨迹飞行,UAV之间的无线电传播特性会对无人机通信网络的覆盖和容量等问题的研究产生巨大挑战。另一方面,随着UAV数量的不断增加,UAV越来越多地对信息安全和隐私构成威胁。UAV可能被用于窃听、干扰地面通信。深入研究和理解存在空中敌对者的新威胁下地面无线通信的安全性能具有实际意义。本文研究了随机轨迹飞行的无人机群通信网络的覆盖和容量性能,包括安全覆盖和容量性能。采用随机几何和测度收敛理论,基于实际应用场景建立系统模型,我们从理论上分析无人机群通信网络的遍历容量、中断概率、安全中断概率、中断容量、遍历安全容量和中断安全容量等。本文的研究内容和具体贡献归纳如下:（1）随机轨迹飞行的无人机通信网络链路容量分析。针对无人机应用场景,我们首先提出一种新颖的数学框架,并在该框架下分析无人机群通信网络中无人机与无人机（UAV-to-UAV,U2U）以及无人机和地面站（UAV-to-ground,U2G）之间的链路容量。然后,我们将这个想法推广到密集无人机网络,并分析得到网络密集化和不完美信道状态信息（Channel State Information,CSI）下容量的闭式表达式。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性,并分析了系统参数对容量的影响。（2）随机轨迹飞行的无人机群通信网络连通性分析。针对存在地面干扰下无人机群通信网络协作覆盖分析问题,建立相应的系统模型,分析了存在和不存在自主机群通信网络的覆盖性能:包括（a）网络中任意UAV到其他UAV的连通性,以及（b）UAV的广播连通性,确定了无人机3D覆盖范围和地面干扰对覆盖范围的影响。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性,并分析了系统参数对网络覆盖的影响。（3）无人机群通信网络安全连通性分析。针对存在网络安全威胁下无人机网络的安全覆盖问题,我们首先根据无人机群通信网络特征,建立有效的分层信任模型（Efficient Hierarchical Trust Model,EHTM）。在建立的EHTM基础上,我们分析了网络中无人机的信任度,提出安全链路的概念,理论分析了多普勒频移对网络覆盖及安全覆盖性能的影响。最后,通过仿真验证了理论分析的正确性,并分析恶意攻击对无人机网络覆盖性能的影响,为提高无人机网络的安全通信和覆盖提供了理论指导。（4）空中窃听下地面链路安全性分析。针对无人机系统对地面无线通信系统造成严重的威胁,我们首先建立存在空中窃听下的地面无线通信系统模型,理论分析了地面链路的安全性能。然后,我们分析了空中窃听者存在振荡器相位噪声和存储容量的有限性对地面链路安全性能的影响。通过仿真验证了理论分析的正确性,并分析了系统参数对截断密度的影响,这为提高存在空中安全威胁下地面无线通信系统的安全传输提供了理论指导。综上所述,本文围绕无人机群通信网络的容量与覆盖问题,以遍历容量、中断概率、中断容量、安全中断概率、遍历安全容量和中断安全容量等为性能参数,从理论上分析无人机的独有特征对网络容量和覆盖性能的影响,为实际无人机群通信网络的部署和实现提供理论指导。