无人机编队跟踪地面目标是无人机的基本应用之一,也是当前具有高研究价值的课题。编队跟踪任务执行过程复杂,需要完成编队航路规划算法,队形保持控制,跟踪制导律以及多无人机协同制导律的设计。本文以固定翼无人机为研究对象,以实现多架无人机编队跟踪地面目标为研究目的,完成编队执行跟踪任务各阶段的算法设计。本文首先阐述了无人机编队控制以及跟踪制导方法的研究背景与现状,并分别建立了无人机以及地面目标的数学模型,在假定目标识别和高度通道制导方案已完成设计的基础上,将三维空间的跟踪制导问题转化为在二维平面的研究,对无人机编队跟踪地面目标的任务流程进行了分析。其次,分析了典型无人机编队队形组织方式以及编队构建方法,针对本文任务采用了“长机-僚机”的队形结构以及集中式的编队模式。设计了适用于编队搜索任务的无人机队形,使得无人机编队能够响应编队控制指令完成目标搜索过程。在编队集结阶段,本文基于Dubins最短路径理论设计了满足任务条件约束的编队航路生成算法,提出了无人机编队的防撞策略。在队形保持阶段,分析了工程化应用时可能出现的偏差来源,有针对性的设计了作用于侧向与前向通道的编队控制器。再次,当无人机编队搜索到地面目标后,为自动引导编队实施跟踪任务,设计了一种基于距离变化率信号的新型跟踪制导律以及基于测距信息的四种新型协同制导律。本文在Matlab环境下采用无人机三自由度模型分别验证了编队航路生成算法以及编队跟踪制导律的功能,并对算法性能进行了分析评估。最后,在现有样例无人机仿真系统的基础上,通过对Google Earth软件接口的二次开发设计了三维视景仿真软件,对所设计的无人机编队跟踪地面目标算法进行了综合仿真验证。仿真结果表明本文设计的编队航路算法能为无人机集结生成可飞航路,队形控制器可以对编队保持阶段出现的偏差进行有效抑制,跟踪制导律能实现无人机对目标的稳定跟踪,协同制导律能完成多架无人机的协同,达到了设计目标。