随着科学技术的发展,无人机在军事和民用领域的应用占有越来越重要的地位,无人机的路径问题作为无人机的核心技术也受到了各国学者的广泛关注。在实际应用中,由于无人飞行器的种类多,应用场景差异大,无人机约束条件多并且飞行环境十分复杂,为了确保无人机能够应对各种情况,圆满完成任务,我们有必要对无人机路径规划问题展开研究。本文以某型号大型固定翼无人机作为研究对象,对无人机的路径规划问题展开研究,一方面以Dubins算法为基础,对无人机在各种约束条件及工况下的最优路径生成问题展开研究。另一方面研究无人机在生成路径后的制导与路径跟踪控制问题。本文的主要工作内容及成果具体如下:(1)对无人机路径规划问题的研究背景、发展现状以及本文的具体工作做简要介绍。结合无人机的运动特性以及无人机坐标系之间的转换关系,建立了无人机的质心运动学方程。分析无人机航路规划问题中存在的各种约束,包括无人机的性能约束及无人机的威胁约束等,通过分析选择Dubins算法作为本文研究无人机路径规划问题的主要算法。(2)对Dubins算法展开详细研究,根据无人机的各种工况以及约束条件,给出了二维平面内最短距离Dubins路径公式,采取线性制导律的方法跟踪Dubins路径,但根据仿真结果发现跟踪效果一般,因此采用非线性制导律的方法跟踪无人机路径,取得了较为满意的效果。(3)研究了低空复杂环境下无人机避障路径的生成方法,Dubins算法通常只适用于高空无障碍条件下的路径生成问题,无法有效的解决障碍约束问题,因此提出了将Dubins算法和遗传算法详结合的方法,实现无人机的避障功能,通过理论推导以及在MATLAB软件中的仿真实验,证明了上述方法的正确性与可行性。(4)研究了无人机的三维航路生成和三维路径跟踪问题,引入了螺旋线模型将Dubins算法应用于三维空间中,根据公式推导发现该方法在理论上存在最短路径,但在实际应用中很难生成最短路径,所以本文采用的三维路径规划算法,只能在满足无人机的位置和方向约束的条件下,生成一种次优的三维路径,并拓展之前章节中采用的制导方法跟踪了无人机三维路径,仿真结果证明了此算法能够合理的生成平滑的三维无人机路径并且无人机能够有效跟踪生成的路径。