无人直升机能够实现低空低速飞行、螺旋升降等特殊动作,被广泛应用于军用和民用领域。随着各领域高效率复杂任务的不断增加,单架无人机已无法满足需求,然而现有的多机编队研究大多将多旋翼或固定翼作为研究对象,而很少有对于无人直升机编队的研究。针对直升机广阔的应用前景,本文围绕多无人直升机编队控制系统,构建其编队策略、数据链路,并对编队控制地面站进行设计,从工程方面实现对多直升机编队控制系统的研究。本文的研究内容如下:1、针对现阶段多机编队组网通信稳定性的不足,本文将编队的数据链路分成了通信协议和物理线路两部分进行设计。通信协议方面,使用Mavlink协议实现直升机与地面站之间的通信;物理线路方面,基于现有无线通信技术,分别使用Xbee模块和4G通信模块,构建了基于局域网和广域网的编队数据链路,为了确保通信的稳定性,最终决定以4G模块为主、Xbee模块为辅实现本文的编队组网。2、根据直升机编队研究的多种需求,本文将三架电动直升机作为研究对象,对比多种常用的编队控制算法,结合直升机的飞行特性,最终基于LeaderFollower算法设计出一种分布式的编队控制策略,并对该策略的有效性进行仿真验证。然后,针对该策略展开了对编队工程实现的研究,通过Nuttx实时操作系统将直升机的多任务设计成多个进程实现,并使用u ORB通信机制实现不同进程之间的同步和互斥;最后,基于串级PID实现了无人直升机的姿态和位置控制,进而构建出直升机编队航迹飞行的控制数据流。3、根据直升机编队控制的需求,本文对编队地面站的框架进行了分析,然后针对不同的功能需要,设计出多个功能GUI界面;使用GMap.NET控件加载Google电子地图,完成航迹规划界面的设计;针对编队的队形集结、队形保持、编队飞行等重要操作,设计开发了地面站编队控制界面,实现对多机编队的控制。4、针对多无人直升机编队控制系统的飞行实验,首先,根据实验的安全需求对试飞场地进行了设计和选择;其次,由于直升机本身的结构复杂性,本文在解决其机械、电子系统的多种参数校准的前提下,对每架直升机的振动、姿态、定高、悬停等问题又进行了校准;然后,进行了单架直升机的自主飞行实验,在确保每架直升机能够单独稳定飞行的基础上,基于Leader-Follower策略设计了编队实验的流程,最终实现了三架无人直升机的编队飞行实验,验证了本文所设计的编队软硬件系统及编队策略的可行性。