无人飞行器Ad Hoc网络的部署不需要预先建立基础设施，不囿于以控制基站为中心的星形网络结构，多跳转发的通信模式突破了飞行器只能工作于基站通信范围内的局限，从而扩宽了网络覆盖范围，具备改变战场通信模式的潜力。针对当前无人飞行器Ad Hoc网络研究应用中面临的任务繁杂、可控性和适应性差等难题，本文采用将通信与控制领域相结合的系统分析与设计研究方法，分别从基于容错的拓扑控制、基于延迟容忍网络的路由协议和基于仿真的分析优化等方面对无人飞行器Ad Hoc网络相关技术进行了深入研究，提出了相应的策略和方法，主要研究内容概括如下：一、论文首先对无人飞行器Ad Hoc网络相关技术及应用的国内外研究现状进行了概述，分析比较了不同方法的优缺点，提出了将通信网络性能与飞行器可控移动性两个不同领域的概念技术相结合的系统分析与设计研究思路，以期在运动控制效率和网络性能之间取得最佳折衷。二、顶点2连通是网络容错的基本属性和要求，当网络中无人飞行器节点（以下简称节点）完全可控时，研究了利用节点移动实现容错的问题。在链状构形网络中，提出了一种简单有效的分布式节点移动控制算法，节点仅需利用邻居节点的局部信息进行决策，通信开销小，资源消耗少。在平面构形网络中，将网络容错问题转化为最短移动距离的顶点2连通图强化问题，提出了一种两阶段的集中式节点移动控制算法。第一阶段中，节点不移动，通过在网络通信拓扑图中直接添加强化边来获取顶点2连通。寻找最小成本的强化边组合是NP完全问题，基于文化基因算法框架，设计了符合问题特点的全局进化策略、局部优化方法和考虑节点移动约束的强化边成本设定，计算得到了近似最优的最小成本强化边组合。第二阶段中，通过节点移动来实现这些强化边，提出了基于一致性原理的控制算法，在满足网络连通的约束条件下，移动强化边连通的节点及其关联节点，改变拓扑结构，实现网络容错。三、当网络中部分节点可控时，研究了引入辅助中继节点实现容错的问题。在平面构形网络中，将寻求最少数量中继节点及其位置的约束优化问题转化为瓶颈Steiner最小树问题，参考“Steinerized”范式，以连通分割节点所需中继节点的数量为强化边成本，提出了基于网络通信拓扑完全图中最小成本2连通子图的算法框架。研究了求解最小成本2连通子图的多项式时间近似算法和随机搜索算法，当采用近似算法时，整个算法有固定近似比，而随机搜索算法可进一步提高整个算法的平均性能。当中继节点的位置不局限于强化边上时，在算法得到的优化解中搜索可合并的中继节点组合，并用少量节点替代，可进一步减少所需中继节点数量，提高算法性能。四、当网络处于间隙性连通或分割状态，且节点完全不可控时，研究了基于延迟容忍网络的“储存—携带—转发”路由模式进行信息传输的问题。结合基于冗余机制的并行性和基于效用机制的选择性两者的优势，利用少量的消息副本和网络信息，提出了一种冗余与效用混合机制的路由协议。将最优停止理论应用于基于节点效用的消息副本分发决策过程，在消息副本的分发速度和消息副本携带节点的效用平均值之间取得折衷；将消息副本总数控制策略与消息副本分发策略相结合，可减少网络资源消耗，提高算法的可扩展性，实现了传输延迟、传输成功率和资源消耗等网络性能之间的最佳平衡。五、针对目前在网络协议算法的分析测试方面存在的难点，研究了数学分析和实验测试方法的优势与不足，采用了基于数字仿真进行网络性能分析测试的方法，结合现有软件工具，设计实现了基于分布交互仿真的无人飞行器Ad Hoc网络仿真系统，为拓扑控制算法和路由协议的分析测试提供软件实验环境。仿真系统采用高层体系结构，实现软件资源、仿真组件的有效重用和互联互操作。针对基于仿真优化的复杂系统分析设计过程中仿真模型精度与优化过程运行效率之间的矛盾，研究了仿真元模型在仿真优化中的应用，最后以网络性能优化为例，对本文的模型算法和仿真系统进行了实例验证。