用无人机充当空中基站并组成骨干网为地面用户提供通信服务,在临时大型活动、抗震救灾、应急通信等方面有广阔应用前景。分布式无人机骨干网研究中有两个重要问题:一是无人机集群如何自动飞到合适位置,使其能够在对地面用户进行按需覆盖的同时维持骨干网的连通性;二是如何将有限的信道资源进行合理分配,同时降低无人机之间的干扰程度,从而提高骨干网的总吞吐量并减少数据包的丢失。为此,本文主要围绕分布式无人机骨干网部署算法以及接入技术展开研究,根据实际的网络环境,例如地面用户密度、无人机移动性、能量受限等,采用基于虚拟力的按需覆盖部署算法,同时采用基于定向天线的多信道接入技术。具体工作包括:首先,针对无人机骨干网对地面用户的按需覆盖以及对用户服务质量和网络负载公平的要求,提出了一种基于虚拟力的部署算法,无人机通过感知地面用户,在虚拟力牵引下实现按需覆盖并维持稳定的双连接拓扑结构,同时能够记录无人机的最终位置和运动轨迹。另外,在此基础上,分别侧重于信干噪比和无人机接入度数(负载数),提出了三种用户接入选择方案。该接入选择方案旨在最大化网络负载均衡和用户接入成功率,将接入选择权交予用户,用户通过接入选择算法保证通信质量。接着,针对分布式虚拟力部署算法的适用性问题,提出了补充无人机的联合部署以及对另一种集中式部署算法的联合优化。首先,当已完成部署的无人机骨干网或传统基站蜂窝网中有新用户加入,可能出现覆盖盲区,本文提出了基于虚拟力的补充部署方案,并辅以穿插飞行算法,实现地面盲区的补充覆盖,并与原骨干网连通融合。另外,针对另一种集中式部署结果,本文利用基于虚拟力的分布式部署方案对其进行优化,引导无人机调整覆盖区域,实现最少无人机数目的按需覆盖。最后,以扩大无人机骨干网信道容量并减少数据冲突为目标,提出了基于定向天线的多信道接入技术。定向天线可高增益集中传输,减少干扰的同时扩大传输范围,与多信道频分思想结合,适用于高密度无人机网络的并行传输。源无人机定向发送轮询RTS通知目的无人机,接收端进行信道及波束决策,同时将传统全向NAV加工为定向NAV。从频率角度划分子信道,再从空间角度复用多波束。相比于单信道和全向天线的MAC协议,本文协议充分提高了共享资源的利用率,增大了网络的数据吞吐量,减少了自组织网络中个别无人机长期饥饿的现象。