无人直升机具备垂直起降、定点悬停、低/中/高速飞行等独特的飞行能力,是执行目标跟踪任务的理想飞行平台。当前,无人直升机飞行控制技术的研究大多聚焦于基本飞行功能和航线自主,尚难以满足运动目标跟踪的工程应用需求。据此,本文以中国直升机设计研究所的AV500型无人直升机为研究对象,在控制律设计、目标状态估计、跟踪引导策略设计等方面进行了跟踪飞行控制的理论研究和技术实现。首先,本文分析了无人直升机目标跟踪问题,并提出了课题研究的技术路线和研究方案。同时,基于无人直升机对象特性分析与跟踪飞行的功能需求,设计并改进了目标跟踪的飞行模态以及四通道的内/外环控制律,提升了跟踪飞行的控制性能。其次,针对地面目标运动状态估计问题,分析了常规单模型方法存在的缺陷,并据此提出了基于当前统计模型和CV模型的交互多模型目标状态估计方法,解决了单模型状态估计跟踪能力差的问题,为跟踪引导提供了可靠、可信的数据源。再者,针对跟踪引导问题,制定了“跟进段+伴随段”的无人直升机跟踪引导策略。同时,提出了一种基于时间约束的跟进段Dubins轨迹规划方法,解决了跟进段的路径规划问题;设计了定距尾随等跟踪模式,解决了伴随段的跟踪引导问题;并通过轨迹跟踪控制,减小了跟踪误差。此外,提出了一种高度机动优化策略,降低了目标丢失风险,进而形成了“机动状态估计+平面机动+垂向机动”四维层面的移动目标跟踪引导方案。最后,从系统开发和工程验证角度出发,构建了跟踪仿真验证环境,并分别完成了对不同运动特性目标的跟踪仿真。综合仿真结果表明,本文研究的方法与策略正确、可行,较好地完成了课题研究内容,达到预期研究目标。