在大规模地震救灾、大规模战场物资补给等场合,紧急补给物资的快速精确空投对及时满足地面人员的需求至关重要,引起了美、欧等国家和地区研究人员的极大兴趣。现有单个翼伞装备了GPS、INS及其它板载传感器,可利用测得的状态,通过跟踪规划航迹自主导航到目标点,因此现有翼伞已具备了自主归航能力,某种意义上可视为自主智能体。目前对翼伞的研究主要还是集中于单个翼伞的建模、航迹规划、航迹跟踪,但实际空投任务中往往需要同时空投大量翼伞才能满足任务需要,在运-20运输机于2016年交付部队服役、空投运载能力不足问题已得到初步缓解的背景下,研究多个翼伞的协同空投更具战略意义,在国防工业中具有更大的应用前景,因此已成为空投领域新的重要方向。多翼伞空投同单翼伞空投相比,需要面临更多的困难和挑战。首先要保证所有翼伞能精确空投到目标区域;同时所有翼伞在着陆时需尽量逆风,以降低着陆冲击;从不同位置和航向空投的多个翼伞需从散布状态逐渐靠拢,以减小着陆时的散布,降低物资收拢的难度;翼伞之间间距需大于安全间距,以降低发生碰撞的可能性;最后,多个翼伞需要以更有组织的方式飞往目标点,即尽可能以编队的方式着陆于目标区域,使空投物资在着陆后能尽快重组,提高其快速性和生存能力。本文为解决上述协同问题,采用理论分析和数值仿真相结合的方式,建立了翼伞系统模型,对翼伞的气动特性进行了深入分析,并对翼伞系统的整体航迹规划进行了系统研究,在此基础上进一步研究了多翼伞系统的多航迹规划、航迹跟踪、多翼伞的编队空投等问题。论文首先建立了翼伞的9自由度模型、6自由度模型、降阶模型,并对翼伞系统的基本运动特性、伞体-载荷之间的相对运动特性进行了详细分析,对不同复杂度的模型进行了对比,不同的模型具有不同的适用范围,可以根据使用场景需求选择合适自由度的模型。基于测试对9自由度模型气动参数进行了辨识,提高了模型可靠性。对多翼伞系统的整体航迹规划问题进行了研究,为多翼伞系统规划了从计算空投点到着陆目标点的整体航迹。首先基于高斯伪谱法规划了最优控制航迹,然后基于遗传算法规划了分段归航航迹,最后对两种归航方式进行了对比分析。其中最优控制归航法兼顾了能耗最低的要求,而分段归航法则更多的考虑了翼伞以滑翔和转弯运动为主的飞行特性,规划的航迹以转弯和直线滑翔为主,操纵方式简单,工程上易于实现。对多翼伞系统的协同多航迹规划问题进行了研究,规划的航迹满足了精确着陆、逆风着陆、间距大于安全间距的要求,每个翼伞只需要跟踪各自的规划航迹即可实现协同空投目标,但该航迹规划方式没有考虑多翼伞的编队问题。对多翼伞系统的一致性协同编队空投制导问题进行了研究,基于领导-跟随一致性理论设计了多翼伞的协同空投制导算法,设计的制导算法只需要由领航翼伞跟踪前述整体规划航迹,其它翼伞跟随领航翼伞,即可实现协同编队空投的目标。跟随翼伞之间利用局部通信实现了彼此协同,降低了通信载荷。对多翼伞系统的虚拟结构协同编队空投制导问题进行了研究,领导-跟随协同空投算法存在单点故障的可能,因此本文设计了基于虚拟结构的协同编队制导算法,该制导算法不存在实际的领导者,所有翼伞都是跟随者,当虚拟结构沿着前述整体航迹运动时,各个翼伞跟随虚拟结构上对应点飞行,即可实现协同空投。本文的研究可为多翼伞系统的协同空投提供理论依据和参考,对实现大量物资的快速精确空投具有重要理论价值。