小型无人直升机因为其体型小,易操作,成本低,还可以重复使用的特点常被用在复杂地形环境中的侦察,其不仅在紧急求援中发挥着极大的作用,还被广泛运用在农作物管理、森林防火等方面。小型无人直升机的侦查需要进行轨迹规划,才能避开环境中的障碍物,成功地执行任务,因此小型无人直升机的轨迹规划成为现在研究的一个热点。小型无人直升机有着极其复杂的动力学方程,在侦查任务时需要考虑无人机的运动学、动力学方程进行轨迹规划。在无人机飞行过程中,自然气候雨雪、风沙、气流的变化会引起其轨迹的变化,考虑这种不确定性因素对于无人机轨迹的变化是非常重要的。因此本文在小型无人直升机确定性轨迹规划的基础上,考虑了自然环境因素引起的其不确定轨迹,本文的主要研究内容如下:首先以小型无人直升机为研究对象,考虑小型无人直升机主旋翼、尾翼、平尾、垂尾、机身的力和力矩,建立了小型无人直升机的六自由度刚体模型。其次以小型无人直升机的六自由度刚体模型为基础,考虑了两种情况的轨迹规划,分别为无人机山区确定性轨迹规划和城市不确定轨迹规划。其中对于无人机的确定性轨迹规划,提出使用最优控制方法求解确定性轨迹规划问题,该问题使用ICLOCS2优化包进行仿真来验证无人机确定性轨迹规划,仿真算例考虑了多山复杂地形、停机坪、天门洞三个地形场景,仿真结果表明考虑小型无人直升机动力学模型进行轨迹规划得到的轨迹是安全可行的。对于城市的不确定性轨迹规划问题,由于外界环境的不确定性会引起作用在小型无人直升机集中力的不确定性,因而直升机的运动学方程、动力学方程、约束方程、目标函数都变成不确定性的。针对不确定性方程,提出广义多项式混沌展开方法求解不确定最优控制问题,通过三个城市环境的仿真算例验证了小型无人直升机的不确定性航迹规划,并且预测了自然环境引起的集中力的不确定性对于小型无人直升机轨迹规划的影响范围。最后,通过Si PESC平台,建立了小型无人直升机山区和城市飞行环境的可视化。山区飞行环境中是两座雪山,无人机按照规划出的轨迹可以安全地从两座山中飞出,城市飞行环境有十一座高楼建筑物,无人机从高楼的侧面安全地飞穿过城市安全地飞行到目标终点。