平流层飞艇可以利用静浮力和自身动力在平流层区域作长时间稳定飞行。由于具有独特的优点,平流层飞艇在遥感、预警和高分辨率实时监视等方面都有极大的应用价值。平流层飞艇的主体结构是一个充气气囊,为了保持飞艇具有足够大的浮力,囊体一般外形巨大。由于长期工作在昼夜温差大、宇宙射线强烈的平流层,巨大囊体的蒙皮极易发生损伤破裂。因此,建立飞艇蒙皮应变监测系统是非常必要的。本文的研究内容主要包括以下三个方面:首先,为了克服传统有线监测系统存在的电缆重量大、布线复杂、可靠性低、可扩展性差等问题,采用无线传感器网络技术实现对平流层飞艇蒙皮应变的监测。介绍了无线传感网络节点的构成,并对无线传感网络进行节点的硬件设计和软件设计。开展了监测系统的低温环境适应性测试试验及监测系统在典型结构样件上的测试试验。随后,为了达到用尽可能少的传感器来获得最可靠、最全面的飞艇蒙皮健康状况信息的目的,提出了传感器的优化布置。由于传统的基于模态分析的方法不能满足飞艇柔性蒙皮结构传感器布置的需求,采用基于应变的方法对传感器优化布置。建立了一个包含应变和应变梯度的优化模型,设计复合目标函数,并以此为依据构造遗传算法的适应度函数,设置相关遗传参数,通过遗传算法得到了传感器的最优布置点。最后,以小型验证飞艇为研究对象,根据优化布置结果构建了基于无线传感器网络的飞艇蒙皮结构应变监测试验系统,测量得到了飞艇蒙皮的应变数据,最后将试验数据与有限元仿真值进行对比。结果表明,试验数据与有限元仿真值相吻合,同时证明了基于无线传感网络的蒙皮应变监测系统的可行性。本文的研究可为无线传感网络的设计及其在飞艇蒙皮应变监测中的应用提供参考。