现代军事战争朝着信息化、智能化和网络化方向发展,对无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的自主协同作战能力提出了更高的要求。多无人机协同编队飞行(cooperative formation flight,CFF)控制技术是无人机集群自主执行任务的底层技术。本文以多无人机为研究对象,针对编队保持及避障问题,以提高编队队形保持控制精度和有效避障为重点目标进行研究,主要包含如下几个方面的内容:(1)调研国内外有关多无人机编队保持和避障控制问题的研究现状,分析了现有编队控制方法存在的问题和未来方向,提出了基于空间位置偏差的相对运动学模型,该模型简化了无人机相对运动关系。另外,设计了五架UAVs按照“V”字形编队的信息交互拓扑结构。(2)针对采用虚拟结构法进行编队飞行控制的有关研究中,没有考虑机间通信的问题,设计了一种虚拟长机状态估计算法,各无人机从通信拓扑中定义的“相邻”无人机获取虚拟长机状态,综合估计出它认为的虚拟长机飞行状态,作为飞行的导引。同时设计了具有线性混合器的三通道队形保持控制器,分别为无人机的自驶仪提供速度、航向和高度控制指令。仿真验证了编队控制算法可以精确保持队形。(3)针对编队保持和避障联合控制问题,提出基于虚拟结构和人工势场的编队避障控制方法。由于基本的人工势场避障算法在应用到无人机编队时,存在易陷入局部极小值和队形组织能力差等问题,对其势场函数进行了合理改进,并结合队形保持控制器实现了无人机的精确队形保持和避障控制。最后通过模拟五架无人机编队避开多个障碍物的过程,验证了避障算法的有效性。(4)针对无人机编队飞行的数值仿真效果不直观,三维虚拟现实效果差等问题,基于Matlab、FlightGear和VMware虚拟机搭建了编队飞行视景仿真平台。该系统具有占用硬件资源少,编队执行任务过程的虚拟显示效果好等优点。