平流层飞艇因其载重大,驻空时间长,覆盖范围广,研制成本低等特点,成为当前临近空间领域的研究热点,在侦察监视、区域导航、应急救援等众多军事和民用领域具有广阔的应用前景。轨迹控制和动力推进系统设计是平流层飞艇研制和应用的关键技术。本文围绕平流层飞艇巡航飞行控制和离子风电推进开展如下研究工作:（1）平流层飞艇的运动学与动力学建模。对飞艇进行受力分析,综合考虑重浮力、附加惯性力、空气动力和推力,通过牛顿-欧拉方程建立平流层飞艇的六自由度动力学模型,并分析计算得出飞艇水平方向简化模型。（2）针对平流层飞艇巡航过程的轨迹跟踪问题,改进设计了一种双环神经网络滑模控制方法。首先采用滑模控制方法设计飞艇轨迹跟踪控制器,验证控制器性能。然后考虑到滑模控制器存在的抖振大与响应速度慢等问题,改进设计了双环神经网络滑模控制方法:位置误差作为外环控制器的输入,输出为参考速度,速度误差作为内环输入,输出系统控制力;神经网络控制器采用RBF神经网络结构,以内外双环的滑模面作为输入,输出滑模控制器的控制参数k。仿真结果表明:双环神经网络控制器能够准确的跟踪参数化指定轨迹;相比于单环滑模控制,RBF神经网络可以调节控制参数,有效削弱滑模控制存在的抖振。（3）针对平流层飞艇长时间驻留问题,采用了一种神经网络自适应滑模控制方法。首先针对平流层飞艇区域驻留问题建立了区域控制系统模型。然后定义控制误差与滑动模态,采用RBF神经网络系统精确逼近飞艇不确定模型,通过自适应律实时调整神经网络系统的最优逼近参数。仿真结果表明:神经网络自适应滑模控制可以在模型不确定和风干扰条件下实现区域驻留控制,提高了区域驻留控制精度。（4）针对传统螺旋桨推进系统受大气密度等环境变化影响,推力和效率显著下降的特点,提出新型离子风电推进系统应用于平流层飞艇,为飞艇推进问题提供新的动力技术方案。首先结合COMSOL多物理场仿真软件仿真分析了大气风速、电极间距和施加偏压对离子风推进器产生推力大小的影响。然后基于水平方向简化模型设计Simulink模块,开展轨迹跟踪与定点控制仿真,对15km到30km高度上螺旋桨和离子风作为平流层飞艇主动力的飞行轨迹进行对比分析。结果表明,40kW功率下,在20km以上高度,离子风动力飞艇的飞行曲线偏移量与瞬态响应时间远小于螺旋桨动力飞艇,离子风有可能作为飞艇的主动力。论文研究的轨迹跟踪、区域驻留控制和离子风电推进系统,对平流层飞艇设计具有重要的工程应用价值;研究中发展的各种理论和方法不仅适用于平流层飞艇,还可拓展至组合式浮升飞行器、翼伞等领域,对推动临近空间飞行器的发展具有重要意义。