随着无人机执行任务环境的复杂化,单一无人机所能执行的任务能力有限,生存能力也受到挑战,无人机的任务模式已经逐步从单平台执行任务向着集群化协同执行任务方向发展。而且,无人机技术不断发展,尤其是自主能力的不断提高,使得无人机具备了集群协同执行任务的能力。因此,无人机集群系统必将成为无人机设计领域的一个重要研究课题。本文针对无人机集群体系结构的设计,在无人机集群协同任务规划和协同飞行控制领域展开研究。无人机集群体系结构是研究无人机集群的基础,本文设计了一种动态集散式的体系结构,提高了无人机集群决策的效率与执行任务的安全性和可靠性;并阐明了该体系结构下的通讯方案和决策方案,对无人机集群中涉及的三种无人机进行设计与分析。任务规划是无人机执行任务的前提,包括任务分配和航迹规划。本文基于所设计的动态集散式体系结构,研究了无人机集群协同任务规划。针对典型的协同搜索攻击任务,考虑禁飞区的影响,建立了任务规划的数学模型;以执行任务最短时间为优化目标,提出了一种并行计算的多种群遗传算法,以任务为基因,以无人机分配得到的若干任务排列成染色体,通过多个种群的协同进化及种群间的基因交流,实现了任务规划问题求解的并行计算。在此基础上,研究了无人机集群协同飞行控制,包括无人机集群编队飞行控制和无人机集群执行搜索攻击任务时的协同飞行控制。设计了一种基于指令(航点指令、跟随指令、动作指令等)的协同控制方案,在编队飞行基础上,引入动态规划的无人机调度方案方案,实现无人机集群执行任务全过程的协同飞行控制。最后,基于Matlab和C#两种语言混合编程,使用Matlab编写仿真核心算法,包括任务分配算法、航迹规划算法、搜索路径算法等,使用C#开发仿真软件平台,对无人机集群执行任务全部过程进行仿真。