针对存在通信时延时含单一领导者的多无人机系统的编队控制问题, 基于一致性控制理论设计了控制器, 使得系统在一定的通信时延条件下依旧能够使各系统状态趋于一致, 形成期望的编队。首先, 建立系统中各无人机的动力学模型, 做出一些基本假设, 并根据一致性理论设计参数待定的控制器; 其次, 通过变量代换和数学变形, 得到一个新系统, 将原系统的编队控制问题转化为低阶系统的渐近稳定问题; 最后, 设计Lyapunov-Krasovskii函数, 结合线性矩阵不等式推导出了系统达到一致性的充分条件。仿真结果表明, 在满足给出的条件时, 系统能够在时滞条件下形成期望的时变编队。

针对联合连通拓扑条件下具有多个领导者的多无人机系统编队包含控制问题, 分别为领导者和跟随者设计分布式一致性控制器, 依据领导者和跟随者对Laplacian矩阵进行分块, 对具有有向生成树的Laplacian矩阵进行特殊分解, 将领导者的编队控制问题简化为低阶时变系统的渐近稳定性问题。定义跟随者实现包含控制误差量, 将跟随者的包含控制问题简化为时变系统的渐近稳定性问题。利用平均化方法, 将两个时变系统的渐近稳定性问题转化为两个时间平均系统的渐近稳定性问题, 借助线性矩阵不等式和Lyapunov函数给出了控制器的设计步骤, 使得多无人机系统的通信拓扑切换足够快, 多无人机系统就能在联合连通拓扑条件下实现编队包含控制。通过仿真验证, 结果表明所设计控制器的有效性。

针对二阶多无人机系统时变编队控制问题, 借助事件触发函数, 设计了一致性分布式控制器, 使其形成时变编队。结合Laplacian矩阵的特殊性质, 对其分解, 将编队问题化简为低阶系统渐近稳定性问题。给出控制器设计算法, 利用线性矩阵不等式(LMI)和Lyapunov函数证明了在给定事件触发函数下算法的有效性, 并证明了所给事件触发函数时间序列不存在Zeno现象。对多无人机系统的运动在三维空间进行仿真, 结果表明无人机在所设计的控制器作用下形成期望的时变编队, 有效地节约了通信带宽和计算资源。

对多无人机协同多任务分配优化问题的目标函数构建进行研究。多无人机协同多任务分配模型的两个主要目标函数(无人机团队总飞行航程最小化和执行完所有任务时间最小化)都有各自的局限性，且两个指标函数存在利益冲突。通过为两个指标函数分配权重，建立融合两个指标函数的新指标函数，采用离散粒子群算法对协同多任务分配模型进行求解。通过调节权重的大小，可以适应不同的战场环境，使得两个指标函数都得到优化。仿真结果验证了所提方法的有效性。

搜索环境的复杂化使得多无人机（UAV）协同搜索需要面对各种类型的目标。针对各类型目标的运动特征，采用目标存在概率密度相关的搜索图方法，在考虑协同搜索问题特性基础上，建立合理的目标收益函数。采用集中式与分布式相结合的集散式控制框架，结合对搜索图的探测更新，通过预测控制及改进匈牙利算法进行多UAV的协同搜索决策。所用决策方法可在提高搜索效率的同时，有效避免多UAV间可能发生碰撞的问题。最后，通过与传统搜索方法进行仿真对比分析，验证了所提方法的有效性。

目前，国内外对完全未知环境下多无人机（UAV）区域覆盖搜索算法的研究中，常用的搜索样式主要有“Z”字形（或“之”字形）和内螺旋式两种。在考虑UAV转弯半径限制情况下，“Z”字形搜索方法需在目标区域边缘外部进行转弯，造成搜索资源的浪费；内螺旋方式则在接近区域中心时候需要过多的转弯，不利于执行搜索任务。针对两种方式的缺点，在保证区域覆盖和UAV动力学约束的基础上，按相应原则对执行搜索任务UAV编队中各UAV的转弯时机和转弯位置进行调整，对常用区域覆盖搜索方法进行了改进。理论分析和仿真结果表明，改进后的搜索方法不仅可以更高效地完成区域覆盖搜索任务，还可有效增强在部分传感器或UAV损坏情况下的编队的重构能力。

对无人飞行器编队协同干扰式突防问题进行了描述。基于有限状态机设计了管理编队协同突防中离散事件的编队管理器, 负责接收外部指令、参考点位置、邻居状态以及无人飞行器自身的状态, 并对编队控制律进行切换, 对编队协同干扰突防进行分析并确定了自动编队控制的流程。仿真结果表明, 所设计的编队管理器能够根据各离散事件自动切换编队控制律, 完成编队队形保持与重构之间的转换; 实时解算的期望位置满足协同干扰突防所要求的编队构型约束条件, 所提出的方法是可行、有效的。

火力分配问题属于典型的NP难问题。建立了火力分配的非线性整数规划模型，将分布估计算法与量子进化算法相结合，给出了新的量子分布估计算法进行火力分配问题求解，将分布估计算法良好的全局寻优与量子进化算法的局部寻优相结合，以提高求解速度和精度。针对火力分配问题进行了合理的编码，提出了自适应量子旋转算子以提高算法的迭代效率和寻优能力。仿真实例证明了算法的有效性，其提高了火力分配问题求解的快速性及准确性。

传统的无人飞行器(UAV)视觉编队控制律考虑约束的能力不足，制约了其工程实际应用。针对不足，基于预测控制方法设计了一种能够显式考虑约束的视觉编队控制律，该控制律通过滚动求解有限时域优化问题得到跟随飞行器(follower)的控制输入。利用相对距离变化率和视线方位角变化率预测值与实测值的偏差信息，提出了领航飞行器(leader)加速度的在线估计算法。仿真结果表明，所设计的编队控制律能够控制follower飞行器快速跟随leader飞行器形成期望的编队，所提出的leader飞行器加速度估计方法可行，具有较小的估计误差。

红外焦平面阵列探测器空间采样效应会对红外图像效果产生影响, 为提高仿真红外图像的置信度, 在信号注入仿真中需要对采样效应进行模拟。通过深入分析空间采样效应机理, 建立了采样效应的数学模型, 分析了分辨率的变换过程。利用基于图像像素处理的方法从空域上对红外仿真图像叠加空间采样效应。仿真实验表明, 叠加了红外焦平面阵列探测器空间采样效应的红外仿真图像置信度明显提高, 可作为重要环节提高红外成像仿真整体的置信度水平。