无人直升机具有良好的机动性、抗风性,能够完成低空飞行、原地转圈等特殊飞行动作,因而广泛应用于军事打击和民用救灾、勘测等场景。目前多旋翼无人机自主飞行控制系统的研究较多,而无人直升机自主飞行控制系统的研究及工程实现相对较少。本文从直升机飞行控制理论出发,对无人直升机自主飞行控制系统、地面站软件系统、数据链路系统进行分析设计及工程实现研究,并探索建立多无人直升机编队飞行控制架构。本文研究工作主要包括如下内容:1、本文以亚拓600小型电动直升机为研究对象,分析其数学模型,设计了基于串级PID的姿态、定高及定点自主飞行控制算法,并进行算法仿真及参数整定。仿真结果表明,所设计的自主飞行控制算法响应速度快、控制精度高,为后续飞行控制器软硬件设计、调试奠定理论基础。同时讨论了基于互补滤波的传感器数据融合算法,为姿态估计软件设计提供理论依据。2、根据无人直升机自主飞行控制系统设计要求,完成飞行控制器内置硬件设计及外置硬件选型,实现自主飞行控制算法、直升机输出控制分配律。同时对无线数据链路进行硬件选型,实现数据链路通信协议。最后软硬件测试结果表明,该飞行控制器各项功能指标正常,能够进行后续自主飞行控制研究。3、根据无人直升机自主飞行控制系统设计要求,进行地面站软件总体设计,分别实现了飞行数据显示、地图航点规划及无线数据通信等功能。软件测试表明,该地面站能够实时接收并显示飞行数据,能在地图上精确定位无人直升机并进行航点规划,能发送指令至飞行控制器,满足自主飞行控制系统要求。4、针对无人直升机自主飞行控制系统试飞实验要求,首先设计了一系列无人直升机试飞实验安全条例及调试章程,确保试飞实验的安全性,其次在解决无人直升机机体振动的前提下,采用仿真基础PID参数进行姿态、定点、定高试飞参数整定,最后方形航线测试表明,该系统性能良好,能够实现定点、定高及航线飞行任务,满足自主飞行控制系统要求。5、针对多无人直升机编队飞行控制架构,在地面站软件中设计了编队飞行控制子界面及后台控制程序,并采用两架无人直升机进行了编队重构及编队飞行试飞实验。实验结果表明,该架构能够完成基础的编队飞行任务,为今后编队研究奠定工程基础。