变目标空中观测是无人机执行的典型任务形式之一,目标位置变化、观测时间窗口窄等因素的影响对无人机航迹和载荷控制提出了较高要求。本文针对变目标空中观测任务的特点,研究基于模式的任务建模、航线载荷协同规划以及变目标快速航线调整等关键问题,形成变目标无人机空中观测航迹-云台协同规划系统,提高任务执行效率和准确度。论文主要研究工作如下:1)针对变目标空中观测任务特点,提出了基于模式切换的变目标空中观测任务航线建模与规划方法。建立空中观测无人机探测区域与分辨率数学模型,将任务过程划分为区域到达、盘旋等待、航线转移与抵近观测、返回基地等阶段,对各阶段的航线影响因素进行分析,提出基于条件判断与模式切换的快速在线航线规划。2)针对空中观测任务中飞行航路与载荷云台的强耦合问题,提出一种航迹-云台一体化规划方法。以实现最优观测为目的,采用分层+整体的方法构建航迹-云台的一体化模型,形成一体化求解的方法和步骤,同步在线生成航路指令与云台指令。3)针对观测目标位置变化中的快速安全机动问题,提出了基于距离和航向角综合判断的航线调整策略。以飞行器距观测目标的距离和角度为判断条件,构建八种状态下的航线调整策略,并通过仿真验证了提出航线调整策略的飞行安全性和云台控制合理性。4)实现了变目标空中观测航迹-云台一体化任务规划系统。结合典型飞行器和变目标观测任务,程序实现了文中提出的航线载荷协同规划以及变目标快速航线调整方法,并通过试验应用验证了所述方法的有效性。