随着科学技术的不断进步和军事战略思想的转变,无人机无论是在军用还是在民用上都获得了很大的应用。无人机进行攻击、侦查、航拍、测绘等任务当中往往都需要通过机载摄像机对目标进行侦查拍摄。本文围绕无人机如何自主飞行至预定区域之后通过地面目标监视系统对目标进行侦查拍摄展开研究。本文首先从实用角度出发介绍了一套低成本的无人机执行地面目标监视任务中使用的新型头部随动跟踪云台系统,从而改善了无人机远程监控系统和遥控操作系统的协调性,较大的提高无人机对任务目标进行拍摄侦查任务的效率。其中主要介绍了头部跟踪控制的原理与算法,以及硬件的设计与集成。接下来研究了无人机的飞行控制系统,使无人机能够在自主的导航模式下,准确的航行在预定航线上,到达任务目标空域。在这部分中首先建立了被控对象无人机的数学模型,并行在MATLAB/SIMULINK中分析了无人机模型的非线性操纵响应;其次本文研究了利用GPS导航和捷联式惯性导航(SINS)组成的SINS/GPS组合导航系统确定无人机的飞行状态为飞行控制系统提供准确的飞行参数;最后应用非线性系统反馈线性化方法,对无人机非线性数学模型进行输入输出反馈线化,将其线化为2个二阶线性系统和2个一阶线性系统,应用经典的PID控制律设计方法对线性化后的系统进行了控制律设计,并且讨论了无人机航迹规划方法和航迹跟踪控制律设计。通过仿真验证,得到了理想的结果,证明了本文所采用的理论和方法的可行性。