无人机平台是集群遂行多种任务的载体，其性能和作用范围也在不断增加。伴随性能增加，平台的成本也在不断增加，如何兼顾平台成本和性能是集群走向实战的必由之路。集群内部信息需要交互与反馈，动作需要协同与配合，任务需要分工与合作，这些都需要平台和载荷的参与。通常而言，集群采用低成本的常规中小型无人机(10～100kg)，其性能差异并不明显。单平台主要评价指标有：航时、巡航速度、最大航程、最大升限、载荷能力、机动性(最小转弯半径，爬升速率、下降速率等)、稳定性、跟踪定位性能等。除此之外，集群无人机平台更关注自组织、自适应和信息交互特性。

特别地，考虑到集群的数量优势，集群无人机应特别注重成本控制，包括低成本结构设计、模块化组装调试、数字化精确飞控与导航、小型化能源动力和多功能组网通信等。以美军“小精灵”无人机为例，其设计目标为作战半径555～926km；续航时间1～3h；设计载重27.3～54.5kg；飞行速度0.7～0.8马赫；发射高度12192m以上；推进系统可选型现役发动机、改进型动机或全新设计型发动机；有效载荷功率800～1 200W；有效载荷模块化设计，应包括光电/红外传感器、无线电系统等；无人机至少可重复使用20次，具备空基发射回收能力；出厂单价(不包括载荷)低于70万美元/台。

飞行控制系统为无人机提供了精确飞行和适应复杂环境的能力。低成本固定翼无人机的飞行控制具有较大的挑战性，主要包括：1) 模型不精确：固定翼无人机气动复杂、操纵耦合，且可控制性不足。特别地，由于成本原因，小型无人机很难采用风洞吹风等手段建立准确的动力学模型。2) 交叉耦合：固定翼无人机的动力学和控制严重耦合。通常情况下，无人机平台控制采用解耦方法分内层姿态和外层位置控制。然而，这2层 间是严重耦合的，如协调转弯时涉及滚转和航线控制，速度控制也通常和高度耦合。3) 噪声：一般来说，传感器越昂贵，测量就越精确。因此，集群中对无人机的低成本要求导致了其获取信息的噪声和不准确。4) 风扰：无人机飞行过程不可避免地受到风的干扰。风扰，尤其是侧风对无人机飞行影响重大。在集群任务飞行中，无人机常需低空飞行(通常低于1000m，甚至不超过100m)，以便对地面物体进行抵近观察。低空飞行的风扰给控制影响更为严重。对于小型固定翼无人机来说气流扰动的速度会占到无人机巡航速度的20%～60%。

为解决飞行控制问题，研究人员开展了许多理论和工程研究。各种开源自驾仪被广泛的应用在小型固定翼无人机系统中。它们一般采用分层控制策略，通常包含位置层、姿态层和执行层，各层采用不同的控制频率。各层控制方法大多采用各种比例-微分(PD)控制或者自抗扰控制 (ADRC)。特别的，运动控制，包括轨迹跟踪和路径跟踪控制，作为无人机自主飞行的直接体现，在近年受到广泛关注。相比于轨迹跟踪，路径跟踪无需考虑时间参数化表示，在集群任务飞行中得到了广泛的应用。各类路径跟踪算法通常可以划分为线性和非线性控制方法。线性方法主要包括比例-积分-微分(PID, 线性二次型调节器(LQR)等，非线性方法包括矢量场法， 视线法, 虚拟跟踪目标法, 基于非线性控制理论方法等。针对小型固定翼无人机的路径跟踪问题，分析比较了5种算法的性能，分别为逐点法(carrot-chasing), 非线性导航律(NLGL), 纯追踪和视线法(PLOS), LQR,和矢量场(VF)法。结论表明在直线和圆形路径跟踪中，VF法的跟踪精度等性能最高。但是针对更一般意义上的曲线路径跟踪问题，目前还没有类似的比较性研究。

集群无人机另一个具有挑战性的问题为自主起飞和着陆。与单个无人机相比，集群无人机的自主起降具有更大的挑战性。需考虑3个方面的问题：1) 鲁棒性：因为集群中的无人机可能具有不同负载、不同质量分布和不同机械条件，且在不同的风场条件中工作，故而起降控制在存在质量变化、机械不确定或风扰时应具有较好鲁棒性。2) 快速性：因为集群无人机数量多，需要尽可能地降低单个无人机的起飞或着陆时间，以最大限度地延长任务时间。3) 意外事件的快速处理：为避免连续起降过程中的连锁反应，应快速地处理起降过程中可能的突发事件。目前，专门针对集群无人机特性的起降控制研究还很少，还值得在理论和工程中进行进一步的探索。

3.2.5 集群飞行与队形重构

集群自主飞行是无人机协同执行任务的基础，也是在复杂环境中遂行集群突防、分布探测和分布打击等基本任务。面对不同的任务剖面、环境约束或者任务变化，集群通常需要变换队形以高效完成任务。故而，队形保持和重构的效果决定了无人机集群协同执行能力的有效性。

集群自主飞行与队形重构是指设计分布式控制律使无人机集群保持特定三维结构的姿态和位置稳定飞行，达到时间和空间的同步，并能自动根据外部环境和任务动态调整队形。但是，固定翼无人机欠驱动和输入受限等模型约束，以及外部干扰、信息不完全等不确定条件，使得传统的多智能体协同控制方法难以直接扩展应用。学者们围绕编队控制，产生了一大批丰硕的理论成果。