无人机因为性能优越、成本较低、避免伤亡等优点广泛应用于军事领域。模仿蜂群、鸟群等动物行为,由多架微小型无人机组成无人机集群可以克服单架无人机执行任务的缺陷,成为军用装备的重点研发方向。移动自组织网络是一种用于无人机之间通信的组网方式,路由协议与MAC协议是自组织网络需要解决的重要问题。本文研究了无人机应用场景构建、路由协议仿真、MAC协议设计等内容,为无人机集群通信装备研发提供借鉴。路由协议研究已经比较成熟,但数十种路由协议适用于不同的场景,为了选择适用于军用无人机集群的最佳路由协议,需要构建贴近实际应用场景的无人机运动模型,设置运动场景进行仿真评估。本文根据无人机集群执行任务的特点,将应用场景分为友好型、障碍型、对抗型三类。以往研究文献构建的运动模型侧重于节点随机运动,这不符合无人机运动规律。本文参考了已公开的无人机集群项目相关参数,对应三类典型场景,构建了5个运动模型,为仿真评估打下基础。本文在三类典型场景中对AODV协议、DSR协议、OLSR协议等典型路由协议进行了仿真。针对5个运动模型在OPNET网络仿真软件中构建了“一路依次起飞”、“三路并行起飞”、“两组绕飞避障”、“搜索合围目标”、“部分损毁飞行”5个仿真场景,仿真评估参数包括端到端延时、投递率和网络开销。通过仿真发现,在每种场景中的不同阶段每种协议有不同表现,经过综合分析得到在不同场景中性能最佳的路由协议,为无人机集群切换最佳路由协议提供借鉴。影响自组网性能的除了路由协议还有MAC协议。MAC协议研究对无线信道资源的协调和使用,定向天线应用于Ad Hoc网络可以实现空间复用,减小发射功率,提高通信容量。由于定向天线只能定向收发信息,定向天线MAC协议存在方向性隐藏终端、方向性暴露终端、耳聋等问题。本文设计了混合天线MAC协议,采用了双频段、混合天线、功率控制、交换位置信息等方法。以不同频段信道发射控制信号和数据信号。全向天线以最大功率发射握手信号,而定向天线以最佳功率发送数据信号。根据通信节点间距离动态地调整数据信号发射功率。将节点位置信息加入到握手信号,用于定向天线对准、判断能否通信、计算发射功率,并给出了判断准则和计算公式。本协议解决了传统定向MAC协议存在的方向性暴露终端、方向性隐藏终端、“耳聋”等问题。最后进行了协议仿真,相比传统MAC协议性能有很大提升。