本文以无人机集群为研究对象,针对集群任务过程中空地通信以及空中机间通信受到地形地貌遮挡、以及电磁干扰和通信距离影响的问题,引入中继通信无人机建链补网,重点解决中继通信建模、集群空地中继通信以及空中机间中继通信的规划等问题,实现集群在任务过程中通信质量的保持。首先建立符合通信中继无人机的基本通信模型,对通信质量进行定义。接着,针对空地通信中继规划,分别对大规模集群的时序性多任务点中继通信问题和复杂场景下单任务机空地通信链路保持问题进行研究。最后,针对机间网通信质量保持问题,提出中继初始部署以及在线实时规划算法。本文主要工作及贡献如下:（1）设计了面向时序性多任务点的空地中继规划算法。根据无线信道的基本模型,考虑无人机飞行环境、天线增益、多径效应等,建立符合无人机特性的信道模型。根据任务点时序性,即任务点的任务时间不同,需与地面控制站的通信时间不同,将该空地通信中继问题进行解耦。首先不考虑时序性,采用静态覆盖方式,用最少的中继无人机实现对所有任务点的全时段覆盖,决策出中继无人机的部署点。接着采用无人机中继动态覆盖,根据任务点时序性的特点,以静态覆盖的中继部署点为基础,多个时域不重叠的静态部署点可以分配给一个动态中继,将动态中继问题转为带时间窗的多中继点分配问题。设计的空地中继规划算法比较了不同任务高度平面、城市和郊区等场景以及中继无人机最大连接数相异的情况下需要中继数目以及中继分配方式,证明了算法的有效性。（2）提出复杂场景下空地中继无人机规划算法针对复杂场景下需向地面控制站实时回传信息的无人机断链问题,首先分析空地中继通信的两个难点,障碍物遮挡以及通信干扰的影响。提出基于接收信号强度（RSS）与包错误率（PER）的一致性通信干扰检测方法,并建立了基于单机多点连续探测和分布式多机同时探测通信信号强度的干扰源三维定位算法。接着设计空地通信中继规划方法,通过基于高斯伪谱的预先规划方法,规划中继最少需要数目以及各个无人机路径;采用模型预测控制,进行在线实时路径规划,实现对突发通信干扰的及时规避。仿真对比分析了全局路径规划算法在障碍密度不同环境中的性能,并进一步验证存在突发通信干扰时,无人机能快速定位干扰并有效规避,维持高质量的通信。（3）设计了面向集群机间通信链路的中继无人机规划架构针对集群中任务无人机机间通信质量保持问题,提出机间无人机中继规划方法。采用卡尔曼滤波法对任务无人机的运动状态进行最优估计。考虑三类通信链路性能指标,全局消息连接性、最坏链路连接性以及β-弱链路连接性。基于最小生成树,生成机间最优的通信拓扑。将机间规划算法分为中继初始部署点优化以及基于分布式模型预测控制的中继路径在线调整算法。仿真实验比较了部署不同数量中继无人机时机间中继通信链路性能,进一步在不同通信性能指标标准下,进行蒙特卡洛实随机实验,验证算法的稳定性。在中继路径实时调整阶段,将提出的算法与中继无人机随机运动以及原地盘旋对应的机间通信性能作对比,验证了本章算法可以实现更高的机间通信质量。