无人机因其体积小、造价低、受工作环境影响小的优势在观测、巡航、军事、通信、物流、农业等多个领域发挥重要作用。但是随着无人机网络规模的不断扩大,传统全向无人机网络受网络容量以及传输带宽的影响越来越严重,因此在无人机网络中引入定向天线,通过发挥定向天线在空间复用性、天线增益以及传输范围等方面的优势提高无人机网络的综合性能,成为目前民用与军用无人机的研究热点。为了充分发挥定向天线的优势,多址接入协议的分析与设计成为了关键。因此本文面向无人机网络不同业务传输场景的特点,设计了两种定向多址接入协议,即时效型业务场景下的定向低时延高可靠多址接入协议以及重负载业务场景下的纯定向时分多址接入协议。针对时效型业务对时延以及传输可靠性要求较高的特点,本文以统计优先多址接入协议为基础,分析并设计了定向低时延高可靠多址接入协议。该协议能够为武器协同、武器指令等高优先级业务提供极短的接入时延与极高的传输可靠性保障。在该协议中,我们利用随机几何理论对协议中的关键参数——优先级阈值进行了推导。首先利用泊松点过程对网络中用户分布进行建模,使用空间到达的方式将用户分布与业务分布完成统一,接下来利用微积分理论、组合数学以及概率论推导出用户在一个统计窗口中侦听到的信道统计值的概率分布,进一步推导出用户信道接入概率MAP与信道统计值的关系,然后利用泊松点过程性质以及Laplace变换完成单个突发传输成功率的推导,最后结合Turbo码编码理论推导出业务分组传输成功概率与突发传输成功率的关系,完成业务分组传输成功概率与优先级阈值的关系推导。针对重负载型业务对网络吞吐量要求较高的特点,本文设计了一种纯定向时分多址接入协议。协议使用定向时分和频分的混合接入机制,通过基于染色理论的时隙复用算法充分发挥定向天线空间复用优势实现网络中多链路并行传输,提升了网络整体吞吐量。协议首先针对定向通信特点采用基于通信链路的时隙划分策略,完成时隙和定向天线波束的指向调度,其次通过对定向天线干扰模型进行研究,确定通信链路时隙复用的原则,接下来,为完成分布式的时隙复用计算,本协议使用定向广播机制完成网络的维护以及两跳邻居连接关系的扩散,最后设计了基于染色理论的时隙复用算法,该算法使用最大匹配算法以及基于业务需求的最大匹配算法完成时隙的复用计算,使用尽可能少的时隙完成尽可能多的通信链路无干扰并行传输,有效提升了网络吞吐量。本文最后使用OPNET完成了两种协议的实现以及相应仿真场景的搭建,从吞吐量、时延、丢包率、以及空间复用度多个方面完成了对协议性能的评估,仿真结果表明本文提出的两种协议能够显著提升网络的各项指标性能。