组合动力飞行器上升阶段轨迹规划和制导是其执行航天任务的关键。其在大气层内飞行时间长,动压变化剧烈、气动系数散布大,发动机性能与飞行高度、速度存在紧耦合,工作模态多且各模态之间的性能差异大。为实现组合动力飞行器上升阶段高效、高可靠飞行,在保证飞行剖面满足不同阶段过程约束和终端约束同时,确保组合动力发动机工作效能达到最佳状态;在实现高制导精度的同时,具备强鲁棒性。本文针对预冷组合动力飞行器上升段轨迹规划和制导方法进行研究,主要研究内容如下:（1）调研了组合动力飞行器及其动力系统国内外发展现状,结合各种组合动力系统的特点进行分析,确定以预冷组合动力飞行器作为文章的研究对象;综述了组合动力飞行器上升段轨迹规划与制导方法的国内外研究现状,结合研究对象的特点,确定采用基于高度-速度剖面的轨迹规划方法并提出基于模型预测控制的制导方法。（2）针对飞行器上升段轨迹规划与制导方法的研究,结合飞行任务目标,将上升段聚焦为水平滑跑结束点至一、二级分离点的过程。然后,建立坐标系并给出相应的转换关系,将飞行器运动学模型在发射坐标系下展开。依据研究过程中飞行器与环境特点将运动模型简化为纵向通道运动模型来描述飞行器运动规律,并对气动系数特性、大气模型与推理模型进行了分析,为后续轨迹规划与制导方法研究做铺垫。（3）为保证组合动力发动机工作效能达到最佳状态,针对基于高度-速度剖面的飞行器上升段轨迹规划问题,设计了起飞爬升段与等动压爬升段轨迹规划方案。起飞爬升段考虑发动机预冷器低空冷却易堵塞问题,通过数值仿真确定了其工作范围,结合飞行器过程约束与发动机不同模态的工作需求,通过数值仿真确定两阶段轨迹转换点的范围,将其作为粒子群算法的输入并借助粒子群算法对轨迹转换点进行优化。最后,根据将规划得到的H-V剖面作为参考轨迹,利用反馈线性化方法进行跟踪制导仿真,结果表明参考轨迹具有可跟踪性,能够保证发动机工作效能处于最佳状态,提高了飞行运输能力。（4）针对模型强非线性和发动机模态转换时推力不匹配导致的干扰的问题,本文提出了一种基于模型预测控制的上升闭环制导方法。通过状态空间方程建立预测模型,根据当前状态量对飞行器未来状态进行预测,通过求解使制导跟踪误差和控制需求构成的性能指标最优的问题,获取制导指令。通过与基于反馈线性化方法的制导仿真结果比较分析,结果表明了基于模型预测控制的制导方法在处理模态转换时推力不匹配方面具有优势。最后,通过打靶仿真验证了所提方法在大气密度与气动偏差条件下,仍能够实现对参考轨迹的跟踪,具有良好的鲁棒性。