作为全球精确打击的重要战略力量,高超声速滑翔飞行器已成为研究焦点。它采用无动力滑翔飞行,依靠升力体获得升力和良好的机动能力;然而,再入段飞行环境恶劣、飞行速度和位置变化大、飞行任务多变,这些都给再入轨迹优化与制导系统的设计增加了困难。为增强轨迹优化与制导方法的性能、提高飞行器的生存能力和打击能力,本文着眼于轨迹多目标优化、在线轨迹优化和再入终端跟踪制导三个方面进行研究,力图为轨迹优化与制导研究和工程实践提供参照。首先,针对多约束条件下的轨迹多目标优化问题,本文基于物理规划方法(PP方法)+高斯伪谱法进行轨迹优化设计。通过对每个目标的分析而设置偏好函数及偏好值,基于PP方法协调相互影响和冲突的不同目标,得到一个综合优化目标,结合高斯伪谱法,得到满足各种约束、实现多个目标综合最优的轨迹,与加权法等相比,不需要主观依赖,计算效率显著提高。其次,为满足高超声速滑翔飞行器在线轨迹优化的鲁棒性和实时性要求,提出基于混合代理模型的在线轨迹优化方法。分别建立反比例平均化(EI)法混合代理模型和启发式计算(EG)法混合代理模型,并与单一近似模型轨迹优化结果进行对比和分析。仿真结果表明,在初始状态有偏差的情况下,混合代理模型轨迹优化方法结合了不同单一代理模型轨迹优化的优点,可以迅速得到与最优轨迹逼近的轨迹,计算速度快,且对初始状态扰动的鲁棒性较强。最后,为实现远程精确打击,再入终端跟踪制导需要快速又精准;为了达到这一目的,对最新发展的模型静态预测方法(MPSP)进行分析和改进,提出标准轨迹制导+MPSP制导的再入终端制导方法。仿真表明,在目标点改动和环境扰动的情况下,基于MPSP的终端制导方法能够快速更新控制量,打击精度高,计算速度快,有满意的制导效果。论文初步探索了高超声速滑翔飞行器再入段轨迹优化与制导方法,可供其他学术研究和工程研究参考。