高超声速飞行器具有远程精确快速打击的能力，在军用和民用方面都具有广阔的应用前景。高超声速飞行器再入过程复杂，制导控制系统具有很强的非线性和大不确定性，且飞行过程要满足热流、动压、过载等约束条件。本文以通用空天飞行器(CAV-H)纵向模型为研究对象，利用基于凸优化模型预测控制方法，研究高超声速飞行器再入制导控制问题。首先分析高超声速飞行器再入过程各种受力情况，在半速度坐标系下推导出简化后的高超声速飞行器三维再入运动方程；分析再入过程受到的各种约束作用，引入零倾斜平衡滑翔条件，在高度-速度剖面建立飞行器再入走廊，确定再入飞行边界。然后研究凸优化工具CVXGEN的使用方法，将凸优化工具CVXGEN应用于模型预测控制的求解，实现了模型预测优化问题的转化。给出了具体的问题转化步骤，对内部问题转化控制算法进行了介绍，并对典型的MPC控制问题进行了实例分析。再次提出基于凸优化的模型预测(MPC)再入制导控制算法，实现高超声速飞行器对给定再入轨迹的快速准确跟踪。为保证算法的快速性，对模型预测控制的每步优化问题转化为凸优化问题，进行仿真分析，并对初始点、优化时域和权阵系数对跟踪效果影响进行了分析。结果表明，即使在干扰存在的条件下仍能满足对给定轨迹的准确跟踪，同时满足约束条件。最后研究高超声速飞行器末段再入轨迹快速优化和在线跟踪问题。再入轨迹优化属于终端时间自由的最优控制问题，首先完成时间映射变换，对问题进行凸优化及离散化处理，给出高超声速飞行器多次轨迹优化控制算法，对飞行器轨迹优化进行仿真分析，得到多次轨迹优化结果；利用MPC在线跟踪控制算法对末段轨迹进行跟踪控制。结果表明，多次轨迹优化算法能够满足实时性要求和约束条件。