高超声速再入飞行制导与控制作为高超声速技术的难点和重点,对高超声速飞行器(HSV)的发展至关重要。而高超声速再入飞行过程中面临着如执行器的输入约束、再入过程约束、终端约束、路径约束等多重约束条件。本文将围绕在多种约束条件下高超声速飞行器姿态控制与再入制导,以及再入制导与控制联合设计等问题展开研究。首先,本文完整地给出高超声速再入运动方程的建模过程,以及涉及到的气动模型和舵机模型,由此后文可以得到经简化的姿态控制模型和再入制导模型。接着,本文着重研究在执行器幅值与速率饱和情形下的HSV姿态控制问题。为此,我们构建包含舵机状态和飞行姿态的一体化控制模型,应用Backstepping控制方法设计基础的控制律,同时为了处理“维数爆炸”问题,采用一种新型的聚合滤波器方法。同样本文给出一种改进的干扰观测器用于估计在建模过程中存在的模型不确定问题。最后,针对执行器的输入饱和问题,本文设计一种新型的补偿反馈辅助系统用以产生快速的补偿信号以确保指令信号的跟踪性能,经仿真验证本文提出的算法的有效性和相比较下性能的提升。然后,本文研究带有地理约束如禁飞圆的HSV再入制导方法,采用预测-校正算法设计基础再入制导律,其后设计带有禁飞圆的约束优化方法。为此,本文首先构建三自由度再入制导方程并将再入过程约束转化为高度-速度剖面的再入走廊,之后设计以飞行器能量为基础的再入纵向制导律和侧向制导律,针对带有地理约束如禁飞圆的约束问题,本文给出一种在线航迹角与倾侧角的制导技术,并提供动态调整方案,经仿真表明本文提出算法的时效性和有效性,这种算法可以直接在线计算,其计算量和传统制导律的计算量相差无几。最后,本文主要研究HSV的六自由轨迹跟踪算法和控制律,实现制导与控制的联合设计工作。针对的基于约束预测校正方法规划再入标称轨迹,本文建立基于高阶滑模的纵向轨迹制导律和侧向制导逻辑;然后,设计姿态系统的Backstepping非线性控制器,保证HSV姿态角跟踪的快速性和精准度,并将制导系统与姿态控制系统有效融合。最后,标准情形和带禁飞圆约束情形的蒙特卡洛仿真证明设计的六自由度制导控制律具有良好的轨迹跟踪和较强克服模型不确定的能力。