由于高超声速飞行器制导飞行的稳定性与安全性至关重要,飞行器发生故障时亟需合适的容错方案,以保证飞行器制导的安全可靠。本文以高超声速飞行器为研究对象,针对飞行器发生故障的情况,对高超声速飞行器制导方法与故障下容错制导与控制技术做了一定的研究。首先,介绍了本课题的背景和研究意义,阐述了国内外高超声速飞行器的研究概况,并概述了本文的核心研究问题:再入段以及上升段制导问题。简要概述了目前高超声速飞行器再入段制导技术、再入段容错制导与轨迹重构技术和上升段制导的研究现状,分析了已有研究成果中主要存在的问题。其次,针对多约束条件下再入段制导问题,考虑高超声速飞行器再入段制导运动学模型,在满足一系列约束条件下,设计高超声速飞行器再入段预测校正制导算法。针对横纵向制导律设计中存在的问题,如采用跟踪控制方法无法确保实际指令满足多约束条件,而传统方法多采用超约束范围取边界值的强转换方法而损失跟踪精度和飞行性能的问题,本文以横纵向过载作为辅助中间变量,采用滑模跟踪控制理论分别对于横纵向期望值设计跟踪制导律,并采用遗传算法和惩罚函数法,设计优化函数优化控制参数,获得了满足多约束条件的跟踪控制指令,完成了高超声速飞行器再入制导任务,从而为故障下在线轨迹重构方案提供基本保障。再次,考虑高超声速飞行器多约束条件下再入段安全飞行问题,针对飞行器发生故障的情况,提出了基于自适应鲁棒无迹卡尔曼滤波(ARUKF)和改进的模型预测静态规划(MPSP)的在线容错制导方法。设计状态量增广向量,利用ARUKF在线预测估计故障下气动参数变化程度参数。由于原始MPSP算法忽视初始状态量偏差和未考虑制导过程的多约束限制,为保证故障下飞行器仍能以较高精度安全着陆,将标称情况下的制导算法生成的满足多约束条件的再入轨迹作为初始轨迹生成器,在校正环节加入约束转化和惩罚函数设计改进的MPSP算法,得到了故障下满足多重约束条件,同时具有较高落点精度的飞行轨迹。最后,针对高超声速飞行器上升段制导运动学模型和超燃冲压发动机模型,考虑飞行器上升段燃料最省的性能指标和更加严格的约束条件,进行高超声速飞行器上升段集成容错制导与控制研究。根据上升段超燃冲压发动机工作特性,将燃料最省问题转化为针对控制量的MPSP问题,完成多约束下上升段燃料最优制导轨迹设计。同时在考虑上升段制导环和姿态环之间的联系,对飞行制导与姿态控制进行集成容错方法研究,设计基于控制分配的上升段集成容错制导与控制方案。通过设计适当的控制力矩,使得飞行器能够实时精确跟踪上姿态角指令。