火星着陆过程主要可以分为火星进入、下降和着陆三个阶段,火星进入段是指探测器从进入火星大气层开始,到降落伞开启时结束。由于火星大气进入段过程的气动环境是整个火星探测着陆过程中最严苛的,在火星大气进入阶段施加有效的制导控制是目前提高最终着陆精度最为有效的手段之一,因此为了提高火星探测器的着陆精度,本文对火星大气进入段的轨迹优化问题及跟踪制导算法展开研究。具体内容如下:提出了一种标准粒子群初值优化和hp自适应Radau伪谱法轨迹优化相结合的参考轨迹优化方法。基于对火星大气进入段动力学模型的分析并考虑到火星大气进入段过程受到的初终值、边界及安全性等约束,以燃料最优为性能指标,首先采用标准粒子群算法对经纬度、航迹角、偏航角以及倾侧角的初值进行优化,然后将优化得到的初值应用到hp自适应Radau伪谱法中,求解出一条既符合约束又使性能指标达到最优的火星大气进入段参考轨迹。以倾侧角的余弦值作为控制量,引入一种终端滑模控制算法并对算法进行改进使其适用于火星大气进入段:引入饱和控制对控制量边界进行限制;为解决滑模控制固有的抖振问题,引入双曲正切函数替换滑模面及控制器中的符号函数;为防止倾侧角出现突变,对倾侧角的角速度和角加速度进行约束。利用改进的终端滑模控制算法实现对火星大气进入段参考轨迹的跟踪控制,通过MATLAB仿真实验验证了该算法的正确性和有效性。在此基础上,在考虑初始状态和气动系数等不确定性的情况下进行1000次蒙特卡洛开伞点分布仿真实验,最终开伞点均分布在以10 km为半径的圆内,验证了该算法的鲁棒性能。