地球大气边缘所在的70-120km空域范围内的飞行器是未来空天技术发展的新方向，一方面它能够实现对所有航空器的覆盖，另一方面也对低轨航天器具有有效威胁，具有极为重要的战略意义。该空域内的大气密度十分稀薄，并且环境条件十分复杂，大气密度波动、地磁扰动和风干扰等均对飞行存在一定影响，现有的飞行器在该空域内飞行一般都是快速通过，包括航天飞机、再入飞行器、洲际弹道导弹等，由于在该空域内的飞行是穿越而过，飞行时间很短，一般忽略该空域内环境因素波动所造成的影响，然而对于在该空域内长航时的飞行环境因素的影响是不能忽视的;此外以往的研究忽略该空域内微弱气动升力的作用，然而对于长航时飞行而言微弱气动力的积累作用对飞行轨迹有明显改变作用，因而如何利用微弱气动力实现轨迹的调整和控制是十分值得研究的课题。　　针对地球大气边缘高超声速飞行的相关问题，论文主要的内容包括以下几个方面:　　地球大气边缘环境特性分析:利用国际上流行的NRLMSISE-00、MET-99等大气模型，引入相对大气密度的概念，定性定量分析地球边缘大气密度随时间、空间、日地空间环境等因素变化的特性，其中随时间波动特别是昼夜波动所造成的密度变化十分明显;利用地球边缘大气密度的波动特性提出了两种工程化大气密度预测方法用以预测密度的变化趋势，包括直接预测法和间接预测法;风场强度波动也十分显著，利用HWM07全球风场模型对风场的波动特性进行了相应的分析，结果表明风场强度受时间、空间、地磁活动强度等因素影响明显。　　地球大气边缘高超声速飞行影响因素分析:以简化球锥体外形为研究对象，基于椭球假设在旋转坐标系下推导了地球大气边缘高超声速飞行器的质心动力学和和运动学方程，以及姿态动力学和运动学方程;利用飞行仿真实验分析各因素对地球大气边缘高超声速飞行的影响，包括地球地球大气边缘环境波动、初始飞行误差等;论证了弱气动力具有一定应用价值，可以用以再入点位置调整和飞行高度控制等。　　地球大气边缘高超声速飞行器姿态控制:利用喷气反作用推力器作为姿态控制执行机构，分别设计了I-PIDA+Bang-Bang和I-PIDA+PWM姿态控制器，I-PIDA控制策略兼具动态逆的解耦性能和PIDA控制的动态性能，拥有良好的稳定性和鲁棒性，仿真实验表明I-PIDA+PWM控制器比I-PIDA+Bang-Bang控制器具有更高的控制精度，并且消耗更少的工质，具有一定的优势;针对PIDA控制器的参数整定问题，提出了两种基于智能算法的离线整定方法和基于PSO+NN的在线整定方法。　　地球大气边缘高超声速飞行轨迹控制:包括再入点位置调整和飞行高度控制;根据再入飞行过程中出现的由于环境波动、初始飞行误差等因素造成的飞行轨迹误差，提出了模糊预测制导方法;针对高超声速飞行高度控制问题，设计了神经网络自整定的双PIDA结构的高度控制器;综合考虑姿态控制器和控制执行机构的影响，利用六自由度综合飞行仿真验证方法分别对再入点调整和高度控制方法进行验证，数值仿真结果表明两种方法均有良好的控制效果，并在各种摄动条件下表现出了强鲁棒性。