随着人类对太空探索的不断深入,人造探测器探测任务已由早期对地球、月球探测发展到行星及彗星的探测,探测任务的类型经历了飞越、绕飞、硬着陆、软着陆、采样返回等几个阶段。着陆器的动力下降段主要用于实现行星的最终软着陆任务,是确保实现近距离研究行星的重要阶段之一。针对火星着陆器在任务可靠性、燃料消耗等多方面任务需求,本文以燃料最优为目标,对动力下降段的轨迹优化和最优跟踪制导策略开展了研究,主要包括以下几个方面:经过合理简化得到着陆器动力下降段运动模型,并将具有非凸特性的燃料最优问题转换为凸优化问题进行求解,通过轨迹优化得到了大量不同初始状态下的燃料最优着陆轨迹。针对得到的燃料最优轨迹,设计了一种基于二阶滑模的轨迹跟踪制导律。针对传统变结构控制使系统产生抖振,动态响应速率慢,以及存在大气等干扰时不具备较强鲁棒性等问题,设计一种二阶滑模到达条件,理论证明了其存在性和可达性,对存在干扰情况下的鲁棒性进行了分析;基于所设计的到达条件设计出跟踪制导律;通过数值仿真验证了所设计跟踪制导律的有效性。考虑最优轨迹存储将占据大量存储空间,本文在深入分析燃料最优解的基础上提出了一种新的路径点制导策略。通过其推力变化规律定义了新的路径点,选取线性制导律与之结合形成新的制导策略,该制导策略既具有燃料最优性,又较传统标称轨迹制导节省存储空间;分别采用线性插值和三次样条插值方法,获得了非典型初始位置对应的路径点,通过仿真验证所提出方法的有效性。