高超声速飞行技术是为来航空宇航科学发展的必然趋势，在军事上的应用，更为被各个军事强国所注重。高超声速导弹在军事上能够实现快速打击，部署时间短，打击精度高，突防能力强等优点，成为新一代作战武器发展的大趋势。为了适应各种作战需求，人们对高超声速飞行器弹道优化的要求越来越高。本文以吸气式高超声速飞行器为研究对象，对其轨迹优化问题进行研究主要研究如下：首先，建立了吸气式高超声速飞行器的纵平面动力学与运动学模型，并结合动态链接库模型给出了秒耗量、推力、气动力、气动力矩以及马赫数的计算方法，最后还建立了基于解析数学模型的大气模型。在飞行器轨迹优化数值算法的基础上，总结出了吸气式高超声速飞行器轨迹优化的一般模型，并根据助推段、上升段、巡航段、俯冲段的不同特点建立了各飞行阶段的轨迹优化模型。其次研究了直接打靶法理论，将吸气式高超声速飞行器轨迹优化问题转化为参数优化问题。对基于梯度的序列二次规划算法的理论实质进行了研究，给出了其梯度计算、矩阵更新、罚函数和一维搜索、Maratos效应的处理方法，并将其向应用方向转化，用于解参数优化问题。最后，应用前文中研究的轨迹优化算法和吸气式高超声速飞行器的数学模型以及轨迹优化模型，对吸气式高超声速飞行器不同飞行段及全弹道的轨迹进行了优化和分析，得到了相应的仿真结果和结论。