近年来，随着各国在弹道导弹防御方面研究的逐步深入以及探测、拦截系统的建立和完善，传统弹道导弹的生存面临越来越严峻的形势。为了提高导弹的突防能力，获得全球快速到达能力，滑翔式再入飞行器逐步成为各国研究的热点。以美国通用航空飞行器(Common Aero Vehicle，CAV)为典型的多用途运载器，具有快速机动、命中精度高等特点，成为实现远距离目标侦查或精确打击、突破导弹防御系统的利器。　　本文以CAV中段无动力再入弹道为研究对象，建立再入轨迹的大气模型、气动模型、约束模型和动力学模型。在此基础上，对滑翔式再入飞行器的轨迹优化和航迹规划问题的多种优化算法进行了深入探讨。　　本文的主要工作有:　　首先，建立了滑翔式再入飞行器的数学模型，忽略路径约束，将复杂的轨迹优化问题由非线性规划问题简化为线性规划问题，以攻角为控制变量、再入弹道的最大射程为优化目标，利用单纯形算法对问题进行优化，通过对比算例，分析了优化结果对四个再入弹道参数初值的敏感度。结果表明:射程对最大升阻比和初始速度最为敏感，驻点热流密度峰值对初始速度倾角最为敏感，过载和动压均满足约束，总加热量会因飞行射程的增加急剧增加，给防热带来极大地挑战。传统优化方法难以处理非线性约束、对初值敏感、计算过慢，难以适应弹道优化的需要。　　其次，介绍了伪谱法（正交配点法）原理，利用伪谱法将连续时间的最优控制问题转化为非线性规划问题;对比分析了三种典型的伪谱法（高斯/勒让德/拉道伪谱法）;以泛化升力系数为控制变量，最大射程为优化目标，考虑非线性约束，对再入问题进行优化。结果表明:伪谱法可以用较少节点获得较高的计算精度，但结果的优劣取决于非线性求解器，而不是伪谱法。针对伪谱法不能应用插值模型所带来的局限，提出应用多元函数拟合的方法来近似气动力系数，结果显示，拟合只能使模型更加接近真实模型，但仍难以满足工程实际的需要。　　然后，针对伪谱法的缺陷，提出利用改进遗传算法来解决弹道优化问题。分析了应用遗传算法需要解决的三个难点，详细解析了各种改进的效果。在此基础上，对并行计算与弹道问题的三种结合形式进行了效能分析，证明采用并行算法后，收敛速度和计算效率都大幅优于MATLAB自带的遗传算法;提出了遗传算法自适应函数的新形式，虽然计算时间有所延长，但优化效果得以改善，证明大变异概率不会导致改进遗传算法陷入早熟。　　最后，以攻角和速度倾角为控制变量，分别以再入飞行器的最大射程、最大横程、最小加热量为目标函数，进行了算例的计算和分析，结果均优于最大升阻比弹道。并把算法应用于航迹规划问题，构造出罚函数和包含路径点信息的目标函数，成功解决了包含禁飞区和路径点的航迹规划问题，证明算法具有一定的自主规划问题。