未来小天体着陆探测任务更倾向于在具有较高科学价值的复杂地形区域着陆,小天体着陆轨迹优化与控制是实现探测器安全精确着陆,完成预定探测任务的关键技术之一。本文针对小天体着陆动力学环境复杂、动力学模型不确定性较强等问题,考虑复杂地形条件下的着陆需求,以安全、精确着陆为目标,对小天体着陆轨迹优化与控制方法进行了深入的研究,主要内容包括:对弱引力小天体着陆动力学进行了建模,并分析了动力学参数不确定性对着陆轨迹的影响。针对小天体引力场的不规则特性,分析了小天体不规则引力场的精确建模方法,建立了小天体着陆的动力学方程。考虑小天体着陆扰动多、不确定性强的动力学环境特点,通过敏感性分析研究了动力学参数不确定性对小天体着陆精度的影响。研究了小天体燃耗最优着陆轨迹优化与跟踪控制方法。针对轨迹优化间接法求解过程中打靶方程对协状态初值敏感的问题,提出了基于参考轨迹的协状态初值估计方法,避免了对协状态初值的随机猜测,实现了基于协状态估计的小天体最优着陆轨迹设计。研究了着陆轨迹鲁棒跟踪控制方法,基于高阶滑模理论设计了鲁棒轨迹跟踪控制律,对动力学未建模误差与外界扰动具有较强的鲁棒性。研究了不确定条件下的小天体复杂地形着陆轨迹优化方法。提出了小天体着陆多约束鲁棒轨迹优化方法,对探测器动力学状态进行扩展并建立不确定性传播方程,定量评估不确定条件与地形障碍对着陆安全的影响,构建多约束条件与复合优化指标进行求解,提高了轨迹优化结果的鲁棒性。针对地形障碍与不确定性影响建立约束模型,经过约束松弛与凸化等处理,进行序列凸优化求解,形成了适用于复杂地形条件的小天体多约束着陆轨迹序列凸优化方法。研究了小天体复杂地形区域自主着陆避障控制方法。提出了基于碰撞概率的着陆避障控制方法,引入不确定条件下探测器与星表障碍的实时碰撞概率评估,并结合势函数制导思想推导全局稳定的解析避障控制律,能够适应不确定性条件的实时变化,提高了不确定条件下的自主障碍规避性能。综合考虑状态估计误差与控制能力等影响因素,提出了基于安全区膨胀的着陆避障控制方法,通过安全区膨胀并计算动态安全距离,对障碍威胁与着陆安全进行动态评估并推导障碍规避控制律,进一步提高了避障控制的鲁棒性与自主着陆安全性。最后对所研究的小天体着陆制导控制方法进行了半物理仿真分析。利用光滑基座平台与气浮系统对小天体着陆动力学环境进行模拟,结合嵌入式计算机,对研究的小天体着陆制导控制方法进行了半物理仿真试验,分析了方法的有效性。