升力式高超声速再入飞行器具有速度快、航程远、机动性强等优势,其技术的发展将会对未来军事发展战略、防御系统构建产生深远影响。在再入过程中,参考轨迹的设计以及跟踪制导律的设计是再入任务能否顺利完成的关键。本文以通用航空飞行器为对象,研究了再入参考轨迹规划及跟踪控制问题。本文的主要内容包括以下几个方面:(1)在参考轨迹规划中,提出两种不同的规划方法。第一种方法是“动态调整攻角方法”,基于“准平衡滑翔条件”,将过程约束转化为对倾斜角的约束,并且通过对攻角的调整,有效避免了参考轨迹在高度上的“振荡起伏”(phugoid oscillation)现象;在此基础上,提出了第二种再入参考轨迹的规划方法。第二种方法将过程约束转化为对飞行路径角的约束,并进行适当的规划飞行路径角以满足其他约束。通过该方法获得的参考轨迹一定能够满足过程约束,并且参考轨迹在高度上也不会产生“振荡起伏”现象,保证了飞行器再入的可靠性。(2)研究了再入飞行器躲避禁飞区算法。在再入过程中,需要考虑如何躲避某些飞行禁区,以实现不同飞行任务,因此,文中设计了如何躲避禁飞区的算法。通过设定航向角边界,并动态调整航向角边界,进而通过改变倾斜角的符号约束航向角来实现躲避禁飞区。(3)设计了再入参考轨迹的闭环制导律,并提出了多次规划算法。在再入参考轨迹跟踪制导律设计中,利用标称制导的方法,通过利用线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)实现对参考轨迹的跟踪;同时,为尽可能减小跟踪误差,提出了参考轨迹“多次规划算法”。在考虑初始状态不确定性和大气密度干扰的情况下,进行了“多次规划算法”和单次规划算法的Monte Carlo仿真。仿真结果表明,所提的跟踪制导律能够使飞行器较好地跟踪参考轨迹,并满足多约束条件;并且“多次规划算法”的结果要显著优于单次规划算法。研究成果能够为升力式高超声速飞行器再入制导方案设计以及再入任务的总体设计提供参考依据。