制导控制技术是飞行器的“神经中枢”,对任务的完成起着至关重要的作用。随着航天技术的发展,需要未来的飞行器具备高机动、强适应性、高可靠的能力,这对制导控制技术的先进性提出了新的要求。具体表现在飞行器具备更强的实时任务处理能力,能在较大的扰动下具备高精度的打击能力;运载器能够具备故障适应能力,能够在出现故障时具备任务完成或部分完成的能力等;卫星能够具备更强的姿态控制能力,以应对外部干扰不确定性的影响,这些都需要研究新一代的制导控制问题,这类制导控制方法的一个基本特性是,具备在线的任务处理能力,能够在线实施轨迹规划、制导和稳定控制。本文以此为切入点,研究了基于伪谱法的上升段轨迹优化及制导方法,以解决运载器在故障情况下的可重构能力;研究了基于凸优化的再入轨迹优化问题,具备航路点规划和禁飞区躲避能力以提高实时任务处理能力;研究了基于滑模的高性能姿态控制算法,以适应卫星的姿态受到外部干扰和系统不确定性的影响。本文首先对当前面临的背景问题进行了描述,随后对先进制导控制方面的国内外研究情况进行了综述,对在线轨迹优化和可重构制导控制的研究工作进行了总结、分析,为探索有效解决问题的技术途径指明了方向。针对在线轨迹优化及制导问题,重点研究对实时约束的处理能力,因此,选定直接配点法作为研究方法,即采用伪谱法和凸优化方法分别解决上升段和再入段的问题。针对干扰不确定性影响问题,选定了动态滑模控制方法来解决真空段的姿态稳定问题。动力学建模是制导与控制系统的研究基础,是对整个控制系统开展验证的必要条件。根据在线轨迹优化的实时性需求,给出了相关的坐标系定义和坐标转换矩阵,建立了飞行器的质点运动和刚体运动的数学模型,为制导和控制系统设计开展数学仿真验证奠定了基础。以此为基础,构建了最优控制模型和非线性规划模型,并作为优化及求解的基础。本文着重研究直接配点法,因此,对非线性规划问题进行了详细的描述,特别是对求解过程中可能发生的问题进行了着重的描述,随后,介绍了凸优化问题及其典型算法。对于在线轨迹优化而言,其最关键的需求是保证实时性和收敛性。为了提高在线轨迹优化的收敛性和实时性,对伪谱法的关键技术进行了改进,包括采用全状态尺度变化技术,对限制条件的Jacobian矩阵进行稀疏化处理,并采用了自适应网格伪谱算法及改进技术,对算法的最优性和可行性进行了验证分析。随后,主要针对所研究的在线轨迹优化算法研究了相应的自适应制导方法。针对在线实时轨迹优化算法,研究设计了一类在线实时轨迹优化制导方法,以在线轨迹优化为基础,针对当前的飞行状态和飞行条件,利用在线轨迹优化技术,来解决上升段飞行过程中的故障适应性问题,并以一类大型运载火箭为对象进行了仿真验证。以再入飞行器的轨迹优化及制导方法为切入点,提出了在给定速度攻角剖面情况下进行再入轨迹的凸优化问题,为应对终端时间自由给离散化过程带来的麻烦,选择变量替换,以广义能量做积分自变量,从而将时间自由问题转化为固定能量区间的优化问题。随后,针对具有航点和禁飞区约束的再入轨迹优化问题,从时间域入手,采用多段序列凸优化方法,将航点约束转化为各段轨迹相互连接的轨迹平滑约束,将每段飞行时间进行归一化处理,并引入各段终端时间作为控制量,通过轨迹线性化和离散化,并将各种约束进行凸化处理,建立起轨迹凸优化问题并求解。完成了轨迹、制导设计问题后,本文研究了一种带有姿态角速率和控制约束的基于动态滑模的姿态稳定控制方法,与静态滑模控制相比,该方法能够给姿态稳定系统提供一个更快的收敛速率,同时该方法具有简单的结构,能够保证在具有外部干扰、角速率约束和其它控制约束的条件下,具有较高的稳定性。最后,对本文的研究成果和创新点进行了总结和分析,并对在线轨迹优化及制导控制方法的一些难点,特别是能够保证实时性和收敛性的解法以及工程适用性问题进行了分析和总结,对进一步研究方向提出了建议。