本课题来源于国家科技部“973”计划子课题“不规则弱引力场中探测器运动行为分析与着陆控制”。导航、制导与控制作为远太空探测最基本也是最核心的一项技术,不仅影响航天器整体性能,而且对探测任务能否顺利完成至关重要。由于着陆采样在人类实施行星探测任务中有着重要的研究价值,因此小行星软着陆技术成为近几年的研究热点和难点。依据航天器软着陆过程特点及控制要求,本文针对航天器导航及控制方法进行了较为详细的研究和探索。论文的主要研究内容包括:首先,剖析着陆过程中航天器的动力学行为,在研究基本运动理论-牛顿运动定律和数学知识原理-相对微分原理的基础上,综合考虑小行星弱引力场所产生的不规则引力以及星体自旋等因素,推导出轨道动力学模型。其次,针对航天器着陆任务导航精度要求,考虑探测小行星系统非线性等特性,提出一种光学导航信息辅助惯性测量单元组合导航方式。建立了惯性测量与光学测量模型,同时以目标着陆点作为参考点,推导了自主导航滤波模型,提出基于强跟踪的容积卡尔曼导航滤波器,在导航系统有不确定项时能够保持其估计性能,进而计算出航天器所在位置以及自身的姿态状态,同时,减小测量噪声干扰。仿真实验验证了本文所提出的导航方法的有效性和滤波器的优越性。最后,对比研究了着陆段的多种控制策略。为减少航天器燃料耗损,基于燃料次最优理论对航天器标称轨迹进行规划,同时给出其标称轨迹制导方法。针对探测器控制系统非线性特点和滑模变结构控制存在抖振、轨迹跟踪收敛速度慢的问题,详细研究了双幂次趋近律滑模变结构控制方法及其控制性能,提出了基于双幂次趋近律的超曲面滑模控制方法。同时针对动力学模型中不确定项与干扰项,重构复合干扰项,给出了简单有效的干扰观测器设计方法,并对其估计补偿。仿真实验结果表明,所提出的控制策略能够保证航天器规划轨迹的快速跟踪,且使航天器降落过程平稳、准确。