太阳系中存在多处有机物羽流喷发或沉积的地点,暗示了现存的行星地质活动和潜在的天体生物学环境。这些羽流喷口处覆盖着未曾触及的新鲜有机物和潜在天体生物学样本,逐渐成为天体生物学和地质学研究的重点,也因此成为国际深空探测任务重要的目标。但由于对于这些行星环境知识有限,特别是对于羽流喷口的具体坐标知之甚少,因此羽流探测必须具备自主定位羽流喷口的能力。为了将科学仪器部署在羽流喷口周围以采集沉积或浅层下潜在的生物学样本,本文提出了利用主动嗅觉方法在着陆过程中自主定位羽流源坐标,并在其附近着陆的方法。研究了主动嗅觉定位方法及其在土卫二冰羽流探测、火星甲烷羽流探测中的应用,及相关羽流探索轨迹策略。研究并建立了羽流定位的概率模型,指出了基于隐马尔可夫和粒子滤波方法在行星羽流源定位中的限制。通过研究羽流流体力学模型,对探测器的观测事件进行概率建模,并将羽流源定位问题归纳为非线性函数的参数估计问题。分析并指出了基本源定位算法,包括隐马尔可夫算法和粒子滤波算法的限制,同时给出了过拟合和负似然的原因。提出了基于蒙特卡洛和仿生搜索的主动定位方法。针对高斯羽流,提出了基于序列蒙特卡洛法的羽流源定位方法,通过卷积计算克服了粒子滤波方法的过拟合和负似然问题,同时降低了时间复杂度,并通过设计残差退化方法保证了精度。提出了探测器下降过程侧向仿生搜索的拟螺线轨迹,以保证羽流捕获。以土卫二为例,上述方法导引穿透弹以极小的Δ代价探索羽流区域、自主定位源点并利用动能直接在浅层中部署科学仪器。提出了基于梯度跟踪的主动嗅觉定位和自主着陆方法。针对高斯羽流,通过引入负对数浓度梯度,解析地求解风速法向的源点坐标分量,通过梯度下降求解风速方向的坐标分量,同时设计并给出了梯度的估计、转化和优化方法。在火星甲烷羽流环境中,该方法结合着陆制导策略,可以使着陆器能以一条风速法线方向最优、风速方向次优的轨迹转移至甲烷喷口软着陆,即使喷口坐标先验未知,且能量消耗和落点误差与目标点已知的情形相近。针对时变羽流,提出了基于最大后验估计的自主源定位方法。通过分析流体力学模型,建立了时变羽流的高斯混合模型,并基于此提出了基于最大后验估计的自主源定位方法,通过引入观测先验分布,最大后验地估计羽流捕获概率,克服二元观测引起的过拟合和负似然问题,并通过拉普拉斯方法在贝叶斯估计和参数拟合间迭代,以概率收敛至目标值。在火星甲烷羽流时变环境中的模拟证明,高斯混合模型可以拟合时变羽流浓度场,同时提出的贝叶斯源定位方法结合着陆制导,可以极小的附加燃料消耗和落点误差导引着陆器转移到源点坐标。本文提出的具有主动嗅觉定位的行星探测器着陆方法,可以在着陆过程中自主定位羽流源坐标,以较小的附加能量消耗,探测器转移至源点周围,使探测器能自主地在具有更高科学价值的地点着陆,为行星羽流探测提供了可能。