软着陆探测是小天体探测任务中的重要组成部分,自主导航与制导控制是实现小天体软着陆的关键技术之一。本学位论文考虑小天体附近动力学环境的特点,针对着陆轨迹优化、着陆轨迹估计、跟踪控制等问题,开展了不规则小天体自主着陆轨迹优化与控制方法研究。论文主要内容如下:首先,进行了不规则小天体着陆动力学建模与制导控制方案设计。针对不规则小天体引力场的特点,给出了球谐系数、多面体和质点群三种引力场建模方法,建立了小天体着陆探测器轨道动力学模型。考虑不规则小天体着陆的特点,设计了基于模型预测控制的软着陆制导控制方案。其次,研究了多约束条件下小天体着陆轨迹凸优化方法。分析了不规则小天体着陆约束条件,针对探测器与小天体表面碰撞规避问题,设计了下降飞行段和垂直着陆段相结合的着陆轨迹规划方法,考虑非凸的着陆轨迹约束,研究了基于最优分离超平面的凸化方法,对下降飞行轨迹和垂直着陆轨迹进行了规划。然后,研究了考虑误差补偿的探测器着陆状态确定方法。建立了光学导航观测模型,利用多视线信息测量实现探测器位置、速度确定,基于扩展卡尔曼滤波方法设计了导航滤波器,在此基础上,考虑小天体复杂环境下未建模扰动加速度的影响,研究了干扰补偿输入观测器,提高状态确定精度。最后,研究了不确定环境下着陆轨迹跟踪预测控制方法。针对软着陆过程中环境加速度等外部干扰对着陆精度的影响,设计了基于二次规划的跟踪预测控制算法,考虑探测器状态约束和燃耗限制,对着陆轨迹进行滚动优化,结合状态量的多步预测和跟踪反馈控制结构,实现了对规划轨迹的跟踪控制。