随着人类深空探测活动的逐步开展,火星作为太阳系中与地球自然环境相似且距离较近的行星,成为人类开展行星探测的首选目标。作为火星探测任务中科学探测主要载体的火星车,提高其在复杂未知环境下的工作能力一直是工程和学术界研究的热点问题。本文结合中国首次火星探测任务（天问一号）,对“祝融号”火星车任务规划方法进行研究。首先对火面复杂环境进行建模,在此基础上进行了任务级路径规划和行为模式规划分析,最后分别通过仿真分析和在轨应用验证了规划效果。为提高火星车的智能化水平,开展了自主科学探测方法研究,通过自主科学目标识别和轨迹跟踪行驶控制,来提高人机协同工作效率和扩大科学探测数据量。在广泛地调研国内外巡视器及任务规划技术的基础上,分析了火星车在火面工作的任务需求,提出了一种基于人机交互的分层式火星车任务规划结构。综合考虑动态时间、静态地形、光照和能源等因素,得出了火星车相对太阳、地球和环绕器间的函数关系。在此基础上将任务规划分解为路径规划、行为模式规划、自主目标识别等功能模块,分析了各部分之间的关联与区别。针对火星探测的特点,分析了多种地形因素、太阳光照和通信条件对于火星车任务级路径规划的影响。建立以地形危险度、能源危险度和通信条件危险度为核心的火星表面行驶环境地图,结合人工代价点在危险度地图上搜索得到满足科学探测需求的任务级规划路径。建立了火星车6种常规行为模式的状态空间,在状态空间上进行前向链式搜索,得到满足能源、热控和资源存储等条件的行为工作序列。通过仿真和在轨应用验证了得出的规划结果能够满足火星车的工作需求。任务级路径规划和行为模式规划为火星车在轨阶段的工作取得较好的支持作用,为满足未来火星车对自主能力的需求,提出了自主识别岩石的网络结构。具体来说通过结合交叉注意力（Criss-Cross attention,CCA）模块和高效通道注意力（Efficient Channel Attention,ECA）思想得到改进的U-Net网络结构。将“祝融号”火星车在轨采集的图像数据进行标记处理,得到火星表面岩石数据集。与其他几种岩石分割网络相比所设计的图像分割网络的准确率具有一定的提升。考虑到火星表面复杂的环境和火星车开展科学探测对位置精度的客观需求,以火星车最常采用的盲走移动模式为研究工况,设计了考虑非完整约束条件的轨迹跟踪控制器来提高火星车行驶性能。首先由规划模块规划出便于火星车准确跟踪的多段定曲率圆弧连接轨迹,之后通过改进的模型预测控制对轨迹进行跟踪,最后通过仿真分析了几种火星车在轨常规轨迹的跟踪精度,能够满足火星车移动安全性能和科学探测精度的需求。本文的研究成果为火星车的整体任务规划提供了基础的设计方案,针对自主科学探测方面的研究,对我国后续的星球车探测任务具有一定参考价值。