小天体附着探测是未来深空探测活动的主要形式之一,轨迹优化和制导是实现探测器安全精确着陆、完成探测任务的关键技术。本论文结合国家973计划项目—“行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究”,针对小天体探测器附着探测过程中存在的约束条件复杂、动力学环境不确知等问题,以提升计算效率和控制精度为目标,对小天体附着探测轨迹优化与制导方法进行了深入的研究,主要内容包括:针对探测器的附着运动和表面移动过程,分别建立动力学方程,研究了不同地形参数对探测器运动轨迹的影响。给出了三轴均质椭球模型、多面体模型及内球谐引力场模型的建模方法,通过数值仿真对其精度和计算效率进行了分析。针对小天体附着多约束轨迹优化问题,基于最优控制理论建立燃耗最优轨迹优化方程,并进行了轨迹优化问题求解。基于庞特里亚金极小值原理推导最优解一阶必要条件,采用牛顿迭代法进行打靶方程求解,通过引入状态转移矩阵实现了对打靶方程雅可比矩阵的精确计算,提高了轨迹优化结果的精度。引入松弛变量,将小天体附着动力学方程中的非凸约束转换为凸约束,通过迭代求解二阶锥规划问题,实现了对轨迹优化方程的快速、精确解算。针对不确定条件下的小天体附着制导问题,引入混沌多项式对随机状态的误差传播特性进行描述,通过求解小天体附着抗差轨迹优化方程,有效地抑制了动力学参数不确知及初始导航误差带来的影响,提高了不确定条件下探测器的控制精度。为了避免弱引力环境下探测器发生反弹后的飘移现象,设计了一种小天体附着主动重着陆制导方法,使探测器在发生反弹以后可以重新规划路径,实现对目标小天体的二次附着,从而提高了附着探测任务的稳定性和成功率。针对弱引力环境下探测器的表面移动问题,分析了弱引力环境下的弹跳移动动力学机理,研究了表面逃逸速度和平衡点稳定性对探测器运动轨迹的影响。在此基础上,利用凸优化进行了小天体表面定点弹跳移动轨迹优化方程求解,分析了转移距离对优化推力控制精度的影响。考虑探测器导航系统估计误差及动力学参数不确知等因素的影响,基于多滑模技术设计制导算法,实现了小天体探测器在不确定条件下的精确弹跳移动。最后搭建了小天体探测器附着制导与控制半物理仿真试验系统,并应用此系统对小天体附着制导算法进行了半物理仿真分析。利用光滑基座平台结合气浮系统的方法实现对小天体周围力学环境的模拟。采用光学导航相机、激光测距仪、惯性测量单元等作为导航敏感器,飞轮、喷嘴等作为执行机构设计探测器模拟器,并开发了地面控制台应用软件实现探测器模拟器的人机交互和终端控制。利用该仿真试验系统对单脉冲制导算法和相平面制导算法进行了半物理仿真研究。