高超声速飞行器由于其具有高速飞行能力、突防能力强、大空域飞行的特点,故在军事和民用方面等领域都有着非常好的应用前景。因此,高超声速有关的技术得到了快速的发展,并逐渐成为研究的热点,而再入制导技术作为其中一项重要技术也同样得到了广泛的关注。由于飞行器进入大气层时,飞行环境突然变化而导致的初始条件改变,同时,在实际飞行的过程中飞行器也会受到环境因素的影响,可知原来设计好的飞行轨迹已经不合适了,因此需要在线重新设计飞行轨迹使飞行器到达目标位置,故,在线设计再入制导律尤为重要。本文针对高超声速飞行器再入制导算法问题,依次开展了下面三个研究工作:本文在标准轨迹制导算法基础上进行研究,那么首先需要生成期望轨迹,这里根据需要的飞行任务、结合飞行器模型和约束条件建立最优控制问题,通过高斯伪谱法求解该问题,从而得到一条最优的可行轨迹,以该轨迹作为参考轨迹用于之后的跟踪过程。在跟踪期望轨迹的过程中,为了提高飞行器的鲁棒性,引入预测控制滚动优化算法,制导过程中结合预测模型、约束条件等建立最优控制问题,用滚动优化实时根据当前飞行器实际状态预测飞行轨迹;最后利用高斯伪谱法对建立的最优控制问题进行离散化并转化为非线性规划问题,用相应的优化算法进行求解,得到最优控制量,从而得到实际飞行轨迹。通过仿真验证,证明了该算法的对于期望轨迹跟踪的有效性。针对非平滑问题带来难以精确跟踪轨迹的情况,在引入预测控制时,提出用曲率来表示问题的非平滑程度,并根据曲率的大小来设计变时域策略。首先,针对已经生成的期望轨迹,在期望轨迹的高斯点之间设置判断点;之后计算这些点上的关于高度、速度、攻角和航迹角的综合加权曲率,并将该曲率值与设置的标准值进行比较,即以该曲率值作为判断标准来设置预测时域的大小;对期望轨迹进行跟踪时,在当前制导周期确定预测时域的大小,然后根据当前的预测时域和性能指标等建立最优控制问题,用高斯伪谱法进行求解并得到实际轨迹。通过仿真验证了该算法可提高对期望轨迹的跟踪精度。