空天飞行器因其作用范围广、速度快、打击能力强以及可回收等优点在军事和民用上具有重要价值,但其技术难点较多,特别是在飞行器执行完任务返回地面过程中,再入环境复杂、模型非线性强、飞行包线大、不确定性众多,这些问题使得再入制导与控制研究颇有挑战性。本文对国内外文献进行了整理总结,以HORUS-2B空天飞行器为对象展开对再入过程的研究。首先建立了飞行器的非线性模型,并具体分析了模型静态特性和动态特性,分析表明再入过程中会出现荷兰滚发散、航向不稳定和副翼反操纵等问题。为了弥补气动插值法的不足,本文采用代理建模的方法拟合了模型的气动系数,用拟合优度检验表达式的可靠性,并与插值法进行对比验证,验证结果说明了代理建模的正确性。其次通过分析再入过程的约束条件,本文详细的对再入阶段进行了划分,重点针对亚轨道的攻角保持段和过载保持段进行轨迹设计,基于动压变化的物理机制分析下沉率、垂直加速度和动压变化的关系,得出结论,飞行器再入攻角和过载越大越能抑制动压增大的趋势。本文采用解析法反向解算出满足最大动压的高度上界,采用先攻角保持再过载保持的策略下滑,利用动压峰值确定攻角指令的范围和过载指令的范围,对标称轨迹进行了仿真分析,考虑到能量不确定性对轨迹的影响,本文分析了初始状态与动压峰值的关系,对过载指令进行了修正。最后为了跟踪标称轨迹,设计了攻角切换到过载的纵向控制方案,针对经典控制方法调参的不足,把模糊控制与PID控制相结合改进传统控制算法,通过对攻角阶跃信号的响应对两种算法做了对比,证明改进之后系统性能优于之前的系统性能,然后对攻角保持段和过载保持段进行了仿真,考虑到再入过程的不确定性影响,把对系统影响最大的气动不确定性加入控制中,研究结果表明本文控制算法具有一定鲁棒性。