垂直发射导弹作为一种具有进攻性和强大威慑力的武器,近年来被越来越多的国家所重视。在垂直发射导弹飞行发射过程中,导弹需要在极短的时间内完成姿态的快速调转,加之时变的气动参数使得导弹具有很强的非线性特性。且导弹各通道间的耦合项也给导弹运动模型的解算带来了复杂性。这一切给导弹控制系统的稳定性和可靠性提出了更高的要求。此外,传统的欧拉角导弹运动模型在导弹垂直发射时会产生欧拉角奇异性问题。针对以上问题,本文以垂直发射导弹为研究对象,在用四元数建立的导弹运动模型基础上,重点对垂直发射导弹的快速转弯段控制器和末制导段制导律进行设计研究。本文在微分几何反馈线性化方法的基础上,设计了垂直发射导弹快速转弯段控制器,并在考虑干扰项的条件下,引入FCMAC(模糊小脑神经网络)对控制器参数进行修正。然后,利用微分几何方法和李群方法设计了微分几何制导律。最后通过仿真验证了设计的有效性。首先,给出导弹空间运动常用的坐标系及坐标系间的相互转换关系,并对垂直发射导弹飞行过程中受到的力和力矩进行分析,建立了描述导弹质心运动和姿态运动的动力学、运动学模型,从而建立起一套完整的描述垂直发射导弹运动的数学模型。并在此基础上建立了基于四元数的导弹运动模型再次,本文对垂直发射导弹转弯段进行分析研究,考虑垂直发射导弹的多通道耦合、多干扰、系统参数时变、非线性等控制问题,基于微分几何方法和现代控制理论,提出了一种神经网络自适应反馈线性化姿控方法,该方法在反馈线性化中引入神经网络控制分量,利用神经网络可使逼近连续非线性函数过程有很高的精度,使反馈线性化方法自适应于模型不确定和外界扰动,有效克服了反馈线性化依赖于被控对象非线性模型的不足,以及对建模误差敏感且不能处理动态系统未知变化的局限性,提出了一种解决垂直发射导弹的姿态解耦控制方法。最后,针对垂直发射导弹制导过程中产生的运动耦合问题,提出了一种基于微分几何和李群方法的无耦合三维制导律。通过微分几何方法描述垂直发射导弹的运动,同时利用李群方法描述导弹视线方位角。将两种方法结合起来不仅比传统比例导引的弹道平滑,导弹所需过载小,还能使视线转率随弹目相对距离的减小而逐渐降低,且其运算量小,速度快。最终通过仿真验证了所提出的微分几何制导律相比于传统制导律更能改善导弹的弹道特性。