本文以单质量块变质心再入飞行器为研究对象,从动力学建模、运动特性分析、再入减速和机动突防制导律设计、滚转控制系统设计等方面展开了研究。单质量块变质心再入飞行器由外部壳体和内部质量块两部分组成,外部壳体为切削圆锥体外形,飞行器在稳定飞行条件下产生固定配平攻角,通过移动质量块改变外部壳体和质量块组成的弹头二体系统的质心,利用气动配平力矩,控制弹头飞行姿态。本文首先对单质量块变质心再入飞行器的结构和动力学特点进行简要的描述,介绍了建模过程中涉及到的坐标系及坐标系间的相互转换关系,在此基础上给出了系统质心移动和系统滚动形成的交联运动下质量块与外部壳体之间相互作用力的表达式,建立了单质量块变质心再入飞行器七自由度非线性动力学方程组并通过与整体法建立的动力学模型进行对比以及进行开环仿真,验证了所建立的模型的正确性。对再入飞行器进行运动特性分析是进行制导和控制系统设计工作的基础。活动质量块与外部壳体之间的相互作用力和作用力矩是变质心控制的核心,深入分析相互作用力和作用力矩对外部壳体姿态的影响是分析再入飞行器机动能力的关键。本文对活动质量块和外部壳体之间的相互作用力和力矩进行分类,分别推导了其具体形式并分析了物理意义和作用原理,结合非线性弹道仿真研究了各项对弹体姿态运动的影响以及对机动弹道的改变能力。通过对动力学方程进行线性化,得到了滚转通道传递函数并采用古典方法设计了滚转控制器,通过非线性弹道仿真,验证了弹体在质量块控制执行机构的作用下对典型滚转角指令的跟踪能力。由于单质量块变质心控制再入飞行器具有攻角大小不可控,而仅可以通过控制弹体升力面的指向来进行机动飞行的特点,因此大部分常用的飞行器制导方法无法运用于该型再入飞行器制导方案的设计中。本文通过引入误差角坐标系,将弹目运动关系用弹目连线长度、误差角以及速度矢量与弹目连线组成的平面的转角三个量进行描述,分析了通过控制滚转分配升力在弹目连线和速度矢量组成的平面内的分量与垂直于该平面的分量的大小来实现精确制导的可行性。为了实现对误差角大小的精确控制,引入了新的变量,得到了从质量块侧向偏移量到误差角大小的传递函数,设计了误差角控制系统以及反馈增益系数,得到了与误差角指令对应的质量块侧向偏移量指令。提出了基于误差角大小精确控制的再入减速控制方案,阐述了减速控制的逻辑和算法,在典型再入任务条件下,通过七自由度非线性弹道仿真程序验证了方案的可行性。通过建立突防拦截模型,基于一定的简化假设,得到了再入飞行器在误差角控制制导律作用下做螺旋机动时的机动半径计算方法和稳态脱靶量解析解,通过非线性弹道仿真分析了误差角的大小以及拦截弹性能参数对稳态脱靶量的影响。基于误差角控制的再入制导律在高空升力不足时无法对误差角的大小进行有效的控制,而预测重构制导律对再入高空段有较好的适应能力,但是,预测重构制导律对弹载计算机的性能有较高的要求,尤其是在对命中精度要求较高的条件下,其计算量会成倍的增加,所以预测重构制导律不适合作为末制导律使用。本文提出将预测重构制导律作为再入高空段的制导律,交接班处放宽对精度的约束要求,减少了计算量,弹道末段采用基于误差角控制的再入制导律来保证命中精度,有较高的实际应用价值。本文利用遗传算法对预测重构制导律制导参数进行优化,由于预测重构制导律主要对滚转角进行控制,所以采用轨迹线性化控制方法对滚转控制器进行设计并引入自抗扰控制对轨迹线性化控制器进行了优化。