火星探测对人类深空探测意义重大，当前世界各航天大国都积极开展火星探测任务，目的都是为实现载人登陆火星做准备。火星EDL过程是整个火星探测任务中非常重要的一个环节，它决定着登陆器能否实现安全定点软着陆。“凤凰号”之前的火星登陆器均采用弹道式进入，导致落点精度误差达百公里量级，而未来的载人火星登陆要求着陆精度在100m范围内。进入段对升力进行制导控制，可降低开伞点误差，从而提高落点精度；再者着陆段携带燃料的多少决定能否安全着陆，对着陆段进行基于燃料最省的轨迹优化，对整个飞行过程具有重要意义。本文以“火星科学实验室”为模型，对进入段和着陆段利用高斯伪谱法进行了轨迹优化，然后对进入段进行航路点预测校正制导，实现对最优参考轨迹的跟踪。本文具体研究内容如下：首先建立了火星大气环境模型，飞行器结构模型；然后推导了进入段和着陆段动力学模型；最后对高斯伪谱法的基本原理进行了介绍，为后面的轨迹优化和进入制导研究提供了比较精确的数学模型。其次利用高斯伪谱法对进入段以倾斜角为控制变量，末端高度最高为性能指标，在满足初始终端状态约束，控制约束，动压约束和驻点热流密度约束的条件下，进行轨迹优化设计，求解了最高开伞高度。然后以优化得到的轨迹为最优参考轨迹，采用航路点预测校正实现对进入最优参考轨迹的跟踪。设定初始状态误差扰动，分析航路点预测校正制导在提高落点精度和缩短预测时间等方面的良好性能。最后还利用高斯伪谱法对着陆段以发动机的推力比和推力角为控制变量，燃料最省为性能指标，在满足初始终端状态约束，控制约束的条件下，进行轨迹优化设计，求解了最少燃料携带量。