可重复使用运载器(RLV)亚轨道上升段飞行试验是RLV关键技术演示验证的重要一环,先进的制导与控制技术是开展RLV演示验证的关键技术之一。RLV在8km投放,最终达到高度75km,速度6马赫。整个飞行过程具有飞行包线大,飞行约束强,大气环境和运动状态变化快,气动特性复杂,各种不确定性高等特点,这些都给上升段制导与控制系统设计带来了巨大挑战。围绕这一难题,本文将着重解决RLV上升段轨迹、制导律、控制律和控制分配设计中的关键技术难点。上升段轨迹的非线性和多约束特性使其优化求解困难,为此本文提出了一种基于轨迹倾角和迎角规划的轨迹设计策略,通过参数组合可覆盖整个飞行走廊,物理概念强。在轨迹参数自动优化求解上,本文构建了基于粒子群优化算法的轨迹优化框架结构,完成了轨迹设计参数的自动优化,算法收敛速度快,设计结果能够很好地达到末端任务高度和速度要求,满足飞行过程中的动压,过载和热流约束。内大气层进行高度跟踪是亚轨道上升段制导的新问题,通过引入了反馈线性化技术,本文提出了一种新的大气稠密区RLV上升段标称轨迹制导策略,完成了闭环制导律设计,解决了高度跟踪到姿态跟踪的非线性难点,保证了RLV末端高度在允许的偏差范围之内。通过反馈线性化技术,将轨迹偏差线性地解算到姿态偏差上,从而可利用线性系统控制理论完成了制导律设计,易于工程实现。为保证RLV具有快速的姿态跟踪能力,在整个高度、速度变化范围内有良好的操纵性和稳定性,本文提出了一种基于轨迹线性化的控制结构,并完成了RLV上升段飞行控制律设计。这种控制结构包括前馈和反馈控制两部分,前馈控制用于改善姿态的动态快速跟踪性能,反馈控制则用于飞行状态偏差下的稳定控制。为验证控制系统的稳定性和鲁棒性,本文给出了基于结构奇异值μ的分析框架,验证了RLV上升段控制系统的稳定裕度和模型参数摄动下的鲁棒性。针对RLV操纵机构的多样性和复杂性,本文提出了一种混合规划的控制分配策略,完成了气动操纵面的分配律和反作用控制系统(RCS)喷管的选择逻辑设计。混合规划根据操纵机构自身特点,在气动操纵面与RCS之间采用不同的控制分配策略来实现各自的优化操纵输出,很好地解决控制力矩的操纵实现,为多操纵机构之间提供一种融合自身特性的协调工作方式。最后本文搭建了RLV仿真验证平台,进行了亚轨道上升段的全过程非线性仿真试验,结果表明了制导律、控制律和控制分配的合理性和正确性。针对RLV气动、质量和推力的不确定性,本文采用蒙特卡罗仿真验证了制导律、控制律和控制分配的鲁棒性。