制导,导航和控制(GNC)是月球软着陆的关键技术,而实现软着陆是人类进行月球探测活动的基本要求。本文针对月球探测软着陆的制导和控制过程,在系统总结了这一领域研究现状的基础上,建立了姿态轨道耦合的动力学模型,同时运用最优控制方法,设计了制导控制律。首先,对软着陆的方式和具体过程进行分析,探讨了软着陆自主导航的方式以及需要配备的导航敏感器,分析了对软着陆制导控制的要求,常用制导方法和非线性控制方法,着陆轨道约束,以及着陆地点的选择。根据中国实际情况,并结合国外的成功经验,提出了月球探测器软着陆制导与控制问题的总体方案,本方案是全文研究的基础。为了克服姿态控制系统跟踪姿态角有延迟和超调对整个着陆过程产生的影响,根据刚体的运动学原理,同时为了保证状态的可测性,考虑月球的自转,在非惯性系下建立了着陆舱姿态轨道耦合的动力学模型。此时控制输入不再是姿态角,而是控制力矩。根据最优控制理论世纪的软着陆制导律,可作为一个开环制导过程。但是开环最优着陆轨迹的求解是一个两点边值问题。考虑到控制的实时性要求,参考运载火箭制导过程的分析方法,在新建立的动力学模型的基础上,假设月球为一均匀引力场,以燃耗最优性为出发点,研究了一种显示制导方法。通过仿真计算,结果显示这种制导方法可以实现燃耗次优软着陆。由于这种制导方法与着陆舱的质量、推力大小无关,只与可测的状态有关,有较好的鲁棒性。