本文以火箭子级返回为背景,研究火箭子级返回大气层内的制导控制技术。针对其返回过程中的飞行环境及火箭子级特性,提出了基于终端角度约束的滑模制导方案,设计火箭子级返回直接自适应模糊控制过载控制器,考虑火箭子级返回过程中存在的模型不确定性和外界扰动对系统的稳定性和性能影响,设计扰动观测器以增强控制系统的鲁棒性。本文的主要工作包括以下几个方面:1)分析火箭子级返回过程中的作用力和作用力矩,考虑飞行过程中的风干扰因素,建立了火箭子级返回大气层内的六自由度数学模型。2)通过建立大气层内制导模型,设计能保证末端位置和落角条件的有限时间收敛制导律;并采用2阶鲁棒精确微分器对由系统偏差、干扰及参数不确定性等组成的系统总扰动进行估计,在制导律中进行补偿。3)基于小扰动线性化理论及状态反馈方法建立控制模型,并由此设计火箭子级返回自适应模糊过载控制器;分析了火箭子级返回自适应模糊控制过载控制系统的全局稳定性;基于线性化模型、绕质心转动模型及六自由度制导模型进行控制系统的仿真测试与分析。4)设计扰动观测器,得到火箭子级返回控制系统补偿模型,分析控制系统的全局稳定性,并基于改进的火箭子级返回过载控制器进行与标称控制器的仿真对比。