本发明公开一种高超声速飞行器传感器复合故障自愈合控制方法，步骤是：针对高超声速飞行器再入段姿态角非线性系统，建立带有传感器复合故障的高超声速飞行器再入段姿态模型；针对建立的高超声速飞行器再入段姿态模型，设计传感器非线性故障检测观测器和检测阈值，检测传感器故障；设计外环自适应滑模虚拟容错控制器，并根据故障检测结果决定是否在控制器中加入故障补偿项，获得传输给内环的虚拟控制输入信号；根据所得的控制输入信号，设计内环动态面控制器得到所需控制力矩并使系统稳定跟踪给定参考指令。此种方法可解决高超声速飞行器再入段姿态角系统遭受外部干扰与传感器复合故障情况下的故障检测与自愈合控制问题。