利用降落影像序列实现嫦娥三号系统着陆点高精度定位

准确确定嫦娥三号着陆器的着陆点是圆满完成嫦娥三号任务的一个重要标志,也是着陆器和巡视探测器开展后续科学探测任务的重要基础.本文通过对嫦娥三号着陆器降落相机获取的降落影像与嫦娥二号获取的着陆区高分辨率DOM影像进行联合处理,利用SIFT特征匹配、图像单应变换和立体视觉测量等技术,实现了嫦娥三号着陆器着陆点的高精度定位,该定位结果为遥操作系统对巡视探测器实施高效可靠的任务规划和指导科学目标探测提供了重要支持.     

VLBI相位参考成像方法用于玉兔巡视器精确定位

实时高精度VLBI技术在嫦娥三号任务中的成功应用,为探测器的成功落月及月面定位提供了重要保障.目前使用VLBI群时延及测距数据获得的玉兔巡视器在月面上相对着陆器的位置精度约100 m.为获得更精确的巡视器位置,在中国VLBI网同波束观测条件下,将天文相位参考成像方法成功用于月面定位.先将探月VLBI软件相关处理机结果转为通用FITS-IDI数据格式,然后用天文成像软件对着陆器和巡视器进行相位参考成像,得到巡视器天线相对于着陆器天线的角位置.在此基础上,提出了新的探测器月面相对定位算法,获得了玉兔相对于着陆器高精度月面位置.由于利用了同一基带转换器数据进行相位参考成像,消除了共同的系统误差,因此获得了极高的定位精度.本文分别完成了玉兔离开着陆器前,两器处于初始零位条件时,以及两器在不同位置相互拍照时的相对位置测量.理论分析、零位测量及与视觉定位结果的比较表明,采用VLBI相位参考法获得的玉兔巡视器的相对位置精度约为1 m.本方法可用于未来月球及行星表面巡视器相对位置精密测量、导航与视觉定位结果的标定.     

嫦娥三号的非凡之旅

正嫦娥三号3大工程目标突破月面软着陆、月面巡视勘察、深空测控通信与遥操作、深空探测运载火箭发射等关键技术,提升航天技术水平研制月面软着陆探测器和巡视探测器,建立地面深空站,获得包括运载火箭、月球探测器、发射场、深空测控站、地面应用等在内的功能模块,具备月面软着陆探测的基本能力建立月球探测航天工程基本体系,形成重大项目实施的科学有效的工程方法     

基于LRO NAC影像的嫦娥三号着陆点高精度定位与精度验证

嫦娥三号(CE-3)着陆器的高精度定位具有重要的工程意义和科学应用价值.本文研究基于美国月球侦察轨道器(lunar reconnaissance orbiter,LRO)窄角相机(narrow angle camera,NAC)高分辨率月球遥感影像进行CE-3着陆点高精度定位的方法,并利用月面绝对控制点进行精度验证.收集历年来CE-3号着陆区和月球表面棱镜点的LRO NAC数据,利用精化后的轨道、姿态及相机参数等数据建立LRO NAC的严密成像几何模型,通过严密成像几何模型的初始点位预测、人工量测和高精度匹配等方式,获取影像上着陆点和月面激光测距反射棱镜点的影像坐标.用DEM辅助单像测图方法分别对CE-3着陆点和各棱镜标志点进行定位解算,将棱镜点的定位结果与地面观测的高精度定位值对比进行精度评价.利用本文方法,得到CE-3着陆点定位坐标为北纬44.1219?,西经19.5113?.     

基于地基观测的嫦娥三号着陆器与巡视器高精度定位

嫦娥三号(CE-3)探测器成功实现了我国首次月球软着陆,对巡视器和着陆器进行高精度定位是保障两器顺利完成月面探测任务的必要前提.本文首先对CE-3月面工作段的测量方式、各观测量测量模型以及运动学统计相对定位方法进行讨论.其次对着陆器进行定位并对定位精度进行评价,得到着陆器坐标为:44.1206°N,-19.5124°E,高程-2632 m(相对1737.4 km月面),通过与月面数字高程模型以及NASA探测器LRO的航拍结果比较,定位差异优于50 m,分析表明VLBI数据对提高着陆器定位精度有显著贡献.最后,利用同波束VLBI数据进行月面巡视器与着陆器的相对定位.与视觉定位方法相比,本文所用的基于地基观测量的运动学统计定位法不受着陆器可视范围限制,且定位精度不随两器距离增加而降低.计算结果表明,在现有的测量条件下,使用纳秒量级的VLBI差分群时延数据,两器相对定位精度在百米;使用皮秒量级的VLBI差分相时延数据,并在定位过程中进行模糊度解算,可以实现米级的月面双目标的相对定位,具有重要意义.     

“嫦娥三号”月球探测器的轨道确定和月面定位

我国探月工程二期"嫦娥三号"月球探测器(CE-3)在月球正面虹湾以东地区登陆,这是我国首次在地球以外的天体成功实施软着陆.CE-3采用X频段测距测速联合VLBI测量技术进行定轨定位工作,其中VLBI采用了ΔDOR测量技术,测量精度较CE-1/CE-2任务有很大提高.本文评估了CE-3地月转移段、环月段和动力落月段的定轨精度,分析了着陆器定位以及巡视器相对定位精度.分析结果表明环月100 km×100 km和100 km×15 km轨道确定精度分别约为20和30 m,精度比CE-2提高约50%,与同时期国外月球探测定轨精度相当.CE-3新增了动力落月段和月面工作段的定轨定位工作,本文利用运动学统计定轨方法确定了CE-3动力落月轨迹,综合分析落月轨迹确定精度优于100 m.利用统计定位方法确定了着陆器的在月固系的位置,以及巡视器相对于着陆器的相对位置,着陆器定位结果和LRO图像数据差异小于50 m,差分群时延数据巡视器相对定位精度在百米量级,而利用高精度的差分相时延数据,结合一定的数据处理策略,可以得到精度在米级的着陆器和巡视器相对定位结果.     

封面说明

<正>我国探月工程二期"嫦娥三号"月球探测器于2013年12月2日凌晨在西昌卫星发射中心发射,12月14日21时在月球正面虹湾以东地区软着陆,如封面显示,这是我国首次在地球以外的天体成功实施软着陆,成为世界上第三个自主实施月球软着陆和月面巡视探测的国家."嫦娥三号"任务是我国航天领域迄今最复杂、     

中国成功实现人类探测器首次月背软着陆

<正>这是人类第一次揭开古老月背的神秘面纱。2019年1月3日10时26分,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现人类探测器首次月背软着陆。经过约38万km、26天的漫长飞行,1月3日,嫦娥四号进入距月面15km的落月准备轨道。北京航天飞行控制中心大厅内,随着现场工作人员一声令下,嫦娥四号探测器从距离月面15 km处开始实     

嫦娥一号卫星受控撞月轨迹测量与落月点坐标分析

利用2009年3月1日嫦娥一号(CE-1)卫星受控撞月段的射电测距与VLBI跟踪时延, 在定位模式下对落月轨迹和落月点坐标进行了解析. 结果表明, CE-1卫星的落月时刻(最后信号的发出时刻)为UTC8h13m6.51s, 落月点在月球主轴系中的月面经纬度和高度分别为52.2732°E, 1.6440°N, ?3.56 km(月球参考半径取为1738 km), 误差分别为0.0040°, 0.0168°, 0.18 km. 对应的月面切向误差为0.52 km, 三维定位误差为0.55 km. 由定位误差推断, 即使维持当前技术指标, 联合射电测距与VLBI观测时延, 能够保障对我国探月二期的着陆器1 km的三维定位精度. 对于巡视器月面轨迹测定, 由于仅发送遥测信号, VLBI将是其唯一的地面跟踪手段. 分析表明, 采用地心距约束等先验信息有利于提高定位精度. 研究同波束VLBI技术在巡视器定位中的应用, 以及分析月面地形图和探测器机载测量等的应用, 值得今后重点关注.     

嫦娥四号登陆月球背面

正2019年1月3日10日时26分,嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面预选着陆区,并通过"鹊桥"中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。嫦娥四号在登陆之前到登陆之后,陆续传回了探测活动的照片。且活动过程中,嫦娥四号的巡视器和着陆器还来了一次可爱的"互动"。     

嫦娥四号:撩开月球背面的面纱

正2018年,中国航天将掀起前所未有的发射高潮,发射任务有望超过40次,其中包括10多颗北斗三号导航卫星、张衡一号电磁监测试验卫星等影响广泛的先进人造地球卫星,但是最引人瞩目的还是嫦娥四号落月探测器,因为它将是全世界首次对月球背面进行史无前例的着陆探测和巡视探测。     

基于"嫦娥一号"的月表形貌特征分析与自动提取

利用"嫦娥一号"CCD相机获得的遥感影像及其经三线阵数字摄影测量处理后的DEM数据(空间分辨率为500 m)进行了月表形貌特征分析.结果表明:月球的平均高程为-742 m,最大高程点和最小高程点均位于月球的背面,其中前者位于Engel'gardt撞击坑东缘,后者位于Minkowski撞击坑的次级撞击坑内;月球表面相对平...     

绕月探测工程科学探测成果

嫦娥一号是我国发射的第一个月球轨道探测器, 是中国月球探测工程“绕”、“落”、“回”发展战略的第一步. 嫦娥一号于2007年10月24日成功发射, 2009年3月1日受控撞月, 在轨运行494天, 其中环月飞行480天, 共获得了1.37 TB的原始数据, 并得到了大量月球数据产品, 填补了我国在月球和深空探测领域的空白. 那么, 嫦娥一号任务的圆满完成, 使我们获得了哪些重大科研成果和哪些具有自主知识产权的核心技术呢? ..............     

一张图了解嫦娥大家族

<正>嫦娥一号任务2007年,嫦娥一号任务实现绕月探测,2009年3月受控撞月。嫦娥二号任务2010年,嫦娥二号验证探月工程二期部分关键技术,获得国际最高的7米分辨率全月图和月球虹湾地区1.5米高分辨率局部影像图;飞至150万公里远的日地拉格朗日L2点进行环绕探测;对700万公里外的图塔蒂斯小行星进行高精度飞越探测,不断刷新中国高度。     

嫦娥奔月

<正>2013年12月2日凌晨1时30分,嫦娥三号月球探测器在西昌卫星中心发射升空。嫦娥三号堪称我国设计制造的最复杂、技术难度最大的航天器之一。实现月球软着陆是此次嫦娥三号的核心任务之一,为了能够成功落月,嫦娥三号使用了先进的大推力变推力发动机,这种发动机能够灵活调节在软着陆下落过程中的推力。此外,测速测距雷达、降落相机、激光测距仪以及先进的导航控制系统,可以保证嫦娥三号安全着陆。当然,它还有自主选择着陆区的能力——识别8°以上的陡坡、识别高度大于0.2米的凸起物。"玉兔号"具备20°爬坡、20厘米越障能力,可耐受     

嫦娥二号的初步成果

嫦娥二号承担着试验直接奔月的新轨道,试验验证月面软着陆相关的关键技术的使命。嫦娥二号绘制了全月球7 m 分辨率的影像图和嫦娥三号着陆区虹湾分辨率为1 m 的高清图像,圆满完成各项科学探测任务。嫦娥二号在日地拉格朗日L2 点监测太阳活动,在距离地球700 万km处与4179 “战神”号小行星最近距离小于1 km的交会探测,拍摄到分辨率10 m的小行星形状、大小与表面结构的高清图像。当前嫦娥二号已经远离地球6 500 万km,成为绕太阳运行的人造小天体。     

西安相机将助“嫦娥”览月

不久前,我国绕月探测卫星主载荷“光学成像探测系统”在中科院西安光学精密机械研究所研制完成,并交付国家探月工程应用系统总体部。此系统将搭乘我国“嫦娥一号”绕月探测卫星,飞行38万km后到达月球上空,为中国人拍下自己的第一张“月球标准照”。在我国探月一期工程即“嫦娥一号”绕月工程中,西安光学精密机械研究所承担了“光学成像探测系统”的研制任务。这套系统由2台具有独立功能的光学遥感设备组成,包括1台“CCD立体相机”和1台“干涉成像光谱仪”。作为“嫦娥一号”绕月探测卫星的主载荷,这套系统将参与我国首次绕月探测工程的科…     

“四妹”和“三姐”的异同

正按照最初的设计,嫦娥四号和嫦娥三号应该是一对双胞胎姐妹。嫦娥四号原来是嫦娥三号的备份星,三号成功后备份转正。在嫦娥三号探月的任务成功后,在科学家们的坚持下,嫦娥四号也有了新任务——去从来没有人去过的月球背面。当然,科学家们根据这一目标改进了嫦娥四号。这次,"四妹"和"三姐"有哪些相同和不同呢?嫦娥四号任务实际上是"两器一星",包括了着陆器、巡视器和"鹊桥"中继星,其中先期发射的中继星就是为了实现对地、对月     

未来如何探测月球

有人梦想在月球上建造密闭的城市,里面的环境与地球的自然环境类似。随着各国探月计划的不断推进,未来的月球基地有望成为真正的＂天上宫阙＂。2013年12月2日,我国用长征3号乙改进型运载火箭成功发射了嫦娥3号落月探测器,它首次实现了我国对地球以外天体的软着陆及巡视勘察任务,使我国成为世界第二个发射无人月球探测车的国家,在全球产生了广泛的影响。那么,从世界范围来看,未来国内外还将发射哪些月球探测器,如何实现探月的最终目标——建成月球基地？     

月球土物理力学特性研究的新挑战和新机遇

<正>2020年12月,我国首个月球采样探测器——“嫦娥五号”成功采集并带回地球1731 g月球样品,使得人类时隔44年再次获得月球样品,标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的圆满成功. 2022年11月,美国“阿尔忒弥斯1号”成功发射,预示着美国重返月球计划正式开始. 2023年8月,印度“月船3号”探测器在月球南极表面成功软着陆.当今世界新一轮探月热潮正在兴起.根据《“十四五”规划纲要和2035远景目标纲要》,