基于同波束VLBI测量对嫦娥五号卫星交汇对接的相对实时定位

嫦娥五号(CE-5)卫星调姿复杂,包括多次星上探测器分离及交汇对接,在两器分离或靠近阶段,我国甚长基线干涉网对其进行同波束测量。CE-5首次实现了月球距离上的卫星交汇对接。基于VLBI差分时延,本文采用差分定位方法首次实时测定了CE-5轨返组合体与上升器交汇对接过程中的相对位置。该方法能够更加直观快速地判断对接状态。CE5首次在月球以远的距离上对卫星实施月球轨道逃逸制动,本文采用瞬时状态归算方法实时监测了CE-5轨返组合体两次月地转移入射的制动过程,精确判断了轨道制动的状态,为后续深空探测的定位及轨道制动提供借鉴。     

嫦娥四号着陆点高精度定位图

正嫦娥四号探测器于2019年1月3日在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑成功软着陆。封面展示了着陆区数字高程模型(下图)、着陆器监视相机影像单像量测结果 (右上图)和嫦娥四号着陆点定位图(左上图)。基于多源影像,利用影像特征匹配定位和单像视觉测量定位技术,确定了嫦娥四号着陆点的精确位置为(177.588°E, 45.457°S)。更多信息及技术细节见本期177页。     

同波束VLBI测量下的天问一号火星车定位及精度分析

针对中国天问一号火星探测任务中的火星车定位问题,进行了相关方法的研究和精度分析。根据现有测控条件,考虑到火星车无地面测距数据,提出了利用轨道器和火星车的同波束甚长基线干涉测量（same-beam very long baseline interferometry,SBI）数据对火星车进行定位的方法。由于利用SBI联合轨道器测距数据无法在定轨定位的同时解算差分相时延模糊度,分析了在固定轨道器的轨道情况下,仅利用SBI数据进行火星车定位。结果表明,火星车定位误差随着轨道器的轨道精度提高而减小,如果轨道器的轨道精度从1 km提升到100 m或10 m,6 h SBI数据可以将火星车定位精度提高到数百米,同时,增加数据弧段可进一步提高定位精度,当对着陆器高程方向进行约束时,定位精度会有明显改善。     

深空探测器同波束相位参考成图相对定位方法

针对我国后续深空探测任务中高精度相对定位需求,提出了采用天文同波束相位参考成图技术进行深空探测器相对定位的方法。首先建立适用于深空探测器信号特点的同波束相位参考成图相对定位模型,然后分析信号带宽和UV覆盖两个因素对测量精度的影响。最后利用我国VLBI观测网(CVN)在2013年15、20和21日接收的嫦娥三号着陆器和玉兔号巡视器下行同波束数据,处理得到了巡视器在5个环拍点相对着陆器的位置,验证了本文方法的可行性及其对探测器下行信号的强适应性。与视觉定位结果的对比表明,巡视器相对着陆器定位精度达到米级。     

同波束干涉测量在月面相对定位中的应用

基于同波束干涉测量原理和观测模型,针对月面目标特性,推导了给定着陆器先验位置的差分时延、差分时延率观测方程。引入指定高程约束、月球数字地形模型等约束方程,提出巡视器相对位置确定的卡尔曼滤波算法。通过仿真数据进行了验证和评估,表明该算法可快速、较高精度地确定月面巡视器相对着陆器的位置。     

基于监视相机单像量测的嫦娥三号巡视器与着陆器分离决策支持

嫦娥三号探测器系统两器分离是着陆后进行的第一个关键动作,也是后续着陆器探测和巡视器月面巡视勘察的基础,解决两器安全分离问题对于整个工程的实施具有重要意义。针对实际任务中对分离决策实时性和可靠性要求高的特点,使用基于着陆器监视相机的单像量测方法对月面环境中障碍物和通信遮挡包络进行分析计算,评估两器分离过程中的不安全因素,为两器分离决策提供支持。介绍了监视相机单像量测和通信遮挡包络计算方法,并对量测精度进行了分析验证。     

遥感制图与导航定位技术在嫦娥三号遥操作中的应用

系统介绍了嫦娥三号遥操作中基于影像的遥感制图与导航定位技术的应用方法。利用降落相机序列影像实现了嫦娥三号着陆器在嫦娥二号卫星影像上的高精度定位,并生成了着陆区高精度3维制图产品;利用导航相机立体影像生成巡视器周围地形产品,采用站间影像匹配定位和DOM匹配的方式实现了玉兔号月球车的连续高精度定位;将高精度的定位结果和制图产品应用于月球车遥操作任务规划中,为月球车的安全行驶和科学探测提供了精准的定位和3维地形信息。月球车月面巡视探测工作的顺利完成,验证了这些应用技术的可靠性。     

ERP精度对“嫦娥一号”差分VLBI定位精度的影响

推导了差分VLBI（ΔDOR）用于月球探测器定位的数学模型,利用嫦娥一号实测数据对探测器的位置和地球自转参数（ERP）同时进行了解算,并分析了ERP先验精度对定位精度的影响。     

嫦娥3号巡视探测器桅杆的转动角度误差检校

嫦娥3号巡视探测器桅杆的展开机构、偏航机构和俯仰机构在转动过程中存在系统性的偏差,这些误差影响了巡视探测器导航定位、地形恢复和路径规划的精度.针对这一问题,文章提出了一种间接平差模型,通过真实数据试验证明该方法能够用于对嫦娥3号巡视探测器桅杆的转动角度误差进行检校,并且具有很高的精度和稳定性.     

资源三号卫星境外高精度定位方法研究

针对资源三号卫星境外高精度定位的实际需求,在缺乏境外地面控制点数据的情况下,采用美国华盛顿地区几何定位精度较高的商业卫星WorldView影像作为控制数据对其进行系统误差检校和精度评价。试验表明,资源三号卫星在美国华盛顿地区的平面精度约为16.702 m,高程精度约为2.435 m。在中心布设一个控制点剔除系统误差后,可以显著提高卫星的平面定位精度。     

基于嫦娥二号立体影像的全月高精度地形重建

提出了一种针对嫦娥二号高分辨率立体影像的全月处理方法,采用5个激光反射器的月面位置作为绝对控制点,制作了一个新的全月地形产品（CE2TMap2015）,包括7 m、20 m和50 m 3种不同分辨率类型的数据,实现了全月球范围内的无缝镶嵌和高精度绝对定位,数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）均实现了全月球覆盖。在评估CE2TMap2015地形数据产品平面位置精度和高程精度的基础上,与SLDEM2013、GLD100和LOLA DEM等全月地形产品进行了比较,结果显示CE2TMap2015地形数据产品在空间分辨率、全月覆盖率、数据连续性、绝对定位精度和地貌结构细节表达等方面与其他全月地形产品相比具有明显的优势,可广泛用于月球科学研究和应用。     

多源数据的嫦娥四号着陆点定位

嫦娥四号着陆点的精确定位对于工程任务安全高效实施至关重要。本文基于嫦娥二号正射影像、LROC NAC正射影像、嫦娥四号降落相机影像、嫦娥四号监视相机影像等多源数据,利用影像特征匹配定位和单像视觉测量定位技术,确定了嫦娥四号着陆点的精确位置为(177.588°E,45.457°S)。本研究结果对综合利用多源数据深入开展着陆区科学研究具有重要意义。     

基于遗传算法的高精度GPS相对定位解算研究

在高精度GPS相对定位中,初始模糊度的确定是保证高精度、快速定位的关键。依据遗传算法(GA)的稳健、并行和简单通用等特点,基于遗传算法的相对定位解算问题具有现实意义。基于改进的遗传编码和算法,建立同步实现相对定位坐标向量和模糊度的解算模型和流程,并通过实测数据的算例,对所提出算法的可靠性、搜索效率进行论证。     

嫦娥-3号月面巡视探测器立体相机的控制场检校

嫦娥-3号月面巡视探测器安装了一对导航相机、一对全景相机和一对避障相机,对这3对立体相机的检校是实施月面巡视探测器导航定位和地形恢复的基础。通过建立高精度的控制场,采用附有约束条件的间接平差方法,对嫦娥-3号月面巡视探测器的立体相机进行高精度的检校。试验表明,该方法能够提高相机检校的精度和稳定性。     

VLBI,SVLBI技术用于月球探测器定位的理论模型

"嫦娥一号"为我国的深空探测拉开了序幕,高端的VLBI以及SVLBI技术在我国探测器定位领域中的地位是其他技术无可取代的.以VLBI技术为基础,分别列出利用地而VLBI和空间VLBI观测量两种观测确定月球探测器位置的理论模型,并整理得到间接平差的误差方程.     

高精度实时相对定位的系统设计,作业性能及测试结果

本文就一种新的高精度实时差分定位系统给出其软件和硬件的概念，这个系统的设计目标及其操作原理均建立在徕卡公司ＧＰＳ产品Ｗｉｌｄ ＳＲ２９９的基础之上。     

基于降落相机图像的嫦娥三号着陆轨迹恢复

嫦娥三号降落相机在探测器实施软着陆的过程中获取了大量序列月面图像,这些图像不仅为公众提供了可视化的着陆过程,而且为着陆器在卫星遥感影像上的高精度定位提供了数据基础。在分析这些序列图像成像几何特性的基础上,提出一种利用降落序列图像进行嫦娥三号着陆器轨迹及姿态恢复的方法。首先通过序列影像进行自由网平差,建立各降落影像及月面的相对位置和姿态关系;然后通过量测卫星遥感影像及降落影像上月面标志物的尺寸,求解出建立的相对模型的尺度,从而恢复出序列降落影像在着陆过程中的带尺寸的位置和姿态;最后通过降落影像的密集匹配,完成着陆区域月表3维模型的重建。本文充分挖掘了降落相机的应用潜力,为嫦娥三号着陆任务中后续科学探测工作提供了高精度的数据支持。     

资源三号多光谱影像谱段间相对内参关系标定及高精度配准

针对资源三号多光谱相机,提出利用同时获取的各谱段影像间高精度提取的同名像点建立多光谱相机各谱段对应分片CCD之间的位置模型,求解它们的相对内参关系参数,并应用此模型实现了谱段间影像的高精度谱段配准。试验结果表明该方法能够实现资源三号卫星多光谱影像优于0.3像素精度的谱段间自动配准。     

定位归算在嫦娥四号中继星变轨阶段的应用

2018-06嫦娥四号中继星发射任务圆满完成,为2018-12的嫦娥四号月球背面降落任务打下良好的基础,其中甚长基线干涉测量技术(very long baseline interferometry,VLBI)测轨分系统在卫星的定位、变轨等方面起到了重要的作用。统计了嫦娥四号中继星任务实时阶段VLBI观测的时延、时延率和定位结果的精度,讨论了定位归算在嫦娥四号中继星轨控弧段实时轨迹监测中的应用。在中继星进入Halo轨道的过程中,能够实时监测到定位归算结果给出的轨道根数变化,以实时监测变轨情况,并通过事后与定轨结果比对,判断定位结果的正确性与准确性,从而为后续飞行任务提供了一种新的Halo轨道实时监测的方法。