面向探月卫星视觉融合定轨的月面适配性研究

On the background of vision/radiowave fusion based orbits determination for lunar probes, a set of suitable matching-area identification method for lunar surface with high reliability will be studied based on Chang E actual measured data and constrains from statllite orbits and ground tracking, in which the problem of lunar surface-matching suitability will be analyzed synthetically under fusion of pattern classification and multi-attribute decision-making. Firstly, a theoretical framework of lunar surface-matching suitability will be constructed based on synthetical description combining vision aided orbit determination, lunar surface lighting and imaging, multi-temporal image matching, and constrains from orbit and tracking. Through the framework, the problem is divided into two sub-problems, which respectively are construction of image-information-based synthetic features and build of constrains-based decision-making and evaluation principles.After design of several primary suitability features according to characteristics of image textures, imaging and matching algorithm, a genetic-based optimization searching algorithm will be established to find synthetic suitability feature with the highest fitness. The selected synthetic feature, combining with constrains from orbit and tracking, will be used to construct a multi-attribute decision-making model for lunar surface-matching suitability, and further the identification method for lunar suitable matching-area is realized.Our work is expected to enlarge the application of vision information in space orbiters, and provide theatrical guides for suitable matching-area identification in vision-aided orbit determination and precise landing on planet surfaces.

以探月卫星视觉/无线电融合定轨为背景，基于嫦娥任务真实图象和轨道数据，并结合卫星轨道和地面测控约束，采用将模式分类与多属性决策相融合的基本策略进行月面景象区域适配性问题综合分析，拟构建一套高可靠的月面景象适配区辨识方法。首先结合卫星视觉辅助定轨原理、月面光照与成像特征、多时相月面匹配特点，以及轨道和测控约束条件，对月面景象区域适配性问题进行综合描述，建立理论框架，将月面景象区域适配性问题分解成基于像面信息的综合适配特征构建和考虑轨道及测控约束后的综合决策与评价准则构建两个基本问题；通过若干基本特征的进化学习合成像面综合适配特征并进行可靠性测试；将训练得到的月面像面适配特性，与卫星轨道与地面测控条件等约束联系在一起构建月面景象区域适配性多属性综合决策模型，并进一步得出景象适配区综合辨识方法。本课题力求拓展我国嫦娥卫星实测数据的应用，为深空精确定轨和精确定点软着陆提供适配区辨识方面的理论指导。

课题以深空天体视觉/无线电融合定位与定轨为背景，基于嫦娥任务真实图象和轨道数据，并结合卫星轨道和地面测控约束，采用将模式分类与多属性决策相融合的基本策略进行月面景象区域适配性问题综合分析，力求拓展我国嫦娥卫星实测数据的应用，为深空天体光学导航和精确定点软着陆提供理论指导。 .经过前两年的研究，按照预定计划突破了月面景象适配性分析与评价中的关键技术，包括：月面匹配区可靠基准图的制备方法，基于月面成像约束的大规模阵列区域图像匹配算法，初步实现了匹配区的可靠选取，所制备基准图的匹配正确率达到98%。随着研究的深入，第三年研究逐步涉及基于深空天体景象匹配的航天器空间定位这一更深入而复杂的问题。基于月球图像数据，建立了月面图象匹配定位实验平台，实现了基于大范围月面匹配区的100m定位结果；同时在嫦娥二号飞越小行星Toutatis的光学图像上尝试有效特征的选择，以及有效匹配范围的确定。基于所提算法实现了嫦娥2号探测器在距地球700万公里外与小行星Toutatis间60m的相对定位误差，并刷新了国际上对Toutatis尺寸的测量结果。.相关成果在重要期刊与会议上发表/录用论文13篇（负责人为第一作者11篇），含SCI期刊检索4篇，EI检索8篇，其中包括天文领域权威杂志《Astronomical Journal》（IF：4.97）,遥感领域权威杂志《IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing》(IF: 3.51)。申请授权国家发明专利2个，国防专利1个。连续在第四届、第五届中国卫星导航年会上获得青年优秀论文奖，并获得第七届国际发明展览会铜奖，目前被推荐参评第七届中国卫星导航年会大会优秀论文。成果受到国家探月工程总师吴伟仁院士以及欧空局（ESA）罗塞塔—菲莱探测器着陆彗星Comet 67-P项目首席科学家G.H.Schwehm教授的较高肯定。.综合以上，经过三年研究，一方面实现了适配性评价算法和月面基准图的高精度制备， 圆满完成了课题最初研究计划；另一方面，将研究内容进行深化和拓展，开展基于所提算法的月面以及小行星表面定位的应用研究，并取得了具有一定国际影响力的成果。