登月宇航员月面导航定位方法研究

登月宇航员在月面的导航定位是国际深空探测领域学术研究的前沿课题，先进的宇航员月面导航定位方法对于宇航员安全、高效地完成科学和工程任务并安全返回地球具有至关重要的意义，因此未来的载人登月工程对其有重大的应用需求。本项目以月球卫星、登月舱及宇航服上的多种传感器数据为基础，研究基于影像与多传感器数据集成的宇航员月面导航定位理论与方法，为未来载人登月工程提供精确可靠的导航定位关键技术。主要研究内容包括：宇航员导航定位的空间基准；基于多源及多任务卫星影像和激光高度计数据集成的着陆区高精度无缝三维制图与地标提取；基于深空测控、卫星影像和登月舱传感器数据集成的登月舱定位方法；宇航服上单相机与测距传感器及IMU的宇航员自主精密导航定位理论与方法；基于宇航服上传感器对科学目标和同伴宇航员定位的方法；以宇航员为中心的导航定位信息可视化及交互方法。

该项目按照任务合同书的执行计划正常进行，关键技术路线正确，达到了预期目标。根据项目研究计划，所完成的主要研究内容包括：着陆区高精度三维制图方法与地标信息提取研究、基于轨道器和着陆器/巡视器影像的着陆器高精度定位方法研究、基于宇航服上单相机与测距传及IMU的宇航员自主定位理论与方法研究、基于影像与IMU组合的探测车导航定位方法研究。取得的主要成果包括：建立了月球轨道器影像严格几何模型，提出无地面控制条件下嫦娥二号自检校光束法平差方法；提出局部地形约束的嫦娥一号全球激光高度计数据交叉点平差方法，生成了新的高精度的全月球DEM；提出了一种月球轨道器影像与激光高度计数据高精度配准的方法；实现了着陆器降落相机多分辨率序列影像精细制图；提出了一种适合探测车影像的变分辨率数字高程模型，有效地保持了三维测量的原始精度，并显著消除了数据存储冗余；提出了一种基于水平视角的着陆器/巡视器影像与垂直视角的轨道器影像特征匹配的着陆点定位方法；设计并实现了基于单相机与激光测距仪的宇航员穿戴式定位系统，提出一种基于单相机与激光测距仪的宇航员导航定位方法并在多种环境进行了实验验证；提出了一种基于联邦滤波的IMU/里程计/立体相机的探测车组合导航方法。所取得的成果具有较高的学术价值，在我国未来载人登月工程设计、论证和实施中具有应用前景。项目取得的部分成果已经应用于我国嫦娥三号工程任务，为着陆区精细制图和月球车导航定位提供了技术支持。