高精度月球大地控制网和多尺度月面基础影像库构建方法研究

In recent years, an uniform, standard and high-precision geographic reference is urgently needed for lunar exploration programs including soft landing and rover investigation on the lunar surface, lunar sample returning, permanent lunar base building, and processing, application or comprehensive research for exploring data, especially high-precision remote sensing mapping. It will be a base for lunar exploring data. Recent lunar missions, such as Lunar Reconnaissance Orbiter project, Chang'E-1 project and Chang'E-2 project, have returned abundance data and realized an integrated global exploration for the moon. In comparison with historical exploring data, these data are greatly improved in terms of spatial resolution, data quality, consistency and integrality. There are obvious inconsistency and large errors among existing lunar exploring data from different missions, and there are many defects for existing lunar control networks. In this work, we will make good use of the superiority of data from the three platforms, and the lunar laser ranging(LLR) data from ground station will be introduced into our work. Based on these data analysis, we will focus on data combined processing approach for multi-platform and multi-sensor, and will study on the method of creating high-precision lunar control network and multiple-scale lunar basemap. The precision validation and feasibility analysis of the method will be realized on a typical site data. The method will provide research ideas and technology supports for Chinese future lunar and planetary exploration.

近年来月面软着陆与巡视勘察、月球采样返回和建立月球永久性基地等探测计划，月球探测数据处理、应用与综合研究，特别是高精度月面遥感制图等迫切需要建立统一、标准的高精度月球地理基准，以规范月球探测数据的使用。近年几次月球探测任务，特别是美国月球勘探者号、我国嫦娥一号及嫦娥二号，获取了丰富的探测数据，实现了对全月高精度的全球性与综合性勘察探测。这些数据在间分辨率、数据质量、数据一致性和完整性等方面与历史数据相比有了显著的提高。本项目将针对现有探测数据空间位置存在明显不一致性与较大误差的现状，及现有月球大地控制网的缺陷，充分挖掘这三种平台探测数据的互补优势，引入月面激光反射器高精度地基观测数据，深入探索多平台、多传感器数据联合处理的途径，研究建立高精度月球大地控制网和多尺度月面基础影像库的方法，选择典型实验区对之进行精度验证与可行性论证，以期其对我国未来月球与行星探测的科学探索提供研究思路与技术支撑

本课题全面分析了多平台、多传感器月球探测数据的图像特征和精度，包括美国月球勘探者号（LRO）与嫦娥二号（CE-2）等，系统识别了这些多源数据之间的互补优势关系。嫦娥二号探测器采用两线阵立体相机，获取了覆盖全月面空间分辨率为7m的两个视角立体影像数据，是目前覆盖最全的月球高分辨率立体影像，在制作高质量月球控制网方面具有巨大的潜力。本课题以CE-2立体影像为主要数据源，在5个月面激光反射器高精度月面位置的支持下，研究高精度月球大地控制网和月面基础影像库的构建方法。取得的研究成果主要包括：1）建立了适用于月球线阵影像的匹配方法，解决了月海和中低纬度高地区域因图像不清晰、对比度低、纹理匮乏等因素引起的匹配点数量稀少、分布不均等问题；2）建立了适用于线阵影像数据的全球联合处理模型，对CE-2获取的覆盖全月的384长条带立体影像，进行了全球联合处理，平面相对位置标准差为4m（小于1个像元），高程相对标准差为5m（小于1个像元），实现了这些原始影像数据在全球范围内的无缝镶嵌与绝对定位；3）制作了空间分辨率7m、20m和50m等三种不同级别的全月基础地图数据，包括平面影像图和地形数据，该产品在空间分辨率、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它全月地图产品相比具有明显的优势；4）建立了控制点自动提取的方法，并在全球范围内成功提取了32123圆形撞击坑，制作了控制点影像库。本课题产生的这些基础数据，在一定程度上使得人类对月球表面的认识更加细致和全面，将被用作月球探测工程和月球科学研究的地理基准，具有非常重要的意义和实用价值。