基于角锥体原理的月面巡视探测器定位方法

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1、第21卷第5期航天器工程Vo1．21No．52012年1O月SPACECRAFTENGINEERING43基于角锥体原理的月面巡视探测器定位方法顾征贾阳魏世俨张建利(1北京空间飞行器总体设计部，北京]00094)(2武汉大学测绘学院，武汉430079)摘要为了获取月面巡视探测器在月球表面的相对位置信息，提出了一种基于角锥体原理的相对定位方法。此方法无需初始值，仅利用巡视探测器获取的包含着陆器目标的影像，就可以实现巡视探测器高精度定位。通过嫦娥二期工程试验，验证了该算法的有效性，可为月面巡视探测器开展科学考察任务所应用。关键词月面巡视探测器；角锥体法；空间后方交会

2、；定位方法中图分类号：THll2文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2012．05．006LunarRoverLocationMethodBasedonPyramidPrincipleGUZhengJIAYangWEIShiyanZHANGJianli(1BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)(2SchoolofGeodesyandGeomatics，WuhanUniversity，Wuhan430079，China)Abstract

3、：Inordertoobtainthelocalpositionoflunarrover，anewwaybasedonpyramidprinci—pieisproposed。Themethodusescoordinatesoffeaturepoints，pickedupinphotosaboutlunarlander，tocaculatethepositionoflunarroverpreciselywithoutanyinitialvalue．Thefieldtestforthe2ndphaseoftheChang’eprogramdemonstratesth

4、eeffectivenessoftheproposedalgo—rithm．Moreover，itprovidesaguaranteeforlunarroverscientificresearch．Keywords：lunarrover；pyramidprinciple；spaceresection；locationmethod础上，获得相机位置和姿态数据的初始值才能够解1引言算，而月面环境下无法测定相机的位置姿态初值。因此，本文提出了一种基于角锥体原理的月面巡视月面巡视探测器是适应月球环境，携带科学仪探测器定位方法，可改进传统摄影测量技术的定位器在月面移动，完

5、成探测、采样、运输等任务的探测算法，不需要初始值，仅根据影像中包含的少量着陆器_】]。其中，利用月面巡视探测器携带的相机获取器特征就可以进行定位计算，且定位精度较高，稳定的影像，对巡视探测器进行高精度定位是月面巡视性强。探测器研制过程中需要解决的关键问题。国内外研究人员针对这一问题开展了大量的研究，现有的采2定位算法用无线技术的定位方法l_2需要事先建立信号的发送接收装置，很难在月面探测中实现。在摄影测量中，确定影像的外方位元素是一项月面巡视探测器降落在月面后，利用其相机获比较重要的内容，而空间后方交会利用影像覆盖范取的影像数据可以进行相对位置的解算。传统的解围

6、内一定数量控制点的月面坐标与影像坐标，根据算方法]需要在已知相机的焦距、像主点坐标的基共线方程或角锥体原理，可以反求影像投影中心位收稿日期：2012—06—06；修回日期：2012—07—27作者简介：N~(1981一)，男，博士，工程师，从事航天器总体设计研究。Email：guzhbird@163．COiTI。44航天器工程置(X，y，Z)及姿态角(∞，，)。。其中，基于共P，(一1，2，3；≠)可得与P之间距离为线方程的方法需要初始的位置、姿态信息作为参考，S一S+S，～2SS，c0s(3)适应性不强；基于角锥体原理的空间后方交会算法其中是一种分别解算外方位

7、线元素与角元素的有效方cos===sisinflj+cococos(aj一啦)]法，它是根据摄影像方与物方空间所对应的光线束sJ一~／(X—)+(—)。+(Z一)l之夹角相等原理，根据距离方程组先独立求解线元显然，由式(4)可知其几何意义是一个三角形中素，然后求解角元素，有利于克服线元素与角元素之的余弦公式。对于点s与3个特征点P，P。和P。间的相关性，能够在无初值的情况下，根据3个着陆可构成一个四面体，如图2所示。器的特征点计算月面巡视探测器的相对位置。该方法的计算过程主要包括两个步骤：先求出3个已知点到相机所在点S的距离S；然后求出点S的坐标和影像方位，具体

8、内容如下。2．1相机与特