月面起飞基准高精度标定技术应用与嫦娥五号任务验证

嫦娥五号探测器于北京时间2020年12月1日成功着陆于月球表面预定区域,随后依次顺利完成了我国首次月面采样、月面起飞、月球轨道交会对接以及月球采样返回.其中,对着陆上升组合体精确定位是后续能否顺利月面起飞,乃至能否顺利完成月球轨道交会对接的根本所在.本文针对嫦娥五号任务着陆上升组合体月面起飞基准高精度标定的需求,提出了利用"三向测量系统+VLBI干涉测量系统"的高精度月面基准测量方法,给出了月面基准高精度确定算法,利用嫦娥五号任务20 min实测数据快速确定了着陆上升组合体在月固系下的坐标为:43.0595°N,-51.9214°E,高程-2446 m,并利用LRO图像数据对定位结果进行了比较评估.结果表明,仅利用着陆后20 min的外测数据获得的定位结果和LRO图像数据差异为180 m,当只解算经度和纬度,高程由月面数字高程模型获取时,其定位结果和LRO图像数据差异为97 m,可有效作为月面起飞基准.利用月面48 h实测数据得到的坐标为:43.0594°N,-51.9167°E,高程-2550 m,和LRO图像数据差异为60 m.

运动学统计定位方法应用于月球着陆器的精密定位

针对月球探测中的着陆器定位问题,提出了运动学统计定位方法.利用一段时间内的测量数据,结合月球运动相关信息,将测量数据进行综合平差处理,获得着陆器在月固系中的位置.误差分析表明,测量误差是影响定位精度的主要误差源.利用中国科学院上海天文台自主研发的深空探测定轨定位软件包进行了仿真精度分析,分析了月面数字高程模型(DEM)在着陆器定位中的应用.结果表明,联合测距测速和VLBI数据,单历元的定位精度在百米级,10min弧长的统计定位精度可达米级.在着陆器定位解算过程中,利用月面数字高程模型提供的高程信息作为约束可以降低参数之间的相关性并提高解算精度,固定高程后数分钟单站测距测速定位精度优于1km.在定位过程中还可以直接应用月面数字高程模型,只解算经纬度2个参数,有助于在数据比较少的情况下提高定位精度,利用全球月球数字高程模型ULCN2005对该方法进行了验证,考虑到虹湾地区在CE-1和CE-2任务期间进行了加强观测,局部模型分辨率和精度较高,该方法可以在CE-3任务中重点考虑.