局部地形约束的月球LROC窄角相机影像与LOLA激光数据平差配准方法

月球轨道器影像和激光测高数据是月球形貌测绘两大主要数据源。由于仪器安置误差以及姿态轨道测量误差,两类数据存在几何不一致性,需要进行配准,而激光测高点稀疏难以提取数据配准需要的同名特征。针对此问题,本文提出一种局部地形约束的光学立体影像和激光测高数据平差配准方法,通过激光数据提供的局部地形约束实现两类数据的配准,并利用月球勘测轨道器(LRO)的窄角相机(NACs)影像和激光测高数据(LOLA)进行实验验证。结果表明,激光局部地形约束平差后,不仅能够提升立体影像本身地形的相对精度,也可提升影像地形和激光地形之间的几何一致性,验证了本文方法的有效性。

基于嫦娥一号卫星激光高度计数据的月表有效反射率

月壤厚度反演是我国月球探测的重要科学目标之一,其重要影响因素之一就是月球表面的有效反射率。前人在月壤厚度反演研究中使用了光滑月表反射率模型,使得月表水平极化反射率和水平极化反射率分别为0.063和0.028(观测角:30°)。然而,月球表面是非常粗糙的,必须建立适合粗糙月球表面的有效反射率模型。因此,以嫦娥一号卫星微波辐射计数据的空间分辨率(3GHz通道,56km×56km)为标准,利用每个微波辐射计像元范围内的激光高度计数据(8×8个)建立相应的粗糙月表模型。然后,基于Q/H模型,进行月球表面的有效反射率研究,生成了观测角为30°时月球表面水平极化有效反射率和垂直极化有效反射率分布图。结果表明,月球表面的粗糙性对月表反射率影响很大,使得水平极化反射率降低,局部地区降至0.050;垂直极化反射率增加,局部地区可达0.040,增幅达40%。

基于Sandmeier模型的月球KAGUYA卫星高光谱数据地形校正(英文)

月球是人类深空探测的前哨站。月球卫星光谱测量是月表岩矿成分分析的主要技术方法。鉴于月表比地球地形起伏还要显著,有必要开展月球卫星高光谱数据的地形校正。通过顾及宏观地形起伏和周围地形反射辐射的影响,建立适合月表的Sandmeier辐照度模型,并由此推到了月表反射率地形校正模型。以月球虹湾地区KAGUYA卫星Spectral Profiler(SP)高光谱数据为例,借助美国Lunar Orbiter Laser Altimeter(LOLA)高程数据,计算了试验区坡度、坡向,以及入射角、反射角、地形可见因子等地形校正参数,结合平坦月表接收的太阳直接辐照度,实现了月球虹湾地区经向SP数据的反射率校正。通过比较发现,校正后反射率像元数量统计直方图近似高斯分布,而且光照区的月表反射率得到了抑制,阴影区的月表反射率有所增强,有效地消除了月表起伏地形的影响。

基于LOLA系统的能量数据估算激光指向误差

为了获取高精度的月面高程,需要对激光器的指向误差进行准确估计。月球轨道激光高度计(LOLA)在轨工作期间,由于月球昼夜温度相差较大,夜晚的激光指向相对白天存在很大偏移。首先建立光斑偏离接收视场中心时探测器接收能量的理论模型,并基于该模型分析光斑偏移量与相对接收能量的理论关系,进而提出一种基于光斑能量的激光指向误差的估算方法。随后,使用测绘轨道期间(12个月)LOLA经过Aestuum地区产生的能量数据,并将能量数据与估算方法相结合,估算出LOLA在月球夜晚时的激光指向误差在沿轨方向为140.62μrad,在垂轨方向为-413.17μrad,该结果与LOLA地球扫描实验和利用轨道交叉点处高程数据推导的结果基本一致。

利用多探测任务数据建立新一代月球全球控制网的方案与关键技术

目前广泛应用的月球统一控制网2005(Unified Lunar Control Network 2005,ULCN2005)是由1994年的克莱门汀(Clementine)影像和之前的遥感数据联合平差构建的。提出利用21世纪获取的分辨率更高、精度更好的多探测任务数据,建立新一代月球控制网的方案与关键技术。该方案基于全球覆盖的月球遥感影像与激光高度计数据的联合平差,同时利用在月球轨道侦察器窄角相机影像上能高精度定位的绝对定位精度在厘米级的5个激光棱角反射标志点作为绝对控制。此外,还通过新的无线电测量方法对嫦娥三号着陆器进行高精度定位,将其定位结果也作为一个新的绝对控制数据。新一代控制网构建的重点有高精度的轨道器严密及通用成像几何模型的构建、多任务多模态数据间的多尺度特征提取与匹配、最优化多重覆盖影像的选择、全月球整体平差等。基于新的数据和技术,新一代月球控制网的精度和点的密度有望远超ULCN2005。