火星遥感制图技术回顾与展望

对国际火星探测任务、遥感制图技术的进展与产品成果进行了综述。1960年至今,世界各国已开展了44次火星探测任务,其中18次成功,3次部分成功。基于轨道器影像和激光测高数据、着陆器和火星车的影像数据,相关团队已开发了一系列的摄影测量技术,制作了百米量级全球制图产品、米级及亚米级局部高分辨率制图产品等,广泛用于火星科学研究和工程任务支持。文章对火星遥感制图未来重要发展方向进行了探讨与展望,包括火星多源多重覆盖遥感数据全球制图、火星全球控制网的改进、海量火星遥感数据的自动处理与信息挖掘、火星车实时长距离导航定位与制图、数据共享与国际合作等。     

基于地面图像和卫星图像集成的火星车定位新方法

提出了一种基于地面图像和卫星图像集成的火星车定位新方法,该方法利用由导航相机立体图像得到的火星表面的点云数据提取石块,同时对高分辨率卫星图像局部灰度统计提取石块,通过地面和卫星图像中石块分布模式的匹配,实现火星车在卫星图像中的定位,从而消除仅利用地面传感器和影像定位产生的累计误差。采用NASA勇气号火星车在多个摄站获取的地面图像以及HiRISE卫星图像进行了实验验证,结果表明这种方法在石块较多的地区能够取得很好的自动定位结果,定位误差小于HiRISE卫星图像的一个像素（0．25m）。     

新一代火星表面探测机器人——Rocky7

本文综述了美国计划于下世纪初发射的新一代火星探测机器人“Ｒｏｃｋｙ７”的技术概况。文中对其功能进行了分析，同时详述了有关的视觉、定位与任务操作等方面的一些技术进展。特别地，我们还着重讨论了为该系列任务所开发的地面遥科学支持系统的技术构成。此外，还就由ＪＰＬ主持的两次大规模的地面试验所得到的测试结果进行了充分的讨论。     

基于影像信息的火星表面非合作目标定位分析

火星遥感探测任务中,火星表面原始非合作目标(即:火星原生态表面目标)定位信息的获取对于科学研究的开展及工程的实施具有重要意义,是火星遥感探测信息应用的重要内容之一。针对定位信息的误差建模分析将对提高火星表面非合作目标的定位精度提供关键指导。文章以火星探测器所搭载的光学轨道相机为影像信息获取手段,在所获取的影像数据基础上,分析并建模讨论了火星表面非合作目标定位信息的各影响误差项,涉及影像像元分辨率、探测器定位信息、探测器姿态信息、影像时统信息、火星表面高程信息及相机安装布局信息等,并结合实际算例,给出了提高目标定位精度的分析建议。作为创新点之一,文章以火星探测为背景,通过火星探测器与地面测控站间通信链路方式,完成了以影像信息为基础的定位误差分析完备性表述,该分析结果可为后续行星及小天体遥感成像探测的优化应用提供一定的参考。     

卫星遥感影像外方位元素的误差传播研究

高分辨率卫星遥感影像的几何定位精度与影像外方位元素精度密切相关.文章针对单景影像直接对地定位和立体影像前方交会定位两种典型情况,对影像各外方位元素在目标几何定位中的误差传播规律进行分析比较,相关结论可供卫星姿控及相机载荷设计方参考.     

基于几何定位一致性的星载多光谱影像配准精度分析

多光谱影像波段配准是高分辨率光学遥感卫星多光谱相机数据预处理的关键环节,其配准精度直接影响影像产品的融合、解译等应用。文章首先从理论上深入分析了影响基于几何定位一致性多波段配准方法精度的因素,然后利用"资源三号"(ZY-3)卫星多光谱相机影像数据,并结合像方配准方法进行了对比实验验证。实验结果表明,当平台无震颤或存在微小震颤时,基于几何定位一致性多波段配准方法精度优于0.2像元,能满足高分辨率遥感卫星多光谱影像高精度配准需求。     

基于严格成像模型的卫星姿态角系统误差补偿

为消除卫星在轨运动过程中俯仰、偏航、滚动对遥感影像地面定位的影响,建立了卫星姿态角系统误差补偿模型,即在严格成像模型的基础上,对姿态角进行直接调整,以减小定位误差。利用环境减灾-1B（HJ-1B）卫星CCD1相机遥感影像进行分析,在单景影像的定位中,借助于2个地面控制点,将其系统误差减小到原来的1/3,从而验证了模型的有效性,为进一步在轨检校相机内部静态参数提供了前提。     

动态新闻

<正>高分辨率卫星影像图库助力中国建设"智慧城市"据中国航天网2013年4月10日消息,四维世景科技(北京)有限公司的商业高分辨率遥感卫星影像图库,在搜狐、百度、腾讯等网站和企业中应用,将成为我国"智慧城市"项目的重要力量。该图库的空间影像能够提供更多增值的信息,从而助力"智慧城市"项目的综合建设,此项目融合了云计算、物联网等多重技术和地理信息定位等,是一项复杂的系统工程。     

地外天体着陆巡视探测自主智能技术进展

以月球、火星和小行星等地外天体着陆巡视探测任务为背景，对自主智能技术的发展现状、应用情况与未来趋势进行了分析研究。回顾了目前国内外地外天体着陆巡视探测任务的实施情况；从导航定位与环境感知、轨迹优化与制导控制、自主探测与路径规划、故障诊断与自主处理等四个方面，阐述了该领域自主智能技术的研究现状，并对未来发展态势进行了展望。     

基于视觉和MEMS-IMU融合的火星车导航定向技术

火星探测车需要在复杂非结构化火星地表环境下完成自主导航定位任务。针对火星车导航定位传感器的低功耗、微型化的发展趋势,提出一种基于MEMS-IMU的传感器补偿融合、单目视觉航向测定的方法。该方法能克服火星复杂地表和单一性地貌环境可能导致的测试误差过大问题。模拟环境下的实验数据结果显示该方法具备实时性好、可靠性高的特点,姿态估计和航向测量的准确率较高。     

一种主动悬架式火星车稳定裕度优化控制策略

针对火星车在非结构化环境下行驶存在的稳定性不足而导致倾覆的风险,提出针对一种六轮主动悬架式火星车的稳定裕度优化控制方法。首先,考虑了火星车悬架机构调整过程中车轮与接触地面滑移和侧倾等运动关系,建立和完善了六轮主动悬架式火星车行驶的运动学模型。然后,以火星车夹角调整机构角度为变量,推导火星车在非结构环境下的稳定裕度模型。之后,使用内点法求解火星车稳定裕度的最优解,并获得期望的夹角调整机构关节角度。在此基础上,对夹角调整机构的关节角度进行规划和控制,实现火星车悬架机构构型的调整,从而提高火星车在非结构化环境下行驶的稳定裕度。最后,对火星车稳定裕度优化控制策略的有效性进行仿真验证,结果表明,所提出的控制方法可有效提高火星车在非结构化环境下行驶的稳定裕度。     

美国火星表面探测使命述评（上）

从1975年发射（1976年着陆火星）的海盗-1探测器以来,美国已成功执行了6次火星表面探测使命,即海盗-1与海盗-2轨道器/着陆器,＂火星探路者＂（MPF）着陆器/巡游车,＂勇气＂与＂机遇＂火星探测巡游车（MER）,以及＂凤凰＂着陆器;而推迟到2011年发射的＂好奇心＂火星科学实验室（MSL）将火星着陆技术与表面巡游车技术推向一个新的高度。从＂海盗＂着陆器到＂好奇心＂巡游车、美国历经三种火星着陆系统与三代火星表面巡游车技术的发展。三种着陆系统为着陆腿着陆系统（＂海盗＂与＂凤凰＂）,气囊着陆系统（MPF与MER）,以及空中吊机着陆系统（MSL）。三代巡游车为MPF＂旅居者＂巡游车、MER＂勇气＂与＂机遇＂巡游车,以及MSL＂好奇心＂巡游车。现在,美国在火星进入、降落与着陆（EDL）运作与表面避障移动方面,已达到技术成熟与先进的水平,满足安全着陆与表面移动探测的要求。文章阐述美国上述七项火星表面探测使命的立项背景、科学目标与有效载荷、飞行系统组成,以及飞行运作程序;分析美国火星着陆技术与表面巡游车技术的发展。     

仿尺蠖型火星车设计与验证

针对传统被动悬架式火星车在火星复杂地形运动中可能存在的问题,设计了仿尺蠖型火星车,包括沉陷脱困设计、爬坡设计、防托底设计和抬轮设计;识别了仿尺蠖型火星车移动系统的关键参数,计算得到不同火星车抬升高度的关键参数值和一个尺蠖运动周期的位移值;计算结果表明仿尺蠖型火星车可以解决被动悬架式火星车的上述问题。对所设计的仿尺蠖型火星车开展了地面试验和飞行试验验证,地面试验验证了车轮沉陷脱困能力、越障能力和爬坡能力;作为仿尺蠖型火星车应用的实例,“祝融号”火星车成功经历了飞行试验,它在火星表面的顺利运行表明仿尺蠖型火星车设计措施有效。     

美国火星表面探测使命述评（下）

从1975年8月发射（1976年7月着陆火星）的海盗-1探测器以来,美国已成功执行了6次火星表面探测使命,即海盗-1与海盗-2轨道器/着陆器,＂火星探路者＂（MPF）着陆器/巡游车,＂勇气＂与＂机遇＂火星探测巡游车（MER）,以及＂凤凰＂着陆器;而推迟到2011年发射的火星科学实验室（MSL）将火星着陆技术与表面巡游车技术推向一个新的高度。从＂海盗＂着陆器到MSL＂好奇心＂巡游车、美国历经三种火星着陆系统与三代火星表面巡游车技术的发展。三种着陆系统为着陆腿着陆系统（＂海盗＂与＂凤凰＂）,气囊着陆系统（MPF与MER）,以及空中吊机着陆系统（MSL）。三代巡游车为MPF＂旅居者＂巡游车、MER＂勇气＂与＂机遇＂巡游车,以及MSL＂好奇心＂巡游车。现在,美国在火星进入、降落与着陆（EDL）运作与表面避障移动方面,已达到技术成熟与先进的水平,满足安全着陆与表面移动探测的要求。文章阐述美国上述七项火星表面探测使命的立项背景、科学目标与有效载荷、飞行系统组成,以及飞行运作程序;分析美国火星着陆技术与表面巡游车技术的发展。     

Survival of Bacillus subtilis endospores on ultraviolet-irradiated rover wheels and Mars regolith under simulated Martian conditions

Endospores of Bacillus subtilis HA101 were applied to a simulated Mars Exploration Rover (MER) wheel and exposed to Mars-normal UV irradiation for 1, 3, or 6 h. The experiment was designed to simulate a contaminated rover wheel sitting on its landing platform before rolling off onto the martian terrain, as was encountered during the Spirit and Opportunity missions. When exposed to 1 h of Mars UV, a reduction of 81% of viable endospores was observed compared to the non-UV irradiated controls. When exposed for 3 or 6 h, reductions of 94.6% and 96.6%, respectively, were observed compared to controls. In a second experiment, the contaminated rover wheel was rolled over a bed of heat-sterilized Mars analog soil; then the analog soil was exposed to full martian conditions of UV irradiation, low pressure (6.9 mbar), low temperature (-10°C), and an anaerobic CO(2) martian atmosphere for 24 h to determine whether endospores of B. subtilis on the contaminated rover wheel could be transferred to the surface of the analog soil and survive martian conditions. The experiment simulated conditions in which a rover wheel might come into contact with martian regolith immediately after landing, such as is designed for the upcoming Mars Science Laboratory (MSL) rover. The contaminated rover wheel transferred viable endospores of B. subtilis to the Mars analog soil, as demonstrated by 31.7% of samples showing positive growth. However, when contaminated soil samples were exposed to full martian conditions for 24 h, only 16.7% of samples exhibited positive growth-a 50% reduction in the number of soil samples positive for the transferred viable endospores.     

An innovative high accuracy autonomous navigation method for the Mars rovers

Autonomous navigation is an important function for a Mars rover to fulfill missions successfully. It is a critical technique to overcome the limitations of ground tracking and control traditionally used. This paper proposes an innovative method based on SINS (Strapdown Inertial Navigation System) with the aid of star sensors to accurately determine the rover?s position and attitude. This method consists of two parts: the initial alignment and navigation. The alignment consists of a coarse position and attitude initial alignment approach and fine initial alignment approach. The coarse one is used to determine approximate position and attitude for the rover. This is followed by fine alignment to tune the approximate solution to accurate one. Upon the completion of initial alignment, the system can be used to provide real-time navigation solutions for the rover. An autonomous navigation algorithm is proposed to estimate and compensate the accumulated errors of SINS in real time. High accuracy attitude information from star sensor is used to correct errors in SINS. Simulation results demonstrate that the proposed methods can achieve a high precision autonomous navigation for Mars rovers.     

一种三元结构的火星采样返回任务方案分析

介绍了目前国外提出的一种三元结构的火星采样返回任务方案,整个方案分3次发射,分别发射漫游车、着陆器和轨道器,每次发射间隔为4年,最终目的是将火星样品带回地球。该方案的优势在于,通过3次发射分别完成漫游车巡视勘察、着陆器现场探测、轨道器数据中继和在轨探测,最终综合完成火星采样返回,能够极大地缓解项目进度和资金压力,充分利用每次发射窗口分步骤完成探测任务。文章重点对方案涉及的关键技术进行了分析,包括样品获取与封装、行星保护、精准着陆、漫游车的危险规避能力和移动性、火星上升器、交会与样品捕获、地球再入器技术等;对方案的前景和优势进行了探讨,并给出几点启示,如精准着陆或成为今后行星探测着陆方式的新趋势,火星采样返回任务将是人类火星探测的里程碑,今后的深空探测任务趋向国际合作模式等。     

Vanguard--a European robotic astrobiology-focussed Mars sub-surface mission proposal

We present a new European Mars mission proposal to build on the UK-led Beagle2 Mars mission and continue its astrobiology-focussed investigation of Mars. The small surface element to be delivered to the Martian surface--Vanguard--is designed to be carried by a Mars Express-type spacecraft bus to Mars and adopts a similar entry, descent and landing system as Beagle2. The surface element comprises a triad of robotic devices--a lander, a micro-rover of the Sojourner class for surface mobility, and three ground-penetrating moles mounted onto the rover for sub-surface penetration to 5 m depth. The major onboard instruments on the rover include a Raman spectrometer/imager, a laser plasma spectrometer, an infrared spectrometer--these laser instruments provide the basis for in situ "remote" sensing of the sub-surface Martian environment within a powerful scientific package. The moles carry the instruments' sensor head array to the sub-surface. The moles are thus required to undergo a one-way trip down the boreholes without the need for recovery of moles or samples, eliminating much of the robotic complexity invoked by such operations.     

火星车在松软地面上的蠕动步态研究

蠕动步态是解决火星车在火星松软表面行走或爬坡困难时提高牵引力的有效方法,合理设置蠕动步态对充分发挥火星车在松软地表上的移动性能至关重要。文章将Bekker等人的轮地力学理论用于整车蠕动步态的受力分析,通过建立火星车的运动学模型,分析关节的运动关系,得到蠕动步态的协调运动方案,并通过原理样机试验对该方案的作用效果进行验证,为主动悬架蠕动步态的轮速配合给出了合理的建议。     

火星精确着陆制导问题分析与展望

美国火星科学实验室(MSL)任务成功将“好奇”号火星车着陆到火星表面,开创了火星精确着陆探测的新局面。以MSL着陆任务为典型代表,分析了目前火星着陆探测进入、下降和着陆（Entry, Descent and Landing, EDL）过程的制导方案及制导系统的发展趋势。以在火星高海拔、复杂地形区域定点着陆为潜在工程目标,归纳了火星EDL过程面临的制导主要问题。根据未来制导系统自主性和自适应性的技术需求及潜在工程任务制导面临的问题,提出了火星EDL制导方面需要解决的关键技术,并对其在未来工程中的应用潜力进行了展望。