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面向行驶路线安全性评估的月球巡视器探测三维仿真方法

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地球信息科学学报 2025年第4期27卷 864-875页

作者：李鹏朔冯永玖童小华席梦镕许雄刘世杰黄潜同济大学测绘与地理信息学院上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室

【目的】巡视器是开展月球科考与原位资源利用的重要工具，而极端复杂的地形与光照环境给巡视器探测带来高潜在风险。目前在实施探测任务前缺乏激光雷达等数据，因此开展遥感数据支持下的月球巡视器探测三维仿真方法研究，可预先评估巡... 详细信息

【目的】巡视器是开展月球科考与原位资源利用的重要工具，而极端复杂的地形与光照环境给巡视器探测带来高潜在风险。目前在实施探测任务前缺乏激光雷达等数据，因此开展遥感数据支持下的月球巡视器探测三维仿真方法研究，可预先评估巡视路线安全，旨在提升巡视探测任务的成功率。【方法】本文提出了一种基于Visualization Toolkit(VTK)的月球巡视器探测三维仿真方法，实现了月表米级分辨率地形环境可视化、月表光照环境更新和巡视器位置与姿态变换3个关键环节。【结果】在月球南极沙克尔顿连接脊区域的巡视三维仿真结果可以预先评估路线安全性，其中，月表三维地形环境可视化效果展现了撞击坑和山体的起伏变化，第一人称探测动态模拟有效仿真了巡视器行驶过程，直观感受到前进中的位置与姿态调整过程，有利于评估长距离巡视探测路线的安全性。模拟过程同时实现了动态光照场景实时更新，可以直接观察探测过程中的光照变化。【结论】本文提出的方法旨在实现探测任务实施前的巡视路线安全性评估，为验证未来月球探测任务的可行性提供先验信息与重要保障。

关键词：巡视探测月球地形动态光照地形可视化光照可视化月球巡视器探测仿真月球南极

顾及五类因素和发生概率的空间格局探测推演建模方法：从地球到深空的拓展

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地球信息科学学报 2025年第4期27卷 851-863页

作者：冯永玖王蓉李鹏朔童小华上海自主智能无人系统科学中心同济大学测绘与地理信息学院上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室

【目的】地表和深空天体的典型要素本质上是具有时变特性的空间实体，均可以用栅格和矢量的数据格式进行表达，其空间格局探测和推演依赖空间分析共性理论基础。这些要素的空间格局与可能演变情景可以用发生概率表述，其受复杂的多因素... 详细信息

【目的】地表和深空天体的典型要素本质上是具有时变特性的空间实体，均可以用栅格和矢量的数据格式进行表达，其空间格局探测和推演依赖空间分析共性理论基础。这些要素的空间格局与可能演变情景可以用发生概率表述，其受复杂的多因素作用机制影响。【方法】为此，本文将空间格局及其演变的广泛影响因素归纳为五类：地形（T）、限制区（C）、可达性（A）、邻近性（P）和异质性（H），并提出了考虑这五类共性因素的通用发生概率推演范式（TCAPH）。【结果】为验证构建的空间分析范式和模型，针对地球表面要素中典型现象（如土地利用变化）开展了空间格局模拟与预测，同时针对月球南极de Gerlache区域月球科研站建设可能性开展了空间概率推演与适宜选址。【结论】案例研究表明，基于五类因素的发生概率建模方法适用于原生和衍生空间格局的分析及推演，解决了情景转移概率和选址适宜概率求解的难题，实现了概率构图误差最小化的空间格局表征与推演，可用于从地表要素到深空天体要素的多类空间实体分析与决策支持。

关键词：空间实体空间格局发生概率五类因素模拟推演适宜选址空间分析从地球到深空

火星探测器斜坡多普勒频率数据处理及定轨应用

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中国科学:物理学、力学、天文学 2025年第2期55卷 93-102页

作者：孙尚彪鄢建国王波王宏曹建峰刘山洪 BARRIOT Jean-Pierre 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079 上海市深空探测技术重点实验室上海201109 北京跟踪与通信技术研究所北京100094 航天飞行动力学技术重点实验室北京100094 北京航天飞行控制中心北京100094

针对我国后续深空探测任务的测控需求,本文详细研究了射电跟踪数据中斜坡多普勒频率数据的处理方法,研制了一套火星探测器精密定轨实测数据处理软件.本文处理了MRO探测器2007年1月的斜坡多普勒频率数据,成功实现了精密定轨.结果表明,定... 详细信息

针对我国后续深空探测任务的测控需求,本文详细研究了射电跟踪数据中斜坡多普勒频率数据的处理方法,研制了一套火星探测器精密定轨实测数据处理软件.本文处理了MRO探测器2007年1月的斜坡多普勒频率数据,成功实现了精密定轨.结果表明,定轨后残差的RMS在0.74‒1.19 mm/s之间,均值约为0.81 mm/s,重建轨道的位置精度达到米级,速度精度达到毫米级,与JPL发布轨道的精度相近,并进一步探讨了大气阻力和太阳光压力的取值对MRO探测器轨道精度的影响.这一研究可为我国后续深空探测任务的射电数据处理提供技术支持.

关键词：火星 MRO探测器精密定轨斜坡多普勒

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星载全谱段高光谱系统设计

中国光学(中英文) 2025年第2期18卷 368-375页

作者：吴寅王跃明张东中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

受航天器体积和重量限制,航天星载遥感探测系统难以兼顾大口径、高分辨率以及高光谱信息同步获取的需求。针对这一问题,本文提出一种新型的高光谱成像系统,采用主次镜共用、多通道分离同轴五反光路设计,结合Offner凸面光栅光谱仪分光技... 详细信息

受航天器体积和重量限制,航天星载遥感探测系统难以兼顾大口径、高分辨率以及高光谱信息同步获取的需求。针对这一问题,本文提出一种新型的高光谱成像系统,采用主次镜共用、多通道分离同轴五反光路设计,结合Offner凸面光栅光谱仪分光技术,实现从可见到长波红外的高光谱探测。该系统主镜口径为1000 mm,在500 km轨高下,可见和短波、中波、长波、全色波段空间分辨率分别优于2 m、3 m、6 m和1 m。且系统全视场可达到2.3°,满足20 km幅宽的探测要求。为提高系统的像差与畸变校正能力,设计中引入高阶非球面,形成像方远心光路,实现了望远镜与光谱仪的光瞳匹配。此外,本文还将光谱仪模块整体放入冷箱制冷,从源头上抑制光机结构背景辐射对成像质量的影响。最终设计结果表明,该系统成像质量优良、布局简单且体积轻便,而且能够实现全谱段高光谱信息的同步获取,可广泛应用于星载对地探测成像等领域。

关键词：星载高光谱全谱段凸面光栅光谱仪背景辐射

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小行星采样返回任务的选址方法进展与启发

同济大学学报（自然科学版） 2023年第7期51卷 1010-1017,1032页

作者：谢欢陈杰童小华晏雄锋王亚琼王一凡曾祥隧冯炯倪鸿基同济大学测绘与地理信息学院上海200092 上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

针对小行星采样返回任务,回顾不同小行星采样选址任务中的选址方法,阐述日本的隼鸟二号和美国的奥西里斯号采样返回任务中从初选采样区中选出最终采样区L08-E1和夜莺区的流程、采样选址涉及的工程和科学价值因素的分析方法与采样选址结... 详细信息

针对小行星采样返回任务,回顾不同小行星采样选址任务中的选址方法,阐述日本的隼鸟二号和美国的奥西里斯号采样返回任务中从初选采样区中选出最终采样区L08-E1和夜莺区的流程、采样选址涉及的工程和科学价值因素的分析方法与采样选址结果,并介绍了其他小行星附着任务的选址过程;对不同小行星采样返回任务的选址方法进行了对比分析与归纳,阐释了隼鸟二号和奥西里斯号采样选址所用到的载荷、选址方法以及得到的选址结果,并对选址方法进行对比分析,可作为今后小行星采样返回任务中采样选址方法的参考。结合我国小行星探测任务规划,展望了今后小行星采样返回任务中的选址方案。

关键词：小行星采样返回选址方法对比分析

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从地球测绘到地外天体测绘

测绘学报 2022年第4期51卷 488-500页

作者：童小华刘世杰谢欢许雄叶真冯永玖王超柳思聪金雁敏陈鹏洪中华栾奎峰同济大学测绘与地理信息学院上海200092 上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

随着人类空间探测技术的不断发展,月球与深空探测已成为测绘遥感科学与技术的前沿和新战场。在多类型深空探测任务的驱动下,测绘遥感技术也得到了新的发展。本文结合国内外深空探测的各类任务,对地外天体环绕遥感测图、着陆导航遥感避... 详细信息

随着人类空间探测技术的不断发展,月球与深空探测已成为测绘遥感科学与技术的前沿和新战场。在多类型深空探测任务的驱动下,测绘遥感技术也得到了新的发展。本文结合国内外深空探测的各类任务,对地外天体环绕遥感测图、着陆导航遥感避障、巡视环境感知与视觉导航定位方面的研究现状和成果进行了系统总结;结合未来月球与深空探测任务需求,对深空遥感测绘技术的发展,包括地外天体海量全球遥感数据智能处理、全球控制网精化、月球南极精细三维形貌测绘、多传感器融合的着陆导航避障和巡视环境感知与定位等进行了探讨。

关键词：地外天体深空探测测绘遥感着陆避障巡视导航

城市典型要素遥感智能监测与模拟推演关键技术

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测绘学报 2022年第4期51卷 577-586页

作者：冯永玖李鹏朔童小华席梦镕柳思聪许雄同济大学测绘与地理信息学院上海200092 上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

城市典型要素遥感智能监测与模拟推演的理论、方法与应用,对于国土空间规划与管理,城市规划与综合治理,区域决策与管理等均具有关键支撑作用。针对覆盖要素和驱动要素复杂非线性,本文研发了协同多源遥感数据的智能识别方法,实现了精细... 详细信息

城市典型要素遥感智能监测与模拟推演的理论、方法与应用,对于国土空间规划与管理,城市规划与综合治理,区域决策与管理等均具有关键支撑作用。针对覆盖要素和驱动要素复杂非线性,本文研发了协同多源遥感数据的智能识别方法,实现了精细化高可信覆盖要素分类;协同遥感、POI兴趣点和时空大数据等多源数据,有效探测和识别了要素变动的驱动力。在此基础上,开展了空间演变机理挖掘、空间统计建模、启发式智能建模,并应用于土地利用、城市扩张、生态演变、碳储量等。同时,研发了聚焦城市生长推演的UrbanCA平台以及聚焦多类土地利用变化推演的Futureland平台,集成了自主研发的模拟推演系列方法并以长三角为主要区域进行了验证。

关键词：城市空间要素遥感监测智能建模模拟推演情景预测

基于可信度引导立体匹配的月球南极摄影测量地形重建方法

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深空探测学报（中英文） 2023年第6期10卷 586-597页

作者：尤琼华叶真童小华徐聿升刘世杰谢欢同济大学测绘与地理信息学院上海200092 上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

针对月球南极光照暗弱、阴影区域众多、月面形貌要素单一弱纹理,给影像立体匹配和三维地形重建带来极大挑战和困难的问题,提出了一种可信度引导的高效立体匹配算法(Efficient Confidence-guided Stereo Matching,ECSM),通过评估非支撑... 详细信息

针对月球南极光照暗弱、阴影区域众多、月面形貌要素单一弱纹理,给影像立体匹配和三维地形重建带来极大挑战和困难的问题,提出了一种可信度引导的高效立体匹配算法(Efficient Confidence-guided Stereo Matching,ECSM),通过评估非支撑点的可信度来更新支撑点点集,构建三角网并利用三角形顶点的可信度重新估算其内部视差,提高匹配精度和效率。在此基础上,构建了月面摄影测量三维地形重建方法,并采用月球勘测轨道器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)窄角相机高分辨率影像数据,开展月球南极沙克尔顿(Shackleton)坑缘区域地形重建的验证实验。比较分析不同立体匹配算法生成的视差图和数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),结果表明:所提出的算法在处理月面弱纹理和重复纹理区域影像方面具有可靠性。将生成的DEM与德国宇航中心(Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt,DLR)制作的同区域DEM以及美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)的月球轨道激光高度计DEM(LDEM)进行对比分析,高程和坡度信息方面都表现出较高的一致性,验证了该方法的可行性和有效性,为月球南极探测着陆区选择提供可靠的数据方法基础。

关键词：月球南极地形重建立体匹配可信度引导

嫦娥四号着陆区次表层介电特性全波形反演与仿真验证

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空间科学学报 2024年第3期44卷 525-535页

作者：陈书睿冯永玖童小华唐盼丽许雄王超柳思聪杨其全肖长江同济大学测绘与地理信息学院上海200092 上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室上海200092

介电特性是决定雷达波在物质中传播速度的重要参数.嫦娥四号测月雷达提供的高垂向分辨率次表层雷达剖面信息有助于加深对月球次表层物质介电特性的理解与认识.全波形反演法充分利用雷达波场的运动学和动力学信息,根据雷达波模拟结果与... 详细信息

介电特性是决定雷达波在物质中传播速度的重要参数.嫦娥四号测月雷达提供的高垂向分辨率次表层雷达剖面信息有助于加深对月球次表层物质介电特性的理解与认识.全波形反演法充分利用雷达波场的运动学和动力学信息,根据雷达波模拟结果与真实数据的差异计算更新参数,迭代初始介电模型实现对次表层介电剖面的反演.本文结合嫦娥四号测月雷达数据与时域有限差分方法下均质模型和随机等效介质模型的雷达回波特性,确定随机等效介质模型能够更好地模拟嫦娥四号着陆区次表层物质的介电特性.全波形方法反演的介电模型与真实模型在大部分区域的相对介电常数误差小于0.2,为反演月壤厚度及构建次表层温度模型提供了重要的数据支撑.

关键词：介电特性全波形反演测月雷达随机扰动介质模型仿真验证