2018年12月8日2时23分，“嫦娥四号”月球勘探器由长征三号乙运载火箭成功发射，经过地月搬运、近月制动、环月飞翔、动力下降，于2019年1月3日在月球反面的艾特肯盆地成功着陆，随后玉兔2号月球车成功驶离着陆器，敞开了世界初次月球反面巡视勘探之旅。无线电丈量技能、精准轨迹操控技能和月面遥操作技能等是嫦娥四号成功施行的重要支撑，北京航天飞翔操控中心相关团队对此展开了很多理论研讨和实验验证，打破了系列要害技能难题，形成了多项阶段性学术作用。
在精准轨迹操控方面，嫦娥四号着陆区域规模较小，一起为确保测控资源和月面工作时刻，对着陆地址和着陆时刻都提出了要求，即守时抵达预订着陆点，但因为着陆前的飞翔时刻长、阶段操控多，准确操控难度较大。针对该问题，刘勇、李革非团队根据轨迹误差随摄动的演化特性，结合解析法和数值法长处，提出了动力学操控参数的半解析求解办法，编撰完成了文章“嫦娥四号月球勘探器守时定点着月操控”，该文经过对着月点和动力下降点方位的剖析，得到了着月点和动力下降点方位的解析联系。一起，剖析得到了着陆点经度误差与轨迹平面误差的解析联系，研讨了轨迹操控战略，按飞翔阶段给出了轨迹平面误差到偏航角的转化办法和着月时刻到方针半长轴的调整办法。嫦娥四号勘探器在近月制动、两次环月批改和环月降轨的轨迹操控进程中都选用了该文所提的守时定点着月操控技能。每次核算只需迭代3到5次，经度核算精度即可到达1.0E-3度量级，时刻可到达10秒量级。每次迭代只需一次高精度的星历积分，核算功率比常用的微分改正进步了约4倍。功率的进步可为测定轨和应急处置赢得更多的数据和时刻，也能进一步提高精度和使命的成功率。
根据半解析办法的守时定点着月操控核算流程
在无线电丈量技能方面，因为嫦娥四号定轨精度要求较高，除传统测距、测速等技能外，干与丈量技能也发挥了及其重要的作用。我国深空网干与丈量体系时延观丈量精度约1ns，时延率观丈量精度约2ps/s，是深空勘探使命中干与丈量定轨分体系的重要弥补。深空干与丈量体系实时形式下首要依靠经典模型进行对流层推迟批改，但批改作用欠安，严峻束缚了实时丈量精度。根据此，路伟涛课题组构建了一种区域高精度对流层推迟模型，编撰完成了文章“深空站区域对流层推迟模型构建及在嫦娥四号中的使用”，该文首要经过对流层推迟实测值与模型值的比对确认了Saastamoinen模型天顶推迟估量的批改系数，批改后对流层天顶推迟误差由1.24ns降至约0.9ps；其次，为打破Saastamoinen模型气候数据束缚，提出了高程批改的UNB3m模型，建立了测站区域大气参数估量模型，大气压强、温度、水汽压的估量误差别离约为3.9mbar，6.7K，0.63mbar，由大气参数模型值与实测值得到的对流层天顶推迟误差约为14ps，明显增强了天顶推迟估量的实时性；最终，经过剖析Niell映射函数规则，确认干映射参数a 为呼应的首要影响参数，进一步经过最小二乘处理得到了参数a的最佳值。成果表明在仰角10°时，对流层推迟误差约0.3ns，相对缩小近1个量级。使用本文所提模型，嫦娥四号勘探器实时定轨残差与过后对流层推迟实测值条件下的成果根本共同，相对原始对流层模型下的定轨残差明显改进。该文所提对流层区域模型不依靠于大气参数实测数据，估量精度高，可明显改进深空干与丈量实时定轨支撑才能。
批改后对流层推迟估量值与实测值比照(20181215)
嫦娥四号勘探器定轨残差
在月球反面巡视勘探方面，玉兔2号月球车需求归纳考虑地势高低度、途径可经过性和视觉定位难易性等要素，以导航站点为单元向科学方针逐渐移动，但因斜坡凹坑很多使得跋涉滑移严峻，导航点的准确认位是途径规划的条件，也是月球车安全跋涉保证。玉兔2号月球车月面跋涉选用大间隔跋涉形式，相邻导航点之间大多相距7m以上，使得前后站图画的缩放标准差异较大，怎么早年后站序列成像中选出最优配对图画以完成特征匹配与定位解算的全自动是导航点定位的要害。针对该问题，刘传凯团队编撰完成了文章“玉兔2号月球车大间隔导航成像的空间分辨率建模剖析”，该文在剖析站点间隔和成像倾角对图画堆叠度、堆叠区标准改换等要素影响的基础上，提出并建立了图画像素的空间分辨率(单个像素对应月面区域的尺度)与拍照光线长度和观测面法线方向角的联系模型，给出了不同间隔和倾角条件下图画堆叠与缩放的定量联系，规划了站点间隔、最优配对图画和匹配可行性的核算战略，从根本上确立了站点间隔与成像倾角对导航点定位的影响联系。结合嫦娥四号使命数据，对上述模型和剖析的有效性进行验证，确立了上述办法对工程使命的指导意义。
三个站点的位姿和成像信息
A站点导航相机以偏航-80.12°俯仰-2.88°拍照图画匹配成果
B'站点导航相机以偏航39.88°俯仰-30.13°拍照图画匹配成果
三篇文章发表于《我国科学：技能科学》2019年第11期，欢迎免费阅览！
