● 摘要
月球是离地球最近的星体，月球探测是人类迈出地球摇篮的第一步，是深空探测的起点。月球着陆器在月面安全着陆及对月球车巡视路径规划是新一轮月球探测的关键。月球探测中面临的困难之一是传统的基于地面深空网跟踪探测器的导航制导方式很难满足着陆段、巡视段对导航实时性的要求，而单一的主动光学导航技术存在耗能大、信息不全等缺点，单一的被动光学导航技术存在计算量大、实时性差等缺点。因此，利用光学信息针对月球着陆器着陆及巡视阶段特点研究自主视觉导航技术，并将其成功应用在月球探测中这将为其它深空探测着陆及巡视打下坚实的基础。
光学成像设备在月球探测中的应用为月球着陆器着陆和巡视导航提供了新的方法。根据着陆和巡视特点及需求，对月面地形、着陆器结构、携带仪器设备对着陆和巡视的影响进行分析研究是解决该问题的依据；利用月面形态学和成像特征，通过特征检测识别方法对光学导航相机获取的月面图像进行撞击坑和岩石识别是该问题的基础；利用着陆器所携带的激光测距仪和导航相机对着陆器着陆进行位姿估计并利用悬停阶段和着陆后云台相机获取的月面图像对着陆区域地形进行重建；研究新的着陆安全判断方法、研究巡视路径规划方法是该问题工程应用的需求。
论文的创新成果如下：
1、依据影响月球着陆及巡视的因素，建立了月面地形、月球着陆器、仪器设备与安全着陆及巡视之间的关系；提出了利用已有月面地形特征分布规律、形状模型仿真生成月面的方法；提出了基于月面反射率和Hapke模型的月球矿物自动分析方法。
2、针对月面地形上撞击坑/岩石的形态特征和成像特征，提出了基于黎曼度量张量检测、利用凸性霍夫圆检测和形态学分水岭的三种检测算法；提出利用这三种检测结果的多信息模糊逻辑投票撞击坑识别的方法。前者通过多种检测方法解决了月面撞击坑/岩石漏检问题；后者则是利用权重投票的方法将三种检测结果进行模糊逻辑计算，能有效解决三种检测方法的影响，提高撞击坑的识别的精确率。
3、根据着陆阶段的对导航信息快速性、准确性的要求，提出利用激光测距仪和光学导航相机信息相融合的着陆悬停阶段相对导航方法；利用所提供的导航信息及撞击坑的识别信息，提出利用图像判断月面地形和矿物的方法进而提出利用基于蒙特卡洛方法的着陆安全性分析方法分析以当前的位置姿态着陆的安全概率。
4、提出基于空间可视性的巡视路径分析方法，主要利用着陆器悬停阶段的导航相机获取的月面图像，通过月面地形重建得到DEM数据，基于空间可视性分析巡视路径。解决着陆器着陆后月球车初始路径规划，弥补了对现有月球车路径规划方法的不足