为行星探测精准“画地图”

人类对宇宙的探索从未停止，深空探测已成为当今科研的前沿领域。行星遥感测绘技术在深空探测重大任务中发挥着不可替代的支撑作用，帮助人类了解行星的形貌和物质组成。

中国科学院空天信息创新研究院行星遥感团队，开展行星遥感测绘关键技术攻关和应用研究历时10余年，日前相关成果“行星遥感测绘关键技术及重大工程与科学应用”获得2024地理信息科技进步一等奖。

困难

拿地球遥感测绘类比，科学家在进行地球遥感测绘时，通常利用遥感卫星等遥感平台获取地球表面的图像数据。

之后进行数据预处理，对遥感图像进行分类，识别出不同的地物类型。再从遥感图像中提取出地物的形状、大小和位置信息，进行地物数据分析，最后形成专题图和地形图等成果。

然而，由于深空轨道器定轨定姿精度低、缺少控制点、无GNSS（卫星导航）设施、表面环境荒芜、数据获取和传输受限等不利条件，开展行星遥感测绘具有特殊的困难和挑战。

突破

为解决这些难题，中国科学院空天信息创新研究院行星遥感团队历时10余年，突破了行星大区域无控遥感制图、巡视器大跨度定位与三维精细地形重建、表面目标智能化识别等关键技术，研发了月球和火星三维形貌演化分析、撞击坑统计分析与定年等前沿技术。

团队研制了嫦娥四号、五号着陆区分辨率最高（分别为1.5米和1米）的数字正射影像产品，大区域影像间不一致性从27个像素减小到1个像素以内，使影像地图更清晰、更精准，支撑了探测器着陆区安全性分析、着陆点定位和巡视器导航定位。

针对深空巡视器数据获取和传输受限、器上实时处理能力低所决定的大跨度（7米以上）停泊探测模式，研究团队突破了巡视器大跨度定位与三维精细地形重建技术，实现玉兔二号月球车和祝融号火星车全路径大跨度站点视觉定位，定位精度优于行驶距离的2%。

同时，团队建立的月球车摄影测量光度立体模型，解决了传统光度立体模型的局限，月球车影像三维制图法向量（坡度）的重建精度提高了10倍。

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收获

科研团队利用玉兔二号多站全景立体影像制作的5厘米分辨率DEM及多源数据，结合撞击坑数值模拟，揭示了嫦娥四号着陆区物质来源于月球深部。基于Hapke辐射传输模型模拟的光谱与玉兔二号实测光谱的均方根误差小于1%，用于定量反演月壤中亚微观金属铁（SMFe），根据得到的含量数据，团队揭示了月球背面着陆区太空风化程度高、月壤发育成熟，进一步认识了月球背面地形和月壤演化。

此前建立的年代函数有效控制点最大间距超过20亿年，而研究团队构建了结合遥感观测和嫦娥五号样品年龄的月球新年代模型。该模型有效控制点间距小于15亿年，改正年龄达2亿年。目前新年代模型已被加入到国际通用撞击坑统计定年软件中，成为行星年代学研究新的“时间标尺”。

结语

该研究成果现已应用于月球和火星探测重大任务，在我国嫦娥四号、五号和天问一号等月球与火星探测重大任务的顺利实施过程中提供了技术保障。

未来，还将应用到我国深空探测重大工程任务，为持续推动遥感测绘地理信息技术在国家重大工程任务中提供支撑和保障。

来源：中国科学院空天信息创新研究院