為行星探測精準“畫地圖”

人類對宇宙的探索從未停止，深空探測已成為當今科研的前沿領域。行星遙感測繪技術在深空探測重大任務中發揮著不可替代的支撐作用，幫助人類了解行星的形貌和物質組成。

中國科學院空天信息創新研究院行星遙感團隊，開展行星遙感測繪關鍵技術攻關和應用研究歷時10余年，日前相關成果“行星遙感測繪關鍵技術及重大工程與科學應用”獲得2024地理信息科技進步一等獎。

困難

拿地球遙感測繪類比，科學家在進行地球遙感測繪時，通常利用遙感衛星等遙感平臺獲取地球表面的圖像數據。

之后進行數據預處理，對遙感圖像進行分類，識別出不同的地物類型。再從遙感圖像中提取出地物的形狀、大小和位置信息，進行地物數據分析，最后形成專題圖和地形圖等成果。

然而，由于深空軌道器定軌定姿精度低、缺少控制點、無GNSS（衛星導航）設施、表面環境荒蕪、數據獲取和傳輸受限等不利條件，開展行星遙感測繪具有特殊的困難和挑戰。

突破

為解決這些難題，中國科學院空天信息創新研究院行星遙感團隊歷時10余年，突破了行星大區域無控遙感制圖、巡視器大跨度定位與三維精細地形重建、表面目標智能化識別等關鍵技術，研發了月球和火星三維形貌演化分析、撞擊坑統計分析與定年等前沿技術。

團隊研制了嫦娥四號、五號著陸區分辨率最高（分別為1.5米和1米）的數字正射影像產品，大區域影像間不一致性從27個像素減小到1個像素以內，使影像地圖更清晰、更精準，支撐了探測器著陸區安全性分析、著陸點定位和巡視器導航定位。

針對深空巡視器數據獲取和傳輸受限、器上實時處理能力低所決定的大跨度（7米以上）停泊探測模式，研究團隊突破了巡視器大跨度定位與三維精細地形重建技術，實現玉兔二號月球車和祝融號火星車全路徑大跨度站點視覺定位，定位精度優于行駛距離的2%。

同時，團隊建立的月球車攝影測量光度立體模型，解決了傳統光度立體模型的局限，月球車影像三維制圖法向量（坡度）的重建精度提高了10倍。

玉兔二號月球車、祝融號火星車及其行駛路線圖

收獲

科研團隊利用玉兔二號多站全景立體影像制作的5厘米分辨率DEM及多源數據，結合撞擊坑數值模擬，揭示了嫦娥四號著陸區物質來源于月球深部。基于Hapke輻射傳輸模型模擬的光譜與玉兔二號實測光譜的均方根誤差小于1%，用于定量反演月壤中亞微觀金屬鐵（SMFe），根據得到的含量數據，團隊揭示了月球背面著陸區太空風化程度高、月壤發育成熟，進一步認識了月球背面地形和月壤演化。

此前建立的年代函數有效控制點最大間距超過20億年，而研究團隊構建了結合遙感觀測和嫦娥五號樣品年齡的月球新年代模型。該模型有效控制點間距小于15億年，改正年齡達2億年。目前新年代模型已被加入到國際通用撞擊坑統計定年軟件中，成為行星年代學研究新的“時間標尺”。

結語

該研究成果現已應用于月球和火星探測重大任務，在我國嫦娥四號、五號和天問一號等月球與火星探測重大任務的順利實施過程中提供了技術保障。

未來，還將應用到我國深空探測重大工程任務，為持續推動遙感測繪地理信息技術在國家重大工程任務中提供支撐和保障。

來源：中國科學院空天信息創新研究院