勇气号和机遇号火星车定位方法评述
《华裔女孩的“火星梦”》初中说明文阅读题及答案
《华裔女孩的“火星梦”》初中说明文阅读题及答案①美国迄今最先进的火星探测器“好奇号”20xx年11月27日在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空，这个强大“火星车”此行的主要任务是探索火星是否有生命存在的迹象。
②“好奇”号的着陆点预定在火星盖尔陨坑中心山丘的一处山脚下。
盖尔陨坑位于火星赤道以南，得名于澳大利亚已故天文学家沃尔特·盖尔，形成于大约3.5亿至3.8亿年前，直径约为154公里，面积相当于美国康涅狄格州和罗得岛州之和。
盖尔陨坑中心山丘的层状物含黏土和硫酸，着陆点周围存在沉积物形成的冲积扇，这些物质和地貌的形成都与水有关。
美国航天局20xx年即着手挑选“好奇”号的着陆点，最初候选点有30多个，20xx年压缩至4个，最终，盖尔陨坑胜出。
③“好奇号”被称为有史以来最庞大、最复杂、最昂贵，也最先进的火星探测器。
上面搭载了一批先进的探测仪器，包括17台先进照相机、一个机械臂、一个钻孔机、一台激光装置，其内部还配备化学实验室，用于样本分析。
其大小相当于一辆小汽车，重量约900公斤，是前任“双胞胎”火星车——“勇气号”和“机遇号”的五倍，长度约为它们的两倍。
与“勇气”号与“机遇”号不同，总投资达25亿美元的“好奇”号采用的是核动力，而且是利用钚电池做能源，可以持续时间更长。
④ “好奇号”的着陆方式也不同，它将不会采用戴着平安气囊“硬着陆”的方式，而是把降落伞、火箭的动力减速都用上，并借助留空的“太空吊车”，将火星车吊运到火星外表实现着陆。
⑤“好奇号”这个名字是由一名12岁的华裔小女生马天琪所起的。
马天琪当天也受邀到发射现场，她祝愿“好奇”一路顺利。
1.通读全文，概括本文依次说明的内容。
（3分）主要任务→→→→名字来历2.结合“好奇号”此次的主要任务，简要说说其着陆点预定在火星盖尔陨坑中心山丘的一处山脚下的原因。
3.第③段画线句子运用了哪些说明方法？有何作用？1.预定着陆点“好奇号”特点着陆方式（每点1分）2.因为该着陆点周围存在沉积物形成的冲积扇，都与水有关。
火星探测中火星探测车技术的应用
火星探测中火星探测车技术的应用随着科技的不断进步，人类对宇宙的探索也越来越深入。
在诸多星球中，火星因拥有地球化学特征而受到了极大的关注。
自20世纪60年代以来，火星探测任务已经经历了几十年的发展，其中最值得注意的技术应当属于火星探测车。
它是一种移动、可遥控的机器人车辆，可以在火星表面收集物质样本，拍摄图像等。
本文将着重探讨火星探测车技术在火星探测中的应用。
一、火星探测车的历史火星探测车的发展历程可以追溯到20世纪70年代。
1975年，美国NASA（美国国家航空航天局）首次在火星上发射了维京1号和维京2号两枚飞船。
它们带有火星车（Mars rovers）的模型，这些车辆被设计成移动的机器人，以便在火星表面执行一系列任务。
然而，由于技术水平的限制和预算问题，直到20世纪90年代末，火星探测车才真正完成了首次任务。
2004年1月，NASA的“机遇号”（Opportunity）与“精神号”（Spirit）登陆火星。
这两个机器人车辆是NASA成本最低的任务之一，但它们却成功地在火星上行驶了10多年，采集了大量有关火星的信息和数据，为火星的科学研究做出了巨大贡献。
2012年，NASA又推出了一台新的火星探测车——“好奇号”（Curiosity），它是目前最先进、最大的火星探测车，能够在火星表面积极探测，对火星上的物质结构进行详细研究。
二、火星探测车技术的原理火星探测车是一种四轮驱动机器人，可以通过遥控实现火星表面的探测。
它主要由轮子、电池组、太阳能电池板、通讯设备、仪器等组成。
它能够承受严酷的环境条件，比如利用成熟的悬挂系统来适应火星上的崎岖地形，以及利用复杂的加热系统进行保护。
火星探测车的关键在于其智能系统。
通过程序控制，火星探测车可以自主控制行驶，收集物质样本，并利用激光、光谱仪等多种仪器探测火星上特殊的地质或化学环境。
同时，火星探测车还可以通过通信卫星，将数据传输回地球。
这使得地球上的科学家们能够获得有关火星的更多信息。
关于火星的资料
关于火星的资料火星的基本信息火星（Mars）是太阳系中离地球第二近的行星，它位于地球的外围，距离地球的平均距离约为2.28亿公里。
火星与地球非常相似，是唯一一个人类有可能在未来定居的行星。
下面将介绍火星的一些基本信息。
1. 地理特征火星的地表特征主要由火山、陨石坑、山脉和峡谷组成。
这些地理特征表明，火星曾经拥有过液态水存在的条件。
火星上最引人注目的特征是它的两个极冠，这些极冠是由水冰和二氧化碳冰组成的，面积随着季节的变化而变化。
2. 大气成分火星的大气主要由二氧化碳组成，占据大约95%的比例。
其余的5%主要是氩气、氮气和微量的氧气。
火星的大气密度只有地球的1%，不能保持液态水存在。
3. 表面温度火星的平均表面温度约为-63摄氏度，最高温度可达20摄氏度左右，最低温度可达-140摄氏度左右。
这些温度也经常随着季节和时间的变化而变化。
火星探索历史人类对火星进行探索已经进行了多次，目前已经有多艘探测器成功着陆并进行了一系列的科学研究。
1. 火星探测器目前火星上运行的探测器包括NASA的“好奇号”（Curiosity）、欧洲航天局的“火星快车”（ExoMars）和印度的“火星轨道探测器”（Mars Orbiter Mission）。
这些探测器通过观测地表特征、分析大气成分和测量表面温度等方式，为我们提供了大量的火星资料。
2. 火星探测任务过去几十年来，许多国家都曾派遣过探测器前往火星进行科学研究。
其中最引人注目的是NASA的“火星勇气号”（Mars Pathfinder）和“火星机遇号”（Mars Opportunity），它们成功地进行了长时间的火星探索，并为我们了解火星的地质、气候等提供了重要信息。
火星的潜力与未来展望火星作为一个潜在的人类定居地，具有许多潜力和未来展望。
1. 液态水存在的证据近年来的研究表明，火星上仍然可能存在着地下水或冰水资源。
这为未来火星的可持续生存提供了巨大的潜力。
2. 太空探索与定居计划多个国家和私营公司都在规划火星的太空探索和定居计划。
认识星空_华中农业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
认识星空_华中农业大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.超新星的分类主要依据它的参考答案:光谱_光变曲线2.下图中哪段时期火星在向西“逆行”？【图片】参考答案:03/06-05/183.Cygnus X-1被认为一个黑洞候选体，做出这一判断的依据是【图片】参考答案:X射线光变时标小于1s，说明辐射X射线的天体的直径不超过km_由伴星谱线的多普勒位移，推测出另颗星的质量大于中子星质量上限4.以下关于星族III恒星的描述错误的是参考答案:星族III恒星发出的可见光辐射随宇宙膨胀已经红移到了微波波段5.一般来说星团中的成员星具有相同的参考答案:化学元素丰度_年龄6.1980年代，维拉·鲁宾通过以下哪项工作使科学界广泛接受暗物质存在的观念的？参考答案:观测漩涡星系的旋转曲线7.人类第一颗人造卫星是哪个国家发射的？参考答案:苏联8.黑洞能产生以下物理效应参考答案:时间膨胀_引力透镜_潮汐力_引力红移9.最早用望远镜发现了木星的4颗卫星的科学家是？参考答案:伽利略10.下列关于中子星的说法正确的是？参考答案:其是由英国女天文学家乔瑟琳•贝尔于1967年发现。
_其又被称为“脉冲星”。
_其直径为几十千米，质量相当于太阳的质量，密度极高，约为水的10的14次方倍，大体相当于原子核内部的密度。
_一个重要特征是存在强度极高的磁场，超过10的12次方高斯。
11.下面关于木星的结构说法正确的是？参考答案:木星内部7000千米的深处，氢呈液态。
_深度大约60000千米处，存在一个由岩石、金属和氢元素化合物组成的固态内核。
_从木星表面到内部，温度和密度都越来越高。
12.活动星系核的统一模型包含的结构有【图片】参考答案:超大质量黑洞_喷流_吸积盘_气体云13.发现火星上最大峡谷水手谷的探测器是？参考答案:水手9号14.关于双星，以下说法正确的是参考答案:双星研究有助于检验广义相对论_双星研究有助于测量恒星的质量_双星研究有助于寻找黑洞15.下列关于赫罗图说法正确的是？参考答案:赫罗图的横坐标也可用恒星的光谱型、色指数，纵坐标也可用恒星的绝对星等表示。
高考化学铁及其化合物一轮复习小题训练(原卷版)
铁及其化合物1．铁元素是维持生命活动不可缺少的微量元素之一。
铁的元素符号是( )A．Mg B．Ca C．Fe D．Zn2．下列反应不能通过化合反应直接制得的是()A．FeCl2B．FeCl3C．Fe(OH)3D．Fe(OH)23．既有氧化性，又有还原性的微粒是( )A．Fe B．Fe2+C．Fe3+D．Cu2+4．将铁屑溶于过量的稀盐酸后，再加入下列物质，会有Fe3＋生成的是()A．硫酸B．氯水C．硫酸锌D．氯化铜5．下列关于铁及其化合物的说法中，不正确．．．的是( )A．金属铁可被磁铁吸引B．铁元素有可变化合价C．铁丝在氯气中燃烧生成FeCl2 D．常温下铁片遇浓硫酸会发生钝化6．某些补铁剂的成分中含有硫酸亚铁，长期放置会因氧化而变质。
检验硫酸亚铁是否变质的试剂是( )A．稀盐酸B．石蕊溶液C．KSCN溶液D．氯水7．证明溶液中是否含Fe2+，操作的正确顺序是( )①加入少量KMnO4溶液②滴入少量KSCN溶液③加入少量氯水A．先①后②B．先②后①C．先②后③D．先③后②8．明代宋应星所著《天工开物》中有记载：“黄矾，乃即炼皂矾(FeSO4·7H2O)炉侧土墙……刮取下来，名日黄矾，染家用之。
金色浅者涂炙，立成紫赤色也。
”下列有关黄矾说法错误的是( )A．黄矾的主要成分中含有Fe3+B．黄矾在医药上可以作补铁剂C．黄矾可以应用于印染工业D．黄矾经火烤，立刻生成Fe2O39．下列关于铁及其化合物说法错误的是( )A．Fe在潮湿的空气中容易生锈B．丹霞地貌的岩层因含Fe2O3而呈红色C．FeO中铁元素的化合价呈+2价D．含Fe2+盐溶液遇KSCN溶液显红色10．印刷电路板的制作原理是用足量的FeCl3溶液腐蚀覆铜板上不需要的铜箔。
下列说法正确的是( )A．用KSCN溶液可检验腐蚀后溶液中的Fe2+B．Fe3+能溶解Cu，说明金属性Cu>FeC．当有1mol电子转移时，溶液中Cu2+增加1molD．腐蚀后溶液中的金属阳离子有Fe3+、Fe2+、Cu2+11．贫血是一种常见的疾病，其中缺铁性贫血是贫血中最常见的类型，通常补铁剂会与维生素C同服。
探索火星之路，人类走了多远？
78社会Society当我们还在仰望星空，以为火星遥不可及的时候，火星探测已经走过了50多年的历史。
文 | 郑永春探索火星之路，人类走了多远？图片来源：NASA 官方网站80社会Society揭开沙尘下面的火星岩石的神秘面纱，科学家专门给“勇气号”和“机遇号”配备了不锈钢刷头，以清除石块表面的灰尘。
同时，还配备了一个钻头，可以在岩石上打磨出几厘米深的圆孔，然后用光谱仪分析岩石成分。
最令人惊喜的是，作为一款低成本航天器，“勇气号”和“机遇号”当初的设计寿命只有短短3个月，但是它们的表现远远超过了人们的预期。
“勇气号”运行至2010年，工作了6年多，跑了7.7千米。
“机遇号”一直运行至2018年，工作了整整15年（约相当于8个火星年），是设计寿命的近60倍。
而且，“机遇号”还是宇宙“马拉松”比赛的冠军，它总计跑了45.16千米，超过一个全程马拉松的长度。
“好奇号”：把实验室搬到火星上经常会有人问，为什么要做这么多次火星探测？这些任务都有什么不同？的确，每一项火星探测任务都不相同——要么是技术的进步，要么是全新的探测目标。
太阳系中值得探测的目标太多了，不允许把有限的经费投到一个没有足够创造性的项目中去。
美国的“好奇号”是第三代火星车，更重、更大，功能也更强大。
“好奇号”是一位华裔小学生马天琪给它取的昵称，它真正的名字叫火星科学实验室。
这个名字恰如其分地体现了它的功能和价值。
它的外形大小与一辆私人轿车差不多，重约900千克，相当于“勇气号”或“机遇号”的5倍。
因为太胖太重，所以不能像第二代火星车那样用安全气囊弹跳的方式登陆。
为此，“好奇号”研发了一种全新的登陆方式——空中吊车。
空中吊车与“好奇号”合体进入火星大气。
当离地面高度还有1600米时，空中吊车开始启动，与降落伞脱离，8台发动机点火反推进行减速。
当离地面高度只有20米时，空中吊车在空中悬停，释放出一根缆绳，吊着火星车缓缓降落到火星表面。
一旦感知火星车已经接触地面，空中吊车主动割断缆绳，飞到他处自杀式坠毁。
利用平面约束的月球车立体匹配
利用平面约束的月球车立体匹配李海超;李莹;顾征【摘要】为了满足月球车视觉系统检测障碍物的时效性和可靠性需求,提出了一种基于平面约束和自适应惩罚参数的半全局立体匹配算法.首先,对极线校正后的两幅图像进行SIFT特征点提取与匹配,同时提取边缘特征;然后,利用匹配的SIFT特征点拟合空间平面,并根据平面估计左右图像所有像素点的视差搜索范围;最后,基于传统的半全局匹配算法,采用自适应惩罚参数对左右图像进行立体匹配.实验结果表明:所提出的算法有效地降低了计算复杂度,其计算复杂度只有传统方法的19.9％,对于视差不连续区域以及遮挡区域都能够获得正确的匹配结果.较传统半全局匹配方法无论在速度还是匹配精度上都得到明显提高,为立体匹配的实际应用奠定了基础.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2019(027)002【总页数】7页(P433-439)【关键词】月球车;立体匹配;平面拟合;半全局匹配;视差图【作者】李海超;李莹;顾征【作者单位】钱学森空间技术实验室,北京100094;北京空间飞行器总体设计部,北京100094;北京空间飞行器总体设计部,北京100094【正文语种】中文【中图分类】TP391;P1841 引言月球车是我国探月计划第二、第三阶段以及后续计划中的一项核心和关键技术，实现月面漫游是月球车进行后续科学工作的基础[1]。
而月球表面的地形快速三维重构是保证月球车顺利行进的关键问题，目前主要通过激光雷达和立体视觉进行三维重建。
激光雷达可以产生高精度的深度信息，相对于立体视觉的优势在于计算量小，但是存在设备功耗大、价格昂贵、体积和重量较大等缺点[2]；而立体视觉系统具备视场大、功耗、体积与质量较小、成本低等特点，符合搭载设备质量、能耗与体积尽可能小的发射和使用要求。
特别随着处理器处理速度的提高和立体视觉技术的进步，立体视觉在地外天体探测领域具有广泛的应用前景。
例如，2004年着陆的美国勇气号和机遇号火星车就利用立体视觉来绘制三维地形图；2012年8月着陆火星的好奇号火星车也采用立体视觉作为主要的避障、路径规划、导航定位的主要技术手段；2013年12月我国的嫦娥三号搭载的“玉兔”号月球车，也是采用立体视觉技术实现月面未知环境的三维重建，实现了基于立体视觉的自主避障。
《把火星改造成另一个地球》的阅读附答案
《把火星改造成另一个地球》的阅读附答案①据《新闻晨报》报道随着美国和欧洲火星工作的进行，人们发现，要想在短期内发现火星生命，希望十分渺茫。
但是，英国媒体28日，美英等国的科学家们正在一个大胆的计划：把红色的火星改造成另一个地球，使蓝色的海洋、绿色的田野、温和的清风覆盖如今的不毛之地，让生命在火星上尽情。
②当然，这个看起来像科幻小说的计划也招来了许多人的批评，他们认为，把火星变成地球的计划与其说是异想天开，不如说是荒谬绝伦，因为，它很可能会给火星带来致命的灾难。
③英国《观察家报》28日刊文说，越来越多的火星研究人员认为，在海洋与河流从火星消失几百万年之后的今天，人类有可能把火星改造成类似地球的生命天堂。
一些科学家正在以严肃的态度考虑，如何用人类的智慧帮助火星恢复其远古年代的辉煌面貌———大大小小的陨石坑变成星罗棋布的湖泊，红色星球焕然一新，变成适宜人类居住的新家园。
④借着今年初勇气号和机遇号火星车相继成功登陆火星的东风，美国宇航局将于下周主持召开一个大型国际研讨会，其主题就是如何把火星改造成小地球。
⑤美国宇航局太空生物学高级科学家迈克尔.梅尔说：长期以来，改造火星一直是热门的科幻话题，但现在，科学家们开始尝试将这个‘天方夜谭’变为现实。
我们认为，改造火星这个话题已经像其他的科研项目一样，存在其实现的可能性。
美国宇航局加利福尼亚州艾姆斯研究中心的克里斯.麦克凯也将参加下周的讨论会。
麦克凯在会前对记者透露，目前科学家提出的两个改造火星的方案都能有效地改造火星，它们也将是改造火星的关键一步。
一旦有了稠密、温暖的大气层，火星土壤中的冰就会融化，其结果就是可以在火星上种植农作物了。
把地球上的花草树木移植到改造过的火星上，就能为那儿提供氧气，火星大气层将会逐渐变得跟地球大气层一样。
麦克凯说：我们应该认真考虑送地球生命去火星的可能性。
反对者：毁了地球别再毁火星⑦当然，改造火星计划也招致许多人的反对。
⑧美国天文研究中心的保罗?穆丁就表示：改造火星的计划即使算不上疯狂，也可称之为极端，这是一件非常可怕的事情。
火星车资料
2003年6月10日，勇气号发射成功；同月25日，机遇号发射成功。
2004年美国东部标准时间1月3日和24日（北京时间各晚一天）分别登上火星。
勇气号和机遇号均已获得了一些重要成果。
例如，除了传回大量前所未有的高清晰度火星表面照片外，勇气号用小型热辐射光谱仪在着陆区观测到碳酸盐矿物存在的踪迹。
这类矿物质被认为需要在有水环境中才能形成，这意味着火星表面可能存在过形成生命的重要条件——水。
初步探测显示，勇气号周围区域碳酸盐富集程度似乎要高于火星整体的平均分布水平。
但科学家们强调，小型热辐射光谱仪新探测到的碳酸盐究竟是火星大气中所含水气作用的产物，还是在火星表面有水的环境下形成的尚无从判断，需要对周围区域进行红外测量后才能回答。
如观测发现碳酸盐集中在更粗大的物质中而不是在蓬松的尘土中，也许可以为古谢夫区域过去存在液态水提供支持。
此前，另一探测器在火星轨道上已发现火星表面存在碳酸盐。
美国航宇局1月10日宣布，勇气号已首次测量了火星上的温度。
负责分析数据的一位科学家说，火星上的岩石温度要比由细小颗粒构成的物体温度低。
那里目前白天最高温度约为5摄氏度，最低温度约为零下15度。
1月20日，该局喷气推进实验室宣布，勇气号首次对火星土壤进行了取样分析，获得了一批宝贵数据，并意外发现了此前没有料到的化学物质。
科学家惊讶地发现，火星土壤里含有一种名叫橄榄石的化学物质，其形成通常与火山爆发有关。
此外，科学家还在勇气号传回的土壤数据中发现了其它一些熟悉的化学元素，如铁、硫、氯、氩、镍和锌等，其中镍和锌属首次发现。
他们据此推断，火星表土可能是由一层颗粒较细的火山岩组成的。
2月7日，勇气号成功地在一块玄武岩类岩石上钻出一个小洞。
这是人类火星探测史上的首次岩石钻孔。
它花了3小时，用机械臂上的磨具钻入一块名为“阿迪朗达克”的岩石，钻出的洞深 2.7毫米，直径45毫米，以分析火星过去的地质构造。
接下来，它利用显微成像仪拍摄了岩石的显微照片。
关于火星的研究与报告300字作文
关于火星的研究與報告300字作文全文共7篇示例，供读者参考关于火星的研究與報告300字作文篇1一天，我正在甜美的梦中，突然，听见一阵“噼里啪啦”的声响，便急忙睁开眼看，啊，我的床前出现一条时空隧道！我一边看，一边想：是梦吧，进去了，应该也没关系！于是，我下了床，向隧道里走去……转眼间，我已经到达了……嗯？火星！是的，我此时已经站到了火星的上面，这里有许多奇形怪状的石头，只不过，这里看起来，就是一个峡谷，还是一片红。
真的是——“红”运当头呀！不过，我真的很想知道，怎么回去呀？我想起来了，是时空隧道把我带过来的呀，它一定能把我带回去！于是，我向四周看呀看，也没发现它，我坐在一块石头前，伤心地哭了起来。
不久，有一个声音传了过来“小姐姐，不要哭。
”我抬起头，看见一个绿色皮肤，三只眼睛，四只手，四条腿的“人”？哦，不，是外星人。
它又说：“我是小火腿，现在让我带你参观一下火星吧！”我起了身，跟着它，来到了一座奇高无比的火山前，小火腿让我站远点看……哇，这座火山，似乎是珠穆朗玛峰的3倍呢！我张大了嘴。
似乎很不相信，接着，我又看到了一片白色的区域，小火腿对我说：“哦，这儿好像曾经来过一些科学家，这被他们称作冰层，又叫极地冰盖。
”我看着这一片白冰，真像一个大的冰盖呢！我小心翼翼地走了上去，我极为小心，生怕会滑倒似的，忽然，我的双腿好像不受控制，开始滑动起来。
“哎呀，呀！”我就要滑倒了，幸好小火腿及时拉住了我，我才没有摔倒。
我转身起来，对着冰盖倒吸了一口凉气，便赶快走开了，远离了那里。
突然，又一阵“噼里啪啦”，那一轮时光隧道又重新出现在了我的眼前，我看了看时光隧道，又看了看小火腿。
我走上前去，抱了抱小火腿，转身走进了隧道，并留下一句：“下次再见！”“起床了！起床了！”妈妈大叫道。
我惊醒过来！原来，刚才的旅行，真的是一场梦啊！火星，下一次，我一定去看看你！关于火星的研究與報告300字作文篇2火星研究报告大家好,我是小明。
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第18卷 第5期2009年9月 航 天 器 工 程SPACECRA FT EN GIN EERIN G Vol.18 No.5 1勇气号和机遇号火星车定位方法评述邸凯昌(中国科学院遥感应用研究所,北京 100101)摘 要 评述了应用于勇气号和机遇号火星车的无线电测控定位、航迹推算、太阳图像确定方位角、视觉测程、光束法平差定位、地面影像与高分辨率卫星影像对比等多种定位方法,分析了其精度、适用范围、进一步发展的潜力等,对中国探月二期工程以及以后的火星探测工程中的探测车定位具有借鉴作用。
关键词 火星探测 火星车定位 精度中图分类号:V416 文献标志码:A 文章编号:167328748(2009)0520001205A R evie w of Spirit and Opportunity Rover Localization MethodsDI Kaichang(Instit ute of Remote Sensing Applications ,Chinese Academy ofSciences ,Beijing 100101,China )Abstract :This paper reviews t he rover localization met hods for Spirit and Opport unity rovers of t he Mars Exploration Rover mission ,including radio t racking ,dead reckoning ,sun sensor for ab 2solute heading determination ,visual odomet ry ,bundle adjust ment of rover image network ,and compariso n of rover and high 2resolution satellite images 1The application scopes ,accuracies and develop ment potentials of t hese met hods are analyzed ,which can be used as a reference for rover localization in t he f ut ure lunar and Mars rover missions 1K ey w ords :Mars exploration ;rover localization ;accuracy收稿日期:2009207202;修回日期:2009207214基金项目:国家自然科学基金资助项目(40871202);国家高技术研究发展计划(863)资助项目(2009AA12Z310)作者简介:邸凯昌(1967-),男,博士,研究员,博士生导师,现从事行星遥感制图与导航定位研究。
1 引言在美国国家航空航天局(NASA )2003火星探测车任务中,勇气号(Spirit )和机遇号(Opport uni 2ty )火星车携带相同的科学和工程仪器于2004年1月4日和25日分别在古谢夫陨石坑(Gusev Cra 2ter )和梅里迪亚尼平原(Meridiani Planum )成功着陆,业务化运行至今(2009年6月底)已近5年半的时间,在科学发现和工程实施方面都取得了空前的成功,而高精度的火星车定位对安全行驶及科学目标和工程目标的实现发挥了关键性的作用[123]。
勇气号和机遇号火星车的定位运用了无线电测控定位、航迹推算、太阳图像确定方位角、视觉测程、光束法平差定位、地面影像与高分辨率卫星影像对比等多种方法,每种方法都有其自身的优点和局限,多种方法的优化组合保证了定位信息的及时、精确。
本文根据笔者在美国多年的研究经历及参加勇气号和机遇号火星车探测任务超过4年的业务化运行工作经验,对勇气号和机遇号火星车的定位方法进行评述,分析各种方法的原理、适用范围、精度、进一步发展的潜力等,希望对中国探月二期工程以及以后的火星探测工程中的探测车定位具有借鉴作用。
2 勇气号和机遇号火星车相关硬件、导航方式及坐标参考系统简述 火星车采用六轮驱动,轴距112m,顶部的立体相机横杆距地面115m。
相机杆上的导航相机Navcam(Navigation Camera)是一对全色相机,立体基线长20cm,相机主距14167mm,视场角45°;全景相机Pancam(Panoramic Camera)是一对高分辨率多光谱相机,立体基线长30cm,相机主距43 mm,视场角1618°。
相机杆可以在水平方向旋转360°,垂直方向旋转±90°,使得Navcam和Pancam 都可以方便地拍摄全景图像。
避障相机Hazcam (Hazard2avoidance Camera)有两对全色相机,分别固定于太阳能电池阵下的前后部,立体基线长10 cm,相机主距5158mm,视场角约120°[2]。
车上计算机采用32位RAD6000微处理器, 128MB RAM、256MB闪存[4]。
火星车执行行驶及数据获取命令以一个火星日(约为24h40min)为一个周期,一个火星日的典型行驶距离为20～50m,偶尔会超过100m。
长距离的行驶一般由“盲行驶”和“自主行驶”两种模式混合实现,首先在安全行驶路径内盲行驶,然后开启自主行驶模式用导航和避障软件选择路径行驶,整个行驶路径中盲行驶的距离远远超过自主行驶距离[5]。
安全行驶路径根据前一个火星日Navcam或Pancam立体相机影像及其派生的坡度图等地形制图产品由人工确定,因此立体相机的测图能力和地形制图产品的精度和可靠性十分重要[627]。
火星车在平坦坚硬的地面上盲行驶的最高速度为5cm/s,在自主行驶模式下的速度约为1cm/s[4]。
火星车导航定位及任务实施涉及到全球和局部多个坐标参考系统,火星全球参考系统主要包括火星惯性参考系统和火星星固参考系统[6]。
惯性参考系统原点在火星质心,主要用于飞行器导航以及从地球或火星卫星上对火星着陆器和火星车进行无线电测控定位。
火星星固参考系统原点也在火星质心,其Z轴与旋转轴重合正方向指向北极,X轴在赤道平面内正方向指向中央子午线,Y轴与X轴和Z轴构成右手直角坐标系。
在星固参考系统中,火星的形状用圆球来近似。
火星星固参考系统主要用于从卫星图像上量测火星表面目标。
火星车着陆后,为便于作业,定义了一系列的工作区局部坐标系(Site Frame),其X轴指向当地北方向,Z轴向下与法线方向重合,Y轴向东与X 轴和Z轴构成直角坐标系。
第一个工作区坐标系(Site0)的原点在着陆点中心,相邻工作区坐标系的相互关系用一个三维平移向量和一个四元组定义的旋转矩阵确定[3]。
第一个工作区坐标系又被定义为着陆区局部坐标框架(Landing Site Local f rame, L SL),整个着陆区的摄影测量定位制图工作都在L SL中进行。
火星车的相机模型定义在火星车参考系统(Rover Frame)中,X轴指向前方、Z轴向下、Y轴向右。
根据火星车的位置和姿态经一系列的平移和旋转可将相机模型及量测结果从火星车坐标系转换至工作区坐标系和L SL坐标系[3]。
3 勇气号和机遇号火星车的定位方法311 无线电测控定位勇气号和机遇号火星车用其无线电系统同地球跟踪站直接通信或与火星轨道器通信,根据无线电信号的多普勒频移来确定火星车在火星惯性参考系统中的位置。
通过多次重复测控定位,火星车在惯性参考系统中的定位精度可达1～10m[6]。
无线电测控确定的火星车位置可以转换到星固参考系统中,转换精度为±250m[6]。
勇气号火星车着陆后,美国喷气推进实验室(J et Prop ulsion Laboratory,J PL)导航团队把第2个火星日至第4个火星日地球测控站直接得到的双向多普勒信号以及勇气号与奥德赛轨道器在两次通信窗口得到的双向多普勒信号联合处理,得到了着陆器的位置(即火星车初始位置)[6]。
机遇号着陆器的定位也采用了相同的方法。
在勇气号的第94至98火星日位置、机遇号第75至第78火星日位置火星车原地不动实施软件更新上载任务,无线电测控定位方法在这两个位置再次对火星车进行定位。
着陆点和软件更新位置也通过卫星图像中地物识别和平面三角交会的方法定位。
将无线电测控定位位置转换至星固参考系统并与基于卫星图像定位的位置相比较发现,两种定位方法勇气号两个位置的差别均为370m左右,在机遇号的两个位置均为135m 左右,表明两种方法都精确、可靠,两种方法得到的位置的差别主要来源于惯性参考系统和星固参考系统转换带来的误差。
此后,无线电测控定位方法还用于少数几个火星车停留了较长时间的关键位置。
无线电测控定位方法的优点是全局绝对定位,缺点是无法实现实时自主定位。
应当结合其他方法2 航 天 器 工 程 18卷 使用,并消除惯性参考系统和星固参考系统坐标转换带来的误差。
适合用于着陆器定位和火星车停留较长位置的定位。
312 航迹推算航迹推算法(Dead Recko ning)基于里程表和惯性导航器件(Inertial Measurement Unit,IMU)计算火星车的位置和姿态,不依赖于外界环境信息,是一种车上实时自主定位方法。
勇气号和机遇号火星车所用IMU是Litton LN2200型,由表面姿态位置及指向(Surface Attit ude Po sitio n and Pointing, SA PP)软件以8Hz的频率计算和更新其姿态和位置,其中姿态更新由三轴加速度计和三轴陀螺仪量测,位置由IMU和里程计转数共同计算[8]。
SA PP 软件获取火星车位置的设计精度为行驶距离的10%,即在100m的行驶距离累积定位误差不超过10m[8]。
航迹推算法的优点是功耗小、自主性强、计算简单、相对廉价,缺点是IMU随时间漂移及车轮打滑在长距离导航定位中会产生较大误差,例如在勇气号着陆区的哥伦比亚山、机遇号着陆区的鹰坑(Ea2 gle Crater)和耐力坑(Endurance Crater)上坡时出现过严重的打滑现象,其中在哥伦比亚山上坡时有一次高达125%的车轮打滑(指令是向前行驶,实际打滑到后面)[5]。
根据其固有的优缺点,航迹推算法作为基本的车上实时定位方法仍然会被广泛应用,当有条件应用其他精度较高的方法时再对其定位误差进行定期或不定期的改正。
313 太阳图像确定方位角勇气号和机遇号火星车还用其Pancam作为太阳敏感器获取太阳图像,确定图像中太阳质心位置,计算相对于火星车参考系统的太阳方位角和高度角,然后利用太阳星历表和太阳时计算太阳方位角和高度角,通过两组姿态的关系计算火星车相对于正北方向的绝对方位角,改正IMU随时间漂移带来的方位角累积误差。