我国首次火星全球遥感与区域巡视探测任务已获批立项, 首个火星探测器也即将前往火星。 为满足火星物质成分分析的需求, 我国研制了不同类型的火星物质成分分析仪器, 其中包括火星表面成分探测仪（MarsCoDe）, 应用了激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS）。 火星表面覆盖尘埃, 探测仪器想要准确获取火星尘埃之下的物质成分, 必须剥去尘埃或者进行破坏从而深入岩层取样。 LIBS可以用激光烧蚀待测物体表面, 获得深部物质光谱信息, 在火星表面探测中具有其他仪器无法取代的优势。 LIBS在火星探测中几乎适用于探测每一个元素, 包括轻元素H, Li, Be, B, C, N, O等, 帮助寻找有机物和含水地质过程的证据。 由于LIBS在火星环境工作, 等离子体的物理性质与地球上完全不同。 为了确保火星车载LIBS返回数据的光谱质量, 需要对LIBS在着陆后开展在轨定标。 借助火星车的携带在轨定标样品, 对探测数据进行在轨定标, 确保返回数据的可靠性。 定标样品的选择是一项十分重要的工作, 存在仪器工程条件限制、 定标样品类型的代表性、 元素成分分布范围、 样品稳定性等多种考虑因素, 需满足科学任务的同时达到加工工艺要求。 总结了国外已有的火星车载LIBS在轨定标的研究进展, 重点分析了LIBS在轨定标样品选择依据、 国外选择样品的优缺点, 并总结经验提出了几点建议, 为我国在轨定标工作提供参考。 对火星探测数据的正确解译, 对未来研究火星的起源、 火星的长期地质演变过程等具有重要的科学意义。

探月工程三期项目将完成“绕、 落、 回”三个阶段中的采样返回任务, 将在未来发射嫦娥五号（CE-5）探测器, 执行月面着陆、 采样并返回地球的任务。 嫦娥五号月球矿物光谱分析仪（LMS）是探月工程三期重要的数据来源, 通过LMS光谱数据分析识别月球表面物质的矿物组成, 包括含水矿物, 同时有助于判断岩石类型, 辅助地层学分析。 为月球的形成过程、 月球地质演变及岩石-水交互作用的研究提供数据支撑。 相比于嫦娥三号红外成像光谱仪, LMS将光谱范围从450～2 400 nm扩展到了480～3 200 nm, 除了能探测月球表面主要矿物辉石、 橄榄石等, 还可以探测3 000 nm附近的羟基吸收峰特征, 为月球表面是否存在“水”提供强有力的证据。 此外, 嫦娥五号月面工作任务将获取月表以下物质, LMS可以对月表采样前后的采样区域进行光谱探测, 比较不同深度、 不同风化程度下的月壤光谱特征, 且与后期返回样品的实验室光谱对比分析。 为保证LMS月面数据的可靠性, 在探测器发射之前开展了LMS地面验证试验, 采用多种矿物及矿物混合样品, 在不同试验环境下获取LMS的探测数据, 分析研究LMS的矿物成分探测能力, 并结合标准比对仪器光谱进行光谱质量分析。 计算了所有实验样品的光谱不确定度参数。 除了具有低反射率的钛铁矿外, 所有样品都具有高质量的光谱数据。 同时, 在相同条件下, LMS光谱特征与标准比对仪器得到的光谱数据相一致, 表明LMS整体数据质量高。

针对嫦娥三号极紫外相机影像由于缺少控制点约束而无法沿用地球遥感影像几何定位方法的现状, 研究了极紫外相机的工作原理、涉及的坐标系统及其转换关系, 提出了一种基于星上遥测参数和严格坐标转换关系的几何定位方法, 进行了影像数据几何定位及定位精度分析.研究结果表明, 该方法能够解算影像拍摄时刻极紫外相机光轴在太阳磁层坐标系中的指向, 以及着陆器在该坐标系中的位置, 精确定位影像中地球质心的位置, 校正相机光轴指向在原始影像中对应的位置, 确保极紫外相机探测数据的科学应用价值, 实现嫦娥三号空间环境探测的科学目标.

为实现嫦娥三号月球车全景相机图像的无缝镶嵌，针对全景相机序列图像光照不均、月表影像的特殊性等问题，提出了一种基于加速稳健特征(SURF)算法的嫦娥三号全景相机图像全景镶嵌方法。采用SURF算法提取特征点，用SURF描述子的欧氏距离作为判定度量进行特征匹配。求取相邻两幅图像间的变换矩阵，并利用Levenberg-Marquardt非线性优化算法进行优化。采用基于线性插值的渐入渐出方法对图像重叠区域进行融合，实现月表图像的无缝镶嵌。结果显示，该方法针对嫦娥三号全景相机图像实现了快速准确的镶嵌，生成的镶嵌图满足月球车探测目标选取及路径规划的需求。

从嫦娥三号全景相机的特点(双目相机)出发，提出了一种针对图像像对质量进行评价的方法，即结构相似度(SSIM)的评价方法。在分析了嫦娥三号全景相机成像原理以及以往采用的评价因子的基础上，运用此方法对全景相机所获得的图像像对进行了质量评价。该评价因子能够很好地适用于嫦娥三号全景相机所获得图像像对的质量评价，并且优于常用的一般评价因子。实验表明此评价方法在像对质量评价上具有一定的优势。为后续全景相机图像进行立体图像匹配提供参考。

脉冲式光纤激光器受到其重复频率的限制，导致其数据传输速率较低，严重影响了其在通信领域的应用。为了改善其性能并使其能更好地应用到通信领域，针对脉冲式光纤激光器的这种缺点，通过三种脉冲位置调制(PPM)调制方式对其进行调制并对其性能的影响进行了实验研究。通过改变三种PPM调制的调制位数脉冲时隙宽度对脉冲式光纤激光器的调制速率的影响以及三种PPM调制方式对脉冲式光纤激光器的输出功率误码率的影响进行了仿真研究。分析结果表明，单脉冲位置调制(L-PPM)调制方式最适合脉冲式光纤激光器，可以将重复频率为200 kHz的脉冲式光纤激光器的调制速率提高到1.387 Mbit/s，该结果有利于脉冲式光纤激光器在通信中的应用。

为满足深空探测全景相机的高精度标定要求，针对大型室外三维标定靶标构建困难、不能现场标定，平面棋盘靶标标定精度不高等问题，提出了一种基于圆形标志点的相机标定方法。大量圆形标志点按矩阵形式均匀分布在平面靶标上，以其中一个圆形标志点为原点建立世界坐标系。基于相机成像模型及物点、相机原点、像点的共线性约束，以投影误差最小作为目标函数，采用非线性优化方法得到了相机参数的最优解。标定实验结果显示所提标定方法可行、有效，具有较高的标定精度和较好的稳健性，相机参数的标定精度优于0.3 pixel；采用的畸变模型合适，标志点投影误差优于0.07 pixel。