在我国月球探测二期工程中,月球车是一个重要的组成部分。月球车的导航系统是月球车设计的一个关键部分。任何月球车要在一个陌生的,非结构化的环境中完成路径规划、避障和预定的作业任务,都必须首先知道自己的位置及运动姿态,及时提供给控制系统,为下一步的安全行走做好充分的准备,以确保其在这一环境中工作的安全性。视觉导航是一种新兴的月球车导航方式,它与视觉系统共用部分设备,可以在常规导航方式之外为月球车导航系统提供一种有益的补充和备份。本文分析了各种常用视觉导航算法的优缺点,确定了基于立体视觉的导航和基于单目视觉的导航两种方式,并对基于立体视觉的视觉测量法、地形匹配法和着陆器单目视觉导航方法进行了研究。基于立体视觉的导航部分,研究了以特征检测和跟踪为基础的视觉测量导航算法,分析了影响其精度的主要因素。以月球车立体视觉系统提供的局部地形图和轨道器或着陆器提供的全局地形图为基础,给出了一种利用两地形图内局部高点位置关系不变性实现定位的简便算法。这两种算法使得月球车立体视觉系统提供的三维地形图不仅可用于路径规划和障碍规避,还可用于视觉导航定位。单目视觉导航中,研究了基于着陆器上单个摄像机和月球车光点的导航方法。利用着陆器上矩形配置的至少四个特征光点及其位置关系,可以优化求解出各个特征光点的三维坐标,进而可以求解出月球车的位置和姿态。这种方法在近距离内可以达到比较高的精度,可以作为着陆器立体视觉导航中部分摄像机失效情况下的一种备份。