随着新一轮探月高潮的到来,月球漫游车的研制成为一个重要的研究课题。月球车等漫游类探测器要提高生存能力并且成功完成科学探测任务,就必须实现自主运行和管理,其中关键技术之一是获取自身的位置和姿态信息。月球车通常借助地面站通过无线电测控进行导航控制,但由于地球和月球自转和公转运动及所带来的地面站和漫游车相对地理位置的变化等,有时月球车会处于地面站无法测控的区域内,因此漫游车利用自身或者着陆器携带的测量设备进行自主导航控制已经成为重要的发展方向。综合国际上导航的先进技术以及月球车的自身特点,本文采用了基于卡尔曼滤波的视觉导航系统作为主要的工作模式。首先,本文介绍了研制、开发月球车的重要意义及国内外月球及火星探测车的历史、研究现状及发展态势。其次,对国内外行星漫游车视觉导航方案及相对位姿估计方法进行了比较,确定了基于卡尔曼滤波的单相机月球车位姿估计方法。最后,为了测试不同的运动轨迹对月球车位置、姿态确定的影响,根据月球车的运动规律,设计了三个不同的动力学模型。在月球车动力学及光学成像原理的基础上,对三个模型分别建立了该系统的状态方程及观测方程来对月球车的相对位置、姿态进行估计,并给出了仿真结果。仿真结果表明利用卡尔曼滤波对月球车的位置、姿态进行估计的这种方法能够提供较为精确的相对位姿信息;并且依据仿真结果给出了定位精度与特征光点数目、位置的关系,为导航系统设计提供了依据。