月球作为距离地球最近最易探索，同时也是保留太阳系地质演化历史信息最完整的类地行星(Zuber et al.，2012)，一直是国际深空探测的重要目标。我国目前已成功发射了“嫦娥一号”(CE-1)、“嫦娥二号”(CE-2)和“嫦娥三号”(CE-3)月球探测器，顺利完成了探月工程“绕、落、回”三步走的前两个阶段，其中CE-3于北京时间2013年12月14日21时11分18秒在月球正面“虹湾”着陆区成功实施了软着陆，中国成为世界上第三个实现月面软着陆的国家。　　为了满足CE-3预选着陆区的选取需求，CE-2利用搭载的CCD立体相机对月球表面重点区域进行了三维成像，探月工程地面应用系统利用这些影像数据成功制作了全月球7m分辨率，以及虹湾地区(CE-3预选着陆区)1.5m分辨率的数字影像图。在数字影像图的制作过程中，CE-2探测器的轨道精度是影响影像拼接最关键的因素，研究显示轨道误差将导致相邻轨道影像数据中同名点最大公里量级的水平位置差异，高程方向也存在百米量级的差异，严重影响影像图的拼接精度。这表明目前CE-2的精密定轨结果并不能真实的反映探测器与月表的相对位置关系，需进一步通过影像数据全球平差等方法解决影像拼接误差的问题，并实现对CE-2轨道的优化。　　高分辨率的数字影像图为CE-3软着陆区域的选择和识别提供了基础保障，然而定点软着陆，特别是高精度（10m量级）定点软着陆还是对CE-3的轨道设计和轨控制导能力提出了更高的要求(Dayi Wang，2008; Feng Zhang，2013)。受持续时间短、地月距离远、动力学模型难以建立等因素的限制，目前很难获取探测器月面软着陆的精细轨迹。由于CE-3着陆器携带的降落相机详细记录了探测器的动力下降过程，并且与无线电观测数据相比，降落相机影像数据不受月球重力场、动力学模型等因素的影响，分辨率高、帧频高、可实现月表连续覆盖、能够同时求解探测器的位置和姿态，并呈现无线电观测等方法难以获取的探测器细微运动过程，因此有望重构精细的探测器月面软着陆轨迹，为探测器轨控策略分析、后续任务轨道优化和轨控策略调整、以及月球重力场反演等研究提供理论方法和基础数据。　　以上分析表明，影像数据作为重要的定轨辅助数据，有望改善我国月球探测器的定轨精度，保证我国探月任务的顺利实施。本报告根据我国嫦娥系列探测器目前的定轨现状，以及获取的大量影像数据，从以下几个方面开展了研究工作:　　1）.分析CE-2轨道精度对全月影像图制作的影响情况，研究高分辨率影像数据全球平差的关键技术、轨道在平差过程中的表达形式等内容，基于影像数据全球平差结果分析CE-2轨道的优化情况，以及其对全月影像图拼接的改善情况;　　2).研究基于降落相机影像解算月球探测器位置、姿态的数学模型，验证算法有效性，实现探测器位置的高精度解算，并重构精细的探测器月面软着陆轨迹，分析轨道精度并为探测器轨控策略分析、轨控策略调整等提供基础数据;　　3).将探测器轨道优化分析中涉及的相关技术方法应用于CE-3的工程任务中，完成探月工程地面应用系统CE-3科学载荷数据预处理任务。包括月球探测涉及的坐标系统、时间系统转换动态库的编写，切比雪夫插值多项式格式星历的制作，以及CE-3科学有效载荷数据几何定位流程验证和正确性分析等。