我国的探月工程二期为落月工程,即发射月球着陆器并携带月面巡视探测器,完成对月面的巡视勘查,获取着陆区和巡视探测区的地形地貌、地质构造,并对岩石与矿物成分进行现场采样与分析,获得了大量宝贵的工程和科研数据。高精度的导航定位技术是保证月面巡视探测器在其生命期内开展科学探测效率的必要条件,支持对有意义的探测目标进行选择,确定探测目标与月面巡视探测器的相对位置,选择接近探测目标的可靠规划路径等。因此,本论文针对探月工程二期中亟待解决的月面巡视探测器导航定位问题,进行了深入的研究。主要内容如下：(1)提出了月面巡视探测器立体图像导航定位算法。本算法将系数矩阵和像点坐标观测值视为包含随机误差,使加权总体最小二乘平差理论应用于月面巡视探测器立体图像相对定向模型,并将Procrustes理论和加权总体最小二乘平差理论引入到月面巡视探测器立体图像条带网模型中,实现了探测器的定位。通过室内试验场对算法进行了验证,相对定位精度达到4.41%。在嫦娥三号的任务支持中,有效地修正了遥测数据,并给出了探测器的最佳移动距离和连接点分布原则,解决了探测器在实施科学探测期间的导航定位问题。(2)提出了月面巡视探测器遥测位置与姿态角系统误差检校算法。在阐述基于标定控制场的系统误差检校流程后,利用相邻摄站具有重叠区域的立体图像进行月面巡视探测器位置与姿态角的计算,通过统计方法了解遥测数据差值的变化规律,并以此为基础对月面巡视探测器遥测位姿数据进行系统误差补偿。在室内试验场对月面巡视探测器遥测位姿数据(即探测器坐标x和偏航角)进行系统误差补偿后,有效地消除了特征点在月面巡视探测器前进方向上的系统误差,总体上使特征点的几何定位三维精度达到198.3mm的水平。在处理嫦娥三号月面巡视探测器遥测数据时,基于立体图像的系统误差检校算法可进一步地分离遥测数据在探测器本体系坐标y方向上的系统误差。(3)提出了基于LM算法和DL算法的月面巡视探测器光束法平差定位方法。将阻尼策略、可信区域策略引入到月面巡视探测器立体图像光束法平差数学模型中,探讨迭代解算过程中各种算法对参数初始值的依赖性,实现月面巡视探测器位置与姿态角的计算。通过室内试验场对算法进行了验证,基于DL算法的光束法平差定位技术使探测器的相对定位精度达到4.32%。在嫦娥三号的任务支持中,与立体图像导航定位算法相互验证,对遥测数据进行了有效的修正,解决了在遥测位置数据出现较大误差时如何使光束法平差模型稳定收敛的问题,克服传统最小二乘解法对待求参数初始值的依赖性,为月面巡视探测器立体图像光束法定位技术提供了可靠的解决方案。(4)提出了月面巡视探测器遥测数据联合平差定位算法。研究了包含像点坐标系统误差、月面巡视探测器本体系与相机坐标系存在中心位置偏移量、旋转偏角的空间定位模型,建立基于月面巡视探测器遥测数据的联合平差数学模型,并在此基础上对各类观测值进行了系统的研究,实现探测器的导航定位。在室外试验场进行了算法验证,结果表明：相对定位精度达到3.96%,满足了室外试验场中对月面巡视探测器导航定位的指标要求。在嫦娥三号的任务支持中,对遥测数据进行了有效地修正,同时反映了月面巡视探测器定位测姿系统的测量精度。在此基础上,对本文涉及的三种月面巡视探测器导航定位算法进行了对比与分析。本文的研究成果在经过月面巡视探测器的内场、外场试验验证的基础上,成功应用于嫦娥三号月面巡视探测器遥操作系统,充分满足了嫦娥三号任务支持的需求,为月面地形恢复和路径规划提供了重要的基础数据。