森林碳匯主被動聯合觀測

陸地生態系統碳監測衛星是世界首顆森林碳匯主被動聯合觀測的遙感衛星，能夠實現對森林植被生物量、氣溶膠分布、葉綠素熒光的高精度定量遙感測量。碳星的發射和應用，將改變依靠人工對森林植被進行抽樣監測的傳統碳匯測量現狀，標志著我國碳匯監測進入天基遙感時代。

森林碳匯監測需要有高精度的植被數據作為支撐，植被高度、植被面積、葉綠素熒光和大氣PM2.5含量是計算森林碳匯能力的核心數據。研制團隊創新性地將天基測繪“激光雷達+光學相機”為代表的主被動聯合觀測手段應用到森林監測中，配置了多波束激光雷達、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷，確保數據獲取“準、全、細、精”。

森林碳匯監測“專業星”

植被測高結果“準”。碳星利用多波束激光雷達進行植被測高是一個抽樣測量的過程，通過計算激光到樹冠以及地面的時間差計算樹木的高度，而衛星一次測量發射出激光的光束數量、發射頻次則決定測量精度。為最大程度提升植被測高的數據精度，研制團隊通過數據反演、仿真分析、應用測試等實現1秒發射測量激光200次的能力，并對激光雷達所需的衛星環境和硬件配置進行適應性設計，克服散熱等難題，最終實現測點間隔由公里級跨越至百米級，植被測高精度大幅提升。

獲取植被面積“全”。為了準確還原森林茂密程度，研制團隊大膽創新、巧思破解，為衛星設計安裝了5個多光譜相機，實現對地5角度立體觀測。同時，為了避免植被陰、陽面光線影響，研制團隊創新性提出月球定標方法，確保5角度成像光譜響應一致。實現這些能力后，5角度多光譜相機能幫助碳星繪制一幅“立體”植被分布圖，精準覆蓋觀測區域的一草一木。

葉綠素熒光探測“細”。葉綠素是植被光合作用的關鍵影響因素，葉綠素熒光高精度制圖便是碳星支撐高精度碳匯監測的重要環節。但葉綠素熒光的能量非常小，僅有約0.5%~2%以熒光的形式發射出來，為提升葉綠素光譜探測精細程度，科研人員為碳星設計配置了超光譜探測儀，創新性使用了光柵分光原理，將光譜分辨率提升了10倍，實現國際首次0.3nm精細探測，能夠探測到人眼所看不到的太陽光細微的明暗變化。

大氣校正數據“精”。為了去除大氣對監測數據的影響，研制團隊將大氣校正做到了極致。首先，研制團隊為碳星專門配置了偏振成像儀，支持35個角度監測大氣PM2.5含量，獲取大氣橫向PM2.5含量信息。秉承精益求精的精神，研制團隊還增配了大氣激光雷達，用于獲取大氣縱向PM2.5含量信息。一橫一縱將數據結果由二維變成了三維立體信息，確保大氣校正更精準。

全自主任務規劃能力“智能星”

森林碳匯監測是碳星的主要任務，除此之外，還可廣泛應用于環保、測繪、氣象、農業、減災等領域，支撐作物評估、植物病蟲害監測、災害應急成像等工作。任務繁多，工作模式極其復雜，按照載荷工作模式組合計算多達47種。

為了讓衛星支持更多應用，同時操控便捷，研制團隊從硬件上保證各種載荷數據獨立傳遞，從軟件上讓衛星“智能化”，根據設定的邊界條件參數實現自主辨別海洋、陸地、光照條件，并以此自動規劃“最佳探測任務”流程，實現完全的自主任務規劃。在這種設計下，除了特殊或突發的任務外，碳星無需用戶“操心”，如同智能掃地機器人，一鍵開機，一氣呵成。