森林碳匯主被動聯(lián)合觀測

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星是世界首顆森林碳匯主被動聯(lián)合觀測的遙感衛(wèi)星，能夠實現(xiàn)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(fā)射和應用，將改變依靠人工對森林植被進行抽樣監(jiān)測的傳統(tǒng)碳匯測量現(xiàn)狀，標志著我國碳匯監(jiān)測進入天基遙感時代。

森林碳匯監(jiān)測需要有高精度的植被數(shù)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(shù)據。研制團隊創(chuàng)新性地將天基測繪“激光雷達+光學相機”為代表的主被動聯(lián)合觀測手段應用到森林監(jiān)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(shù)據獲取“準、全、細、精”。

森林碳匯監(jiān)測“專業(yè)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(wèi)星一次測量發(fā)射出激光的光束數(shù)量、發(fā)射頻次則決定測量精度。為最大程度提升植被測高的數(shù)據精度，研制團隊通過數(shù)據反演、仿真分析、應用測試等實現(xiàn)1秒發(fā)射測量激光200次的能力，并對激光雷達所需的衛(wèi)星環(huán)境和硬件配置進行適應性設計，克服散熱等難題，最終實現(xiàn)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(chuàng)新、巧思破解，為衛(wèi)星設計安裝了5個多光譜相機，實現(xiàn)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(chuàng)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(xiàn)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(qū)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(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。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(fā)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(chuàng)新性使用了光柵分光原理，將光譜分辨率提升了10倍，實現(xiàn)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(shù)據“精”。為了去除大氣對監(jiān)測數(shù)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(jiān)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(shù)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(guī)劃能力“智能星”

森林碳匯監(jiān)測是碳星的主要任務，除此之外，還可廣泛應用于環(huán)保、測繪、氣象、農業(yè)、減災等領域，支撐作物評估、植物病蟲害監(jiān)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(wèi)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(shù)據獨立傳遞，從軟件上讓衛(wèi)星“智能化”，根據設定的邊界條件參數(shù)實現(xiàn)自主辨別海洋、陸地、光照條件，并以此自動規(guī)劃“最佳探測任務”流程，實現(xiàn)完全的自主任務規(guī)劃。在這種設計下，除了特殊或突發(fā)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。