森林碳汇主被动联合观测

陆地生态系统碳监测卫星是世界首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星，能够实现对森林植被生物量、气溶胶分布、叶绿素荧光的高精度定量遥感测量。碳星的发射和应用，将改变依靠人工对森林植被进行抽样监测的传统碳汇测量现状，标志着我国碳汇监测进入天基遥感时代。

森林碳汇监测需要有高精度的植被数据作为支撑，植被高度、植被面积、叶绿素荧光和大气PM2.5含量是计算森林碳汇能力的核心数据。研制团队创新性地将天基测绘“激光雷达+光学相机”为代表的主被动联合观测手段应用到森林监测中，配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪、多角度偏振成像仪等4种载荷，确保数据获取“准、全、细、精”。

森林碳汇监测“专业星”

植被测高结果“准”。碳星利用多波束激光雷达进行植被测高是一个抽样测量的过程，通过计算激光到树冠以及地面的时间差计算树木的高度，而卫星一次测量发射出激光的光束数量、发射频次则决定测量精度。为最大程度提升植被测高的数据精度，研制团队通过数据反演、仿真分析、应用测试等实现1秒发射测量激光200次的能力，并对激光雷达所需的卫星环境和硬件配置进行适应性设计，克服散热等难题，最终实现测点间隔由公里级跨越至百米级，植被测高精度大幅提升。

获取植被面积“全”。为了准确还原森林茂密程度，研制团队大胆创新、巧思破解，为卫星设计安装了5个多光谱相机，实现对地5角度立体观测。同时，为了避免植被阴、阳面光线影响，研制团队创新性提出月球定标方法，确保5角度成像光谱响应一致。实现这些能力后，5角度多光谱相机能帮助碳星绘制一幅“立体”植被分布图，精准覆盖观测区域的一草一木。

叶绿素荧光探测“细”。叶绿素是植被光合作用的关键影响因素，叶绿素荧光高精度制图便是碳星支撑高精度碳汇监测的重要环节。但叶绿素荧光的能量非常小，仅有约0.5%~2%以荧光的形式发射出来，为提升叶绿素光谱探测精细程度，科研人员为碳星设计配置了超光谱探测仪，创新性使用了光栅分光原理，将光谱分辨率提升了10倍，实现国际首次0.3nm精细探测，能够探测到人眼所看不到的太阳光细微的明暗变化。

大气校正数据“精”。为了去除大气对监测数据的影响，研制团队将大气校正做到了极致。首先，研制团队为碳星专门配置了偏振成像仪，支持35个角度监测大气PM2.5含量，获取大气横向PM2.5含量信息。秉承精益求精的精神，研制团队还增配了大气激光雷达，用于获取大气纵向PM2.5含量信息。一横一纵将数据结果由二维变成了三维立体信息，确保大气校正更精准。

全自主任务规划能力“智能星”

森林碳汇监测是碳星的主要任务，除此之外，还可广泛应用于环保、测绘、气象、农业、减灾等领域，支撑作物评估、植物病虫害监测、灾害应急成像等工作。任务繁多，工作模式极其复杂，按照载荷工作模式组合计算多达47种。

为了让卫星支持更多应用，同时操控便捷，研制团队从硬件上保证各种载荷数据独立传递，从软件上让卫星“智能化”，根据设定的边界条件参数实现自主辨别海洋、陆地、光照条件，并以此自动规划“最佳探测任务”流程，实现完全的自主任务规划。在这种设计下，除了特殊或突发的任务外，碳星无需用户“操心”，如同智能扫地机器人，一键开机，一气呵成。