重大突破！宏圖一號四星編隊SAR攻克熱帶雨林監測難題 國產衛星賦能全球森林碳匯核算

導語

近日，由中科院國家空間科學中心、北京航空航天大學、航天宏圖信息技術股份有限公司及巴西專業森林遙感機構聯合攻關的科研成果，正式刊發于國際權威期刊《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing（IEEE JSTARS）》。依托宏圖一號四星車輪編隊 SAR 獨有的多基線雙站干涉觀測能力，科研團隊成功攻克致密熱帶森林林下地形、森林高度同步反演世界級技術難題，將國產編隊 SAR 應用從傳統高精度地形測繪拓展至全球森林生態遙感領域，為森林碳儲量估算、全球氣候變化研究打造自主可控的空天信息技術方案。

圖 1 國產X波段四星車輪編隊雙站干涉雷達宏圖1號

行業痛點：熱帶雨林探測長期存在技術瓶頸

森林是陸地生態系統最大碳庫，林下地形、森林高度是森林資源調查、生物量估算、生態監測與全球碳循環研究的核心基礎參數。但以亞馬遜雨林為代表的熱帶林區樹木高大、冠層致密，傳統 X 波段星載雷達穿透能力有限，易受植被復雜體散射干擾，僅能獲取樹冠表層高程，無法還原真實林下地面，是長期困擾國際森林遙感領域的核心難題。

宏圖一號四星車輪編隊 SAR 原生定位高精度地形測繪，單次成像可同步獲取多組不同空間基線干涉數據，但在茂密林區，植被散射會造成高程測量結果顯著抬升，輸出數據僅代表樹冠散射中心高度，難以分離地面與林木信號。如何充分釋放多基線觀測數據優勢、高精度反演森林垂直結構參數，成為國產編隊 SAR 落地生態監測場景的關鍵課題。宏圖一號獨有的多基線同步觀測特性，為破解森林三維結構探測瓶頸提供了全新技術路徑。

產學研海內外聯合攻關，首創國產編隊 SAR 森林一體化反演方法

本次研究由中科院國家空間科學中心微波遙感技術重點實驗室雷洋研究員團隊牽頭，聯合北京航空航天大學、航天宏圖公司、巴西 Canopy Remote Sensing Solutions 公司協同完成，選取全球典型復雜植被場景 ——巴西亞馬遜塔帕若斯?國家森林（（Floresta Nacional do Tapajós）開展全套算法驗證。

三大核心技術創新

1. 構建多基線森林干涉相位統計模型

深度挖掘宏圖一號四星編隊同步多基線雙站干涉觀測優勢，有效區分地面與植被散射信號，剝離樹冠層干擾，穩健還原林下真實地形。

2. 多源激光雷達數據協同校正

融合 GEDI、ICESat-2 星載激光雷達與機載激光雷達真實數據約束模型，大幅提升復雜熱帶林區參數反演穩定性與準確度。

3. 林下地形 + 森林高度聯合反演框架

單次衛星觀測可同步輸出林下數字地形（DTM）、森林高度兩類核心生態參數；系統量化不同基線配置對反演精度的影響規律，為后續編隊 SAR 衛星觀測模式設計提供關鍵參考依據。

實測精度亮眼！國產衛星性能對標國際先進激光雷達

研究采用多套激光雷達真值數據交叉驗證，宏圖一號反演產品精度實現大幅領先：

1. 林下地形探測精度

林下地形絕對誤差 RMSE 3.6 米；對比傳統哥白尼全球標準 DEM 產品，誤差降幅超 70%，消除密林區域地形高程不連續、系統性偏差問題。

圖 2哥白尼數字高程地形標準產品（左）與宏圖1號反演得到的亞馬遜雨林林下地形產品（右）。右圖中去除了左圖中森林區域的地形高程不連續和偏差。

2. 森林高度探測精度

森林高度相對誤差控制在 20% 以內，與星載激光雷達觀測結果高度匹配；可精準捕捉 2015-2023 年亞馬遜雨林砍伐、退化引發的森林高度動態變化。

從精度對比圖可見，傳統全球地形產品在茂密森林區域存在顯著偏高誤差，宏圖一號配套多基線反演算法可有效剔除冠層散射干擾，輸出連續、穩定、高精度的林下地形與森林高度數據集，充分印證國產車輪編隊 SAR 在極端復雜林區的強大探測能力。

圖 3哥白尼數字高程地形標準產品（左）、宏圖1號反演得到的亞馬遜雨林林下地形產品（右）分別與機載激光雷達林下地形產品對比精度驗證。右圖中去除了左圖中森林區域的地形高程偏差，并大幅度降低了測量誤差。

應用價值全面升級，拓寬宏圖一號商業航天應用邊界

此前宏圖一號四星編隊 SAR 核心應用集中于國土高精度地形測繪，本次科研成果成功打通商業SAR 星座 + 森林碳匯監測全新賽道，多維價值顯著：

1. 產業應用價值

本研究豐富了宏圖一號SAR 衛星生態應用場景，完善了空天信息技術在林草資源普查、生態修復動態監測、森林碳匯核算全鏈條服務能力。

2. 科研技術價值

形成擁有自主知識產權的多基線 SAR 森林三維結構反演完整技術體系，為我國新一代編隊 SAR 衛星系統設計、觀測方案優化提供核心技術支撐。

3. 全球生態價值

依托國產衛星大范圍、全天候、低成本持續觀測優勢，支撐全球熱帶雨林常態化動態監測、碳循環量化評估，助力我國深度參與全球氣候治理與生態保護合作。

未來展望

航天宏圖將持續深化與國內頂尖科研院所、海外生態遙感機構的產學研協同創新，依托自主可控 SAR 衛星星座，持續優化森林、濕地、山地等復雜地表遙感解譯算法，不斷拓展空天信息技術在自然資源管理、雙碳目標落地、全球生態保護領域的規模化落地應用，以商業航天硬核技術守護全球生態綠水青山。

圖 4宏圖1號反演得到的亞馬遜雨林森林高度產品（左）以及亞馬遜森林2015-2023期間森林砍伐、退化引起的高度變化（右）。

圖 5宏圖1號反演得到的亞馬遜雨林森林高度產品與星載激光雷達森林高度對比精度驗證。

一、論文鏈接《Baseline-Dependent Retrieval of Underlying Terrain and Forest Height From Hongtu-1 Bistatic X-Band InSAR》：https://ieeexplore.ieee.org/document/11578218