监测陆地、海洋、大气和空间环境变化的人造地球卫星。包括陆地观测卫星、海洋环境卫星、气象卫星和空间环境探测卫星等。军事上主要是为作战提供地形、地貌、海况、气象、电磁场等战场环境信息。

       我国首 个专门用于大气环境综合监测的卫星“大气一号”即将完成正样研制，有望今年下半年出厂并择机实施发射。“大气一号”将部署在太阳同步轨道，通过配置的大气探测激光雷达、高精度偏振扫描仪、多角度偏振成像仪、紫外高光谱大气成分探测仪和宽幅光谱成像仪5台仪器，实现PM2.5等细颗粒物污染监测，二氧化氮、二氧化硫、臭氧等污染气体监测，以及二氧化碳柱浓度监测。针对我国大气环境监测的迫切需求，未来将会形成“大气”系列卫星。

       国家空间基础设施中全球首颗搭载主动激光雷达二氧化碳探测的大气环境监测卫星，实现对大气二氧化碳的全天时、高精度监测。这颗大气环境监测卫星搭载的主动激光雷达载荷，采用后向散射接收和差分吸收探测体制，可以获取全球大气二氧化碳、云和气溶胶的垂直分布信息。

       大气激光雷达是激光雷达特有的一种应用,其利用激光与大气成分的相互作用来进行探测。国外在较早期已能够利用激光雷达对大气进行检测，目前已建有多个激光雷达观测站，其中包括意大利那不勒斯观测站、美国激光雷达观测站、印度尼西亚斯马特拉岛观测站等。其中，美国对空基激光雷达在大气检测方面的应用较为成熟。

       国内对激光雷达的应用和研究也在迅猛发展，20世纪六七十年代，中国科学院大气物理所在周秀骥院士、吕达仁院士、赵燕曾研究员等主持下成功研制出了我国第一台米散射激光雷达，同时开展了有关云和气溶胶特性的探测工作。随着激光雷达在大气检测方面应用的不断发展，目前我国已经建立了12 个沙尘暴长期观测站。随着应用的不断扩大，国内已有许多单位开始运用激光雷达系统进行大气参数的探测研究，如安徽光学精密机械研究所、中国海洋大学、中国科学技术大学、上海光学精密机械研究所、武汉大学、兰州大学等。激光雷达监测环境大气的工作原理是：激光器发射激光脉冲，与大气中的气溶胶及各种成分作用后产生后向散射信号，系统中的探测器接收回波信号，并对其进行处理分析，从而得到所需的大气物理要素。

       高精度偏振扫描仪是一台分孔径、分振幅同时偏振测量的遥感器。采用分孔径和分振幅的同时偏振测量技术,可获取目标的高精度多光谱偏振辐射信息,其测量精度是影响载荷在轨应用的关键指标之一。仪器研制完成后,实验室条件下完成偏振和辐射定标以及测量精度的评估。为检验实验室定标结果,开展自然目标探测下的地面验证实验,使用POSP在晴朗天气沿太阳主平面对天空进行扫描,将获取的天空辐亮度和偏振度数据。通过穿轨扫描获取高精度大气气溶胶参数，反演获取气溶胶的微物理特性参数，最终提供大范围的气溶胶常规监测数据，为细颗粒物反演提供基础数据输入，为空气质量监测与大尺度长期气候变化提供数据支撑。

       多角度偏振成像仪用于获取全球大气气溶胶和云性质参数,能探测大气多角度偏振信息.偏振探测是仪器的重要特性,大视场光学仪器起偏效应显著,应予以定标校正.在轨运行前通过实验室,外场对偏振探测性能进行全面检测.在轨运行时,设计基于自然目标偏振特性的在轨检测方法,进行数据校正后,再对大范围海洋耀光和水云偏振虹进行分析,通过偏差分布图像可在复杂多云的数据环境中直观显示仪器状态,实现了全视场偏振探测性能的快速评测,验证了地面应用系统数据处理的有效性.在轨偏振探测性能与实验室,外场检测的性能一致,探测精度满足优于0.02的设计指标.检测数据为气溶胶和云反演应用提供重要依据。

       紫外高光谱大气成分探测仪，用于获取紫外到可见波段的高光谱遥感产品，实现对全球大气痕量成分分布和变化的定量监测，其空间分辨率指标达到24公里。主要面向国家污染减排、环境质量监管、大气成分与气候变化监测，开展污染气体、区域环境空气质量、大气成分、气候变化等高光谱遥感监测应用示范。

       高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。目前高光谱成像技术发展迅速，常见的包括光栅分光、声光可调谐滤波分光、棱镜分光、芯片镀膜等。

       高光谱成像系统主要由面阵相机、分光设备、光源、传输机构及计算机软硬件等五部分构成。光源是高光谱成像系统的一个重要部分，它为整个成像系统提供照明;分光设备是高光谱成像系统的核心元件之一，分光设备通过光学元件把宽波长的混合光分散为不同频率的单波长光，并把分散光投射到面阵相机上; 相机是高光谱成像系统的另一个核心元件。

       光源产生的光与被检测对象作用后成为物理或化学信息的载体，然后通过分光元件投射到面阵相机;计算机软件和硬件用来控制高光谱成像系统采集数据，针对特定的应用进行图像和光谱数据的处理与分析，同时还可以为高光谱图像提供存储空间。