THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2014 Apr.; 254, 476 482. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2014.25.4.476 ISSN 1226-3133 Print ISSN 2288-226X Online 1 Vector Radiative Transfer Analysis of Backscattering Coefficients of Corn Fields Using the First-Order Vector Radiative Transfer Technique 권순구 황지환 박신명 홍성욱 오이석 Soon-Koo Kweon Ji-Hwan Hwang Sin-myeong Park Sungwook Hong* Yisok Oh 요약 SAR., 1 VRTVector Radiative Transfer /.,,. 1 VRT RMSE Root Mean Square Error VV- 1.32 db, HH- 0.99 db., 1 VRT LAI Leaf Area Index. Abstract In this study, we analyzed the effect of corn growth on the radar backscattering coefficient. At first, we measured the backscattering coefficients of various corn fields using a polarimetric scatterometer system. The backscattering coefficients of the corn fields were also computed using the 1st-order VRTVector Radiative Transfer model with field-measured input parameters. Then, we analyzed the experimental and numerical backscattering coefficients of corn fields. As a result, we found that the backscatter from an underlying soil layer is dominant for early growing stage. On the other hand, for vegetative stage with a higher LAILeaf-Area-Index, the backscatter from vegetation canopy becomes dominant, and its backscattering coefficients increase as incidence angle increases because of the effect of leaf angle distribution. It was also found that the estimated backscattering coefficients agree quite well with the field-measured radar backscattering coefficients with an RMSERoot Mean Square Error of 1.32 db for VV-polarization and 0.99 db for HH-polarization. Finally, we compared the backscattering characteristics of vegetation and soil layers with various LAI values. Key words: Radiative Transfer Model, Corn Field, SAR, Vegetation Canopy. 서론 SAR 2013. Department of Electronic Information and Communication Engineering, Hongik University * National Meteorological Satellite Center Manuscript received December 4, 2013 ; Revised January 17, 2014 ; Accepted January 23, 2014. ID No. 20131204-121 Corresponding Author: Yisok Oh e-mail: yisokoh@hongik.ac.kr 476 c Copyright The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science. All Rights Reserved.
1 Vector Radiative Transfer SAR. TerraSAR-X TanDEM-X, COSMO-Sky- Med 1 4 RADARSAT-2 SAR, L- SAR ALOS-2 2014. 2013 8 SAR 5 KOMPSAT-5: Korea multi-purpose satellite-5 2014. SAR,, DEM,,,.,,,, [1] [3]. SAR VRTVector Radiative Transfer, [4],[5].,.,. C- : 5.3 GHz VV-, HH-, VH-, HV- 1 VRT, /. VRT lossy dielectric cylinder lossy dielectric disk. 1 VRT 5. -1 I-V-S, -2 I-V-G-S, -3 I-G-V-S, -4 I-G-V-G-S, -5 I-G-S. 1 VRT [7].. 산란계수및지표면정보측정 1 VRT /. HPS: Hongik Polarimetric Scatterometer OMT Horn, VNAVector Network Analyzer [9]. 1., DMMCTDifferential Mueller Matrix Calibration Technique [10].. 1 차 VRT 기법을이용한초목층산란해석 1 VRT [6]. 그림 1. Fig. 1. Scatterometer system. 477
THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. vol. 25, no. 4, Apr. 2014. 그림 2. Fig. 2. Photos of test sites., Decagon devices EC-5,,,,,,. 1 LAI,.,.. 옥수수산란계수분석 VRT /. 4 5/29 7/11 a a Leaf area index b b Soil moisture c c Surface roughness d d Particle's data 그림 3. Fig. 3. An example of ground truth measurements.. 2013/5/29, 6/13, 6/ 26, 7/11 4, 2. 3 1,. profilo-meter [11], LAI Decagon devices AccuPAR LP-80 a HH- 2013/5/29 a HH-polarizationMay/29/2013 표 1. Table 1. Ground truth of corn field. 5/29 6/13 6/26 7/11 cm 30 80 200 250 LAI 0.48 1.48 1.78 2.78 cm 1.30 1.31 1.31 1.22 cm 3 /cm 3 0.30 0.15 0.18 0.25 b HH- 2013/7/11 b HH-polarizationJuly/11/2013 그림 4. HH- 5 Fig. 4. Contribution of the five scattering mechanism for HHpolarization data. 478
1 Vector Radiative Transfer 그림 5. 25 LAI Fig. 5. Variation of total backscattering coefficients by LAI when average of leaf angle is 25 deg. VRT HH- /. 4a, LAI 0.48. 60,. 4b, LAI 2.78 20, 30 40. VRT a 5/29 b 6/13 a May 29 b June 13 c 6/26 d 7/11 c June 26 d July 11 그림 6. VRT Fig. 6. The result of VRT simulation and measured backscattering coefficients. 479
THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. vol. 25, no. 4, Apr. 2014.,. lossy dielectric disk disk, [12].,. 5 25, 25, LAI. LAI 0.5 5/29 LAI 25, 75. 6 VRT VV- HH-. VH-, HV-, 1 VRT. 4 HH- VV-, 5/29, 6/13 6/26 60, 7/ 11 30. 5/29, 5/29, 20 50. 5/29 0.3 cm 3 /cm 3 0.04 0.35 cm 3 /cm 3. 7 C-, HH- LAI. 1 cm,. LAI 그림 7. LAI Fig. 7. Variation of scattering mechanism ratio by LAI.,.. LAI... 결론 1 VRT 1 VRT., 1 VRT RMSE VV- 1.32 db, HH- 0.99 db., 1 VRT., LAI LAI. SAR,. 480
1 Vector Radiative Transfer 감사의글. References [1] S. Said, U. C. Kothyari, and M. K. Arora, "Vegetation effects on soil moisture estimation from ERS-2 SAR images", Hydrolog. Sci. J., vol. 57, no. 3, pp. 517-534, Mar. 2012. [2] J. F. Paris, "The effect of leaf size on the microwave backscattering by corn", Remote Sens. Environ., vol. 19, no. 1, pp. 81-95, Feb. 1986. [3] N. S. Chauhan, "Soil moisture inversion at L-band using a dual-polarization technique: a model-based sensitivity analysis", Int. J. Remote Sens., vol. 23, no. 16, pp. 3209-3227, Nov. 2002. [4] E. P. W. Attema, F. T. Ulaby, "Vegetation modeled as a water cloud", Radio Sci., vol. 13, no. 2, pp. 357-364, Mar.-Apr. 1978. [5] F. T. Ulaby, R. K. Moore, and A. K. Fung, Microwave Remote Sensing: Active and Passive, Artech House. [6] L. Tsang, J. A. Kong, and R. T. Shin, Theory fo Microwave Remote Sensing, 1st ed. Hoboken, NJ: Wiley, 1985. [7] S. -K. Kweon, J. -H. Hwang, and Y. Oh, "Development of a scattering model for soybean fields and verification with scatterometer and SAR data at X-band", Journal of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 12, no. 1, pp. 115-121, Mar. 2012. [8] Y. Oh, K. Sarabandi, and F. T. Ulaby, "Semi-empirical model of the emsemble-averaged differential mueller matrix for microwave backscattering from bare soil surfaces", IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 30, no. 6, pp. 1348-1355, Jun. 2002. [9],,,, "X- Scatterometer ",, 2012, pp. 1308-1315, 2009 12. [10],,,, "X- Scatterometer ",, 214, pp. 408-416, 2010 4. [11],,,, " ",, 241, pp. 91-97, 2013 1. [12] T. B. A. Senior, K. Sarabandi, and F. T. Ulaby, "Measuring and modeling the backscattering cross section of a leaf", Radio Sci., vol. 22, no. 6, pp. 1109-1116, Dec. 1987. 481
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