Change of Refractive Index of Air in X-band due to Atmospheric Humidity, Temperature and Pressure measured by GB-SAR Interferometry

In this paper, we analyzed the phase change of 5-triangular trihedral comer reflectors by using X-band Ground-Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR) system. Each reflector was set as a stationary target at a different distance from the system. We obtained total 123 full-polarization images during 40 hours continuously at 20 minute interval. Results of SAR interferometric analysis showed phase changes of maximum 2 radians and followed similar pattern with atmospheric data. Through a GB-SAR phase formula that includes refractive index in the air, we performed regression analysis for refractive index as a function of atmospheric humidity, temperature and pressure. As a result, refractive index of air in X-band showed relatively high coefficient of determination with humidity and temperature (0.72 and 0.76 on average, respectively) but not so with pressure (0.34). The refractive index of air in X -band changed by 3.14\;{\times}\;10^{-5}$ during the measuring time with a humidity range of 50% ~ 90% and a temperature range of $-1^{\circ}C$ ~ $9^{\circ}C$. We expect that a total expression of refractive index of air including humidity, temperature and pressure can be calculated when more extensive data would be collected at various atmospheric conditions.

GB-SAR 간섭기법으로 측정된 X-밴드 대기 굴절률의 상대습도, 기온 및 기압에 따른 변화

이 논문은 X-밴드 Ground-Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR) 시스템을 이용하여 5개의 삼각삼면반사체(triangular trihedral corner reflector)의 시간에 따른 위상변화를 분석하였다. 각각의 반사체는 시스템으로부터의 거리를 다르게 설정하여 고정시켰고 모든 편파에 대한 영상을 20 분 간격으로 123 회, 총 40 시간 동안 연속 측정하였다. SAR 간섭기법(interferometry)을 이용한 분석 결과 반사체는 고정된 상태임에도 불구하고 시간에 따라 최대 2 radian의 위상차가 나타났으며 기상요소와 유사한 추세를 보였다. 대기 중 굴절률을 고려한 GB-SAR 위상관계식을 통하여 대기 중 습도, 기온 및 기압의 변화에 따른 마이크로파 굴절률의 변화 양상을 회귀분석을 통하여 살펴보았다. 그 결과 X-밴드의 굴절률은 습도 및 기온과 비교적 높은 선형적 관계를 보였으나(평균 결정계수 각각 0.72, 0.76) 기압과는 그렇지 않았다(결정계수 0.34). 실험 기간 동안 습도는 약 50 %에서 90 %까지, 기온은 $-1^{\circ}C$에서 $9^{\circ}C$까지 변하였으며 X-밴드 굴절률의 변화는 약 $3.14{\times}10^{-5}$였다. 향후 보다 다양한 기상조건에서 실험이 이루어진다면 습도, 기온 및 기압 조건에 따른 굴절률의 포괄적 관계식을 유추할 수 있을 것으로 기대된다.