Verification of Kompsat-5 Sigma Naught Equation

The sigma naught (${\sigma}^0$) equation is essential to calculate geo-physical properties from Synthetic Aperture Radar (SAR) images for the applications such as ground target identification,surface classification, sea wind speed calculation, and soil moisture estimation. In this paper, we are suggesting new Kompsat-5 (K5) Radar Cross Section (RCS) and ${\sigma}^0$ equations reflecting the final SAR processor update and absolute radiometric calibration in order to increase the application of K5 SAR images. Firstly, we analyzed the accuracy of the K5 RCS equation by using trihedral corner reflectors installed in the Kompsat calibration site in Mongolia. The average difference between the calculated values using RCS equation and the measured values with K5 SAR processor was about $0.2dBm^2$ for Spotlight and Stripmap imaging modes. In addition, the verification of the K5 ${\sigma}^0$ equation was carried out using the TerraSAR-X (TSX) and Sentinel-1A (S-1A) SAR images over Amazon rainforest, where the backscattering characteristics are not significantly affected by the seasonal change. The calculated ${\sigma}^0$ difference between K5 and TSX/S-1A was less than 0.6 dB. Considering the K5 absolute radiometric accuracy requirement, which is 2.0 dB ($1{\sigma}$), the average difference of $0.2dBm^2$ for RCS equation and the maximum difference of 0.6 dB for ${\sigma}^0$ equation show that the accuracies of the suggested equations are relatively high. In the future, the validity of the suggested RCS and ${\sigma}^0$ equations is expected to be verified through the application such as sea wind speed calculation, where quantitative analysis is possible.

다목적실용위성 5호 후방산란계수 방정식 검증

후방산란계수(${\sigma}^0$) 방정식은 지상표적 탐지, 토지피복 분류, 해상풍 산출, 토양 수분함량 예측 등 Synthetic Aperture Radar(SAR) 영상의 활용을 위해 영상으로부터 지구물리적인 특성을 예측하는 과정에서 요구되는 필수 요소이다. 본 논문에서는 최종 업데이트된 SAR 프로세서와 절대방사보정의 특성을 반영하는 Kompsat-5 (K5)의 Radar Cross Section(RCS) 및 ${\sigma}^0$ 방정식을 제시하고 이를 검증하여 K5 SAR 영상의 활용도를 높이고자 한다. 우선, K5 RCS 방정식을 산출하고 이의 정밀도를 몽골의 검보정 사이트에 설치되어 있는 삼면판 반사기를 이용하여 검증하였다. K5 Spotlight 및 Stripmap 모드의 다양한 빔 영상에 대해서 RCS 방정식을 이용하여 측정한 RCS 값과 K5 SAR 프로세서를 이용하여 관측한 표준 RCS 값을 비교하였을 때 평균 $0.2dBm^2$ 이하의 차이를 보였다. 레이더 방정식과 K5 RCS 방정식을 이용하여 유도한 K5 ${\sigma}^0$ 방정식에 대한 검증은 계절에 따른 후방 산란 특성의 변화가 적은 아마존 열대 우림의 TerraSAR-X(TSX) 및 Sentinel-1A(S-1A) SAR 영상에서 얻은 ${\sigma}^0$과 비교하여 수행하였다. TSX/S-1A 대비 K5 ${\sigma}^0$ 값의 차이는 최대 0.6 dB 이하였다. K5의 절대방사보정에 대한 요구 값이 2.0 dB($1{\sigma}$)을 감안하면 K5 RCS 방정식의 평균 $0.2dBm^2$ 이하의 오차와 K5 ${\sigma}^0$ 방정식의 최대 0.6 dB 이하의 오차는 제시한 방정식들의 정밀도 및 유효성이 높음을 입증하여 준다. 향후, 본 논문에서 제시한 K5 RCS 방정식과 K5 ${\sigma}^0$ 방정식을 이용하여 해상풍 산출 등 정량적인 분석이 가능한 활용을 통한 검증이 추가적으로 이루어져야 할 것으로 생각된다.