Kim, Yihyun;Hong, Sukyoung;Lee, Kyoungdo;Jang, Soyeong
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.46
no.4
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pp.237-244
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2013
Radar remote sensing is appropriate for monitoring rice because the areas where this crop is cultivated are often cloudy and rainy. Especially, Synthetic Aperture Radar (SAR) can acquire remote sensing information with a high temporal resolution in tropical and subtropical regions due to its all-weather capability. This paper analyzes the relationships between backscattering coefficients of rice measured by RADARSAT-2 SAR and growth parameters during a rice growth period. We examined the temporal variations of backscattering coefficients with full polarization. Backscattering coefficients for all polarizations increased until Day Of Year (DOY 222) and then decreased along with Leaf Area Index (LAI), fresh weight, and Vegetation Water Content (VWC). Vertical transmit and Vertical receive polarization (VV)-polarization backscattering coefficients were higher than Horizontal transmit and Horizontal receive polarization (HH)-polarization backscattering coefficients in early rice growth stage and HH-polarization backscattering coefficients were higher than VV-polarization backscattering coefficients after effective tillering stage (DOY 186). Correlation analysis between backscattering coefficients and rice growth parameters revealed that HH-polarization was highly correlated with LAI, fresh weight, and VWC. Based on the observed relationships between backscattering coefficients and variables of cultivation, prediction equations were developed using the HH-polarization backscattering coefficients.
The errors in retrieved aerosol backscattering coefficients due to different lidar ratios are analyzed quantitatively in this paper. The actual calculation shows that the inversion error of the aerosol backscattering coefficients using the Fernald backward-integration method increases with increasing inversion distance. The greater the error in the lidar ratio, the faster the error in the aerosol backscattering coefficient increases. For the same error in lidar ratio, the smaller actual aerosol backscattering coefficient will get the larger relative error of the retrieved aerosol backscattering coefficient. The errors in the lidar ratios for dust or the cirrus layer have great impact on the retrievals of backscattering coefficients. The interval between the retrieved height and the reference range is one of the important factors for the derived error in the aerosol backscattering coefficient, which is revealed quantitatively for the first time in this paper. The conclusions of this article can provide a basis for error estimation in retrieved backscattering coefficients of background aerosols, dust and cirrus layer. The errors in the lidar ratio of an aerosol layer influence the retrievals of backscattering coefficients for the aerosol layer below it.
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.12
no.1
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pp.115-121
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2012
This paper presents a scattering model and measurements of backscattering coefficients for soybean fields. The polarimetric radar backscatters of a soybean field were measured using the ground-based X-band polarimetric scatterometer in an angular range from $20^{\circ}$ to $60^{\circ}$. The backscattering coefficients were also obtained using the COSMO-SkyMed (Spotlight mode, HH-polarization) from July to October 2010. The backscattering coefficients of the soybean field were computed using the 1st-order radiative transfer model (RTM) with field-measured input parameters. The soybean layer is composed of the stems, branches, leaves, and soybean pods. The stems, branches, and pods are modeled with lossy dielectric cylinders, the leaves are modeled with lossy dielectric disks. The estimated backscattering coefficients agree quite well with the field-measured radar backscattering coefficients.
The objective of this study was to measure backscattering coefficients of paddy rice using a L-, C-, and X-band scatterometer system with full polarization and various angles during the rice growth period and to relate backscattering coefficients to rice growth parameters. Radar backscattering measurements of paddy rice field using multifrequency (L, C, and X) and full polarization were conducted at an experimental field located in National Academy of Agricultural Science (NAAS), Suwon, Korea. The scatterometer system consists of dual-polarimetric square horn antennas, HP8720D vector network analyzer ($20\;MHz{\sim}20\;GHz$), RF cables, and a personal computer that controls frequency, polarization and data storage. The backscattering coefficients were calculated by applying radar equation for the measured at incidence angles between $20^{\circ}$ and $60^{\circ}$ with $5^{\circ}$ interval for four polarization (HH, VV, HV, VH), respectively. We measured the temporal variations of backscattering coefficients of the rice crop at L-, C-, X-band during a rice growth period. In three bands, VV-polarized backscattering coefficients were higher than hh-polarized backscattering coefficients during rooting stage (mid-June) and HH-polarized backscattering coefficients were higher than VV-, HV/VH-polarized backscattering coefficients after panicle initiation stage (mid-July). Cross polarized backscattering coefficients in X-band increased towards the heading stage (mid-Aug) and thereafter saturated, again increased near the harvesting season. Backscattering coefficients of range at X-band were lower than that of L-, C-band. HH-, VV-polarized ${\sigma}^{\circ}$ steadily increased toward panicle initiation stage and thereafter decreased, and again increased near the harvesting season. We plotted the relationship between backscattering coefficients with L-, C-, X-band and rice growth parameters. Biomass was correlated with L-band hh-polarization at a large incident angle. LAI (Leaf Area Index) was highly correlated with C-band HH- and cross-polarizations. Grain weight was correlated with backscattering coefficients of X-band VV-polarization at a large incidence angle. X-band was sensitive to grain maturity during the post heading stage.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.17
no.12
s.115
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pp.1172-1180
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2006
The backscattering coefficients of a bare soil surface were measured using an R-band polarimetric scatterometer, which were used to verify the validities of scattering models and inversion algorithms. The soil moisture contents and the surface roughness parameters (the RMS height and correlation length) were also measured from the soil surface. The backscattering coefficients were obtained from several scattering models with these surface parameters, and the computation results were compared with the measured backscattering coefficients. The soil moisture contents of the surface were retrieved from the measured backscattering coefficients, and compared with the measured surface parameters. This paper shows how well the scattering models agree with the measurements, and also shows the inversion results.
Microwave remote sensing has great potential, especially in monsoon Asia, since optical observations are often hampered by cloudy conditions. The radar backscattering characteristics of rice crop were investigated with a ground-based automatic scatterometer system. The system was installed inside a shelter in an experimental paddy field at the National Institute of Agricultural Science and Technology (NIAST) before transplanting. The rice cultivar was a kind of Japonica type, called Chuchung. The scatterometer system consists of X-band antennas, HP8720D vector network analyzer, RF cables, and a personal computer that controls frequency, polarization and data storage. This system automatically measures fully-polarimatric backscattering coefficients of rice crop every 10 minutes, accompanied by a digital camera that takes pictures in a fixed position with the same interval. The backscattering coefficients were calculated by applying a radar equation. Plant variables, such as leaf area index (LAI), biomass, plant height and weather conditions were measured periodically throughout the rice growth season. We have performed polarimetric decomposition of paddy data such as single, double and volume scattering to extract the scattering information effectively. We investigated the relationships between backscattering coefficients and the plant variables.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.17
no.12
s.115
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pp.1181-1188
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2006
The radar backscattering coefficients of soil surfaces with various roughness conditions are computed at first in this paper. The roughness parameters for various surface-profile lengths are also obtained. Then, the relationship between the radar backscattering coefficients and the profile length is studied. It was shown that the effect of the profile length is negligible on the backscattering coefficient, even though the roughness parameters vary a lot with the length of the surface profile.
This study was carried out to assess the use of RADARSAT data which is C-band with HH polarization for the rice growth monitoring in Korea. Nine time-series data were taken by shallow incidence angle (standard beam mode 5 or 6) during rice growing season. And then, backscattering coefficients ($\sigma$$^{\circ}$) were extracted by calibration process for comparing with rice growth parameters such as plant height, leaf area index(LAI), and fresh and dry biomass. Field experimental data concerned with rice growth were collected 8 times for the ground truth at the study area, Tangjin, Chungnam, Korea. At the beginning of rice growth, backscattering coefficients were ranged from -l6~-l3dB when rice fields were not covered with rice canopy and flooded. At the maximum vegetative stage of rice, backscattering coefficients of the rice field were the highest ranging from -4.4dB~-3.1dB. The temporal variation of backscattering coefficient($\sigma$$^{\circ}$) in rice field was significant in this study. Backscattering coefficient ($\sigma$$^{\circ}$) of rice field was a little bit lower again after heading stage than before. This results show RADARSAT data is promising for rice monitoring.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.25
no.4
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pp.476-482
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2014
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 VRT(Vector 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 LAI(Leaf-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 RMSE(Root 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.
Newly developing SAR (Synthetic Aperture Radar) sensors commonly include high resolution X-band those data are expected to contribute various applications. Recent few studies are presenting potential of X-band SAR data in forest related application. This study tried to investigate the relationship between forest stand parameters and multi-band SAR normalized backscattering. Multi-band SAR data was radiometric corrected to compare signal from different forest stand condition. Then correlation coefficients were estimated between attribute of forest stand map and normalized backscattering coefficients. Although overall correlation coefficients are not high, only X-band shows strong relationship with DBH class than other bands. The signal of C- and L-band is composed of a large number of discrete tree components such as leaves, stems, even background soil. In forest, strength of radar backscattering is affected by complex parameters. Further study might be considered more various forest stand parameters such as canopy density, stand height, volume, and biomass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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