• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.102-102
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• 2019

토양수분은 수문 및 기상 현상의 주요 요인으로 가뭄, 홍수 및 범람과 같은 자연 재해와 관련이 깊은 인자이다. 이러한 토양수분의 관측 기술 중 위성 데이터를 활용한 원격탐사 기술은 광범위한 지역의 관측이 용이하고 지점이 아닌 공간 데이터를 제공하는 장점을 지니고 있어 토양수분의 관측에 유리하다. 특히 높은 해상도의 위성기반 토양수분 데이터는 토양수분의 변동성이 큰 지역의 수문, 기상학적 현상을 보다 자세히 분석할 수 있게 해주며 가뭄 및 범람과 같은 수자원 관련 재해를 정확하게 분석하는데 요구된다. 이로 인해 최근 Sentinel-1 위성에서 운용중인 Synthetic Aperture Radar(SAR) 데이터를 이용한 매우 높은 공간해상도(10m~1km)를 지니고 있는 토양수분데이터 생산에 관한 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나 국내에서는 Sentinel-1 위성을 이용한 토양수분 데이터 복원에 관한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 파주 감악산 설마천 유역에서의 Sentinel-1 위성의 SAR 데이터를 이용한 고해상도 토양수분 데이터를 복원하고자 한다. 파주 설마천 유역은 감악산 일대로 경사가 심하고 식생이 두터운 산악지형이다. SAR를 이용하여 산지에서 신뢰성 있는 토양수분 자료를 복원하기 위해서는 가장 큰 오차의 원인으로 작용하는 경사와 식생을 고려하여야 한다. 먼저 표면 경사의 영향의 경우 SAR 센서의 레이더 입사각과 수치 표고 모델을 이용하여 고려하고자 한다. 다음 과정으로 표면 경사가 고려된 Sentinel-1 데이터의 후방산란계수와 Landsat-8 데이터 및 지점 토양수분 데이터를 이용하여 식생에 따른 후방산란계수의 거동을 Water Cloud Model을 이용하여 분석하였다. Water Cloud Model은 토양위의 식생의 수분이 후방산란계수에 혼동을 주는 구름과 같이 작용한다고 가정하고 식생수분을 후방산란계수와 레이더 입사각 및 식생지수를 통해 계산하는 모델이며 이를 이용하여 토양수분 복원에 있어 식생의 영향을 제거하고자 하였다. 이를 통해 식생과 표면 경사를 고려하여 복원된 토양수분 데이터를 설마천 유역의 지점 데이터와 비교 분석하고 다른 위성기반 토양수분 데이터 및 강우 데이터를 이용하여 평가하였다. 본 연구결과를 통해 한반도 산지에서의 SAR 데이터를 이용한 토양수분 복원 기술의 기초가 마련될 것이며 이를 통해 산지가 대부분인 한반도의 토양수분 거동을 이해하는데 유용한 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구 이후에는 연구결과분석을 통한 산지에서의 고해상도 토양수분 복원 알고리즘을 분석, 보완하고 한반도에서의 SAR 기반 토양수분 데이터의 정확도를 높이는 연구가 진행되어야 할 것이다.

• 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.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.1 no.2
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• pp.117-122
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• 1969

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.25 no.1
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• pp.31-44
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• 2009

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.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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• v.26 no.2
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• pp.163-168
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• 1989

In this paper, Rayleigh wave velocity has been measured by detecting the backscattered signal generating near the Rayleigh critical angle in the elastic medium. The rotating system has been made for the measurment of Rayleigh angle. It has been shown that the measured velocity for the stainless steel, brass aluminum, copper has been good agreement with the theoretical value. The method of non-destructive evaluation using backscattering signal has been presented and the c-scan acoustic image for internal of IC sample has been displayed.

• Proceedings of the KSRS Conference
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• 2007.03a
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• pp.153-157
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• 2007

본 논문은 지표면 현상의 관측에 날씨의 영향을 거의 받지 않는 마이크로파 L-밴드(1.95 GHz)와 C-밴드(5.3 GHz) scatterometer 시스템을 이용하여 농업과학기술원 내의 논에서 자라는 추청벼를 대상으로 2006년 5월 29일부터 10월 9일까지 생육에 따른 군락의 후방산란계수를 관측한 데이터와 작물의 생육과의 관계를 살펴보고 또한，측정 시스템의 개요，측정 시스템의 보정 방법들을 기술하고자 한다. Scatterometer 시스템의 송 수신기로 HP 8753D 벡터 네트워크 분석기를 사용하며，타워 위에 안테나를 설치하여 3.4 m의 높이에서 측정하도록 하였다. L-밴 드와 C-밴드 scatterometer는 VV-, VH-, HV-, HH-편파를 측정하여 fully polarimetric한 데이터를 얻도록 설계된 레이더시스템으로 입사각을 $30^{\circ}{\sim}60^{\circ}$에서 $10^{\circ}$간격으로 각각 30개의 독립적인 샘플을 측정하여 통계적으로 후방산란계수를 얻었다. 타워에서 발생하는 전파 잡음과 안테나 패턴의 부엽에 의한 지면에서의 수직반사(coherent 성분) 전파를 제거하기 위해 네트워크 분석기의 time gating 기능을 사용하며，55 cm 크기의 trihedral 전파반사기를 보정용 반사기로 사용하고， STCT(single target calibration technique) 방법을 이용하여 시스템을 보정하였다. 측정 결과를 분석하여 주파수， 입사각도， 편파의 변화에 대한 벼의 후방산란 특성과 벼의 생육상태과의 관계를 살펴보았다. L-밴드와 C-밴드 모두 벼의 생육과 밀접한 결과를 나타내었으나，입사각이 작을 때는 C-밴드와의 상관이 높게 나타났고 입사각이 커질수록 L-밴드와의 상관이 높게 나타났다. 편파는 L-밴드 와 C-밴드 모두 hh 편파가，입사각은 50도에서 가장 생육의 변이를 잘 설명하는 것으로 나타났다. 생육 데이터 모두를 이용한 경우보다는 유수형성기 또는 출수기 등 벼 생육의 질적인 변화를 보이는 시기에 따라 나누어 분석하는 것이 변화추이를 더 잘 설명하는 것으로 나타났다.

• Korean Journal of Remote Sensing
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• v.26 no.5
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• pp.497-510
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• 2010

In this study, comparisons of the backscattering coefficients and the coherence values which had been extracted from SAR (Synthetic Aperture Radar) images such as JERS-1, ENVISAT and ALOS satellites with surface roughness, surface geometric and soil moisture content were carried out. As the results of analysis using the backscattering coefficient and coherence values from SAR images, the coherence was shown high in the region containing more of mud fraction due to higher viscosity of fine grain-size. A lot of tidal channels were well developed in the Ganghwa tidal flat, affecting the drainage of seawater and subsequent soil moisture content by exposure time of tidal flat. The backscattering coefficient. consequently, appeared to be lower in sand flat and mix flat with decrease of soil moisture. In contrast, most mud flats were distributed at high elevation so that soil moisture was not much influenced by seawater. The backscattering coefficient in mud flat seemed to have a relationship with the density of tidal channel. In addition, lowering backscattering coefficients in the all Ganghwa tidal flat was observed when surface remnant water increased according to the amount of rainfall. The correlation between backscattering coefficient, coherence and sediment environment factors in the Ganghwa tidal flat was investigated. In the future, more quantitative spatial analysis will be helpful to well understand the sedimentary influence of various sediment environment factors.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.56 no.3
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• pp.211-224
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• 2023

In this study, a soil moisture estimation was performed using the Water Cloud Model (WCM), a backscatter model that considers vegetation based on SAR (Synthetic Aperture Radar). Sentinel-1 SAR and Sentinel-2 MSI (Multi-Spectral Instrument) images of a 40 × 50 km² area including the Yongdam Dam watershed of the Geum River were collected for this study. As vegetation descriptor of WCM, Sentinel-1 based vegetation index RVI (Radar Vegetation Index), depolarization ratio (DR), and Sentinel-2 based NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) were used, respectively. Forward modeling of WCM was performed by 3 groups, which were divided by the characteristics between backscattering coefficient and soil moisture. The clearer the linear relationship between soil moisture and the backscattering coefficient, the higher the simulation performance. To estimate the soil moisture, the simulated backscattering coefficient was inverted. The simulation performance was proportional to the forward modeling result. The WCM simulation error showed an increasing pattern from about -12dB based on the observed backscattering coefficient.

• Proceedings of the KSRS Conference
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• 2009.03a
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• pp.147-150
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• 2009

본 논문에서는 해상 클러터를 고려하여 움직이는 물체의 SAR 원시 데이터를 생성하고, SAR 원시 데이터 중간 처리 결과인 range 압축 데이터의 azimuth 차분 신호로부터 물체의 속도를 측정하는 방법을 여러 가지 환경에 적용하여 그 정확도 및 적용 가능한 경우를 분석하였다. 움직이는 물체에 의한 도플러 중심 주파수의 변이가 azimuth 차분 신호에서 위상의 변화를 가져오므로, 이를 이용하여 움직이는 물체의 속도를 측정하는 알고리듬을 정리하였다. 이 알고리듬을 위에서 생성한 range 압축 데이터에 적용하여, 타깃이 되는 물체가 독립적으로 존재하는 경우, azimuth 상에 또 다른 속도를 가지는 산란체가 존재하는 경우, 그리고 높은 후방산란계수를 가지는 육지에 타깃이 되는 물체가 인접해 있는 경우를 가정하여 속도를 측정하였다. 그 결과, 타깃이 되는 물체가 SAR 영상에서 256 픽셀 범위 내에서 독립적으로 존재할 경우에는 높은 정확도로 물체의 속도를 측정할 수 있었으나, 128 픽셀 범위에 다른 움직이는 물체가 존재하거나, 높은 후방산란 계수를 갖는 육지와 인접해 있을 경우에는 최대 1m/s 의 오차를 나타냈다. 이는 주변 산란체의 영향에 의해 신호가 교란되어 목표물의 위치를 추정하는 과정에서 오차가 발생했기 때문이다.

• Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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• v.46 no.1
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• pp.23-31
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• 2013

Microwave remote sensing can help monitor the land surface water cycle and crop growth. This type of remote sensing has great potential over conventional remote sensing using the visible and infrared regions due to its all-weather day-and-night imaging capabilities. In this paper, a ground-based multi-frequency (L-, C-, and X-band) polarimetric scatterometer system capable of making observations every 10 min was developed. This system was used to monitor the wheat over an entire growth cycle. The polarimetric scatterometer components were installed inside an air-conditioned shelter to maintain constant temperature and humidity during the data acquisition period. Backscattering coefficients for the crop growing season were compared with biophysical measurements. Backscattering coefficients for all frequencies and polarizations increased until dat of year 137 and then decreased along with fresh weight, dry weight, plant height, and vegetation water content (VWC). The range of backscatter for X-band was lower than for L- and C-band. We examined the relationship between the backscattering coefficients of each band (frequency/polarization) and the various wheat growth parameters. The correlation between the different vegetation parameters and backscatter decreased with increasing frequency. L-band HH-polarization (L-HH) is best suited for the monitoring of fresh weight (r=0.98), dry weight (r=0.96), VWC (r=0.98), and plant height (r=0.96). The correlation coefficients were highest for L-band observations and lowest for X-band. Also, HH-polarization had the highest correlations among the polarization channels (HH, VV and HV). Based on the correlation analysis between backscattering coefficients in each band and wheat growth parameters, we developed prediction equations using the L-HH based on the observed relationships between L-HH and fresh weight, dry weight, VWC and plant height. The results of these analyses will be useful in determining the optimum microwave frequency and polarizations necessary for estimating vegetation parameters in the wheat.