We present construction of 3D Earth optical Model for in-orbit performance prediction of L1 halo orbiting earth remote sensing instrument; the Albedo Monitor and Radiometer (Amon-Ra) using Integrated Ray Tracing (IRT) computational technique. The 3 components are defined in IRT; 1) Sun model, 2) Earth system model (Atmosphere, Land and Ocean), 3)Amon-Ra Instrument model. In this report, constructed sun model has Lambertian scattering hemisphere structure. The atmosphere is composed of 16 distributed structures and each optical model includes scatter model with both reflecting and transmitting direction respond to 5 deg. intervals of azimuth and zenith angles. Land structure model uses coastline and 5 kinds of vegetation distribution data structure, and its non-Lambertian scattering is defined with the semi-empirical "parametric kernel method" used for MODIS (NASA) missions. The ocean model includes sea ice cap with the sea ice area data from NOAA, and sea water optical model which is considering non-Lambertian sun-glint scattering. The IRT computation demonstrate that the designed Amon-Ra optical system satisfies the imaging and radiometric performance requirement. The technical details of the 3D Earth Model, IRT model construction and its computation results are presented together with future-works.
The understanding spectral characterization of possible earth-like extra solar planets has generated wide interested in astronomy and space science. The technical central issue in observation of exoplanet is deconvolution of the temporally and disk-averaged spectra of the exoplanets. The earth model based on atmospheric radiative transfer method has been studied in recent years for solutions of characterization of earthlike exoplanet. In this study, we report on the current progress of the new method of 3D earth model as a habitable exoplanet. The computational model has 3 components 1) the sun model, 2) an integrated earth BRDF (Bi-directional Reflectance Distribution Function) model (Atmosphere, Land and Ocean) and 3) instrument model combined in ray tracing computation. The ray characteristics such as radiative power and direction are altered as they experience reflection, refraction, transmission, absorption and scattering from encountering with each all of optical surfaces. The Land BRDF characteristics are defined by the semi-empirical "parametric-kernel-method" from POLDER missions from CNES. The ocean BRDF is defined for sea-ice cap structure and for the sea water optical model, considering sun-glint scattering. The input cloud-free atmosphere model consists of 1 layers with vertical profiles of absorption and aerosol scattering combined Rayleigh scattering and its input characteristics using the NEWS product in NASA data and spectral SMARTS from NREL and 6SV from Vermote E. The trial simulation runs result in phase dependent disk-averaged spectra and light-curves of a virtual exoplanet using 3D earth model.
The Kepler(NASA) and CoRoT(ESA) space telescopes are surveying thousands of exoplanet for finding Earth-like exoplanets with similar environments of the Earth. Then the TPF(NASA), DARWIN(ESA) and many large-aperture ground telescopes have plan for spectroscopic observations of these earth-like exoplanets in next decades. Now, it has been started to simulate the disk averaged spectra of the earthlike exoplanets for comparing the observed spectra and suggesting solutions of environment of these planets. Previous research, the simulations are based on radiative transfer method, but these are limited by optical models of Earth system and instruments. We introduce a new simulation method, IRT(Integrated Ray Tracing) to overcome limitations of previous method. The 3 components are defined in IRT; 1)Sun model, 2)Earth system model (Atmosphere, Land and Ocean), 3)Instrument model. The ray tracing in IRT is simulated in composed 3D real scale space from inside the sun model to the detector of instrument. The Sun model has hemisphere structure with Lambertian scattering optical model. Atmosphere is composed of 16 distributed structures and each optical model includes BSDF with using 6SV radiative transfer code. Coastline and 5 kinds of vegetation distribution data are used to land model structure, and its non-Lambertian scattering optical model is defined with the semi-empirical "parametric kernel method" used for MODIS(NASA) and POLDER(CNES) missions. The ocean model includes sea ice cap structure with the monthly sea ice area variation, and sea water optical model which is considering non-lambertian sun-glint scattering. Computation of spectral imaging and radiative transfer performance of Earth system model is tested with hypothetical space instrument in IRT model. Then we calculated the disk averaged spectra of the Earth system model in IRT computation model for 8 cases; 4 viewing orientation cases with full illuminated phase, and 4 illuminated phase cases in a viewing orientation. Finally the DAS results are compared with previous researching results of radiative transfer method.
해수면에서의 음파산란 특성을 파악하기 위한 해수면 후방산란실험을 2000년 11월 동해시 연안에서 수행하였다. 평면입사각의 범위는 20°∼40°였고 주파수는 60 kHz였다. 실험해역의 풍속은 3 m/s, 해수면 거칠기는 1 m이하로 관측되었다. 분석된 해수면 후방산란강도는 경계면 산란강도 예측 모델에 비해서 높게 나타났으며 이러한 차이는 작은 평면입사각에서 더욱 크게 나타났다. 이러한 차이를 설명하기 위하여 해수면 부근의 공기방울층에 의한 산란 효과를 고려한 결과 실측치와 모델이 잘 일치하였다.
This paper introduces an auto-feeding system to exactly control the feeding time and the amount to cultured fishes in aquaculture industrial field. To reduce expensive costs or labors in this field, it was designed by the concept of controlling feed quantity exactly on the basis of fish's feeding behavior pattern in water tank. A feed control method of this system was developed for controlling feed amount by rotor capacity and motor rotated number. Moreover, a scattering section was selected by rotate way of propeller wing to scatter dried feed to designated site, and then, the diameter of its wing was 250mm and maximum scattering distance was 7.6m for 600rpm. Furthermore, the scattering ways were embodied 2 types such as a simplified way and a multistage shift way looks like a manual scattering. As a results, the multistage shift way is more effective to discharge the dried feed widely than the simple way in the water tank.
Detection of spectral bio-signatures from extra terrestrial planets has received an increasing attention from the astronomy and space science communities in recent years. In an attempt to better-understand disk averaged spectra of the only know terrestrial planet i.e. Earth, we are constructing a scale-able 3D earth model with surface reflectance and scattering properties. The USGS coastal line data were used to form coastal line segments and they were then stitched to generate continuous coastal lines to represent major continents and large islands. As the first stage of model verification, wavelength dependent ocean and land reflectance data and scattering characteristics were defined over the land and sea surfaces respectively. We then performed ray tracing based imaging and radiometric transfer simulations using a hypothetical optical payload receiving the reflected and scattered sun lights from the earth. The model concept, computational details, the simulation results are discussed as well as the future development plan.
대한원격탐사학회 2006년도 Proceedings of ISRS 2006 PORSEC Volume I
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pp.471-474
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2006
Several planktonic dinoflagellates, including Cochlodinium polykrikoides (p), are known to produce red tides responsible for massive fish kills and serious economic loss in turbid Northwest Pacific (Korean and neighboring) coastal waters during summer and fall seasons. In order to mitigate the impacts of these red tides, it is therefore very essential to detect, monitor and forecast their development and movement using currently available remote sensing technology because traditional ship-based field sampling and analysis are very limited in both space and temporal frequency. Satellite ocean color sensors, such as Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS), are ideal instruments for detecting and monitoring these blooms because they provide relatively high frequency synoptic information over large areas. Thus, the present study attempts to evaluate the red tide index methods (previously developed by Ahn and Shanmugam et al., 2006) to identify potential areas of red tides from SeaWiFS imagery in Korean and neighboring waters. Findings revealed that the standard spectral ratio algorithms (OC4 and LCA) applied to SeaWiFS imagery yielded large errors in Chl retrievals for coastal areas, besides providing false information about the encountered red tides in the focused waters. On the contrary, the RI coupled with the standard spectral ratios yielded comprehensive information about various ranges of algal blooms, while RCA Chl showing a good agreement with in-situ data led to enhanced understanding of the spatial and temporal variability of the recent red tide occurrences in high scattering and absorbing waters off the Korean and Chinese coasts. The results suggest that the red tide index methods for the early detection of red tides blooms can provide state managers with accurate identification of the extent and location of blooms as a management tool.
Measurements of ocean color from space since 1970s provided vital information with reference to physical and biogeochemical properties of the oceanic waters. The utility of these data has been explored in order to map and monitor highly toxic/or harmful algal blooms (HABs) that affected most of coastal waters throughout the world due to accelerated eutrophication from human activities and certain oceanic processes. However, the global atmospheric correction and bio-optical algorithms developed for oceanic waters were found to yield false information about the HABs in coastal waters. The present study aimed to evaluate the potential use of red tide index (RI) method, which has been developed by Ahn and Shanmugam (2005), for mapping of HABs in Korean and neighboring waters. Here we employed the SSMM to remove the atmospheric effect in the SeaWiFS image data and the achieved indices by RI method were found more appropriate in correctly identifying potential areas of the encountered HABs in Korean South Sea (KSS) and Chinese coastal waters during 1999-2004. But the existence of high absorbing and scattering materials greatly interfered with the standard OC4 algorithm which falsely identified red tides in these waters. In comparison with other methods, the RI approach for the early detection of HABs can provide state managers with accurate identification of the extent and location of these blooms as a management tool.
In this study, we report a new Monte Carlo ray tracing technique for estimating GOCI (Geostationary Ocean Color Instrument) radiative transfer characteristics and imaging performance simultaneously. First, a full scale GOCI optical model was constructed with measured characteristics at the component level and placed in the geostationary orbit. An optical model of approximated GOCI target area centered at the Korean penninsular was then built using the USGS coastal line data and representative land and sea surface reflectivity data. The light rays launched from a simulated sun model travel to the Earth surface, where they are reflected and scattered. Some of the light rays that are headed to the GOCI model in the orbit were selected and traced, as they have entered into the GOCI aperture. As they pass through each GOCI optical part, the ray path and intensity are adjusted according to the measured characteristics for reflection, transmission, refractive index and surface scattering. The ray-traced imaging and radiative transfer performance indicators confirm that the computer generated GOCI optical system with measured characteristics can be used for in-orbit operation simulation following the designed measurement sequence. The computational technique and its implications as a operation support tool are discussed.
본 논문에서는 지면반사를 이용한 크로스아이 재밍에 의해서 발생되는 모노펄스 레이다의 추적오차를 분석한다. 크로스아이 재밍은 위상과 진폭이 다른 두 신호를 동시에 레이다로 송신하여 레이다 추적 시스템에 오차를 발생시키는 방법이다. 모노펄스 레이다가 지형 바운스에 의해서 발생되는 크로스 아이 재밍신호를 수신하면 고각 방향으로 추적오차가 발생 한다. 다중반사가 존재하는 저고도 환경에서 추적 레이다 수신기에서는 재머에서 송신된 신호가 직접 경로와 반사 경로 두 신호가 도달하여 그 경로 차에 의해 오차가 발생한다. 지형 바운스 재밍은 단일 재머를 이용하여 할 수 있는 장점이 있으나 재밍에 영향을 미치는 공간은 지형 반사각과 지형의 산란 정도에 의해서 제한된다. 본 연구는 해상에서 저고도로 날아오는 미사일이나 항공기로부터 함정을 보호하기 위해서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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