다편파 레이다 산란계(X, C, L-band)를 이용한 벼 군락의 산란특성 측정 2008년 한국토양비료학회 춘계 학술발표회 다편파 레이다 산란계(X, C, L-band)를 이용한 벼 군락의 산란특성 측정 Yi-Hyun Kim*, Suk-Young Hong, Hoonyol Lee1 National Institute of Agricultural Science and Technology(NIAST), RDA, Suwon 441-707, Korea 1Department of Geophysics, Kangwon National University, Chuncheon 200-701, Korea ABSTRACT RESULTS 본 연구는 주파수, 편파, 입사각 등 조절이 가능한 지상 레이다 산란계를 이용하여 생육 에 따른 벼 군락의 산란특성을 관측하고 시기별 후방산란계수 변화를 조사하는 것을 목적 으로 하였다. 2007년도 농업과학기술원 시험포장에서 추청벼를 대상으로 벼 생육기간 동안 다편파 레이다 산란계를 이용하여 벼 군락의 시기별 레이다 산란특성을 측정하였다. 다편 파 산란계는 X(9.65㎓), C(5.3㎓), L(1.27㎓) 밴드 안테나, 네트워크분석기, GPIB(General Purpose Interface Bus)―USB, Calibration kit, 노트북 컴퓨터 등으로 구성되어 있다. 구 성된 다편파 산란계는 대상체에서 산란되어 돌아오는 편파의 크기(amplitude)와 위상 (phase) 정보를 동시에 얻게 되며 매 측정 마다 8회 측정값을 평균하여 대푯값으로 하고 레이다 방정식을 통해 후방산란계수를 계산하였다. 입사각 및 편파에 따른 밴드별 후방산 란계수 변화를 알아보면 벼 생육기간 동안 L-, C-, X-band의 후방산란계수 범위는 각각- 55dB~0dB, -50dB~5dB, -50dB~-10dB이었다. 모든 안테나 밴드에서 벼 생육초기(5월말~6월초) 에는 VV-polarization이 HH-, HV-polarization보다 후방산란계수가 높게 나타났다.L-band 의 HH편파는 입사각도에 따라 벼 출수기까지 증가하다가 감소하는 경향을 보였지만 VV편파 는 출수기 후에도 큰 변화가 없었다. C-band의 후방산란계수 변화는 HH편파 후방산란계수 가 벼 생육단계에 따라 증가하다가 출수기에 정점을 이루고 그 이후 감소하였고, VV편파는 유수분화기까지 후방산란계수가 증가하다가 그 이후 감소하는 경향을 보였다. X-band는 HH-, VV-polarization 후방산란계수가 유수형성기 까지 증가한 후 감소하다가 수확기가 가 까워오는 9월 하순~10월 초순에 다시 증가하는 dual-peak 현상을 보였다. 출수기 이후 생 체중이 감소되고 벼 이삭이 익어 가면서 외부에 노출되는 과정에서 파장이 짧은 고주파 X- band는 이삭에 대한 감지도가 높아 후방산란계수가 수확기 전에 증가한 것으로 판단된다. 위의 결과들을 바탕으로 향후에는 밴드별 후방산란계수와 초장, 엽면적지수, 생체중, 건문 중등 작물 생육인자와의 관계를 분석할 계획이다. 후방산란계수 산출 - 레이더 방정식 적용( Ulaby et al., 1990) ◈ Pr = PtGtGrλ2σ/(4π)3R4 Pr = 수신 마이크로파의 파워, Pt = 송신 마이크로파의 파워, Gt = 송신안테나 이득, Gr = 수신안테나 이득 λ = 마이크로파의 파장, σ = 대상체의 후방산란 유효 면적(Radar Cross Section, RCS) (a:amplitude, Ф:phase) , (U:네트워크 분석기를 통해 측정된 신호의 크기) 밴드별 후방산란계수 추출 (Vr:수신 마이크로파 전압, Vt:송신 마이크로파 전압) ◈ 밴드별 후방산란계수를 구하기 위한 식 Incident angle: 40 Incident angle: 50 Incident angle: 60 OBJECTIVES Heading stage 다편파 레이다 산란계를 이용한 벼 군락 산란특성 관측 및 후방산란계수 변화 조사 Fig. 1. Temporal variations of backscattering coefficients at polarization and incident angle 40, 50, 60° for the L-band MATERIALS AND MATHODS Incident angle: 40 Incident angle: 50 Incident angle: 60 연구지역 다편파 산란계 측정시스템 구성요소 Heading stage Fig. 2. Temporal variations of backscattering coefficients at polarization and incident angle 40, 50, 60° for the C-band Incident angle: 40 Incident angle: 50 Incident angle: 60 Network analyzer - 가용주파수범위:20MHz ~ 20GHz Calibration Kit - 측정시스템 보정 ◈ 시험포장 : 농과원 답작포장 ◈ 품종 : 추청벼 ◈ 시험구 면적 : 660m2 안테나 Heading stage L-band C-band X-band Fig. 3. Temporal variations of backscattering coefficients at polarization and incident angle 40, 50, 60° for the X-band CONCLUSIONS 1. 다편파 레이다 산란계 측정시스템(Polarimetric scatterometers) 구축 2. 벼 생육기간 중 입사각도 및 편파별 L, C, X-band의 후방산란계수 측정 3. L, C, X-band의 후방산란계수 범위는 각각 -55dB~0dB, -50dB~+5dB, -50dB~-10dB 4. 벼 생육초기VV-가 HH-, HV-polarization보다 후방산란계수가 높게 나타남 5. X-band의 후방산란계수 변화는 dual-peak 현상을 보임 Introduction 안테나별 주요 사항 Strategy Specification L-Band C-Band X-Band Center frequency 1.27GHz 5.3GHz 9.65GHz Bandwidth 0.12GHz 0.6GHz 1GHz Number of frequency points 201 801 1601 Antenna type Dual polarimetric horn Antenna gain 12.4dB 20.1dB 22.4dB Polarization HH, VV, HV, VH Incident angle 20°~ 60° Platform height 4.16m Challenges Forward on REFERENCES (1) Bouman, B. A. M., 1991. Crop parameter estimation from ground-based X-band (3-cm wave) radar backscattering data. Remote Sensing of Environment, 37:193– 205. (2) Hong, S. Y., S. H. Hong. and S. K. Rim. 2000. Relationship between Radarsat backscattering coefficient and rice growth.. Korean J. Remote Sensing, 16(2):109-116. (3) Ulaby, F. T. and Elachi, C. 1990. Radar Polarimetry for Geoscience Applications. Artech House Inc. *Corresponding author : Tel : +82-31-290-0281; Fax : +82-31-290-0282 E-mail address : yhkim75@rda.go.kr (Yi Hyun Kim)