지표면의 SAR 영상 시뮬레이션 모델

정구준,이성화,김인섭,오이석,Jung Goo-Jun,Lee Sung-Hwa,Kim In-Seob,Oh Yisok 한국전자파학회 2005 한국전자파학회논문지 Vol.16 No.6

본 논문에서는 산악지대, 논, 채소밭, 풀밭, 도로, 수면 등을 포함하는 지표면에 대한 합성 개구면 레이다(SAR) 영상을 생성하여 주는 시뮬레이션 모델을 선보인다. 우선 토양, 수면, 논, 밭과 같은 풀 층과 나무 숲 등에서의 산란 모델을 개발하였다. 그런 다음에, 표고 데이터와 지형 데이터를 이용하여 SAR 영상을 생성하였다. 이용된 지형 변수로는 토양 수분 함유량, 표면 거칠기, 초목 층 높이, 잎 넓이, 잎 길이, 잎 밀도, 가지 길이, 가지 밀도, 나무 기둥 길이, 나무 기둥 밀도를 포함하는 10개이다. 개발된 산란 모델들은 실험 데이터와 비교하는 방식으로 정확성을 증명하였고, 특정 지역에서의 SAR 영상을 생성하였다. In this paper, a model for simulating synthetic aperture radar(SAR) images of earth surfaces. The earth surfaces include forest area, rice crop field, other agricultural fields, grass field, road, and water surface. At first, the backscattering models are developed for bare soil surfaces, water surfaces, short vegetation fields such as rice fields and grass field, other agriculture areas, and forest areas. Then, the SAR images are generated from the digital elevation model(DEM) and digital terrain map. The DTM includes ten parameters, such as soil moisture, surface roughness, canopy height, leaf width, leaf length, leaf density, branch length, branch density, trunk length, and trunk density, if applicable. The scattering models are verified with measurements, and applied to generate an SAR image for an area.

차분 간섭 기법을 이용한 지표면 수분함유량 변화 탐지

박신명(Sin-Myeong Park),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2013 한국전자파학회논문지 Vol.24 No.4

본 논문에서는 차분 간섭 기법(differential interferometry)을 이용하여 지표면의 높이 변화를 탐지하고, 이를 이용하여 지표면 수분함유량의 변화를 알아낸다. 본 연구에서는 COSMO-SkyMed SAR 영상을 이용하여 DInSAR(DiFferential Interferometric SAR) 기법을 확인한다. 침투 깊이는 지표면 수분함유량에 따라 달라지며, 그에 따라 수신하는 신호의 위상이 변하게 된다. 지표면의 높이와 그 변위는 두 수신 신호의 위상차를 이용하는 레이더 간섭 기법(radar inteferometry)을 통하여 탐지할 수 있다. 변위 변화를 분석하기 위해 동일 지역의 영상 3장 중 한 장을 기준 영상(reference image)으로 사용한다. 동일 지역의 기준 영상과 나머지 두 영상은 각각 차분 간섭기법으로 처리한다. 이 차분 간섭 기법을 검증하기 위해 실제 영상 획득 지역의 수분함유량을 측정하였다. 측정한 수분함유량을 이용하여 지표면의 침투 깊이를 계산하고, 차분 간섭 기법을 통하여 얻은 지표면 변위 정보와 비교 분석한다. This paper presents a differential interferometry technique for soil moisture change detection by measuring surfaceheight variation. COSMO-SkyMed SAR images were used to verify the DInSAR(differential interferometric SAR) technique. The soil penetration depth changes according to soil moisture, that causes phase change of the received signal. The height of soil surface and its displacement can be detected by a radar interferometry technique using phase difference of two received signals. To retrieve displacement variation, one of three SAR images is used as a reference image. Reference image and other two images are processed by the differential interferometry technique in the same area. The soil moisture was measured for the test sites to verify the DInSAR technique. The penetration depth is calculated by using the in-situ measured soil moisture data and it is compared with the displacement values acquired by the DInSAR technique.

거친 바다표면의 마이크로파 반사 계산을 위한 이론적 모델 정확도 검증

박신명(Sinmyong Park),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2017 한국전자파학회논문지 Vol.28 No.10

본 논문에서는 거친 바다표면의 마이크로파 반사를 계산할 수 있는 이론적 모델의 정확도를 검증한다. 우선 Pierson-Moskowitz 해양 스펙트럼을 이용하여 거친 바다표면을 생성하였다. 생성된 바다표면의 유의파고와 유효높이(root-mean square height)값을 추정하여 풍속에 따른 유의파고, 유효높이 관계식을 유도하였고, 다른 측정 데이터들과 비교하였다. 수치해석적 방법을 이용하여 다양한 거칠기 조건(풍속)에서 생성된 바다표면의 반사계수를 계산하였고, 기존에 반사계수를 계산하기 위해 사용하는 이론적 모델인 Ament 모델, PO(Physical Optics) 모델, GO(Geometrical Optics) 모델, B-M(Brown-Miller) 모델과 비교하였다. 비교적 거칠기가 매우 낮은 경우(khrms<0.4, k는 파수, hrms는 RMS 높이) 외에는 Ament 모델은 정확하지 않았다. 또한 거칠기가 크지 않은 바다(khrms<10)에서는 PO, GO, B-M 모델들의 정확도가 보장되지만, 풍속이 높아 거칠기가 높은 바다(khrms>10)에서는 입사각이 70° 이하에서는 PO 모델과 GO 모델이 수치해석결과와 비교적 잘 일치하였으며, 80° 이상에서는 B-M 모델이 수치해석 결과와 비교적 잘 일치함을 보였다. This paper presents the verification of accuracies of theoretical models for calculating the microwave reflections from rough sea surfaces. First of all, the Pierson-Moskowitz ocean spectrum was used to generate the rough sea surfaces. Then the relationship between the significant wave heights, root-mean-square(RMS) heights and wind speed was derived by estimating the significant wave heights and RMS heights of the generated sea surfaces according to various wind speeds, and compared the derived relationship with other measurement data sets. The reflection coefficients of the sea surfaces were calculated by using a numerical method(the moment method). Then, the numerical results were compared with Ament model, PO(Physical Optics) model, GO(Geometrical Optics) model and B-M(Brown-Miller) model for various roughness conditions(wind speed) and incidence angles. It was found that the Ament model is not accurate except for a very low roughness conditions(khrms<0.4, k is wavenumber and hrms is RMS height). It was also found that at incidence angles lower than 70°, the PO and the GO models agree well with the numerical results, while the B-M model agrees well with the numerical analysis results at incidence angles higher than 80° for very rough sea surfaces with khrms>10.

편파화 정도와 동일 편파 위상 차를 이용한 SAR 영상 분류

장지성(Geba Chang),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.12

본 논문에서는 편파화 정도(Degree of Polarization: DoP)와 동일 편파 위상차(Co-polarized Phase-Difference: CPD)를 이용한 SAR 영상 분류법을 제안한다. 우선, 측정된 stokes 산란 operator로부터 DoP와 CPD를 얻는 계산식을 유도하고, SAR 영상 분류 과정을 설명한다. 다음에는 측정에서 얻은 완전 편파 L밴드 SAR 영상 데이터에 분류법을 적용하여 그 정확성을 검증하고, 예외 경우를 검토한다. 마지막으로 제안된 분류법으로 SAR 영상을 크게 4가지 그룹인 맨땅, 낮은 식물, 높은 식물, 주거 지역(마을)으로 분류한 결과를 보인다. This paper proposes a polarimetric SAR image classification technique based on the degree of poarization(DoP) and co-polarized phase-difference(CPD) statistics. At first, the formulation for the DoP and CPD is derived. Then, the classification technique is verified with the SAR full polarimetric L-band data with consideration of exceptional cases. The technique has capability of classifying SAR data into four major classes, such as bare surface, short-vegetation canopy, tall-vegetation canopy, and village.

레이다를 이용한 토양 수분함유량 측정에서 초목 층의 영향 분석

박신명(Sinmyong Park),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2016 한국전자파학회논문지 Vol.27 No.7

본 논문에서는 초목 층 산란모델과 지표면 산란 모델을 이용하여 초목 층에서 수분함유량 측정에 초목 층과 레이다 파라미터가 갖는 영향에 대하여 분석하였다. 1<SUP>st</SUP>-order RTM(Radiative Transfer Model)을 이용하여 여러 상태의 초목 층밀도와 입사각, 주파수, 편파를 갖는 데이터베이스를 생성하고, WCM(Water Cloud Model)과 Oh 모델을 이용하여 후방산란계수로부터 지표면 수분함유량을 추출하였다. 수분함유량 추출 에러를 예측하기 위해 추출한 수분함유량과 RTM의 입력 변수인 수분함유량을 비교하였다. 수분함유량 추출 에러로부터 초목 층에서의 수분함유량 측정에서 초목 층 밀도와 입사각, 주파수, 편파에 따른 초목 층과 레이다 파라미터의 영향을 분석하였다. This paper presents the effect of vegetation layer and radar parameters on soil moisture measurement using the vegetation layer scattering model and surface scattering model. The database of backscattering coefficients for various vegetation layer densities, incidence angles, frequencies, and polarizations is generated using 1<SUP>st</SUP>-order RTM(Radiative Transfer Model). Then, surface soil moisture contents were estimated from the backscattering coefficients in the database using the WCM(Water Cloud Model) and Oh model. The retrieved soil moisture contents were compared with the soil moisture contents in the input parameters of the RTM to estimate the retrieval errors. The effects of vegetation layer and radar parameters on soil moisture measurement are analyzed using the retrieval errors.

FDTD 방법을 이용한 Parasitic-Tuned 마이크로스트립 안테나 해석에 관한 연구

손영규(Youngkyu Sohn),오이석(Yisok Oh),구연건(Yeon-Geon Goo) 대한전자공학회 1995 대한전자공학회 학술대회 Vol.1995 No.12

K- 밴드 도파관 슬롯 배열 안테나 설계

황지환(Jihwan Hwang),오이석(Yisok Oh) 한국통신학회 2002 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2002 No.7

임피던스 경계면 조건을 적용한 유전체의 산란 특성 분석

황지환(Ji-Hwan Hwang),박신명(Sin-myeong Park),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2014 한국전자파학회논문지 Vol.25 No.10

본 연구에서는 유전체의 산란 특성 분석을 위해 이용되는 CFIE(Combined Field Integral Equation) 모멘트법의 계산효율을 높이기 위해 임피던스 경계면 조건을 적용시킨 수치해석 기법과 그 적용 범위에 대한 분석결과를 제시한다. 임피던스 경계면의 적용은 유전체의 등가 표면 전류(Js)와 등가 표면 자류(Ms)를 하나의 전류 또는 자류 성분으로 표현할 수 있으며, 임피던스 경계면 조건을 적용해 계산효율을 높인 수치해석 기법의 정확도는 기존의 CFIE 모멘트법과 이론값(Mie-series 해법, Small Perturbation 산란모델)을 이용하여 비교/분석하였다. 임피던스 경계면 조건을 적용한 수치해석 기법의 적용 범위 상대유전율 허수부 12 이상에서 1 ㏈ 이내의 계산 편차를 확인하였다. An numerical technique of impedance boundary condition to improve an efficiency in the process of moment method with CFIE(Combined Field Integral Equation), which is widely used to analyze the scattering property of dielectric scatterers, and results of its cross-validations are presented in this study. Application of the impedance boundary allows to represent the equivalent surface currents of dielectric scatterer depicted by both kinds of electric/magnetic surface currents(Js, Ms) to the single surface current by Js or Ms only. Accuracy of this technique is validated by the existing CFIE and theoretical values such as Mie-series solution and small perturbation scattering model. The computational difference of less than 1 ㏈ was verified within an imaginary part of dielectric constant more than 12, as well.

Disk-Loaded 다이폴과 Folded 다이폴로 동작하는 Reconfigurable 안테나

박슬기(Seulgi Park),정근석(Geunseok Jeong),추호성(Hosung Choo),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.12

본 논문에서는 PIN 다이오드를 사용하여 disk-loaded 다이폴 안테나와 folded 다이폴 안테나로 형상이 변화하는 새로운 구조의 소형 안테나를 개발하였다. 개발된 안테나는 PIN 다이오드의 RF on/off 특성을 이용하여 안테나의 전기적 길이를 변화시켜 이중 대역에서 동작하며, 저주파 대역에서는 높은 복사 저항 값을 가지는 folded 다이폴 안테나로 동작하고 고주파 대역에서는 수평 방향으로 무지향성의 복사 패턴과 수직 방향으로 도넛 형태의 복사 패턴을 가지는 disk-loaded 다이폴 안테나로 동작한다. 제안된 안테나는 20~300 ㎒에서 30 ㎝ 다이폴 안테나에 비해 크기가 소형화 되었음에도 높은 이득을 가진다. 또한, 300~1,300 ㎒에서 80° 이상의 넓은 빔 폭을 가짐으로써 방향 탐지 안테나로 사용이 가능하다. In this paper, we propose a reconfigurable antenna which operates as a disk-loaded dipole antenna and a folded dipole antenna alternatively using RF on/off switches. The antenna can change its effective length to achieve dual-band operation; operates as the folded dipole antenna for stepping up the radiation resistance in low frequency band of 20~300 ㎒, and as the disk-loaded dipole antenna for an omni-directional radiation pattern (horizontal plane) and a donut-shaped radiation pattern (vertical plane) in high frequency band of 300~1.3 ㎓. In the low band, the proposed antenna shows higher gain than a conventional dipole antenna with a reduced antenna size. In the high band, the antenna maintains a broad beamwidth of about 80°, thus the antenna can be applicable to antennas for direction finding applications.

X-밴드 완전 편파 Scatterometer 시스템 보정에 관한 연구

황지환(Ji-Hwan Hwang),박성민(Seong-Min Park),권순구(Soon-Gu Kwon),오이석(Yisok Oh) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.4

본 논문에서는 X-밴드 대역의 지상운용용 HPS(Hongik Polarimetric Scatterometer) 시스템 보정에 관한 연구 결과를 선보인다. Scatterometer 시스템 보정을 위해 이론적으로 RCS(Radar Cross Section)가 잘 알려진 금속구, 삼각수동 반사기(trihedral corner reflector), 금속봉 등과 같은 보정용 목표물을 이용하여 이론값과 측정값을 비교함으로써 scatterometer 시스템의 왜곡 정도를 분석한다. 실외 환경에서 scatterometer 시스템을 이용하는 실제 측정상황의 보정 정확도는 보정용 목표물의 정확하고 안정된 측정에 의해 좌우되므로 이를 보완하기 위해 HPS 시스템의 입사각(ζ-, ψ-방향) 제어 기능을 응용한 자동화된 2차원 목표물 스캐닝 측정법(2-D target scanning technique)을 함께 선보인다. 이때, scatterometer 시스템의 왜곡 정도를 보정하기 위한 기법으로는 GCT(General Calibration Technique) 기법과 STCT(Single Target Calibration Technique) 기법을 비교 연구하였으며, 보정 정확도를 분석하기 위해서 시험용 목표물로 삼각 수동 반사기의 편파별 RCS와 위상차를 측정/비교하였다. 시스템 보정 정도를 검증하기 위해 세 종류(10/20/30 ㎝)의 삼각수동 반사기를 이용하였으며, 동일 편파 RCS는 GCT 기법과 STCT 기법을 이용하여 각각 ±1.0 ㏈과 ±0.5 ㏈의 오차 범위에서 보정되었다. 또한, 동일 편파간 위상차( φhh- φvv)는 이론값과 비교하여 -20°~0°와 약 ±5°의 오차를 각각 보였다. A study on the calibration of an X-band HPS(Hongik Polarimetric Scatterometer) system for ground-based operation is presented in this paper. In order to calibrate the scatterometer system, the degree of its distortions are analyzed by comparison between theoretical- and measured-values using the theoretically well-known calibration targets such as a metal sphere, a trihedral corner reflector(CR) and a metal cylinder. The calibration works in the field conditions depend on the precise and stable measurements of those calibration target. we present a measurement technique, so-called, an automatic 2-D target-scanning technique, using the incidence-angle(ζ- and ψ-directions) control of HPS system. Then, we used STCT(Single-Target Calibration Technique) and GCT(General Calibration Technique) to calibrate a distortion of the scatterometer system, and measured the polarimetric RCS(Radar Cross Section) and phase-difference of a trihedral-CR as a test-target to verify the accuracy of the calibration technique. Then, three different types(i.e., 10, 20, 30 ㎝) of trihedral-CR were used. we obtained the error ranges about ±1.0 ㏈, ±0.5 ㏈ in a polarimetric RCS and about -20°~0° and ±5° in the co-polarized phase-difference by using the GCT and STCT, respectively.