토양 표면에서의 레이더 산란 계수와 표면 거칠기 측정 길이의 관계에 대한 이론 모델과 측정 데이터의 비교

오이석,홍진영,Oh, Yi-Sok,Hong, Jin-Young 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.12

본 논문에서는 토양 표면의 레이더 후방 산란 계수와 표면 거칠기의 관계를 계산해 보고, 측정 길이에 따른 표면 거칠기 변화를 알아본 후에, 측정 길이에 따른 표면 거칠기와 레이더 후방 산란 계수의 관계를 보여준다. 이 연구 결과에 따르면, 측정 길이가 짧아져서 표면 거칠기 값의 변화가 심하다하더라도 계산된 레이더 후방 산란 계수에는 적은 영향밖에 주지 않는다는 것을 보여준다. 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.

지표면 토양의 유효 수분함유량 산출에 관한 연구

오이석 ( Yi Sok Oh ) 大韓遠隔探査學會 1995 大韓遠隔探査學會誌 Vol.11 No.3

본 논문에서는 지표면의 유효 토양 수분함유량의 적정한 값을 추출하는 몇가지 방법을 소개하고 그 방법들을 서로 비교하였다. 지표면의 꼭대기 층은 비교적 말라 있고, 밑바닥 층은 젖어 있어서 종단면으로 봤을 때 토양은 대개 균일하지 않은 수분함유량 분포를 갖는다. 이러한 비균일적인 토양의 수분함유량을 어떤 평균적인 값으로 나타낸 것이 유효 수분함유량이다. 이 유효 수분함유량을 구하는 간단한 방법 중의 하나는 층층이 측정한 수분함유량의 산술 평균을 취하는 것이다. 다른 방법으로는 균일한 지표면과 비균일한 지표면의 침투 두께를 각각 계산하고 비교하여 유효 수분함유량을 얻는 방법이 있다. 또 다른 방법은 균일 지표면과 비균일 지표면에서 각각 반사율을 계산하고 비교하여 유효 수분함유량을 구한다. 이러한 방법들이 서로 비교되었고, 특히 반사율 적용법이 좀 더 자세하게 연구되었는데 그 이유는 실제 레이다 산란은 전파의 침투보다는 반사에 의해 좌우되기 때문이다. In this paper several methods for retrieving appropriate values of effective soil moisture contents from natural soil surfaces are introduced and compared each other. The soil medium has usually a nonuniform moisture profile; i.e., relatively dry at the top layer and relatively wet at the bottom layer. The effective soil moisture represents the quantitative value of soil moisture of the inhomogeneous soil medium in an average sense. A simple method is an arithmetic averaging of soil moisture values obtained from several layers of a soil surface. Otherwise, the penetration depths can be computed from a homogeneous and an inhomogeneous soil surfaces and compared in order to obtain the effective soil moisture. The other method is to obtain the effective soil moisture by comparing the reflectivities from both of a homogeneous and an inhomogeneous surfaces. Those methods are compared and the reflectivity technique is examined in more detail since the radar scattering is dominated by the reflectivity instead of the penetration.

실내 채널 환경에서 MIMO 시스템의 안테나 이격거리에 따른 채널 용량 분석

김상근,오이석,Kim, Sang-Keun,Oh, Yi-Sok 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.11

본 논문에서는 3차원 광선 추적법을 이용하여 실내 무선 MIMO 채널에서 공간적 특성들을 해석함으로써 채널 용량을 계산하고, 특정 실내 환경에서 최적화된 다중 안테나의 이격거리를 알아내는 방법을 제안한다. 우선, 가시 영역과 비가시 영역을 갖는 복도 환경에서 3차원 광선 추적법을 이용하여 전파 경로, 전송 손실 및 시간지연 확산 등의 채널 공간적 특성들을 계산하고, 시간 지연 확산 특성을 다이폴 안테나와 네트워크 분석기를 이용하여 측정한 후에 계산 값들과 비교하여 3차원 광선 추적법의 정확성을 검증한다. 그런 다음에 그 실내 환경에 다중 안테나를 갖는 송신기와 수신기를 위치시키고, 수신기 위치별로 송 수신 안테나들의 간격에 따른 전파 경로와 전송 손실을 3차원 광선 추적법을 이용하여 계산하며, 이들 계산 값을 이용하여 채널 용량을 계산한다. 이 계산을 100개의 수신 위치에서 4종류의 안테나 방향 조합을 갖는 조건들에서 안테나 간격에 따른 채널용량을 계산하고, 이들 값들을 평균하여 이 실내 환경에서의 최적의 안테나 이격 거리를 알아내었다. In this paper, the channel capacity of a specified wireless indoor multiple-input multiple-output(MIMO) channel is estimated by analyzing spatial characteristics of this channel using the three-dimensional ray tracing method, and a technique for deriving an optimized separation of multi-antenna elements is proposed. At first, the ray paths, the path losses, and the time-delay profile are computed using the three-dimensional ray tracing method in an indoor corridor environment, which has the line of sight(LOS) and non-line of sight(NLOS) regions. The ray tracing method is verified by a comparison between the computation results and the measurements which are obtained with dipole antennas, an amplifier and a network analyzer. Then, an MIMO system is positioned in the indoor channel environment and the ray paths and path losses are computed for four antenna-position combinations and various values of the antenna separation to obtain the channel capacity for the MIMO system. An optimum antenna-separation is derived by averaging the channel capacities of 100 receiver positions with four different antenna combinations.

바다 표면의 Bistatic Coherent Reflectivity 계산을 위한 Monte-Carlo/모멘트 법과 PO 모델 비교

김상근,오이석,Kim Sang-Keun,Oh Yi-Sok 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.1

본 논문에서는 바다 표면에서 전파의 페이딩 현상을 해석하는데 필요한 bistatic coherent reflectivity를 Monte-Carlo/모멘트 법과 physical optics(PO) 모델을 이용하여 비교하고 계산하였다. 모멘트 법 계산을 위해서 우선 Gaussian 형태로 불규칙한 바다 표면을 생성하였다. 풍속과 유의 파고 등에 대한 태안 앞바다에서의 실제 측정 데이터를 사용하여 이 표면을 생성하였으며, 두 변수간의 관계식을 유도함으로써 측정하기 쉬운 변수인 풍속에 의해 바다 표면 상태를 예측할 수 있는 모델을 만들었다. 평면에서의 결과를 비교함으로써 모멘트 법 모델을 검증하였고, 거친 표면의 경우에 비교적 정확한 수치 해석 방법인 Monte-Carlo/모멘트 법과 간단히 계산이 가능한 이론식인 PO 모델을 비교함으로써 거친 표면에서 PO 모델의 적용 가능한 조건을 찾아내었으며, 전파 경로 해석법을 이용하여 실제 전파의 페이딩 현상을 해석할 때에 사용되는 PO 모델의 유효성을 검증하였다. This paper proposes a method of moments(MoM)/Monte-Carlo simulation and Physical Optics(PO) model to determine Bistatic Coherent Reflectivity of sea surfaces at various wind speeds. For the MoM simulation, a Gaussian random rough sea surface was generated based on the data of Tae-An ocean at various wind speeds and sea surface heights. The numerical results of the MoM/Monte Carlo simulations were used to verify the validity region of the PO model. It was found that the numerical result for a flat surface agrees quite well with the Fresnel reflection coefficient. The validity of the PO model on the rough sea surface is shown by using ray tracing method.

임피던스 경계 조건, 모멘트 법과 몬테 카를로 방법을 이용한 논의 산란계수 수치적 계산과 측정 데이터와의 비교

홍진영,오이석,Hong, Jin-Young,Oh, Yi-Sok 한국전자파학회 2007 한국전자파학회논문지 Vol.18 No.7

본 논문은 논에 대한 전파 산란 특성을 측정하고, 수치적 계산 결과와 비교함으로써 벼의 수치적 모델링에 대한 전파 산란 알고리즘을 제시하고자 한다. 임피던스 경계 조건과 dyadic 그린함수로부터 임피던스 표면 위(수면)의 손실 있는 유전체(벼)에 대한 적분 방정식을 유도하였고, 모멘트 법을 이용하여 유전체의 체적 전류를 계산하였다. 또한, 몬테 카를로 방법을 적용하여 입사 각도 및 편파에 따른 후방 산란 계수를 수치적으로 계산하였다. 1.85 GHz의 측정 시스템을 이용하여 논의 후방 산란 계수를 측정하였으며, 본 논문에서 제시한 알고리즘의 계산 결과와 비교, 검증하였다. A numerical algorithm for estimating precise backscattering coefficients of rice fields is proposed and its accuracy is verified in this paper. After a bunch of rice plants above water surface is modeled with a bunch of randomly oriented lossy dielectric bodies above an impedance surface and the equivalent volume currents of the lossy dielectrics are computed using the moment method. Then, the scattered fields of a rice field with many bunches are computed with a Monte Carlo method, and consequently the backscattering coefficient of the rice field is computed for various incidence angles and polarizations. Finally, the backscattering coefficient of a rice field is measured at 1.85 GHz using an R-band scatterometer system, and these experimental data are used to verify the numerical algorithm proposed in this paper. It is found that the numerical computation results agree well with the measurement data.

COSMO-SkyMed SAR 영상을 이용한 밀 생육 모니터링

김이현 ( Yi Hyun Kim ),홍석영 ( Suk Young Hong ),이경도 ( Kyung Do Lee ),장소영 ( So Yeong Jang ),이훈열 ( Hoon Yol Lee ),오이석 ( Yi Sok Oh ) 대한원격탐사학회 2013 大韓遠隔探査學會誌 Vol.29 No.1

본 연구에서는 COSMO-SkyMed 영상을 이용하여 얻어진 후방산란계수의 밀 생육시기에 따른 변화를 분석하고 생육인자와의 관계를 통하여 밀 생육추정 가능성을 모색하고자 하였다. 2012년도 농촌진 흥청 국립식량과학원 시험포장에서 생육시기별로 COSMO-SkyMed 영상자료를 수집하여 후방산란계수를 산출하였고 해당시기에 생체중, 식생수분함량, 건물중, 토양수분등을 조사 및 분석하였다. 생육시기에 따라 HH-편파 후방산란계수가 증가하다가 DOY 129(5월 8일) 때 최대값을 보인 후 감소하였는데 생체중, 식생수분함량, 건물중 등도 동일한 변화 경향을 보였다. 후방산란계수와 밀 생육인자들과의 관계를 분석한 결과 생체중(r=0.88), 식생수분함량(r=0.87)과 각각 상관계수가 높게 나타났고, 건물중(r=0.80)과도 상관성을 보였지만 토양수분(r=0.18)과는 상관성이 나타나지 않았다. 후방산란계수를 이용하여 밀 생육을 추정을 위한 회귀식을 작성하였는데 생체중(R2=0.80), 식생수분함량(R2=0.80)에서 각각 결정계수가 높게 나타났다. 본 연구를 통해 COSMO-SkyMed 영상 이용 밀 생육을 추정할 수 있었고 향후 아리랑 5호 위성(KOMPSAT- 5)에 활용 가능함을 확인하였다. We analyzed the relationships between backscattering coefficients of wheat measured by COSMO-SkyMed SAR and biophysical measurements such as biomass, vegetation water content, and soil moisture over an entire wheat growth period. Backscattering coefficients increased until DOY 129 and then decreased along with fresh weight, dry weight, and vegetation water content. Correlation analysis between backscattering and wheat growth parameters revealed that backscatter correlated well with fresh weight (r=0.88), vegetation water content (r=0.87), and dry weight (r=0.80), while backscatter did not correlated with soil moisture (r=0.18). Prediction equations for estimation of wheat growth parameters from the backscattering coefficients were developed.

식물층에서의 편파별 후방 산란 측정과 산란 모델의 비교

홍진영,오이석,Hong Jin-Young,Oh Yi-Sok 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.9

본 논문은 후방 산란 계수 및 지표면 특성(ground truth)에 대한 측정 방법을 기술하며 후방 산란 계수 측정값과 radiative transfer 이론을 적용하여 개발된 산란 모델을 비교함으로써 산란 모델의 정확성을 검증한다. R 밴드 $(1.7\sim2.0GHz)$의 주파수 대역에서 polarimetric scatterometer 시스템으로 한강생태공원의 수풀 지형에서의 후방 산란 계수를 입사 각도의 변화와 지표면 수분 함유량의 변화에 따라 측정한다. 이 측정 결과를 지표 산란 모델과 비교한 결과 동일 편파의 경우 비교적 잘 일치하며 교차 편파의 경우 보정을 해줌으로써 산란 모델의 정확성을 얻을 수 있다. In this paper, we describe a measurement technique for the backscattering coefficient and ground truth of a vegetation canopy in detail. A simple microwave backscattering model for vegetation canopies is verified by being compared with this measurement. An R-band$(1.7\sim2.0GHz)$ scatterometer system is used to measure the backscattering coefficient of a vegetated area in the Han-river park for various incidence angles and a wide range of the soil moisture contents. It is found that the model agrees quite well with the measurements for co-polarized radar backscatter, and needs a correction for cross polarized radar backscatter.

비행체의 원격신호측정을 위한 전파환경을 고려한 RF 수신신호 예측 시뮬레이터 개발

현종철,김상근,오이석,서동수,김흥범,Hyun, Jong-Chul,Kim, Sang-Keun,Oh, Yi-Sok,Seo, Dong-Soo,Kim, Heung-Bum 한국군사과학기술학회 2010 한국군사과학기술학회지 Vol.13 No.5

A simulator is proposed in this paper for predicting the RF signal level after propagating over sea and land surfaces. Various sea and land types and transmit/receive antenna patterns, as well as the locus of the transmit antenna, are considered for this simulator. At first, microwave reflection characteristics of various sea surfaces have been computed, based on an empirical formula which is developed in this study for the relation between the sea surface roughness and wind speed. Then, microwave reflections from land surfaces such as forests, agricultural areas, and bare surfaces, are computed using the first-order vector radiative transfer theory. Finally, the signal paths over sea and land surfaces are found using the ray tracing technique and the digital elevation model, and the signal level received by a receiving antenna is computed by the using the reflection coefficients of sea and land surfaces and the signal paths.

토양 표면에서의 편파별 후방 산란 계수 측정을 통한 산란 모델과 Inversion 알고리즘의 검증

홍진영,정승건,오이석,Hong, Jin-Young,Jung, Seung-Gun,Oh, Yi-Sok 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.12

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. 본 논문은 풀이 없는 지표면에서의 후방 산란 계수(backscattering coefficients)를 측정하고, 이 측정 결과를 이용하여 여러 표면 산란 모델들과 inversion 알고리즘의 성능을 비교, 분석하였다. 우선, R-밴드 주파수($1.7{\sim}2.0GHz$)에서 완전 편파 scatterometer를 이용하여 풀 층이 없는 지표면에 대해서 편파별로 후방 산란 계수를 측정하고, 동시에 수분 함유량과 표면 거칠기를 측정하였다. 그런 다음 측정된 지표면 변수들을 표면 산란 모델들에 입력하여 후방 산란 계수를 계산하고, 이 계산 결과를 측정 결과와 비교 분석하였다. 또한, inversion 알고리즘들을 적용하여 측정된 편파별 후방 산란 계수로부터 수분 함유량을 추출하고, 이 추출된 수분 함유량이 현장에서 측정한 수분 함유량과 잘 맞는지 여부를 확인하였다. 표면 산란 모델들 중에서 정확도가 높은 모델들을 제시하였으며, inversion 모델들의 계산 결과도 나타내었다.

완전편파 SAR영상의 새로운 영상 분해 기법

이경엽 ( Kyung Yup Lee ),오이석 ( Yi Sok Oh ) 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.1

이 논문은 편파화 정도(degree of polarization: DoP) 와 동일편파 위상차이(co-polarized phase-difference: CPD)를 이용하여 완전편파 SAR 영상을 분해하는 새로운 기법을 제안한다. 이 영상 분해 기법을 검증하기 위해 2009년에 춘천 지역에서 얻은 ALOS PALSAR 완전편파 L-밴드 영상데이터를 이용하여 이 새로운 영상 분해 기법의 결과와 기존의 3-성분 분해방법과 4-성분 분해방법의 결과들과 비교한다. ALOS PALSAR 영상 자료의 바다, 맨땅, 산림 그리고 도심지역을 선정하여 새로운 DoP-CPD 영상 분해기법을 적용한 결과, 제안된 영상 분해 기법의 정확도가 기존의 분해기법보다 높거나 유사함을 보인다. This paper proposes a new decomposition technique for polarimetric synthetic apertureradar (SAR) images. This new decomposition technique is based on the degree of polarization (DoP) and co-polarized phase-difference (CPD) of the measured polarimetric backscattering coefficients. This decomposition technique is compared with the existing three-and four-component decomposition techniques with the ALOS PALSAR full polarimetric L-band data acquired in 2009. It is shown that the new decomposition technique is better or comparable to the existing techniques for the study areas such as sea, bare soil, forest, and urban area.