Abstract The effect of different tillage on the microwave backscatter from grain stubble plots was investigated as a function of frequency, polarization, row direction and type of tillage implement. The Canada Centre for Remote Sensing (CCRS) truck-mounted FM-CW scatterometer was used to make the radar backscattering coefficient (σ°) measurements. Factorial analysis found the effects of row direction to be as significant as the differences between tillage implements on σ° of like polarized data. The cross-polarized data were less sensitive to row direction effects. There were no significant differences betwen the HH and VV polarizations at any frequency investigated. An airborne SAR image of an area close to the experiment site was qualitatively used to demonstrate the effects of tillage and row direction. The scatterometer results and airborne SAR interpretations indicate the necessity of accounting for row direction, as well as surface roughness, when using SAR data for soil mapping applications. Techniques are identified which may allow estimation of these roughness effects. Radarsat, and other Earth observation satellites will view agricultural fields with many row aspects and thus research needs to be conducted to determine the effects of row direction on σ°at the anticipated azimuth view angles.
Knowledge of the moisture content of soil is valuable for hydrology and climate studies, as well as for yield prediction or agricultural planning. As part of the long-term research plan at the Canada Centre for Remote Sensing (CCRS) to establish a relationship between radar backscatter and the spatial and temporal variations of soil moisture, a series of experiments were conducted in the Canadian prairies in 1988.This paper examines radar backscatter as a function of soil moisture, plant type, and phenological development. Airborne data were acquired by the CCRS C-band SAR of a test site near Outlook, Saskatchewan, in June and August 1988. The digitally recorded and processed imagery were externally calibrated via point targets of known radar cross-section. Soil dielectric measurements were collected using a portable dielectric probe in fields with similar surface roughness characteristics. These measurements were used as input to a model developed by CCRS for estimating soil volumetric water content.This paper describes the development of relationships between soil moisture under wheat and canola canopies and radar backscatter. The relationships were developed using the relatively calibrated SAR, the estimate of soil volumetric water content derived from soil dielectric measurements, plant type, and phenological development. The analysis indicated a strong correlation between radar backscatter and volumetric soil moisture under both wheat and canola canopies and that the relationship is dependent on crop type and phenological development.
RÉSUMÉLa rugosité des très petites surfaces est l'une des caractéristiques de cible importantes influant sur l'écho radar retourné par de nombreuses surfaces naturelles, telles que le sol et la glace. À l'appui des programmes de mesure sur le terrain, un rugosimètre à deux composants pour la mesure sur place de la rugosité des surfaces a été mis au point et éprouvé pour le compte du Centre canadien de télédétection. Le système comprend un instrument de mesure solide, transportable et rentable, ainsi qu'un logiciel d'analyse des images aux fins du traitement des données, exploitable sur micro-ordinateur. Cet article décrit les résultats de l'évaluation des limites de rendement de cet appareil et conclut qu'il produit des estimations très précises de la hauteur quadratique moyenne, de l'ordre du millimètre. Cependant, la démarche normale adoptée face à l'estimation de la longueur de corrélation à partir de la fonction d'autocorrélation est sujette à un plus grand degré d'erreur et on expose des méthodes de rechange pour évaluer ce paramètre de rugosité.
RÉSUMÉLa capacité d'acquérir des images au travers les nuages ou la nuit rend les capteurs radar très utiles pour diverses applications.Lors de la dernière décennie, on a assisté à une explosion dans le développement de la technologie et des applications des données radars satellitaires à des fins civiles. L'une de ces initiatives est RADARSAT, un satellite canadien à vocation commerciale dôté d'un capteur radar à synthèse d'ouverture (RSO). Pour stimuler l'utilisation des données RADARSAT à l'échelle internationale, le programme GlobeSAR fut mis sur pied en 1993. Le but de ce programme était le transfert de technologie et de développement des ressources humaines dans des pays en voie de développement dans le domaine des applications du RSO.La possibilité pour l'usager de choisir le mode d'acquisition de RADARSAT se traduit cependant par un niveau de complexité plus élevé lors de la commande et du choix des images. Un compromis est alors nécessaire entre couverture spatiale, résolution, nombre de visées et angle d'incidence lors de la commande, du traitement et de l'analyse des données.Cet article passe en revue quelques applications menées sous l'égide du programme GlobeSAR et fait des recommendations préliminaires pour le choix du mode d'acquisition optimal en fonction de l'application. On y traite aussi de l'utilisation de données auxiliaires pour complémenter celles du RSO. Finalement, on présente quelques images RADARSAT pour appuyer les résultats.SUMMARYRadar imagery, which can be acquired through clouds or at night, is ideal for many applications. These images, besides offering virtually guaranteed data collection, are useful for many applications on their own or in conjunction with imagery acquired in the visible and near-infrared portions of the electromagnetic spectrum. The last decade has seen a significant growth in radar remote sensing technology and applications with several satellite radar systems now available for civilian use. One of these, RADARSAT, is a Canadian led spaceborne program with a flexible synthetic aperture radar (SAR) to facilitate application development and operational/commercial use of radar imagery. In order to facilitate the international use of RADARSAT data a program called GlobeSAR was initiated in 1993. This has been a highly successful international program designed to transfer technology on SAR from Canada to the participating countries and to further develop applications of RADARSAT. While the flexibility in RADARSAT's beam modes and configuration enhances the use of the SAR data for geoscience applications it also adds complexity to the data ordering and selection process. The trade-offs between swath coverage, resolution, number of looks, and incidence angle must all be considered when ordering, processing, and analyzing the data. This paper describes applications studied during GlobeSAR and makes preliminary recommendations for selecting the optimum RADARSAT operating mode for these various applications. Ancillary data requirements for successful use of the SAR data are also addressed. This is followed by a presentation of several example images from RADARSAT chosen to illustrate the discussion. Additional informationNotes on contributorsR.J. Brown• R.J. Brown, M.A. D'Iorio, C. Prevost, R.A. Ryerson, and V. Singhroy are Scientists at Canada Centre for Remote Sensing, Natural Resources Canada, 588 Booth Street, Ottawa, Ontario, K1A 0Y7, Tel: (613) 947-1262, Fax:(613) 947-1385, e-mail: ron.brown@ccrs.nrcan.gc.caB. Brisco• B. Brisco is with Intermap Technologies, 2 Gurdwara Rd., Suite 200, Nepean, ON, Canada K2E 1A2, Tel: (613) 947-1262, Fax: (613) 947-1385 e-mail: brian.brisco@ccrs.nrcan.gc.caM.A. D'Iorio• R.J. Brown, M.A. D'Iorio, C. Prevost, R.A. Ryerson, and V. Singhroy are Scientists at Canada Centre for Remote Sensing, Natural Resources Canada, 588 Booth Street, Ottawa, Ontario, K1A 0Y7, Tel: (613) 947-1262, Fax:(613) 947-1385, e-mail: ron.brown@ccrs.nrcan.gc.caC. Prevost• R.J. Brown, M.A. D'Iorio, C. Prevost, R.A. Ryerson, and V. Singhroy are Scientists at Canada Centre for Remote Sensing, Natural Resources Canada, 588 Booth Street, Ottawa, Ontario, K1A 0Y7, Tel: (613) 947-1262, Fax:(613) 947-1385, e-mail: ron.brown@ccrs.nrcan.gc.caR.A. Ryerson• R.J. Brown, M.A. D'Iorio, C. Prevost, R.A. Ryerson, and V. Singhroy are Scientists at Canada Centre for Remote Sensing, Natural Resources Canada, 588 Booth Street, Ottawa, Ontario, K1A 0Y7, Tel: (613) 947-1262, Fax:(613) 947-1385, e-mail: ron.brown@ccrs.nrcan.gc.caV. Singhroy• R.J. Brown, M.A. D'Iorio, C. Prevost, R.A. Ryerson, and V. Singhroy are Scientists at Canada Centre for Remote Sensing, Natural Resources Canada, 588 Booth Street, Ottawa, Ontario, K1A 0Y7, Tel: (613) 947-1262, Fax:(613) 947-1385, e-mail: ron.brown@ccrs.nrcan.gc.ca
RÉSUMÉAvec le lancement de plusieurs radars à antenne synthétique (RAAS) au cours des années 90, il apparaît certain que l'on disposera alors de données radar multidates pour des applications en agriculture. Il est nécessaire toutefois de poursuivre les recherches afin d'utiliser cette technologie efficacement et de rendre pratique l'utilisation de données microondes dans les systèmes d'information sur les cultures existants. Le CCT utilise actuellement des plates-formes terrestres ainsi que des plates-formes aéroportées à cette fin. Une série de données multidates sur des cultures de blé de printemps (barbelé et non barbelé), d'orge, de canola et de terres en jachère, recueillie par un scattéromètre au sol dans la bande Ku, Cet L, a été étudiée en fonction de l'information qu 'elles peuvent fournir quant à la discrimination des cultures. Les rapports F ont été calculés, puis classifiés en vue d'évaluer les effets produits par la fréquence, la polarisation et l'angle d'incidence sur la discrimination des classes.Les résultats démontrent que la bande Ku était la plus pertinente, que la meilleure polarisation était celle de type HV et que les angles d'incidence intermédiaires, soit ceux compris entre 30° et 60° C, étaient plus avantageux que des angles rasants ou près de la verticale. Les rapports F, calculés à partir de données hebdomadaires, ont également été classifiés en vue d'évaluer la dimension temporelle. La meilleure période pour la discrimination des cultures se situe entre le milieu et la fin de juillet, période qui correspond aux stades deformation des grains. On a refait l'analyse avec plusieurs combinaisons de cultures en enlevant les cultures de canola, puis les terres en jachère de la base de données. Le seul changement notable est apparu au niveau des bandes de fréquence, la bande L étant devenue celle permettant une meilleure discrimination des trois types de culture. Ce résultat est surprenant car on s'attend à ce que des ondes plus longues pénètrent dans les cultures de céréale. Les recherches se poursuivent donc dans le but d'élucider ce phénomène. Les résultats de la présente étude sur la capacité des futurs radars à antenne synthétique embarqués à bord de satellites à fournir de l'information utile pour la discrimination des cultures sont commentés ici.SUMMARYWith the launch of several spaceborne Synthetic Aperture Radar (SAR) systems scheduled for the '90s, the availability of multi-temporal radar data for agricultural applications appears certain. Research is required to use this technology effectively and to implement the use of microwave remote sensing data into existing crop information systems. The Canada Centre for Remote Sensing is using ground-based and airborne platforms to pursue this research. A multi-temporal ground-based Ku-, C-, and L-band scatterometer dataset of spring wheat (bearded and non-bearded), barley, canola, and summerfallow crop types was examined for crop separability information. F-ratios were calculated and ranked to evaluate the effects of frequency, polarization, and incidence angle on class separability.The results show that the Ku-band was the best frequency, HV was the best polarization, and the intermediate incidence angles (30° to 60°) were superior to very steep or shallow angles. F-ratios, calculated from weekly data, were also ranked to evaluate the temporal dimension. Mid- to late-July was the best time period for crop separability, which corresponded to the reproductive growth stages of the crops. The analysis is repeated for several crop mixes by removing canola and then summerfallow crop types from the database. The only significant change in the results was the reversal of the frequency ranking, with the L-band becoming the best frequency for separating the three grain classes. This result was surprising as the longer wavelengths are expected to penetrate the grain crops. thus, further research is being conducted to investigate this phenomenon. The results with regard to the ability of future space SARs to provide crop separability information are discussed. Additional informationNotes on contributorsB. BriscoB. Brisco and W.G. Gairns are with Intera Technologies Ltd, 2 Gurdwara Road, Nepean, Ontario K2E 1A2.R.J. BrownR.J. Brown is with the Canada Centre for Remote Sensing, 2464 Sheffield Road, Ottawa, Ontario K1A 0Y7.J.G. GairnsB. Brisco and W.G. Gairns are with Intera Technologies Ltd, 2 Gurdwara Road, Nepean, Ontario K2E 1A2.B. SniderB. Snider is with Statistics Canada, Tunney's Pasture, Ottawa, Ontario K1A 0N9.
Portable dielectric probe (PDP) and time domain reflectometry (TDR) instruments are increasingly being used for rapid in situ determination of soil moisture contents. These techniques provide alternatives for acquiring soil moisture data in field experiments where the logistics of gravimetric sampling can restrict the number of samples obtained. The real part of the dielectric constant of soils, measured by P, L, C, and X band PDPs, was empirically related to soil water content for soils with a wide range of textures. The results were compared to TDR measurements as well. The P and L band probes and the TDR produced very comparable and accurate results, while the C and X band probes showed sensitivity to variability within a soil, the measurement technique, and soil texture. Both TDR and PDP instruments may be useful for field measurement campaigns, as they sample different depths and volumes. In general the TDR is suitable for 0–5 cm or deeper layers while the PDP can be used for measuring layers of the order of 1 cm in thickness.
RÉSUMÉComme l'agriculture et les ressources en eau sont des composantes importantes de l'économie canadienne, il est impératif de gérer ces ressources renouvelables de façon efficace. Les données de télédétection sont d'une grande utilité dans la gestion des ressources. En effet, à mesure qu'évoluent les systèmes d'information géographique et que progresse l'intégration des données, les données de télédétection deviendront une source capitale d'informations parce qu'elles permettent une couverture synoptique en temps réel. RADARSAT sera du nombre des satellites qui fournissent des données utiles aux agronomes et aux hydrologues. Le présent document passe en revue les applications en agriculture et en hydrologie utilisant des données radars et explique comment les produits de RADARSAT peuvent fournir ce type d'information. L'accent a été mis sur les besoins des utilisateurs ainsi que sur les activités de recherche et de développement à effectuer pour répondre à ces besoins.
RÉSUMÉLa cartographie des activités agricoles et du couvert de résidus de culture résultant est importante pour le suivi de la mise en place de pratiques de conservation en agriculture et pour quantifier l'érosion éolienne et hydrique. Des études précédentes ont démontré que les données de télédétection peuvent fournir de l'information sur les pratiques de gestion des résidus et des cultures. Pour déterminer le rôle de RADARSAT dans la cartographie de ces pratiques, des images RSO et des données de terrain correspondantes ont été acquises en octobre 1996 au-dessus d'un site dans le sud du Manitoba. On a ainsi pu identifier les surfaces non-cultivées sur les images acquises à des angles d'incidence faibles et on a pu observer que les échos radar étaient affectés par le type de résidu recouvrant ces surfaces. À l'aide d'un second ensemble de données et d'une approche basée sur la détection du changement, il a été possible de détecter les activités reliées à la culture et aux récoltes utilisant des données en mode Standard de RADARSAT. Quoique des recherches additionnelles soient nécessaires pour ce type d'application, la présente étude conclut que RADARSAT peut fournir une information essentielle pour la détermination des risques d'érosion du sol.
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