A new soil roughness parameter for the modelling of radar backscattering over bare soil
Résumé
The characterisation of soil surface roughness is a key requirement for the correct analysis of radar backscattering behaviour. It is noteworthy that an increase in the number of surface roughness parameters in a model also increases the difficulty with which data can be inverted for the purposes of estimating soil parameters. In this paper, a new description of soil surface roughness is proposed for microwave applications. This is based on an original roughness parameter, Zg, which combines the three most commonly used soil parameters: root mean surface height, correlation length, and correlation function shape, into just one parameter. Numerical modelling, based on the moment method and integral equations, is used to evaluate the relevance of this approach. It is applied over a broad dataset of numerically generated surfaces characterised by a large range of surface roughness parameters. A strong correlation is observed between this new parameter and the radar backscattering simulations, for the HH and VV polarizations in the C and X bands. It is proposed to validate this approach using data acquired in the C and X bands, at several agricultural sites in France. It was found that the parameter Zg has a high potential for the analysis of surface roughness using radar measurements. An empirical model is proposed for the simulation of backscattered radar signals over bare soil.
La caractérisation de la rugosité de surface du sol est une condition essentielle pour l'analyse correcte de rétrodiffusion radar. Il est à noter qu'une augmentation du nombre des paramètres de rugosité de surface dans un modèle augmente également la difficulté avec laquelle les données peuvent être inversés aux fins de l'estimation des paramètres du sol. Dans cet article, une nouvelle description de la rugosité de surface du sol est proposé pour les applications micro-ondes. Ceci est basé sur un paramètre de rugosité originale, Zg, qui combine les trois paramètres de sol les plus couramment utilisés: root hauteur moyenne de la surface, longueur de corrélation, et la forme de la fonction de corrélation, dans un seul paramètre. La modélisation numérique, basé sur la méthode des moments et équations intégrales, est utilisé pour évaluer la pertinence de cette approche. Il est appliqué sur une large ensemble de données générées numériquement des surfaces caractérisées par une large gamme de paramètres de rugosité de surface. Une forte corrélation est observée entre ce nouveau paramètre et les simulations de rétrodiffusion radar, pour les polarisations HH et VV dans les bandes C et X. Il est proposé pour valider cette approche en utilisant les données acquises dans les bandes C et X, à plusieurs sites agricoles en France. Il a été trouvé que le paramètre Zg a un fort potentiel pour l'analyse de la rugosité de surface en utilisant les mesures radar. Un modèle empirique est proposé pour la simulation des signaux radar rétrodiffusés sur sol nu.