The application of C-band polarimetric SAR for agriculture: a review

Abstract

Agricultural targets are very dynamic throughout the growing season, and thus remote sensing is an attractive approach to mapping and monitoring applications. Research performed with synthetic aperture radar (SAR) satellite systems such as European Remote Sensing Satellites ERS-1 and ERS-2, Japanese Earth Resources Satellite 1 (JERS-1), and RADARSAT-1 has demonstrated the potential of using this approach for a wide variety of applications. These satellites all have single-channel radars, however, and the research often concluded that additional channels and multitemporal observations were required. Spaceborne imaging radar C/X-band synthetic aperture radar (SIR-C/X-SAR) demonstrated this approach but was limited to two flight periods for data collection and a relatively small number of sites. RADARSAT-2 will have multipolarization and polarimetric modes and higher resolution than RADARSAT-1. ENVISAT advanced synthetic aperture radar (ASAR) also has a multipolarization capability. These sensors will allow further development of applications in agriculture, particularly crop-type mapping and condition assessment, soil tillage and crop residue mapping, and soil moisture estimation. Research has demonstrated that the additional polarizations will increase the information content in a SAR dataset similar to using multispectral approaches in the optical region. The value of the phase information and the polarimetric parameters that can be derived from these data is less certain. However, this information does help in understanding the scattering mechanisms and target interactions that are occurring, leading to a better approach to data processing and information extraction. Integrating C-band SAR with data acquired at other radar frequencies, or with data acquired by optical sensors, can provide additional crop and soils information. This paper reviews the use of C-band polarimetric and multipolarization data for agricultural applications with an emphasis on the potential of the upcoming RADARSAT-2 system.

Les cibles agricoles sont très dynamiques au cours de la saison de croissance et la télédétection constitue une approche attrayante pour les applications reliées à la cartographie et au suivi. Les recherches réalisées à l'aide des systèmes satellitaires radar à synthèse d'ouverture (RSO) tels que ERS-1/2, JERS et RADARSAT-1 ont démontré le potentiel de l'utilisation de cette approche pour une grande diversité d'applications. Ces satellites sont cependant tous dotés de radars à bande unique et les recherches ont souvent permis de conclure que des canaux additionnels de même que des observations multitemporelles étaient requises. Le capteur X-SAR/SIR-C a permis de faire la démonstration de cette approche mais il était limité à deux périodes de vol pour la collecte de données et à un nombre réduit de sites. RADARSAT-2 sera doté des modes multipolarisation et polarimétrique de même que d'une résolution plus élevée que RADARSAT-1. Le capteur ASAR de ENVISAT offre aussi le potentiel de la multipolarisation. Ces capteurs génèreront de nouveaux développements pour des applications en agriculture particulièrement en rapport avec la cartographie des types de culture et l'évaluation des conditions, l'état des labours et la cartographie des résidus de culture ainsi que l'estimation de l'humidité du sol. La recherche a démontré que les polarisations additionnelles permettront d'augmenter le contenu en information dans un ensemble de données RSO de la même manière que les approches multispectrales utilisées dans la région de l'optique. La valeur de l'information sur la phase et des paramètres polarimétriques qui peuvent être dérivés de ces données est plutôt incertaine. Toutefois, cette information est utile pour la compréhension des mécanismes de diffusion et des interactions avec la cible qui se manifestent, ce qui conduira ultimement à une meilleure approche dans le traitement des données et l'extraction de l'information. L'intégration des données RSO en bande C avec des données acquises à d'autres fréquences radar, ou avec des données acquises par des capteurs optiques, permettra d'apporter une information additionnelle sur les cultures et les sols. Cet article fait le bilan des données polarimétriques en bande C et en multipolarisations pour les applications en agriculture avec une emphase sur le potentiel du système RADARSAT-2 à venir.

[Traduit par la Rédaction]