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Development and Comparison of Bare Soil Moisture Retrieval Methods for Compact Polarimetric Data

Erkaramana, Bhanu Prakash Mookkuthala und Jagdhuber, Thomas und Goita, Kalifa und Magagi, Ramata und Fluhrer, Anke und Hellwig, Florian Marcus und Wang, Hongquan und Ponnurangam, G.G. (2026) Development and Comparison of Bare Soil Moisture Retrieval Methods for Compact Polarimetric Data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TGRS.2026.3666196. ISSN 0196-2892.

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Offizielle URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/11408011

Kurzfassung

Retrieval of soil moisture is crucial for weather and climate change predictions as well as in decision-making for agriculture management practices. Several theoretical, semi- empirical, empirical as well as machine learning-based scattering models have been developed for simulating fully polarimetric (FP) Synthetic Aperture Radar (SAR) data. The potential of SAR Compact Polarimetry (CP) for soil moisture retrieval over bare agriculture fields is still an active area of research. In this study, we develop new CP backscattering models for soil moisture retrieval under bare soil conditions. Firstly, we apply empirical relationships between FP and CP to formulate an empirical CP- Advanced Integral Equation Model (AIEM). In addition, we propose two adapted theoretical models CP-AIEM and CP- Improved Integral Equation Model (CP-I2EM) using the direct analytical relationship between FP and CP. We also propose two empirical models CP-Dubois and CP-Oh by recalibrating Dubois and Oh models using CP observations and in-situ data. To compare the soil moisture retrieval performance of developed CP- backscattering models with that of a standard machine learning approach, the Random Forest (RF) technique is utilized. The six adapted and developed algorithms are tested using the C-band CP data of Canada’s RADARSAT Constellation Mission (RCM). In- situ soil moisture, roughness and texture measurements were collected from bare agriculture fields of Lennoxville and Montérégie, Quebec, Canada for calibration and validation of models. Results show that the RF model provides accurate estimates (error: RMSE = 0.04 m3/m3, correlation: r = 0.8 and inversion rate: IR = 100%) while requiring extensive training. CP- Oh and CP-Dubois models perform adequately (RMSE = 0.08 m3/m3, r>0.7 and IR>60%) having limited applicability range. In the end, CP-AIEM offers the best choice including reasonable accuracy (RMSE = 0.07 m3/m3, r = 0.6 and IR = 64%), wider applicability range and transferability without requiring calibration.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/223011/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Development and Comparison of Bare Soil Moisture Retrieval Methods for Compact Polarimetric Data
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Erkaramana, Bhanu Prakash MookkuthalaCentre d’applications et de recherches en télédétection (CARTEL), Université de Sherbrooke, Québec, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jagdhuber, ThomasThomas.Jagdhuber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1760-2425NICHT SPEZIFIZIERT
Goita, KalifaUniversity of SherbrookeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Magagi, RamataUniversity of SherbrookeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fluhrer, AnkeAnke.Fluhrer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1188-5313206783779
Hellwig, Florian Marcusflorian.hellwig (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8878-8493206783780
Wang, Hongquanethbridge Research and Development Centre, Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC), Alberta, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ponnurangam, G.G.Climate Technology Division, Vassar Labs, Hyderabad, IndiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Februar 2026
Erschienen in:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/TGRS.2026.3666196
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:0196-2892
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Bare soil moisture retrieval, Compact Polarimetry (CP), Dubois and Oh models, Integral Equation Model (IEM), RADARSAT Constellation Mission (RCM), Random Forest (RF) model, Synthetic Aperture Radar (SAR)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Sicherheitsrelevante Erdbeobachtung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme > Aufklärung und Sicherheit
Hinterlegt von: Fluhrer, Anke
Hinterlegt am:26 Feb 2026 09:49
Letzte Änderung:26 Feb 2026 09:49

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