Comparison of C- and L-band synthetic aperture radar images for sea ice motion estimation

Abstract

Pairs of consecutive C-band SAR images are routinely used for sea ice motion estimation. New Earth-observing satellites with SAR instruments of other wavelengths are being introduced. These seem promising for the sea ice regime, especially in the Baltic Sea that lacks multiyear ice and icebergs. In this work, SAR images acquired using different wavelengths are applied for sea ice motion estimation, and the suitability is compared. The work will also investigate motion estimation by using an image pair of different wavelengths. Using images of both C-band and L-band presents more opportunities for calculating motion within a shorter time frame, but presents challenges arising from the fundamentally different nature of reflection in the images.

A motion estimation program was written for this purpose, and a method for calculating sea ice motion from consecutive SAR images, using two images from different frequency bands, is presented. The difficulties arising from differences in wavelength, resolution and reflection characteristics are investigated for sea ice in the Baltic Sea and an algorithm that works for C- and L-band and mixed image pairs is presented.

Merijään liikettä on jo pitkään kartoitettu satelliittitutkakuvien avulla. Käytetyt menetelmät perustuvat kahdesta peräkkäisestä kuvasta havaittujen kohteiden siirtymän laskemiseen. Käyttöön on vakiintunut C-kaista, jolle kuvien saatavuus on hyvä ja joka on merijäälle hyvä kompromissi. 2010-luvulla on käynnissä useita satelliittihankkeita, jotka tuovat käyttöön muiden aallonpituuksien SAR-tutkia. Uudet aallonpituudet ovat lupaavia myös merijään kaukokartoitukseen, erityisesti Itämerellä, ja soveltuvuudesta on tehty useita vertailevia tutkimuksia. Aallonpituuksia ei ole kuitenkaan vertailtu merijään liikealgoritmien näkökulmasta. Tässä työssä verrataan kuvapareja, jotka edustavat C- tai L-kaistaa tai näiden yhdistelmää. Koska satelliittikuvia saadaan kustakin sensorista vain harvoin, eri kuvalähteitä yhdistelemällä on mahdollista saavuttaa parempi ajallinen erottelukyky. Toisaalta eri aallonpituudet ovat perustavanlaatuisesti erilaisia, mikä asettaa työlle erityisiä haasteita.

Tätä työtä varten kirjoitettiin ristikorrelaatioon perustuva algoritmi, jota testattiin C- ja L-kaistan satelliittitutkakuvilla. Työssä ehdotetaan menetelmää näillä aallonpituuksilla Itämerellä toimivaksi jäänliikealgoritmiksi.