Iceberg Detection for Arctic Operations - A Comparison of C- and L-band Wide-Swath SAR

Abstract

The accurate detection and mapping of icebergs in the Arctic is important for the safety of maritime traffic and offshore infrastructure and for monitoring the health of marine-terminating glaciers. Synthetic Aperture Radar (SAR) images from satellites have proven to be a useful tool for Arctic monitoring, and C-band SAR images are currently used for operational iceberg monitoring in selected areas. However, current C-band data have been shown to offer only limited discrimination between icebergs and sea ice, impeding regular detection of icebergs in sea ice. Moreover, the methods currently used for iceberg detection in open water are poorly validated, and additional knowledge about their performance is needed. Future L-band missions are expected to increase detection accuracies for icebergs in sea ice and may, in addition, offer some advantages over C-band for detecting icebergs in open water. In this thesis, we are comparing the use of C- and L-band SAR images for the detection of icebergs in the Arctic. The first part of this thesis provides a background and introduction to Arctic icebergs, SAR, and the topic of iceberg detection using SAR. The second part of this thesis presents three research papers that have been produced as part of this Ph.D. project. The results of the research show that although L-band SAR serves as an excellent complement to C-band SAR for the detection of icebergs in open water, the true advantage of L-band over C-band is for the detection of icebergs in sea ice. This opens up a whole new area for monitoring, allowing for a more complete mapping of icebergs, and greatly improving the possibilities of Arctic-wide iceberg surveillance.

En nøyaktig overvåkning og kartlegging av isfjell i Arktis er viktig for sikkerheten til sjøtrafikk og infrastruktur til havs og for å overvåke helsen til kystnære breer. Bilder fra satellitter med syntetisk aperturradar (SAR) har vist seg å være et nyttig verktøy for overvåking av Arktis, og C-bånd SAR-bilder brukes aktivt til operativ isfjellovervåking i utvalgte områder. Imidlertid har det vist seg at C-bånd-data kun i begrenset omfang kan skille isfjell og havis, noe som hindrer regelmessig overvåkning av isfjell i havis. Ytterligere er metodene som brukes for å oppdage isfjell i åpent vann dårlig validert, og mer viten om deres begrensninger er nødvendig. Fremtidige L-bånd satellitter forventes å øke nøyaktigheten for overvåkning av isfjell i havis og kan i tillegg tilby noen fordeler over C-bånd for oppdagelse av isfjell i åpent vann. I denne avhandlingen sammenligner vi bruken av C- og L-bånd SAR-bilder for overvåkning av isfjell i Arktis. Den første delen av avhandlingen gir en bakgrunn og introduksjon til isfjell i Arktis, SAR, og bruken av SAR til overvåkning av isfjell. Den andre delen av avhandlingen presenterer tre forskningsartikler som er produsert som en del av dette prosjektet. Resultatene av forskningen vår viser at selv om L-bånd SAR fungerer som et supplement til C-bånd SAR for kartlegging av isfjell i åpent vann, finnes den sanne fordelen med L-bånd over C-bånd for oppdagelse av isfjell i havis. Dette åpner opp et helt nytt område for overvåking, som muliggjør en mer fullstendig kartlegging av isfjell, og forbedrer mulighetene for isfjellovervåking i arktisk betraktelig.