Nearshore Bathymetry Estimation Using Synthetic Aperture Radar (SAR) Imagery

Abstract

A method to estimate nearshore bathymetry using SAR imagery is presented in this paper. A Fast-Fourier Transform (FFT) and Wavelet hybrid method is proposed to analyze the wave spectra and calculate the wavelength of the long swell waves from SAR acquisitions. The water depth can be retrieved using the linear dispersion relation for shallow water, which requires wavelength and wave period as input parameters. The retrieved bathymetric method are validated with the SAR image over Western Africa and Haida Gwaii. The retrieved results are compared with the ground truth data and have an over 0.9 correlation coefficient. It is found that this method is more feasible to the swell waves with larger significant wave height.

RÉSUMÉ

Une méthode d'estimation de la bathymétrie côtière à l'aide d'images RSO est présentée dans cet article. Une méthode hybride, intégrant la transformée de Fourier rapide (FFT) et les Wavelets est proposée pour analyzer les specters d'ondes et calculer la longueur d'onde des longues vagues de la houle à partir des acquisitions RSO. La profondeur de l'eau peut être déterminée en utilisant la relation de dispersion linéaire pour les eaux peu profondes, ceci nécessite la longueur d'onde et la période des vagues comme paramètres d'entrée. La méthode bathymétrique est validée avec l'image RSO de l'Afrique de l'Ouest et d’Haida Gwaii. Les résultats sont comparés aux mesures in situ et le coefficient de corrélation va au-delà de 0,9. On constate que cette méthode est plus réalisable pour les houles avec une hauteur significativement plus importante.

Acknowledgement

The bathymetry retrieval algorithm and testing on Western Africa site were developed under a Defence Industry Research (DIR) project with Defence Research and Development Canada (DRDC) Ottawa. The testing on Haida Gwaii site was done for the Canadian Hydrographic Service under the Ocean Protection Plan (OPP) initiative and the Canadian Space Agency (CSA) Data Utilization Application Plan (DUAP) project.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Notes

1 https://www.mathworks.com/help/wavelet/ref/cwtft2.html

2 (https://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/).

3 (https://www.gebco.net/data_and_products/gridded_bathymetry_data/gebco_2019/gebco_2019_info.html).

4 (https://fr.magicseaweed.com/help/forecast-table/wave-period-overview).

5 (https://coastwatch.pfeg.noaa.gov/erddap/griddap/NWW3_Global_Best.html).

6 (https://www.nhc.noaa.gov/abouttafbprod.shtml).