A multifunctional scatterometer system and optimized radar signal processing for simultaneous
observation of various physical oceanographic parameters are described in this paper. Existing
observation methods with microwave remote sensing techniques generally use several separate
systems such as scatterometer, altimeter, and Doppler radar for sea surface monitoring, which are
inefficient in system operation and cross-analysis of each observation data. To improve this point, we
integrated separate measurement functions into a single observation system by adding a measurement
function of Doppler frequency to the existing system. So it enables to simultaneously measure
the range and polarimetric responses of backscattering as well as movements of the sea surface. Here,
the simultaneous measurement function of Doppler frequency was implemented by sampling an
FMCW (frequency modulated continuous wave) radar signal as 2D raw data consisting of fast- and
slow-time samples, i.e., the range and backscattering of radar target signals are analyzed from the
fast-time samples while the Doppler frequency by the radar target’s movement extracts from the
slow-time samples. Through the Fourier transformed-based range-Doppler signal process, distance
(R), backscattering (s), and Doppler frequency (fD) are sequentially extracted from the 2D raw data,
and a correlation to the physical oceanographic parameters is analyzed. Operability of the proposed
system was examed through total 3 times of field campaigns from June 2017 to August 2020 and
the observation data retrieved by the radar measurement data (R, s, fD) was also cross-analyzed
with in-situ data: e.g., tide, significant wave height, and wind speed and direction. Differences in the
comparative results as an observational accuracy are as follows. Tidal level (Root Mean Square Error
0.169 m (R)), significant wave height (RMSE 0.127 m (R), 0.362 m (s)), wind speed (RMSE 1.880 m/s
(fD), 2.094 m/s (s)) and direction (18.84 (fD)).