基于LabVIEW的SAR成像軟件的設計與實(shí)現

引言
     合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)SAR)，工 作在微波波段，屬于主動(dòng)式的側視成像雷達，具有全天時(shí)、 全天候、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。在民用領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域有著(zhù)非 常重要的作用，具備廣泛的應用前景和發(fā)展潛力。在實(shí)際應 用中，很多領(lǐng)域都要求SAR系統具備成像處理的能力，然而 國內至今還沒(méi)有良好的SAR成像處理軟件平臺。如果能開(kāi)發(fā) 出一款軟件，把幾種常用的成像算法結合一定的運動(dòng)補償方 法進(jìn)行模塊化，以后直接調用就能夠對回波數據進(jìn)行仿真處 理，則會(huì )大大增加工作的效率。因此，為了提高SAR研究方 向的科研效率，開(kāi)發(fā)出一款SAR成像處理軟件是非常有必要 的。以L(fǎng)abVIEW語(yǔ)言為基礎，設計并開(kāi)發(fā)出了一款SAR成像 處理軟件，能夠實(shí)現所述功能，并具備一定的圖像質(zhì)量評估 功能。

1 SAR成像軟件設計
圖1  SAR成像軟件設計流程圖

圖2  SAR成像處理軟件主界面    

圖3  參數設置界面
SAR成像處理軟件主要實(shí)現基于不同成像算法的成像
處理以及圖像質(zhì)量的評估。該軟件屬于一種SAR處理工具軟 件，界面友好，SAR成像處理步驟與功能相當齊全。
1.1 軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的選擇
SAR成像數據量較大，且經(jīng)常用到數組與矩陣方面的 運算，要求編程語(yǔ)言具備較強的數據處理能力。該軟件屬 于可視化分析應用軟件，須具備良好的人機交互能力。交 互數據語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是美國國家儀器公司(NI)的創(chuàng )新軟件產(chǎn)品，具備 如下優(yōu)勢：圖形化的編程方式；便利的程序調試；豐富的函 數庫；豐富的可重用程序庫；開(kāi)放的平臺；完整的開(kāi)發(fā)環(huán) 境。因此，采用LabVIEW開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行SAR成像處理軟件的 開(kāi)發(fā)非常合適。
1.2 SAR成像軟件總體設計思路
(1)用戶(hù)登錄模塊，屬于軟件的初始化模塊，只有合法 的用戶(hù)才能夠使用該款軟件。
(2)參數設置模塊，根據用戶(hù)需求，其主要包括雷達參 數的輸入和回波數據的載入等功能。由于SAR成像處理需要 的雷達參數眾多，當多次利用同一組雷達參數進(jìn)行成像處理 時(shí)，重復輸入大量的參數會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)不便，因此該模塊還
具備數據的保存功能。
( 3 ) 成像處理模塊屬于軟 件的核心，是不可或缺的重要 組成部分。將SAR常用的幾種 成像算法和運動(dòng)補償方法利用 LabVIEW與MATL AB混合編程
的方法分成若干個(gè)事件，用戶(hù)可以選取任意一種成像算法并

圖4  參數設置子界面

圖5  進(jìn)度條提示對話(huà)框
數據的處理和圖像的 顯示。
(4)圖像顯示模塊，能夠顯示成像的結果以及提取圖像
中的有用數據信息。
(5)圖像質(zhì)量評估模塊，能夠從點(diǎn)目標和面目標兩個(gè)方 面進(jìn)行圖像質(zhì)量的優(yōu)劣評價(jià)。
圖1為SAR成像軟件設計流程圖。

圖6   RD實(shí)測數據最終成像結果    

圖7   圖像質(zhì)量評估界面
2 SAR成像軟件的功能介紹
以距離多普勒算法(R—D算法)為例，介紹SAR成像軟 件的具體功能。圖2為SAR成像處理軟件的主界面。
2.1 參數設置功能
如圖2所示，點(diǎn)擊“設置或查看參數”按鈕，此時(shí)彈出 參數設置的子界面，如圖3所示。該界面左上的位置為系統 菜單，包括“輸入參數”、“保存路徑”、“清空參數” 與“設置完成”四個(gè)按鈕。中間區域由上至下依次為雷達工 作參數、成像處理參數和文件操作三部分。在參數設置界面 中，首先點(diǎn)擊“輸入參數”按鈕，此時(shí)打開(kāi)圖4(a)所示輸入 參數的子界面，用戶(hù)在參數文本框里面鍵入需要的數據，利 用其右側的下拉菜單選取與該數值相匹配的單位。其次點(diǎn)擊 “回波保存路徑”文件夾，出現如圖4(b)所示對話(huà)框，選取 想要載入的回波文件路徑，點(diǎn)擊“確定”按鈕，即能返回參 數設置界面，從而完成數據輸入工作。點(diǎn)擊“保存路徑”按鈕，此時(shí)打開(kāi)圖4(c)所示保存路徑子界面，分別選定文件存放的路徑，并輸入文件名，點(diǎn)擊“確定”， 返回參數設置界面，同時(shí)把雷達工作參數和成像處理參數以 及圖像數據保存到指定的數據文件中，以供用戶(hù)下次使用。 點(diǎn)擊“清空參數”按鈕，界面上文本框的數據將清零。點(diǎn)擊 “設置完成”按鈕，即返回到SAR成像處理軟件的主界面。
2.2 成像處理功能
參數設置完畢后，接下來(lái)進(jìn)行成像處理。如圖2所示， 在成像處理算法下拉列表控件中選擇“ R-D算法” 這一事 件，然后在運動(dòng)補償方法下拉列 表控件中選擇“基于回波數據” 這一事件，點(diǎn)擊開(kāi)始成像按鈕，
此時(shí)會(huì )彈出如圖5所示的進(jìn)度條 提示對話(huà)框，該對話(huà)框可以動(dòng)態(tài) 顯示距離壓縮、距離徙動(dòng)校正、 方位壓縮以及處理完成等主要步 驟的提示信息，以提示用戶(hù)成像 處理的進(jìn)度。處理結束后，進(jìn)度條對話(huà)框關(guān)閉，每個(gè)主要處 理步驟所得到的圖像數據最終以二進(jìn)制文件的形式存儲到計 算機中。點(diǎn)擊顯示圖像按鈕，可以選擇需要的圖像數據在成 像結果區域進(jìn)行顯示。圖6給出了采用RD算法并結合基于回
波數據的運動(dòng)補償方法進(jìn)行成像處理后的最終成像結果。
2.3 圖像質(zhì)量評估功能
如圖2所示，圖像質(zhì)量評估主要包括點(diǎn)目標評估和面目 標評估兩個(gè)部分。成像處理完成后，根據用戶(hù)需要，可以 選擇對主界面的成像結果區域進(jìn)行評估。針對點(diǎn)目標評估， 首先利用關(guān)注區和工具選板中的選點(diǎn)工具，在主界面圖像顯 示區域選取感興趣的一個(gè)點(diǎn)，此時(shí)選擇點(diǎn)的具體位置會(huì )在圖
2中坐標顯示區域呈現；點(diǎn)擊“點(diǎn)目標評估”按鈕，此時(shí)將 打開(kāi)圖7(a)所示的點(diǎn)目標評估子界面，在數值輸入框中鍵入 選取點(diǎn)的坐標、評估選取點(diǎn)數以及距離向和方位向間隔，點(diǎn) 擊“確定”按鈕，即開(kāi)始點(diǎn)目標的評估；評估結束之后，最 終評估的結果會(huì )在點(diǎn)目標計算結果區域顯示。針對面目標評估， 首先利用關(guān)注區和工具選板中的選面工具，在主界面上選取感興趣的一個(gè)
面，該面由左上點(diǎn)和右下點(diǎn)的坐標確定，其坐標將在坐標位置區域顯示；然后，點(diǎn)擊“面目標評估” 按鈕，則彈出圖7(b)所示的面目標評估子界面，在該界面中 點(diǎn)擊“計算面目標參數”按鈕，即開(kāi)始面目標的評估；評估 結束后，最終評估參數會(huì )在面目標評估結果區域中顯示。

3  SAR成像軟件的測試
該SAR成像處理軟件界面在正式使用之前，對軟件的人 機交互功能、成像算法、成像速度以及圖像質(zhì)量評估等模塊 進(jìn)行了驗證。根據其成像數據與評估結果進(jìn)行了比較和分析，最終得出如下結論：SAR成像處理軟件界面能夠正常工
作，且運行穩定，滿(mǎn)足功能需求。4 結束語(yǔ)
本文依據功能要求，以Windows為平臺，利用LabVIEW 開(kāi)發(fā)工具，對SAR成像處理軟件進(jìn)行了設計與實(shí)現,該界面能 很好地實(shí)現系統功能和滿(mǎn)足用戶(hù)需要。同時(shí)，LabVIEW的優(yōu) 良性能保證了本軟件界面的可靠性、高效性和跨平臺特性， 且界面有很大的擴展性，以后可以根據實(shí)際要求進(jìn)行功能或 者界面外觀(guān)上的擴展，以達到更好的效果。