基于LabVIEW的SAR成像軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言
     合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，簡稱SAR)，工 作在微波波段，屬于主動(dòng)式的側(cè)視成像雷達(dá)，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)域有著非 常重要的作用，具備廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。在?shí)際應(yīng) 用中，很多領(lǐng)域都要求SAR系統(tǒng)具備成像處理的能力，然而 國內(nèi)至今還沒有良好的SAR成像處理軟件平臺(tái)。如果能開發(fā) 出一款軟件，把幾種常用的成像算法結(jié)合一定的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方 法進(jìn)行模塊化，以后直接調(diào)用就能夠?qū)夭〝?shù)據(jù)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，開發(fā)出一款SAR成像處理軟件是非常有必要 的。以LabVIEW語言為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并開發(fā)出了一款SAR成像 處理軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)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(shè)計(jì)
圖1  SAR成像軟件設(shè)計(jì)流程圖

圖2  SAR成像處理軟件主界面    

圖3  參數(shù)設(shè)置界面
SAR成像處理軟件主要實(shí)現(xiàn)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(dāng)齊全。
1.1 軟件開發(fā)語言的選擇
SAR成像數(shù)據(jù)量較大，且經(jīng)常用到數(shù)組與矩陣方面的 運(yùn)算，要求編程語言具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。該軟件屬 于可視化分析應(yīng)用軟件，須具備良好的人機(jī)交互能力。交 互數(shù)據(jù)語言LabVIEW(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(diào)試；豐富的函 數(shù)庫；豐富的可重用程序庫；開放的平臺(tái)；完整的開發(fā)環(huán) 境。因此，采用LabVIEW開發(fā)工具進(jìn)行SAR成像處理軟件的 開發(fā)非常合適。
1.2 SAR成像軟件總體設(shè)計(jì)思路
(1)用戶登錄模塊，屬于軟件的初始化模塊，只有合法 的用戶才能夠使用該款軟件。
(2)參數(shù)設(shè)置模塊，根據(jù)用戶需求，其主要包括雷達(dá)參 數(shù)的輸入和回波數(shù)據(jù)的載入等功能。由于SAR成像處理需要 的雷達(dá)參數(shù)眾多，當(dāng)多次利用同一組雷達(dá)參數(shù)進(jìn)行成像處理 時(shí)，重復(fù)輸入大量的參數(shù)會(huì)給用戶帶來不便，因此該模塊還
具備數(shù)據(jù)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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法利用 LabVIEW與MATL AB混合編程
的方法分成若干個(gè)事件，用戶可以選取任意一種成像算法并

圖4  參數(shù)設(shè)置子界面

圖5  進(jìn)度條提示對話框
數(shù)據(jù)的處理和圖像的 顯示。
(4)圖像顯示模塊，能夠顯示成像的結(jié)果以及提取圖像
中的有用數(shù)據(jù)信息。
(5)圖像質(zhì)量評估模塊，能夠從點(diǎn)目標(biāo)和面目標(biāo)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(shè)計(jì)流程圖。

圖6   RD實(shí)測數(shù)據(jù)最終成像結(jié)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(shù)設(shè)置功能
如圖2所示，點(diǎn)擊“設(shè)置或查看參數(shù)”按鈕，此時(shí)彈出 參數(shù)設(shè)置的子界面，如圖3所示。該界面左上的位置為系統(tǒng) 菜單，包括“輸入?yún)?shù)”、“保存路徑”、“清空參數(shù)” 與“設(shè)置完成”四個(gè)按鈕。中間區(qū)域由上至下依次為雷達(dá)工 作參數(shù)、成像處理參數(shù)和文件操作三部分。在參數(shù)設(shè)置界面 中，首先點(diǎn)擊“輸入?yún)?shù)”按鈕，此時(shí)打開圖4(a)所示輸入 參數(shù)的子界面，用戶在參數(shù)文本框里面鍵入需要的數(shù)據(jù)，利 用其右側(cè)的下拉菜單選取與該數(shù)值相匹配的單位。其次點(diǎn)擊 “回波保存路徑”文件夾，出現(xiàn)如圖4(b)所示對話框，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(shù)設(shè)置界面，從而完成數(shù)據(jù)輸入工作。點(diǎn)擊“保存路徑”按鈕，此時(shí)打開圖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(shù)設(shè)置界面，同時(shí)把雷達(dá)工作參數(shù)和成像處理參數(shù)以 及圖像數(shù)據(jù)保存到指定的數(shù)據(jù)文件中，以供用戶下次使用。 點(diǎn)擊“清空參數(shù)”按鈕，界面上文本框的數(shù)據(jù)將清零。點(diǎn)擊 “設(shè)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(shù)設(shè)置完畢后，接下來進(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(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法下拉列 表控件中選擇“基于回波數(shù)據(jù)” 這一事件，點(diǎn)擊開始成像按鈕，
此時(shí)會(huì)彈出如圖5所示的進(jìn)度條 提示對話框，該對話框可以動(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，以提示用戶成像 處理的進(jìn)度。處理結(jié)束后，進(jìn)度條對話框關(guān)閉，每個(gè)主要處 理步驟所得到的圖像數(shù)據(jù)最終以二進(jìn)制文件的形式存儲(chǔ)到計(jì) 算機(jī)中。點(diǎn)擊顯示圖像按鈕，可以選擇需要的圖像數(shù)據(jù)在成 像結(jié)果區(qū)域進(jìn)行顯示。圖6給出了采用RD算法并結(jié)合基于回
波數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法進(jìn)行成像處理后的最終成像結(jié)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(biāo)評估和面目 標(biāo)評估兩個(gè)部分。成像處理完成后，根據(jù)用戶需要，可以 選擇對主界面的成像結(jié)果區(qū)域進(jìn)行評估。針對點(diǎn)目標(biāo)評估， 首先利用關(guān)注區(qū)和工具選板中的選點(diǎn)工具，在主界面圖像顯 示區(qū)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(biāo)顯示區(qū)域呈現(xiàn)；點(diǎn)擊“點(diǎn)目標(biāo)評估”按鈕，此時(shí)將 打開圖7(a)所示的點(diǎn)目標(biāo)評估子界面，在數(shù)值輸入框中鍵入 選取點(diǎn)的坐標(biāo)、評估選取點(diǎn)數(shù)以及距離向和方位向間隔，點(diǎn) 擊“確定”按鈕，即開始點(diǎn)目標(biāo)的評估；評估結(jié)束之后，最 終評估的結(jié)果會(huì)在點(diǎn)目標(biāo)計(jì)算結(jié)果區(qū)域顯示。針對面目標(biāo)評估， 首先利用關(guān)注區(qū)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(biāo)確定，其坐標(biāo)將在坐標(biāo)位置區(qū)域顯示；然后，點(diǎn)擊“面目標(biāo)評估” 按鈕，則彈出圖7(b)所示的面目標(biāo)評估子界面，在該界面中 點(diǎn)擊“計(jì)算面目標(biāo)參數(shù)”按鈕，即開始面目標(biāo)的評估；評估 結(jié)束后，最終評估參數(shù)會(huì)在面目標(biāo)評估結(jié)果區(qū)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(jī)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(yàn)證。根據(jù)其成像數(shù)據(jù)與評估結(jié)果進(jìn)行了比較和分析，最終得出如下結(jié)論：SAR成像處理軟件界面能夠正常工
作，且運(yùn)行穩(wěn)定，滿足功能需求。4 結(jié)束語
本文依據(jù)功能要求，以Windows為平臺(tái)，利用LabVIEW 開發(fā)工具，對SAR成像處理軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),該界面能 很好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能和滿足用戶需要。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(tái)特性， 且界面有很大的擴(kuò)展性，以后可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行功能或 者界面外觀上的擴(kuò)展，以達(dá)到更好的效果。