基于IDL語言的雙基SAR成像軟件開發(fā)

時間：2018-06-04 15:35:04

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[導(dǎo)讀]1 引言合成孔徑雷達SAR(Synthetic Aperture Radar)成像技術(shù)在軍事和國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用。SAR成像軟件平臺在國外已逐漸成熟，而國內(nèi)至今還沒有良好的SAR成像軟件平臺。SAR具有探測范圍廣、提供信息快，并可獲得

1 引言

合成孔徑雷達SAR(Synthetic Aperture Radar)成像技術(shù)在軍事和國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用。SAR成像軟件平臺在國外已逐漸成熟，而國內(nèi)至今還沒有良好的SAR成像軟件平臺。SAR具有探測范圍廣、提供信息快，并可獲得地面靜止及運動目標(biāo)的高分辨成像，以及全天候、全天時、目標(biāo)識別能力強等優(yōu)點。尤其受到主要軍事國家的重視。收發(fā)分置合成孔徑雷達(Bistatic／Muhistatic Synthetic Aperture Radar)，又稱雙基SAR。它的接收機和發(fā)射機分別安裝在不同運動平臺上，是SAR的一種新的工作方式。收發(fā)分置SAR在保持SAR的高分辨特性的同時，又有很多突出優(yōu)點，如：獲取目標(biāo)信息豐富。作用距離遠，安全性、抗干擾性、抗截獲性能好。

但是由于SAR的工作方式眾多，且成像算法各異，使得在SAR的科研中編寫出的程序利用率不高，且調(diào)試過程煩瑣，結(jié)果不直觀，科研效率低。

如果能開發(fā)出一種軟件，將幾種常用的成像算法按照基本步驟模塊化，在以后的實測數(shù)據(jù)成像或理論仿真時可直接調(diào)用將大大提高工作效率。并且在調(diào)試程序過程中能直接顯示每一步的成像結(jié)果。并能對其進行相應(yīng)數(shù)據(jù)分析，將大大提高程序調(diào)試進度。

以IDL語言為基礎(chǔ)，設(shè)計并開發(fā)出一套雙基SAR成像軟件系統(tǒng)，除能夠?qū)崿F(xiàn)所提到的基本功能外，還具備一定的圖像處理和數(shù)據(jù)采集分析功能。

2 SAR成像軟件設(shè)計

SAR成像軟件主要用于實現(xiàn)雙基SAR非移變模式情況下的成像。非移變模式是指雷達的發(fā)射機和接收機以相同速度矢量運動，此飛行模式也是雙基SAR成像中的典型模式。該軟件是一款SAR處理工具軟件，其軟件界面友好，SAR處理步驟和功能相對齊全。

2．1 軟件開發(fā)語言的選擇

SAR成像數(shù)據(jù)量巨大，且經(jīng)常使用矩陣和數(shù)組運算，這就要求編程語言支持大規(guī)模的矩陣和數(shù)組運算。而軟件本身要實現(xiàn)各種成像算法的分步處理，加強人機交互功能，這就要求編程語言有面向?qū)ο蟮木幊谭绞?。交互式?shù)據(jù)語言。IDL(Interactive Data Language)是面向矩陣的第四代語言，它完全支持對數(shù)組的直接數(shù)學(xué)操作，并提供大量的數(shù)組運算工具，具有高級圖像處理能力、交互式二維和三維圖形技術(shù)、面向?qū)ο蟮木幊谭绞?、集成?shù)學(xué)分析與統(tǒng)計軟件包、完善的信號處理與圖像處理功能、靈活的數(shù)據(jù)輸入輸出方式，使其非常適合用于編寫SAR多功能成像軟件平臺。

2．2 SAR成像軟件總體設(shè)計思路

(1)成像算法步驟子模塊化雙基SAR幾種常用成像算法按各自步驟分塊，再將每種算法的每一步分別用IDL語言高效實現(xiàn)，最終再將這些子程序塊組成一個完整的算法程序。

(2)界面設(shè)計及模塊集成根據(jù)設(shè)計要求，利用IDL語言的基于過程的圖形用戶界面GUI(Graphical User Interface)程序設(shè)計方法構(gòu)造軟件平臺的主界面和各子界面，將各種常用成像算法的主要參數(shù)提取，設(shè)計控制流程，使各個界面調(diào)用相對的程序模塊，按照使用者的要求載入數(shù)據(jù)，輸入?yún)?shù)。并按照預(yù)定的命令分步運行，實現(xiàn)人機交互功能。

(3)成像結(jié)果輸出及圖像處理使軟件具備一定的數(shù)據(jù)分析和圖像處理功能，及數(shù)據(jù)采集和分析功能。圖1為SAR成像軟件設(shè)計流程。

3 SAR成像軟件功能介紹

以雙基SAR距離一多普勒算法(RD算法)仿真為例，介紹SAR成像軟件的具體功能。

3．1 軟件成像功能

在選擇好雙基SAR成像算法及成像類型后(這里選用RD算法的系統(tǒng)仿真成像)，軟件進入相應(yīng)的控制主界面(圖2a)，界面左部按照RD算法的步驟分為基本參數(shù)設(shè)定、仿真回波模型生成等部分。

除基本參數(shù)設(shè)定外，每部分均有‘點擊成像’按鈕，分步驟成像，成像結(jié)果顯示于界面右部的成像顯示區(qū)域。界面上部有一排功能按鈕，左邊3個按鈕分別為：‘界面清零’、‘返回上層’、‘退出界面’，其中：‘界面清零’按鈕將算法界面初始化；‘返回上層’按鈕可使界面返回到算法選擇的層；右邊6個按鈕實現(xiàn)圖像處理和數(shù)據(jù)采集等功能。

點擊基本參數(shù)設(shè)定中的‘查看或修改參數(shù)’按鈕，則彈出圖2b所示的參數(shù)修改界面，詳細(xì)列出RD算法的常用參數(shù)名稱、數(shù)值和單位。其中數(shù)值是由使用者輸入，單位可由下拉菜單選擇。由于參數(shù)多，若其中部分參數(shù)不變，可將輸入的參數(shù)數(shù)值和單位通過參數(shù)修改界面左上部的‘保存參數(shù)’按鈕保存到使用者指定的*．dat文件中，在下次使用時可通過載人參數(shù)按鈕找到保存參數(shù)的文件，直接將參數(shù)數(shù)值和單位載入界面。

參數(shù)設(shè)定完畢，在仿真回波模型生成部分繼續(xù)設(shè)定仿真類型。點擊點目標(biāo)仿真按鈕進入點目標(biāo)參數(shù)設(shè)置界面，此界面與參數(shù)修改界面類似，用以設(shè)定仿真點數(shù)及每點的位置參數(shù)和后向反射系數(shù)；點擊面目標(biāo)仿真按鈕可選擇要仿真的面目標(biāo)圖像。設(shè)定好參數(shù)和仿真類型后，點擊每一步的點擊成像按鈕就可在圖像顯示區(qū)域顯示相應(yīng)圖像。

按照表1中的主要參數(shù)做3個點目標(biāo)的RD算法成像仿真，其軟件成像結(jié)果如圖3所示，其中圖3a為軟件生成點目標(biāo)仿真回波模型的圖像，圖3b為軟件在執(zhí)行完距離壓縮后的回波圖像，圖3c為軟件在執(zhí)行完方位壓縮后最終3個點目標(biāo)的仿真圖像。

仍以表l中所列主要參數(shù)做面目標(biāo)的RD算法成像仿真，則軟件成像結(jié)果如圖4所示，圖4a為要仿真的面目標(biāo)圖像，圖4b為軟件最終仿真結(jié)果顯示。

3．2 軟件圖像處理功能

該軟件在完成SAR成像基本功能之外。還具備一定的圖像處理功能。軟件顯示所成圖像后，用戶可通過圖2所示主界面上方的‘網(wǎng)像處理’按鈕打開一個下拉菜單，選擇基本的圖像濾波甬?dāng)?shù)，如中值濾波、拉普拉斯濾波等；還可選擇圖像的直方圖均衡以增強圖像的對比度。圖4c為對面目標(biāo)仿真結(jié)果進行標(biāo)準(zhǔn)直方圖均衡后所生成的新圖像。與圖4b中的圖像相比?？煽闯鲂碌膱D像對比度明顯增強。

3．3 軟件數(shù)據(jù)采集和分析功能

該軟件可對生成的圖像進行一定的數(shù)據(jù)采集和分析。用戶先點擊圖2所示主界面上方的‘?dāng)?shù)據(jù)采集’按鈕，再單擊所顯示的圖像任一點，軟件將彈出一個子界面，詳細(xì)標(biāo)明所單擊點所在行、列以及灰度信息，如圖5a所示。用戶還可通過點擊該子界面上的相應(yīng)按鈕繪制該點所在行或列的剖面圖，如圖5b所示。