基于LabVIEW的SAR成像软件的设计与实现

引言
     合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)，工 作在微波波段，属于主动式的侧视成像雷达，具有全天时、 全天候、分辨率高等优点。在民用领域和军事领域有着非 常重要的作用，具备广泛的应用前景和发展潜力。在实际应 用中，很多领域都要求SAR系统具备成像处理的能力，然而 国内至今还没有良好的SAR成像处理软件平台。如果能开发 出一款软件，把几种常用的成像算法结合一定的运动补偿方 法进行模块化，以后直接调用就能够对回波数据进行仿真处 理，则会大大增加工作的效率。因此，为了提高SAR研究方 向的科研效率，开发出一款SAR成像处理软件是非常有必要 的。以LabVIEW语言为基础，设计并开发出了一款SAR成像 处理软件，能够实现所述功能，并具备一定的图像质量评估 功能。

1 SAR成像软件设计
图1  SAR成像软件设计流程图

图2  SAR成像处理软件主界面    

图3  参数设置界面
SAR成像处理软件主要实现基于不同成像算法的成像
处理以及图像质量的评估。该软件属于一种SAR处理工具软 件，界面友好，SAR成像处理步骤与功能相当齐全。
1.1 软件开发语言的选择
SAR成像数据量较大，且经常用到数组与矩阵方面的 运算，要求编程语言具备较强的数据处理能力。该软件属 于可视化分析应用软件，须具备良好的人机交互能力。交 互数据语言LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是美国国家仪器公司(NI)的创新软件产品，具备 如下优势：图形化的编程方式；便利的程序调试；丰富的函 数库；丰富的可重用程序库；开放的平台；完整的开发环 境。因此，采用LabVIEW开发工具进行SAR成像处理软件的 开发非常合适。
1.2 SAR成像软件总体设计思路
(1)用户登录模块，属于软件的初始化模块，只有合法 的用户才能够使用该款软件。
(2)参数设置模块，根据用户需求，其主要包括雷达参 数的输入和回波数据的载入等功能。由于SAR成像处理需要 的雷达参数众多，当多次利用同一组雷达参数进行成像处理 时，重复输入大量的参数会给用户带来不便，因此该模块还
具备数据的保存功能。
( 3 ) 成像处理模块属于软 件的核心，是不可或缺的重要 组成部分。将SAR常用的几种 成像算法和运动补偿方法利用 LabVIEW与MATL AB混合编程
的方法分成若干个事件，用户可以选取任意一种成像算法并

图4  参数设置子界面

图5  进度条提示对话框
数据的处理和图像的 显示。
(4)图像显示模块，能够显示成像的结果以及提取图像
中的有用数据信息。
(5)图像质量评估模块，能够从点目标和面目标两个方 面进行图像质量的优劣评价。
图1为SAR成像软件设计流程图。

图6   RD实测数据最终成像结果    

图7   图像质量评估界面
2 SAR成像软件的功能介绍
以距离多普勒算法(R—D算法)为例，介绍SAR成像软 件的具体功能。图2为SAR成像处理软件的主界面。
2.1 参数设置功能
如图2所示，点击“设置或查看参数”按钮，此时弹出 参数设置的子界面，如图3所示。该界面左上的位置为系统 菜单，包括“输入参数”、“保存路径”、“清空参数” 与“设置完成”四个按钮。中间区域由上至下依次为雷达工 作参数、成像处理参数和文件操作三部分。在参数设置界面 中，首先点击“输入参数”按钮，此时打开图4(a)所示输入 参数的子界面，用户在参数文本框里面键入需要的数据，利 用其右侧的下拉菜单选取与该数值相匹配的单位。其次点击 “回波保存路径”文件夹，出现如图4(b)所示对话框，选取 想要载入的回波文件路径，点击“确定”按钮，即能返回参 数设置界面，从而完成数据输入工作。点击“保存路径”按钮，此时打开图4(c)所示保存路径子界面，分别选定文件存放的路径，并输入文件名，点击“确定”， 返回参数设置界面，同时把雷达工作参数和成像处理参数以 及图像数据保存到指定的数据文件中，以供用户下次使用。 点击“清空参数”按钮，界面上文本框的数据将清零。点击 “设置完成”按钮，即返回到SAR成像处理软件的主界面。
2.2 成像处理功能
参数设置完毕后，接下来进行成像处理。如图2所示， 在成像处理算法下拉列表控件中选择“ R-D算法” 这一事 件，然后在运动补偿方法下拉列 表控件中选择“基于回波数据” 这一事件，点击开始成像按钮，
此时会弹出如图5所示的进度条 提示对话框，该对话框可以动态 显示距离压缩、距离徙动校正、 方位压缩以及处理完成等主要步 骤的提示信息，以提示用户成像 处理的进度。处理结束后，进度条对话框关闭，每个主要处 理步骤所得到的图像数据最终以二进制文件的形式存储到计 算机中。点击显示图像按钮，可以选择需要的图像数据在成 像结果区域进行显示。图6给出了采用RD算法并结合基于回
波数据的运动补偿方法进行成像处理后的最终成像结果。
2.3 图像质量评估功能
如图2所示，图像质量评估主要包括点目标评估和面目 标评估两个部分。成像处理完成后，根据用户需要，可以 选择对主界面的成像结果区域进行评估。针对点目标评估， 首先利用关注区和工具选板中的选点工具，在主界面图像显 示区域选取感兴趣的一个点，此时选择点的具体位置会在图
2中坐标显示区域呈现；点击“点目标评估”按钮，此时将 打开图7(a)所示的点目标评估子界面，在数值输入框中键入 选取点的坐标、评估选取点数以及距离向和方位向间隔，点 击“确定”按钮，即开始点目标的评估；评估结束之后，最 终评估的结果会在点目标计算结果区域显示。针对面目标评估， 首先利用关注区和工具选板中的选面工具，在主界面上选取感兴趣的一个
面，该面由左上点和右下点的坐标确定，其坐标将在坐标位置区域显示；然后，点击“面目标评估” 按钮，则弹出图7(b)所示的面目标评估子界面，在该界面中 点击“计算面目标参数”按钮，即开始面目标的评估；评估 结束后，最终评估参数会在面目标评估结果区域中显示。

3  SAR成像软件的测试
该SAR成像处理软件界面在正式使用之前，对软件的人 机交互功能、成像算法、成像速度以及图像质量评估等模块 进行了验证。根据其成像数据与评估结果进行了比较和分析，最终得出如下结论：SAR成像处理软件界面能够正常工
作，且运行稳定，满足功能需求。4 结束语
本文依据功能要求，以Windows为平台，利用LabVIEW 开发工具，对SAR成像处理软件进行了设计与实现,该界面能 很好地实现系统功能和满足用户需要。同时，LabVIEW的优 良性能保证了本软件界面的可靠性、高效性和跨平台特性， 且界面有很大的扩展性，以后可以根据实际要求进行功能或 者界面外观上的扩展，以达到更好的效果。