基于IDL语言的双基SAR成像软件开发

1 引言
    合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)成像技术在军事和国民经济中发挥着重要作用。SAR成像软件平台在国外已逐渐成熟，而国内至今还没有良好的SAR成像软件平台。SAR具有探测范围广、提供信息快，并可获得地面静止及运动目标的高分辨成像，以及全天候、全天时、目标识别能力强等优点。尤其受到主要军事国家的重视。收发分置合成孔径雷达(Bistatic／Muhistatic Synthetic Aperture Radar)，又称双基SAR。它的接收机和发射机分别安装在不同运动平台上，是SAR的一种新的工作方式。收发分置SAR在保持SAR的高分辨特性的同时，又有很多突出优点，如：获取目标信息丰富。作用距离远，安全性、抗干扰性、抗截获性能好。
    但是由于SAR的工作方式众多，且成像算法各异，使得在SAR的科研中编写出的程序利用率不高，且调试过程烦琐，结果不直观，科研效率低。
    如果能开发出一种软件，将几种常用的成像算法按照基本步骤模块化，在以后的实测数据成像或理论仿真时可直接调用将大大提高工作效率。并且在调试程序过程中能直接显示每一步的成像结果。并能对其进行相应数据分析，将大大提高程序调试进度。
    以IDL语言为基础，设计并开发出一套双基SAR成像软件系统，除能够实现所提到的基本功能外，还具备一定的图像处理和数据采集分析功能。

2 SAR成像软件设计
    SAR成像软件主要用于实现双基SAR非移变模式情况下的成像。非移变模式是指雷达的发射机和接收机以相同速度矢量运动，此飞行模式也是双基SAR成像中的典型模式。该软件是一款SAR处理工具软件，其软件界面友好，SAR处理步骤和功能相对齐全。
2．1 软件开发语言的选择
    SAR成像数据量巨大，且经常使用矩阵和数组运算，这就要求编程语言支持大规模的矩阵和数组运算。而软件本身要实现各种成像算法的分步处理，加强人机交互功能，这就要求编程语言有面向对象的编程方式。交互式数据语言。IDL(Interactive Data Language)是面向矩阵的第四代语言，它完全支持对数组的直接数学操作，并提供大量的数组运算工具，具有高级图像处理能力、交互式二维和三维图形技术、面向对象的编程方式、集成数学分析与统计软件包、完善的信号处理与图像处理功能、灵活的数据输入输出方式，使其非常适合用于编写SAR多功能成像软件平台。
2．2 SAR成像软件总体设计思路
    (1)成像算法步骤子模块化双基SAR几种常用成像算法按各自步骤分块，再将每种算法的每一步分别用IDL语言高效实现，最终再将这些子程序块组成一个完整的算法程序。
    (2)界面设计及模块集成根据设计要求，利用IDL语言的基于过程的图形用户界面GUI(Graphical User Interface)程序设计方法构造软件平台的主界面和各子界面，将各种常用成像算法的主要参数提取，设计控制流程，使各个界面调用相对的程序模块，按照使用者的要求载入数据，输入参数。并按照预定的命令分步运行，实现人机交互功能。

    (3)成像结果输出及图像处理使软件具备一定的数据分析和图像处理功能，及数据采集和分析功能。图1为SAR成像软件设计流程。

3 SAR成像软件功能介绍
    以双基SAR距离一多普勒算法(RD算法)仿真为例，介绍SAR成像软件的具体功能。
3．1 软件成像功能
    在选择好双基SAR成像算法及成像类型后(这里选用RD算法的系统仿真成像)，软件进入相应的控制主界面(图2a)，界面左部按照RD算法的步骤分为基本参数设定、仿真回波模型生成等部分。

    除基本参数设定外，每部分均有‘点击成像’按钮，分步骤成像，成像结果显示于界面右部的成像显示区域。界面上部有一排功能按钮，左边3个按钮分别为：‘界面清零’、‘返回上层’、‘退出界面’，其中：‘界面清零’按钮将算法界面初始化；‘返回上层’按钮可使界面返回到算法选择的层；右边6个按钮实现图像处理和数据采集等功能。
    点击基本参数设定中的‘查看或修改参数’按钮，则弹出图2b所示的参数修改界面，详细列出RD算法的常用参数名称、数值和单位。其中数值是由使用者输入，单位可由下拉菜单选择。由于参数多，若其中部分参数不变，可将输入的参数数值和单位通过参数修改界面左上部的‘保存参数’按钮保存到使用者指定的*．dat文件中，在下次使用时可通过载人参数按钮找到保存参数的文件，直接将参数数值和单位载入界面。
    参数设定完毕，在仿真回波模型生成部分继续设定仿真类型。点击点目标仿真按钮进入点目标参数设置界面，此界面与参数修改界面类似，用以设定仿真点数及每点的位置参数和后向反射系数；点击面目标仿真按钮可选择要仿真的面目标图像。设定好参数和仿真类型后，点击每一步的点击成像按钮就可在图像显示区域显示相应图像。

    按照表1中的主要参数做3个点目标的RD算法成像仿真，其软件成像结果如图3所示，其中图3a为软件生成点目标仿真回波模型的图像，图3b为软件在执行完距离压缩后的回波图像，图3c为软件在执行完方位压缩后最终3个点目标的仿真图像。

    仍以表l中所列主要参数做面目标的RD算法成像仿真，则软件成像结果如图4所示，图4a为要仿真的面目标图像，图4b为软件最终仿真结果显示。

3．2 软件图像处理功能
    该软件在完成SAR成像基本功能之外。还具备一定的图像处理功能。软件显示所成图像后，用户可通过图2所示主界面上方的‘网像处理’按钮打开一个下拉菜单，选择基本的图像滤波甬数，如中值滤波、拉普拉斯滤波等；还可选择图像的直方图均衡以增强图像的对比度。图4c为对面目标仿真结果进行标准直方图均衡后所生成的新图像。与图4b中的图像相比。可看出新的图像对比度明显增强。

3．3 软件数据采集和分析功能
    该软件可对生成的图像进行一定的数据采集和分析。用户先点击图2所示主界面上方的‘数据采集’按钮，再单击所显示的图像任一点，软件将弹出一个子界面，详细标明所单击点所在行、列以及灰度信息，如图5a所示。用户还可通过点击该子界面上的相应按钮绘制该点所在行或列的剖面图，如图5b所示。

4 结束语
    介绍一种基于IDL语言的双基SAR成像软件的设计和开发。这款软件可完成在非移变模式体制下的双基地SAR实测数据成像及仿真成像，具备一定的数据分析和图像处理功能。它作为一款工具性软件大大提高双基SAR成像处理的效率，有助于双基SAR的研究。