CN110018454B - 星载sar回波辅助数据解析功能模块设计方法 - Google Patents
星载sar回波辅助数据解析功能模块设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种星载SAR回波辅助数据解析技术领域的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，包括以下步骤：(1)选择function函数形式作为功能模块设计的模型；(2)根据function函数形式和对外接口内容，定义函数名和输入、输出参数；(3)根据辅助数据在回波数据中的编排格式和基于Matlab并行运算工具箱开发高效的回波辅助数据解析算法，并通过调用Matlab软件相关命令实现程序开发；(4)采用封装技术进行标准化、通用化、可扩展、可调用的封装。本发明满足了星载SAR地面装星集成测试系统或地面应用处理系统标准化开发的需求，提高了集成测试和地面应用处理的效率。
Description
技术领域
本发明涉及星载SAR回波辅助数据解析技术领域，具体地，涉及一种星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法。
背景技术
为实现高分辨率宽覆盖的探测需求，星载SAR采用多个接收通道成像体制，在回波数据下传至地面过程中，通常需要将接收到的回波数据进行数据格式转换以获取成像接收通道数据，成像接收通道数据中含辅助数据，需要对辅助数据进行解析以获取SAR系统相关工作参数和状态信息，为此，回波辅助数据解析是星载SAR地面集成测试系统或地面应用处理系统的重要环节之一。
在本发明之前，回波辅助数据解析没有独立开发的软件或程序，该功能仅包含在整个数据处理过程中，不具备单独获取辅助数据信息的条件，而且该功能无法适应标准化地面集成测试系统或地面应用系统的开发，无法实现高效化、自动化测试或数据处理的需求。
随着星载SAR技术的不断发展，特别是高分辨率SAR卫星的发展，一次开机成像获取的回波数据量越来越大，为高效的管理和处理海量数据，一是需要开发高效的集成测试系统或地面应用处理系统；二是面向通用化、可扩展、可替换的需求，需要对整个处理流程根据功能特性进行模块化划分和标准化设计、开发。
经对现有技术的检索，申请号为CN201010218418.1的中国发明专利公开了一种自适应数据率星载SAR原始数据压缩方法，涉及数据压缩技术，根据分布目标回波的强弱，在BAQ算法的基础上，自适应选择压缩比率。由已知系统参数计算出区分回波强弱的幅度均值门限电平，对强回波进行BAQ压缩，弱回波直接传输符号位，使得在满足应用需求的前提下，进一步降低数据率。编码时，将不同位数的压缩数据，按采样点顺序以字节为单位依次编排在一起，编码后的数据总长度由块内幅度均值决定。解码时，首先根据帧头和辅助数据确定数据长度及所选用的压缩比，再采用相应的Lloyd-Max解码器进行解码。此发明降低数据率，缓解星载SAR的数据传输压力。但不能满足星载SAR地面装星集成测试系统或地面应用处理系统标准化开发的需求，不能提高集成测试和地面应用处理的效率。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，实现星载SAR回波辅助数据解析，同时实现功能模块的标准化。
本发明涉及一种星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，包括以下步骤：
步骤一：选择Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，并选择function函数形式作为功能模块设计的模型；
步骤二：根据function函数形式和对外接口内容，定义函数名和输入、输出参数；
步骤三：根据辅助数据在回波数据中的编排格式和基于Matlab并行运算工具箱开发高效的回波辅助数据解析算法，并通过调用Matlab软件相关命令实现程序开发；
步骤四：根据开发完成的function函数M文件，采用封装技术进行标准化、通用化、可扩展、可调用的封装，实现功能模块与集成测试系统的接口匹配和融合。
优选地，所述的步骤一利用Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，选具有输入输出参数的function函数形式，便于标准化、可扩展、可替换的设计开发。
优选地，所述的步骤二定义assistant_data_parse作为函数名；定义成像接收通道数据image_channel_data数组和成像接收通道处理步进间隔channel_step作为输入参数；定义辅助数据解析后的数据parse_result数组为输出参数。
优选地，所述image_channel_data数组为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_1行×M_2列，其中N_1行表示每个脉冲对应的接收通道数，M_2列表示每个接收通道对应的数据字节长度；定义解析处理后的结果parse_result数组为输出参数，数组形式为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_2行×M_3列，其中N_2行表示每个脉冲对应的成像接收通道数，M_3列表示每个成像接收通道回波辅助数据解析后的参数个数。
优选地，所述的步骤三以脉冲作为循环单位，定义ii为脉冲数变量，调用“parfor”命令形成以脉冲数为变量的循环；其次在“parfor”循环的基础上嵌套一个以接收通道数为变量的内循环，并根据输入参数成像接收通道处理步进间隔channel_step对各成像接收通道数据中的辅助数据进行解析，其中解析方法是按照数据编排格式进行；最后在完成当前循环脉冲对应的各成像接收通道辅助数据解析后，以元胞数组的形式进行解析结果保存。
优选地，所述的步骤三，
其中ii＝1:pulse_num，[～,pulse_num]＝size(image_channel_data)，循环命令函数采用“parfor”，并在第一层循环里嵌套第二层循环，第二层循环主要完成每个脉冲对应的各接收通道回波辅助数据解析，第二层循环中首先根据辅助数据编排格式完成各参数的解析；最后在完成第二层循环后以元胞数组形式保存每个脉冲的解析结果。
优选地，所述的步骤四选择封装技术对assistant_data_parse.m进行标准化封装和固化，以供数据处理流程开发调用，并方便进行工具库管理。
优选地，对assistant_data_parse.m进行标准化封装和固化，包括Matlab算法改造与Matlab算法调用两部分的内容。
优选地，所述的步骤四中，标准化封装设计如下：首先进行Matlab算法改造，针对assistant_data_parse.m文件进行，一是添加标准化函数头，function output＝assistant_data_parse(input)；二是添加输入参数接口，image_channel_data＝input.image_channel_data、channel_step＝input.channel_step；三是添加输出参数接口，output.parse_result＝parse_result。其次进行Matlab算法调用，Matlab引擎采用客户端/服务器计算方式。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法针对回波辅助数据解析功能模块，通过采用Matlab软件和语言、应用function函数形式、定义输入输出对外接口参数、开发适应并行运算的转换算法、采用基于组件化思想的封装技术实现功能模块的标准化设计和开发；
2、本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法通过标准化设计和开发后的功能模块根据对外接口参数可以与其他功能模块组成测试流程或处理流程完成特定任务；
3、本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法可以在不改变功能模块输入输出对外接口参数的基础上仅升级算法实现地面集成测试系统或地面应用处理系统的升级，实现整个地面集成测试系统或地面应用系统的通用化、可扩展的目标；
4、本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法重点解决了星载SAR地面装星集成测试或地面应用处理过程中回波辅助数据解析的高效化、标准化、通用化以及可扩展的问题，满足了星载SAR地面装星集成测试系统或地面应用处理系统标准化开发的需求，提高了集成测试和地面应用处理的效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法示意图；
图2为本发明星载SAR回波辅助数据解析算法设计图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例中，本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法介绍如下：
步骤一：选择Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，并选择function函数形式作为功能模块设计的模型；
步骤二：根据function函数形式和对外接口内容，定义函数名和输入、输出参数；
步骤三：根据辅助数据在回波数据中的编排格式和基于Matlab并行运算工具箱开发高效的回波辅助数据解析算法，并通过调用Matlab软件相关命令实现程序开发；
步骤四：根据开发完成的function函数M文件，采用基于组件化思想的封装技术进行标准化、通用化、可扩展、可调用的封装，实现功能模块与集成测试系统的接口匹配和融合。
接下来对本发明进行详细的描述。
本发明涉及星载SAR地面集成测试或地面应用处理，尤其为一种标准化、通用化星载SAR回波辅助数据解析技术，涉及星载SAR地面装星集成测试或地面应用处理过程中的回波辅助数据解析处理，基于Matlab软件function函数模型、Matlab语言高效并行运算算法和标准化封装格式要求的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，包括回波辅助数据解析的算法、基于Matlab语言的标准化函数开发以及基于组件化思想的标准化封装。本发明的目的是提供一种星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，实现星载SAR回波辅助数据解析，同时实现功能模块的标准化。
本发明涉及的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，包括以下步骤：
步骤一：选择Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，并选择function函数形式作为功能模块设计的模型；
步骤二：根据function函数形式和对外接口内容，定义函数名和输入、输出参数；
步骤三：根据辅助数据在回波数据中的编排格式和基于Matlab并行运算工具箱开发高效的回波辅助数据解析算法，并通过调用Matlab软件相关命令实现程序开发；
步骤四：根据开发完成的function函数M文件，采用基于组件化思想的封装技术进行标准化、通用化、可扩展、可调用的封装，实现功能模块与集成测试系统的接口匹配和融合。
优选地，所述的步骤一选择Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，一是优选其成熟、稳定、高效的运算性能；二是优选其简便多样的命令；三是优选具有输入输出参数的function函数形式，便于标准化、可扩展、可替换的设计开发；
优选地，所述的步骤二定义assistant_data_parse作为函数名；定义经数据格式转换后的成像接收通道数据image_channel_data数组、成像接收通道处理步进间隔channel_step作为输入参数，其中image_channel_data数组为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_1行×M_2列，其中N_1行表示每个脉冲对应的接收通道数，M_2列表示每个接收通道对应的数据字节长度；定义解析处理后的结果parse_result数组为输出参数，数组形式为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_2行×M_3列，其中N_2行表示每个脉冲对应的成像接收通道数，M_3列表示每个成像接收通道回波辅助数据解析后的参数个数；
优选地，所述的步骤三以脉冲作为循环单位，定义ii为脉冲数变量，其中ii＝1:pulse_num，[～,pulse_num]＝size(image_channel_data)，循环命令函数采用“parfor”，并在第一层循环里嵌套第二层循环，第二层循环主要完成每个脉冲对应的各接收通道回波辅助数据解析。第二层循环中首先根据辅助数据编排格式完成各参数的解析；最后在完成第二层循环后以元胞数组形式保存每个脉冲的解析结果；
优选地，所述的步骤四采用基于组件化思想的封装技术对assistant_data_parse.m进行标准化封装和固化，主要包括Matlab算法改造与Matlab算法调用两部分的内容。
更为具体地，本发明的主要内容为：
1、辅助数据解析处理算法
以脉冲作为循环单位，定义ii为脉冲数变量，其中ii＝1:pulse_num，[～,pulse_num]＝size(image_channel_data)，循环命令函数采用“parfor”，并在第一层循环里嵌套第二层循环，第二层循环主要完成每个脉冲对应的各接收通道回波辅助数据解析。第二层循环中首先根据辅助数据编排格式完成各参数的解析；最后在完成第二层循环后以元胞数组形式保存每个脉冲的解析结果；
2、function函数设计
采用Matlab标准function函数的形式开发程序，定义成像接收通道数据image_channel_data数组和成像接收通道处理步进间隔channel_step作为输入参数，其中image_channel_data数组为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_1行×M_2列，其中N_1行表示每个脉冲对应的接收通道数，M_2列表示每个接收通道对应的数据字节长度；定义解析处理后的结果parse_result数组为输出参数，数组形式为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_2行×M_3列，其中N_2行表示每个脉冲对应的成像接收通道数，M_3列表示每个成像接收通道回波辅助数据解析后的参数个数；
3、标准化封装设计
首先进行Matlab算法改造，主要针对assistant_data_parse.m文件进行的，一是添加标准化函数头，function output＝assistant_data_parse(input)；二是添加输入参数接口，image_channel_data＝input.image_channel_data、channel_step＝input.channel_step；三是添加输出参数接口，output.parse_result＝parse_result。其次进行Matlab算法调用，Matlab引擎采用客户端/服务器(Client/Server)计算方式。在软件中，Qt程序作为客户端向Mablab引擎传递命令与数据，并从引擎中接收计算的返回结果及数据。Mablab引擎作为服务端，其接收到相关的命令及数据后会调用并行工具箱在后台进行分布式并行计算。
综上所述，本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法针对回波辅助数据解析功能模块，通过采用Matlab软件和语言、应用function函数形式、定义输入输出对外接口参数、开发适应并行运算的转换算法、采用基于组件化思想的封装技术实现功能模块的标准化设计和开发；本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法通过标准化设计和开发后的功能模块根据对外接口参数可以与其他功能模块组成测试流程或处理流程完成特定任务；本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法可以在不改变功能模块输入输出对外接口参数的基础上仅升级算法实现地面集成测试系统或地面应用处理系统的升级，实现整个地面集成测试系统或地面应用系统的通用化、可扩展的目标；本发明的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法重点解决了星载SAR地面装星集成测试或地面应用处理过程中回波辅助数据解析的高效化、标准化、通用化以及可扩展的问题，满足了星载SAR地面装星集成测试系统或地面应用处理系统标准化开发的需求，提高了集成测试和地面应用处理的效率。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (4)
1.一种星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选择Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，并选择function函数形式作为功能模块设计的模型；
步骤二：根据function函数形式和对外接口内容，定义函数名和输入、输出参数；具体为：定义assistant_data_parse作为函数名；定义成像接收通道数据image_channel_data数组和成像接收通道处理步进间隔channel_step作为输入参数；定义辅助数据解析后的数据parse_result数组为输出参数；
步骤三：根据辅助数据在回波数据中的编排格式和基于Matlab并行运算工具箱开发高效的回波辅助数据解析算法，并通过调用Matlab软件相关命令实现程序开发；具体为：以脉冲作为循环单位，定义ii为脉冲数变量,首先根据输入参数脉冲序列数组pulse_list计算需处理的脉冲总数及脉冲计数位置，调用“parfor”命令形成以脉冲数为变量的循环；其次在“parfor”循环的基础上嵌套一个以接收通道数为变量的内循环，并根据输入参数成像接收通道处理步进间隔channel_step对各成像接收通道数据中的辅助数据进行解析，其中解析方法是按照数据编排格式进行；最后在完成当前循环脉冲对应的各成像接收通道辅助数据解析后，以元胞数组的形式进行解析结果保存；
步骤四：根据开发完成的function函数M文件，采用封装技术进行标准化、通用化、可扩展、可调用的封装，实现功能模块与集成测试系统的接口匹配和融合；具体为：选择封装技术对assistant_data_parse.m进行标准化封装和固化，包括Matlab算法改造与Matlab算法调用两部分的内容，以供数据处理流程开发调用，并方便进行工具库管理；
标准化封装设计如下：首先进行Matlab算法改造，针对assistant_data_parse.m文件进行，一是添加标准化函数头，functionoutput=assistant_data_parse(input)；二是添加输入参数接口，image_channel_data=input.image_channel_data、channel_step=input.channel_step；三是添加输出参数接口，output.parse_result=parse_result，其次进行Matlab算法调用，Matlab引擎采用客户端/服务器计算方式。
2.如权利要求1所述的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，其特征是，所述的步骤一利用Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，选具有输入输出参数的function函数形式，便于标准化、可扩展、可替换的设计开发。
3.如权利要求1所述的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，其特征是，所述image_channel_data数组为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_1行×M_2列，其中N_1行表示每个脉冲对应的接收通道数，M_2列表示每个接收通道对应的数据字节长度；定义解析处理后的结果parse_result数组为输出参数，数组形式为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞数组元素为N_2行×M_3列，其中N_2行表示每个脉冲对应的成像接收通道数，M_3列表示每个成像接收通道回波辅助数据解析后的参数个数。
4.如权利要求1所述的星载SAR回波辅助数据解析功能模块设计方法，其特征是，所述的步骤三，其中ii=1:pulse_num，[~，pulse_num]=size(image_channel_data)，循环命令函数采用“parfor”，并在第一层循环里嵌套第二层循环，第二层循环主要完成每个脉冲对应的各接收通道回波辅助数据解析，第二层循环中首先根据辅助数据编排格式完成各参数的解析；最后在完成第二层循环后以元胞数组形式保存每个脉冲的解析结果。
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