CN110018457B - 星载sar回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星载SAR回波数据帧头检测技术领域的星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，包括以下步骤：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；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；根据已知的帧头标识符和基于Matlab语言开发高效的检测算法获取每个脉冲对应的起始位置和数据长度，并通过调用Matlab软件相关命令实现程序开发；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。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

星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法

技术领域

本发明涉及星载SAR回波数据帧头检测技术领域，具体地，涉及一种星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法。

背景技术

星载SAR回波数据通过数传分系统下传至地面，地面数传服务器将卫星下传的回波数据经解码后生成多路传输通道数据，为方便数据的管理，通常需要对多路传输通道数据进行有规则组合形成1个文件的.dat合路数据。在后续的数据处理过程中需要首先对合路数据进行帧头标识符检测，以便根据帧头标识符检测结果获取的帧头位置信息和帧长度信息进行数据格式转换和后续的数据处理，为此，帧头标识符检测是星载SAR地面集成测试系统或地面应用处理系统的首要环节。

帧头标识符检测一是没有独立开发的软件或程序；二是以往的检测算法基本都涉及循环操作，算法效率较低；三是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CN201310462986.X的中国发明专利公开了一种基于MPI并行计算的星载SAR回波数据模拟方法，该方法的目的是为了提高星载SAR卫星回波生成速度，得到的结果是星载SAR回波信号数据。本发明对星载SAR回波数据的模拟是基于消息传递接口的，包括有五个步骤，分别是：步骤一：任务分配节点对模拟任务(SAR图像)进行了任务分配与回波数据矩阵大小设置；步骤二：由多个计算节点采用多进程并行来完成任务计算；步骤三：动态控制节点对多个计算节点完成的任务进行动态分配；步骤四：量化节点依据量化条件进行动态量化处理；步骤五：数据处理节点对量化后的回波数据进行拼接，得到星载SAR回波信号数据。本发明不能满足星载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回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，实现星载SAR回波数据帧头标识符快速检测，同时实现功能模块的标准化开发。

本发明涉及一种星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，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：根据已知的帧头标识符和基于Matlab语言开发高效的检测算法获取每个脉冲对应的起始位置和数据长度，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，所述的步骤一选用Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，并选择具有输入输出参数的function函数作为标准化开发模型。

优选地，所述的步骤二定义frame_check作为函数名；定义合路数据join_data.dat所在的地址path字符数组为输入参数；定义帧头标识符检测后的结果frame_check_result数组为输出参数，数组形式为元胞数组。

优选地，所述的步骤二中，采用Matlab标准function函数的形式开发程序，定义帧长检测后的结果frame_check_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1行×2列，其中M_1表示脉冲数目、2列分别表示每个脉冲对应的帧头起始位置和帧数据长度字节数。

优选地，所述的步骤三，首先调用“fopen”命令打开合路数据，并用“fread”命令完成数据的读取和数组形式的保存；其次调用“find”命令对第1个标识符进行位置检索，以第1个标识符的位置数值为参考进行移位操作，并根据移位后的位置信息提取数据；依次调用“find”命令对移位后的数据分别进行相应标识符的检索，并保存检索的位置信息；最后调用“intersect”对移位后检索到的位置信息提取相同值并代入第1个标识符位置数组中即可得到最终每个脉冲帧头位置信息。

优选地，所述的步骤三中，在合路数据中查找第1个标识符所在的位置，位置查找结果以数组形式保存；将第1个标识符所在的位置数组分别+1、+2、+3……进行移位操作，结果以数组形式保存，并分别根据各自位置信息提取数据，提取数据结果分别为数组形式保存；分别在提取数据结果数组中查找第2个标识符、第3个标识符、第4个标识符……的位置，并分别将位置结果以数组形式保存；提取位置结果数组中相同的值，结果以数组形式保存，最后将结果数组代入第1个标识符所在位置数组中即可得到帧头位置；由前后相邻帧头位置做差即可得到帧数据长度。

优选地，所述的步骤三的具体步骤为，根据星载合成孔径雷达数据文件的路径path，分别调用“fopen”和“fread”命令，读取的数据以数组形式进行保存，命名为join_data；调用“find”命令在join_data中查找第1个标识符的位置，位置结果以数组形式进行保存，命名为pos_1；在第1个标识符位置数组pos_1的基础上+1、+2、+3……处理得到新位置数组，以数组形式进行保存，分别命名为pos_2、pos_3、pos_4……，再根据新位置信息在join_data中提取相应的数据，并以数组形式进行保存，分别命名为join_data_1、join_data_2、join_data_3……；调用“find”命令在join_data_1数组中查找第2个标识符的位置信息、在join_data_2数组中查找第3个标识符的位置信息、在join_data_3数组中查找第4个标识符的位置信息……，并以数组形式进行保存，分别命名为join_data_1_pos、join_data_2_pos、join_data_3_pos……；调用“intersect”命令选择join_data_1_pos、join_data_2_pos、join_data_3_pos……中相同的数组，并以数组形式进行保存，命名为join_data_pos，再将join_data_pos代入pos_1即可得到帧头位置数据。

优选地，所述的步骤四采用封装技术对frame_check.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frame_check.m文件进行，一是添加标准化函数头，functionoutput＝frame_check(input)；二是添加输入参数接口，path＝input.path；三是添加输出参数接口，output.frame_check_result＝frame_check_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。。

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回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法是针对帧头标识符检测功能模块，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、开发高效的检测算法、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回波数据帧头标识符检测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回波数据帧头标识符检测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、可扩展化的目标；

4、本发明的星载SAR回波数据帧头标识符检测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帧头标识符检测的高效化、标准化、通用化以及可扩展化的问题，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回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法示意图；

图2为本发明星载SAR回波数据帧头标识符检测程序算法设计图。

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回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法介绍如下：

步骤一：根据图1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：根据图1采用function函数形式，明确对外接口内容，定义函数名和输入、输出参数；

步骤三：根据图2开发基于Matlab语言的高效检测算法以获取每个脉冲对应的起始位置和数据长度，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。

本发明涉及合成孔径雷达装星集成测试和地面应用处理，尤其为一种用于星载SAR回波数据快速帧头标识符检测技术，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数据帧头标识符检测，以获取每个脉冲对应的起始位置和数据长度，基于Matlab软件function函数模型、Matlab语言高效检测算法和标准化封装格式要求的星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，包括快速的帧头标识符检测算法、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回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，实现星载SAR回波数据帧头标识符快速检测，同时实现功能模块的标准化开发。

本发明涉及的一种星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，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：根据已知的帧头标识符特征和基于Matlab语言开发高效的检测算法获取每个脉冲对应的起始位置和数据长度，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，所述的步骤一采用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frame_check作为函数名；定义合路数据join_data.dat所在的地址path字符数组为输入参数；定义帧头标识符检测后的结果frame_check_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1行×2列，其中M_1表示脉冲数目、2列分别表示每个脉冲对应的帧头起始位置和帧数据长度字节数。

优选地，所述的步骤三在合路数据中查找第1个标识符所在的位置，位置查找结果以数组形式保存；将第1个标识符所在的位置数组分别+1、+2、+3……进行移位操作，结果以数组形式保存，并分别根据各自位置信息提取数据，提取数据结果分别为数组形式保存；分别在提取数据结果数组中查找第2个标识符、第3个标识符、第4个标识符……的位置，并分别将位置结果以数组形式保存；提取位置结果数组中相同的值，结果以数组形式保存，最后将结果数组代入第1个标识符所在位置数组中即可得到帧头位置；由前后相邻帧头位置做差即可得到帧数据长度。

优选地，所述的步骤四优化采用基于组件化思想的封装技术对frame_check.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、帧头标识符检测算法

根据星载合成孔径雷达数据文件的路径path，分别调用“fopen”和“fread”命令，读取的数据以数组形式进行保存，命名为join_data；调用“find”命令在join_data中查找第1个标识符的位置，位置结果以数组形式进行保存，命名为pos_1；在第1个标识符位置数组pos_1的基础上+1、+2、+3……处理得到新位置数组，以数组形式进行保存，分别命名为pos_2、pos_3、pos_4……，再根据新位置信息在join_data中提取相应的数据，并以数组形式进行保存，分别命名为join_data_1、join_data_2、join_data_3……；调用“find”命令在join_data_1数组中查找第2个标识符的位置信息、在join_data_2数组中查找第3个标识符的位置信息、在join_data_3数组中查找第4个标识符的位置信息……，并以数组形式进行保存，分别命名为join_data_1_pos、join_data_2_pos、join_data_3_pos……；调用“intersect”命令选择join_data_1_pos、join_data_2_pos、join_data_3_pos……中相同的数组，并以数组形式进行保存，命名为join_data_pos，再将join_data_pos代入pos_1即可得到帧头位置数据。

2、function函数设计

采用Matlab标准function函数的形式开发程序，定义帧长检测后的结果frame_check_result数组为输出参数，数组形式为元胞数组，共含M_1个元素，每个元胞元素为1行×2列，其中M_1表示脉冲数目、2列分别表示每个脉冲对应的帧头起始位置和帧数据长度字节数。

3、标准化封装设计

首先进行Matlab算法改造，主要针对frame_check.m文件进行的，一是添加标准化函数头，function output＝frame_check(input)；二是添加输入参数接口，path＝input.path；三是添加输出参数接口，output.frame_check_result＝frame_check_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回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法是针对帧头标识符检测功能模块，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、开发高效的检测算法、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回波数据帧头标识符检测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回波数据帧头标识符检测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、可扩展化的目标；本发明的星载SAR回波数据帧头标识符检测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帧头标识符检测的高效化、标准化、通用化以及可扩展化的问题，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 (3)

1.一种星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，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；定义frame_check作为函数名；定义合路数据join_data.dat所在的地址path字符数组为输入参数；定义帧头标识符检测后的结果frame_check_result数组为输出参数，数组形式为元胞数组；采用Matlab标准function函数的形式开发程序，定义帧长检测后的结果frame_check_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1行×2列，其中M_1表示脉冲数目、2列分别表示每个脉冲对应的帧头起始位置和帧数据长度字节数；

步骤三：根据已知的帧头标识符和基于Matlab语言开发高效的检测算法获取每个脉冲对应的起始位置和数据长度，并通过调用Matlab软件相关命令实现程序开发；首先调用“fopen”命令打开合路数据，并用“fread”命令完成数据的读取和数组形式的保存；其次调用“find”命令对第1个标识符进行位置检索，以第1个标识符的位置数值为参考进行移位操作，并根据移位后的位置信息提取数据；依次调用“find”命令对移位后的数据分别进行相应标识符的检索，并保存检索的位置信息；最后调用“intersect”对移位后检索到的位置信息提取相同值并代入第1个标识符位置数组中即可得到最终每个脉冲的帧头位置信息；在合路数据中查找第1个标识符所在的位置，位置查找结果以数组形式保存；将第1个标识符所在的位置数组分别+1、+2、+3……进行移位操作，结果以数组形式保存，并分别根据各自位置信息提取数据，提取数据结果分别为数组形式保存；分别在提取数据结果数组中查找第2个标识符、第3个标识符、第4个标识符……的位置，并分别将位置结果以数组形式保存；提取位置结果数组中相同的值，结果以数组形式保存，最后将结果数组代入第1个标识符所在位置数组中即可得到帧头位置；由前后相邻帧头位置做差即可得到帧数据长度；

步骤四：根据开发完成的function函数M文件，采用封装技术对frame_check.m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，包括Matlab算法改造与Matlab算法调用两部分的内容；标准化封装设计如下：首先进行Matlab算法改造，针对frame_check.m文件进行，一是添加标准化函数头，function output＝frame_check(input)；二是添加输入参数接口，path＝input.path；三是添加输出参数接口，output.frame_check_result＝frame_check_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回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，其特征是，所述的步骤一选用Matlab软件和语言作为功能模块设计的开发环境，并选择具有输入输出参数的function函数作为标准化开发模型。

3.如权利要求1所述的星载SAR回波数据帧头标识符检测功能模块设计方法，其特征是，所述的步骤三的具体步骤为，根据星载合成孔径雷达数据文件的路径path，分别调用“fopen”和“fread”命令，读取的数据以数组形式进行保存，命名为join_data；调用“find”命令在join_data中查找第1个标识符的位置，位置结果以数组形式进行保存，命名为pos_1；在第1个标识符位置数组pos_1的基础上+1、+2、+3……处理得到新位置数组，以数组形式进行保存，分别命名为pos_2、pos_3、pos_4……，再根据新位置信息在join_data中提取相应的数据，并以数组形式进行保存，分别命名为join_data_1、join_data_2、join_data_3……；调用“find”命令在join_data_1数组中查找第2个标识符的位置信息、在join_data_2数组中查找第3个标识符的位置信息、在join_data_3数组中查找第4个标识符的位置信息……，并以数组形式进行保存，分别命名为join_data_1_pos、join_data_2_pos、join_data_3_pos……；调用“intersect”命令选择join_data_1_pos、join_data_2_pos、join_data_3_pos……中相同的数组，并以数组形式进行保存，命名为join_data_pos，再将join_data_pos代入pos_1即可得到帧头位置数据。

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