基于Qt的電離層特征參數(shù)顯示軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

單哲

摘要：針對(duì)使用文本編輯器查看電離層特征參數(shù)數(shù)據(jù)文件不能清晰地顯示出特征參數(shù)數(shù)據(jù)隨時(shí)間的增減變化情況，開(kāi)發(fā)了基于Qt的電離層特征參數(shù)顯示軟件。軟件實(shí)現(xiàn)了電離層特征參數(shù)數(shù)據(jù)的表單顯示功能和折線統(tǒng)計(jì)圖顯示功能。對(duì)電離層特征參數(shù)進(jìn)行中值計(jì)算，用折線統(tǒng)計(jì)圖的方式顯示特征參數(shù)數(shù)據(jù)和特征參數(shù)中值數(shù)據(jù)，清晰明了的顯示出電離層垂直探測(cè)頻高圖特征參數(shù)日變化趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：Qt；電離層特征參數(shù)；中值計(jì)算；折線統(tǒng)計(jì)圖

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）05-0217-03

The Design and Implementation of Software for Displaying Ionospheric Characteristic Parameters Based on Qt

SHAN Zhe

（China Research Institude of Radio Wave Propagation，Qingdao 266107， China）

Abstract： A Qt-based software for displaying ionospheric characteristic parameters is developed in view of the fact that the data files of ionospheric characteristic parameters can not clearly show the change of the characteristic parameters with time by using a text editor. The software realizes the form display function of ionospheric characteristic parameter data and the broken line statistical graph display function. The median values of ionospheric characteristic parameters are calculated， and the data of characteristic parameters and median values of characteristic parameters are displayed in the form of broken line statistical charts. The diurnal variation trend of characteristic parameters of ionospheric vertical sounding frequency elevation charts is clearly displayed.

Key words： Qt； ionospheric characteristic parameters； median calculation； broken line statistics

電離層是大氣層60千米以上電離的大氣高層區(qū)域。它由四層結(jié)構(gòu)組成，分別為D層、E層、F1層和F2層，F(xiàn)1層和F2層又可以統(tǒng)稱為F層。電離層垂直探測(cè)是用高頻無(wú)線電波從地面對(duì)電離層進(jìn)行日常觀測(cè)的重要技術(shù)手段。而電離層特征參數(shù)是對(duì)電離層垂直探測(cè)得到的頻高圖進(jìn)行度量所獲取的電離層特性參量，這些特征參數(shù)是短波通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、天氣等信息系統(tǒng)的電離層效應(yīng)補(bǔ)償和預(yù)警的重要內(nèi)容[1]。電離層特征參數(shù)共14個(gè)，其中有7個(gè)頻率參數(shù)，4個(gè)高度參數(shù)，2個(gè)最高可用頻率因子（M因子）和一個(gè)Es類型參數(shù)。

當(dāng)前中國(guó)電波傳播研究所新研的數(shù)字測(cè)高儀獲取的電離層特征參數(shù)數(shù)據(jù)是以文本文件的方式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤中，使用記事本等文本編輯器查看數(shù)據(jù)時(shí)，不能清晰直觀地看出特征參數(shù)日變化趨勢(shì)，為方便電離層特征參數(shù)的數(shù)據(jù)瀏覽、查看，開(kāi)發(fā)電離層特征參數(shù)顯示軟件。

1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

Qt是一個(gè)著名的面向?qū)ο蟮腃++圖形用戶界面開(kāi)發(fā)框架，它具有優(yōu)良的跨平臺(tái)特性，支持所有主流操作系統(tǒng)，包括Linux、Windows、Android、MAC、Windows Phone以及IOS，做到了一次編寫，隨處編譯[2]。信號(hào)與槽函數(shù)機(jī)制是Qt提供的一種穩(wěn)定快捷的通信機(jī)制，它是Qt的核心特性。信號(hào)是消息事件，槽函數(shù)則是響應(yīng)事件的方法。在代碼編寫過(guò)程中，僅需要調(diào)用connnect（）函數(shù)就能簡(jiǎn)單地將消息事件和響應(yīng)事件連接起來(lái)，當(dāng)有信號(hào)被觸發(fā)時(shí)，槽函數(shù)自動(dòng)回調(diào)。QtCreator是一款跨平臺(tái)的輕量級(jí)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它提供的一個(gè)可視化圖形用戶界面開(kāi)發(fā)工作Qt Designer，使用Qt Designer開(kāi)發(fā)界面應(yīng)用，能夠大大提高程序開(kāi)發(fā)效率。

電離層特征參數(shù)顯示軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境為win7操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)工具為Qt4.8。

2 需求分析

電離層特征參數(shù)顯示軟件要求能夠顯示垂直探測(cè)頻高圖特征參數(shù)數(shù)據(jù)；顯示數(shù)據(jù)日變化曲線；計(jì)算最近30天的探測(cè)結(jié)果中值并顯示到折線圖中。電離層特征參數(shù)顯示軟件具體需求如下：

1）日期選擇功能：用戶告知軟件系統(tǒng)需要查看的電離層頻高圖特征參數(shù)數(shù)據(jù)生成日期，軟件啟動(dòng)時(shí)默認(rèn)選擇當(dāng)前日期；

2）查看方式選擇功能：電離層頻高圖特征參數(shù)查看功能分為表單顯示和圖形顯示。默認(rèn)使用圖形顯示功能；

3）表單顯示功能：根據(jù)用戶提交的查看日期，按表格的形式顯示電離層頻高圖特征參數(shù)數(shù)據(jù)；

4）圖形顯示功能：雖然表格顯示電離層特征參數(shù)能夠看到具體的電離圖判圖參數(shù)，但不能直觀的顯示出特征參數(shù)的日變化趨勢(shì)，所以添加圖形顯示功能。圖形顯示根據(jù)用戶提交的查看日期，按折線統(tǒng)計(jì)圖的形式顯示電離層頻高圖特征參數(shù)數(shù)據(jù)；

5）圖形顯示又細(xì)分為三種折線圖，分別為時(shí)間-頻率圖形顯示，時(shí)間-虛高圖形顯示，時(shí)間-M因子圖形顯示；

6）特征參數(shù)中值統(tǒng)計(jì)功能：計(jì)算對(duì)應(yīng)日期時(shí)間最近30天之內(nèi)的特征參數(shù)中值，并能夠用折線圖的方式顯示，使用戶能夠直觀地觀察出特征參數(shù)變化趨勢(shì)；

7）圖形顯示情況下，顯示圖形查看操作界面，用戶通過(guò)選擇操作，能夠查看對(duì)應(yīng)特征參數(shù)的日變化折線圖。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)需求分析，電離層特征參數(shù)顯示軟件的功能組成圖如圖1所示：

3.1人機(jī)交互設(shè)計(jì)

人機(jī)交互包括顯示特征數(shù)據(jù)站址信息功能（包括顯示站名、經(jīng)緯度坐標(biāo)）、日期選擇功能、查看方式選擇功能和圖形參數(shù)選擇功能。軟件使用QLabel控件顯示站名；使用QLineEdit控件顯示經(jīng)緯度信息；使用QDateEdit控件實(shí)現(xiàn)日期選擇功能；使用QComboBox控件實(shí)現(xiàn)查看方式選擇功能；使用QRadioButton控件實(shí)現(xiàn)圖形參數(shù)選擇功能；用信號(hào)和槽的通信機(jī)制調(diào)用具體的處理函數(shù)。

3.2報(bào)表顯示設(shè)計(jì)

電離層特征參數(shù)顯示軟件的報(bào)表顯示功能主要通過(guò)QTabWidget表格控件實(shí)現(xiàn)。QTabWidget是Qt圖形界面開(kāi)發(fā)時(shí)經(jīng)常用到的表格控件。使用QTabWidget表格控件，就離不開(kāi)QTabWidgetItem，QTabWidgetItem是一個(gè)單元格對(duì)象類。通過(guò)調(diào)用QTableWidget的setItem（）函數(shù)輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)單元格數(shù)據(jù)的填充或更改。表格行標(biāo)題為電離層各個(gè)特征參數(shù)名稱，列標(biāo)題為數(shù)據(jù)生成時(shí)間，數(shù)字資料部分為實(shí)際的特征參數(shù)數(shù)據(jù)。

3.3圖形顯示設(shè)計(jì)

電離層特征參數(shù)顯示軟件的圖形顯示功能主要通過(guò)QPainter繪圖類實(shí)現(xiàn)。QPainter為Qt封裝好的基本圖形繪制類。該類可以繪制小到一個(gè)像素點(diǎn)，一條直線、大到一個(gè)繪圖區(qū)域，一張圖片。如使用drawPoint（）繪制像素點(diǎn)，drawLine（）函數(shù)繪制直線， drawPath（）繪制復(fù)雜描跡，drawPixmap（）繪制圖片。繪圖設(shè)備所在的二維空間是一個(gè)直角坐標(biāo)系，左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，橫軸坐標(biāo)向右為正，縱軸坐標(biāo)向下為正。電離層特征參數(shù)折線統(tǒng)計(jì)圖橫軸為日變化時(shí)間，最小時(shí)間間隔為1分鐘，縱軸為電離層特征參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)線表示實(shí)際特征參數(shù)數(shù)據(jù)，虛線表示近30天的數(shù)據(jù)中值統(tǒng)計(jì)結(jié)果。使用QPainter繪圖流程如圖2所示：

3.4中值計(jì)算

中值又稱中位數(shù)，是指數(shù)據(jù)按大小順序排列，例如有n個(gè)數(shù)據(jù)，如果n為偶數(shù)，那么中值為第n/2位數(shù)和第（n+2）/2位數(shù)的平均數(shù)；如果n為奇數(shù)時(shí)，那么中值為第（n+1）/2位數(shù)的值 [3]。總體來(lái)講，電離層的變化特性分為規(guī)則變化和不規(guī)則變化。而電離層特征參數(shù)的日變化是規(guī)則變化，因此可以通過(guò)計(jì)算最近30天時(shí)間內(nèi)的各個(gè)特征參數(shù)的中值，繪制成日變化曲線，以此來(lái)清晰直觀的顯示出特征參數(shù)的日變化趨勢(shì)。電離層垂直探測(cè)頻高圖特征參數(shù)中值統(tǒng)計(jì)流程圖如圖3所示：

4 應(yīng)用程序?qū)嵗?/p>

電離層特征參數(shù)顯示軟件是一個(gè)窗口應(yīng)用程序，使用Qt4.8進(jìn)行系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)，其顯示界面如圖4和圖5所示，軟件界面不僅顯示了特征參數(shù)信息，還顯示了數(shù)據(jù)獲取的地點(diǎn)包括站名，位置信息。用戶通過(guò)更改日期時(shí)間控件的日期時(shí)間，用信號(hào)和槽的方法觸發(fā)數(shù)據(jù)更新事件，表單顯示或圖形顯示更新顯示的數(shù)據(jù)。通過(guò)下拉菜單切換數(shù)據(jù)顯示方式。從折線統(tǒng)計(jì)圖中可以看出，實(shí)際探測(cè)獲取的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)是一致的，由此可以通過(guò)中值數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)幾天內(nèi)的數(shù)據(jù)變化情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

在經(jīng)過(guò)不斷的完善，電離層特征參數(shù)顯示軟件實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的表單顯示功能和折線統(tǒng)計(jì)圖顯示功能。通過(guò)表單顯示，可以查看原始數(shù)據(jù)；通過(guò)圖形顯示，能夠一目了然地看出數(shù)據(jù)的日變化趨勢(shì)，滿足了當(dāng)前的使用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁宗華，寧百齊，萬(wàn)衛(wèi)星.電離層頻高圖參數(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)度量與分析[J].地球物理學(xué)報(bào)，2007（7）.

[2] 安良，劉揚(yáng)，莫紅飛.基于Qt的雷達(dá)信息顯示設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（6）.

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】