一種基于Qt的被動雷達顯控軟件設計

練學輝

(海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室， 南京 210003)

一種基于Qt的被動雷達顯控軟件設計

練學輝

(海軍駐南京地區雷達系統軍事代表室， 南京 210003)

提出了一種基于Qt的圖形視圖框架下的被動雷達信息顯示的方法。圖形用戶界面能夠實時刷新顯示被動雷達信息。采用Qt Designer工具和Qt的樣式表使得圖形界面風格設計簡單，界面友好。

Qt；被動雷達信息顯示；圖形視圖框架；Qt Designer；樣式表

0 引 言

雷達信息顯示在雷達中占有重要的地位。雷達探測到目標后，通過數據處理將信息傳送到終端上，終端將獲取的目標信息以有效、直觀的方式呈現給觀察者，同時通過指令精準地控制雷達[1-2]。

近年來，隨著微電子技術和軟件技術的發展，人們開始大量采用通用微型計算機來完成雷達顯控終端的設計。本文設計的雷達終端的雷達信息顯示軟件也在通用微型計算機上實現。鑒于Qt跨平臺以及良好的圖形界面設計優勢[3-4]，本設計采用Qt軟件工具包，在windows平臺下實現被動模式下的雷達信息圖像顯示。被動模式下雷達獲取的信息主要是脈沖描述字(PDW)統計信息、目標信息等。采用Qt的圖形視圖框架下的GraphicsView/Item機制將該信息繪制到圖元上并實時更新。對于操作界面，可以利用Qt Designer進行設計并利用Qt Style sheet進行美化。

1 Qt圖形視圖框架

Qt的圖形視圖框架提供了一種基于圖像對象的方式來實現 model-view的編程模式。這一點很像例程 InterView中的輔助類 QTableView、 QTreeView和QListView。不同的視圖可以顯示一個場景，場景則包含了不同的幾何形狀的對象[3]。

圖形視圖(Graphics View)提供了支持大量自定義的二維圖形對象(Item，譯為“對象”)交互(Interaction)的管理器，以及一個支持縮放和旋轉操作的視圖widget用于顯示這些元素。

該框架包含了事件(Event，在Windows下可以理解為“消息”)傳播的框架，支持場景管理器中精確的交互能力，以雙精度浮點數表示對象位置、大小等屬性的變化。圖形元素還能處理鍵盤事件、鼠標按下/移動/釋放和雙擊的時間，同時也能跟蹤鼠標移動。

圖形視圖使用BSP樹(Binary Space Partitioning，二叉空間分割)提供對圖形對象的快速查找。可以想像，即使是包含數以百萬計對象的超大場景也能夠進行實時顯示。

1.1 場景

QGraphicsScene提供了圖形視圖的場景管理器。場景管理器有如下職責：提供一個用于管理大量對象的快速接口；將事件傳遞到每個對象上；管理對象的狀態；提供未進行坐標變換的渲染功能，主要用于打印。

場景管理器是圖形對象 QGraphicsItem的容器。調用QGraphicsScene::addItem()將對象添加到場景中后，用戶可以通過調用場景管理器中不同的查找函數來查找其中的圖形對象。QGraphicsScene::items()函數及其重載函數可以返回所有通過點、矩形多邊形或路徑等不同方式選中的所有對象。QGraphicsScene::itemAt()返回在指定點位置上最上面的對象。

1.2 視圖

QGraphicsView提供了視圖widget，將場景中的內容顯示出來。可以用幾個不同的視圖來觀察同一個場景，從而實現對于同一數據集的不同viewport。該Widget同時也是scroll area，為大場景提供滾動條。如果要啟用OpenGL支持，可調用QGraphicsView::setViewport。QGLWidget設置為其viewport。視圖接受鍵盤和鼠標消息，并將這些消息轉換成場景事件(同時將視圖坐標轉換為場景坐標)，然后將事件發送給可見視圖。

1.3 對象

QGraphicsItem 是場景中所有圖形獨享的基類。圖形視圖提供了幾種標準的對象：矩形(QGraphicsRectItem)、橢圓(QGraphicsEllipseItem)和文本對象(QGraphicsTextItem)。但是，QGraphicsItem最強大的功能是支持定制的圖形對象。

QGraphicsItem支持如下特征：鼠標按下、移動、釋放和雙擊事件，同時還支持鼠標懸浮事件、滾輪事件和上下文菜單事件；鍵盤輸入焦點和鍵盤事件；拖放；組合(通過父對象--子對象進行組合，或者通過QGraphicsItemGroup組合)；碰撞檢測。

1.4 Qt Designer

Qt Designer是一個GUI工具，可以幫助加快Qt程式的開發速度。利用Qt Designer這種所見即所得的方式來產生Qt程式的GUI介面的程式碼。通過增加一些功能就可以完成一個程式。利用Qt Designer可以非常快捷、簡便地設計出顯示界面。

對于窗口或者是控件的效果，可以使用style sheet來進行設計和控制。

2 雷達信息顯示設計

本雷達的信息顯示主要包括主顯示區、開窗放大顯示區、操作控制區和狀態信息顯示區，如圖1所示。

圖1 被動雷達信息顯示界面

主顯示區主要是顯示基于前端處理得到的PDW統計信息量化得到的頻率-方位能量圖以及重點目標的信息。開窗放大區主要是對主顯示區中的用戶感興趣的方位范圍和頻率范圍進行放大，便于用戶獲取該范圍的相關信息。操作控制區主要是為用戶控制開窗放大參數提供良好的人機接口。狀態顯示區主要是顯示當前的雷達工作模式信息以及系統時間等信息。

2.1 PDW頻率分布統計信息及重點目標顯示

對于PDW頻率分布統計信息顯示，從基類QGraphicsItem繼承生成的一個PDWShownItem類，基于對外接口獲取PDW頻率分布統計信息數據，將其存儲至開辟的一段內存緩沖區中。PDWShownItem類讀取該內存緩沖區，將內存緩沖區的內存存儲值基于顏色映射表映射成對應的顏色值，同時根據內存緩沖區的地址相對值映射成為對應的頻率和方位，最終生成能量圖。QT提供了底層的繪制類QPainter，繪制出該能量圖像在屏幕上顯示出來。該過程流程如圖2。

圖2 能量圖顯示流程

通過重寫QGraphicsItem::paint函數，在該函數中調用繪制函數類QPainter就能夠在所需要的位置上繪制出需要顯示的頻率-方位能量圖，對于坐標軸等也通過此類繪制。圖3中給出了能量圖的生成與顯示的過程。該過程涉及到兩組映射，一是內存緩沖區的圖像數據首先通過映射和轉換生成一個QImage對象，然后調用QPainter類對象的drawImage函數就能在顯示區域的指定區域繪制能量圖。該過程關鍵是通過一定的函數關系將內存中的數據映射到數值為[0,255]區間的數值，然后基于顏色映射表將內存的數值轉換成為一幅偽彩色圖像。

圖3 內存圖像數據顯示到屏幕的映射

另外一組映射是將實際的數據范圍與顯示的范圍形成一定映射關系。假定顯示的頻率范圍為[RFMin，RFMax]，顯示的方位范圍為[AziMin，AziMax]，顯示區域寬為ScrX，顯示區域高為ScrY。由于顯示區域的物理坐標是以屏幕的左頂點為原點，向右和向下為正方向。若以顯示區域的左底點P0(x,y)為原點，顯示區域寬為方位映射，顯示區域高為頻率映射。對于實際屬于該頻率與方位的一點(RF1,Azi1)，映射到顯示區域的坐標點P1(x1,y1)為

(1)

(2)

通過式(1)、(2)就能夠得到實際的數值與顯示的值的映射關系。

對于重點目標顯示，從基類QGraphicsItem中繼承生成一個類。該類的成員變量用于存儲目標的相關信息，通過重寫QGraphicsItem::paint可以將需要顯示的信息顯示出來。由于目標類是需要在頻率-方位能量圖上顯示，需要設置目標類的父類為PDWShownItem。通過 QGraphicsItem::setPos函數，基于式(1)和(2)，可以將目標類在顯示區域的正確位置上顯示出來。

2.2 開窗放大顯示

對于開窗放大顯示，圖4給出了其顯示的一個簡單的過程。其顯示的過程同1.2節的顯示頻率-方位能量圖類似，區別在于實際的數據范圍的映射是基于輸入的開窗參數得到的。目標類的顯示也與主顯示區的實現過程一致。

圖4 開窗放大內存圖像數據顯示到屏幕的映射

2.3 操作控制區顯示和狀態信息顯示

對于操作控制區顯示和狀態信息顯示，采樣的是基本的窗口部件QWidget和QPushButton等。點擊操作控制區的頻率分布顯示控制，通過QLineEdit::text函數和QString::toDouble獲取QLineEdit中輸入的放大參數，通過函數映射將參數映射到顯示緩沖區的內存區域，開窗放大顯示獲取對應的內存區域值，最終得到頻率-方位能量圖。對于狀態信息顯示區的鼠標信息，重寫QGraphicsItem::hoverMoveEvent獲取鼠標的位置信息。利用Qt特有的信號與槽方式，狀態信息顯示區得到鼠標的位置信息并顯示。

3 應用實例

在某項目上采用Qt4.7.0進行雷達信息顯示，其界面如圖5所示。圖中，主顯示區域的虛線框表示為開窗區域，右上角的開窗顯示區域顯示的為開窗區域的圖像信息。整體顯示畫面逼真，運行速度快，操作簡便。

圖5 基于Qt的被動雷達信息顯示示例

4 結束語

本文所給出的基于Qt的被動雷達信息顯示設計已經在某型設計中進行了測試。試驗的結果表明，基于Qt 的雷達界面設計，界面設計與美化簡單快捷，雷達信息的顯示與實時刷新能夠滿足雷達信息顯示的要求。

[1] 陳麗娟. Qt和OpenGL在雷達顯示控制終端設計中的應用[J].電子工程師, 2006,32(10):5-7.

[2] 安良,劉揚，莫紅飛.基于Qt的雷達信息顯示設計[J].現代電子技術，2011,34(11):26-28.

[3] 鄭阿奇，陳超.Qt4開發實踐[M].北京：電子工業出版社,2011.

[4] Jasmin Blanchette,Mark Summerfiled. C++ GUI Qt4編程[M].閆鋒欣，曾泉人，等譯.北京：電子工業出版, 2008 .

Design of display and control software of passive radar based on Qt

LIAN Xue-hui

(Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing, Nanjing 210003)

A method of displaying information of passive radars is proposed under the graphics view framework based on the Qt. Graphic user interface (GUI) can refresh and display the information of passive radars in real-time. The adoption of the Qt Designer and the Qt style sheet makes the GUI simple and friendly.

Qt; information display of passive radar; graphics view framework; Qt Designer; style sheet

2014-04-15

練學輝(1965-),男,高級工程師,研究方向:雷達總體技術。

TN957.522

A

1009-0401(2014)03-0061-04