基于Qt的電離層特征參數顯示軟件的設計與實現

單哲

摘要：針對使用文本編輯器查看電離層特征參數數據文件不能清晰地顯示出特征參數數據隨時間的增減變化情況，開發了基于Qt的電離層特征參數顯示軟件。軟件實現了電離層特征參數數據的表單顯示功能和折線統計圖顯示功能。對電離層特征參數進行中值計算，用折線統計圖的方式顯示特征參數數據和特征參數中值數據，清晰明了的顯示出電離層垂直探測頻高圖特征參數日變化趨勢。

關鍵詞：Qt；電離層特征參數；中值計算；折線統計圖

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：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域。它由四層結構組成，分別為D層、E層、F1層和F2層，F1層和F2層又可以統稱為F層。電離層垂直探測是用高頻無線電波從地面對電離層進行日常觀測的重要技術手段。而電離層特征參數是對電離層垂直探測得到的頻高圖進行度量所獲取的電離層特性參量，這些特征參數是短波通信、雷達、導航、天氣等信息系統的電離層效應補償和預警的重要內容[1]。電離層特征參數共14個，其中有7個頻率參數，4個高度參數，2個最高可用頻率因子（M因子）和一個Es類型參數。

當前中國電波傳播研究所新研的數字測高儀獲取的電離層特征參數數據是以文本文件的方式存儲在計算機硬盤中，使用記事本等文本編輯器查看數據時，不能清晰直觀地看出特征參數日變化趨勢，為方便電離層特征參數的數據瀏覽、查看，開發電離層特征參數顯示軟件。

1 開發環境

Qt是一個著名的面向對象的C++圖形用戶界面開發框架，它具有優良的跨平臺特性，支持所有主流操作系統，包括Linux、Windows、Android、MAC、Windows Phone以及IOS，做到了一次編寫，隨處編譯[2]。信號與槽函數機制是Qt提供的一種穩定快捷的通信機制，它是Qt的核心特性。信號是消息事件，槽函數則是響應事件的方法。在代碼編寫過程中，僅需要調用connnect（）函數就能簡單地將消息事件和響應事件連接起來，當有信號被觸發時，槽函數自動回調。QtCreator是一款跨平臺的輕量級集成開發環境，它提供的一個可視化圖形用戶界面開發工作Qt Designer，使用Qt Designer開發界面應用，能夠大大提高程序開發效率。

電離層特征參數顯示軟件的開發環境為win7操作系統，開發工具為Qt4.8。

2 需求分析

電離層特征參數顯示軟件要求能夠顯示垂直探測頻高圖特征參數數據；顯示數據日變化曲線；計算最近30天的探測結果中值并顯示到折線圖中。電離層特征參數顯示軟件具體需求如下：

1）日期選擇功能：用戶告知軟件系統需要查看的電離層頻高圖特征參數數據生成日期，軟件啟動時默認選擇當前日期；

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

3）表單顯示功能：根據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數據；

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

5）圖形顯示又細分為三種折線圖，分別為時間-頻率圖形顯示，時間-虛高圖形顯示，時間-M因子圖形顯示；

6）特征參數中值統計功能：計算對應日期時間最近30天之內的特征參數中值，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變化趨勢；

7）圖形顯示情況下，顯示圖形查看操作界面，用戶通過選擇操作，能夠查看對應特征參數的日變化折線圖。

3 系統設計與實現

經過需求分析，電離層特征參數顯示軟件的功能組成圖如圖1所示：

3.1人機交互設計

人機交互包括顯示特征數據站址信息功能（包括顯示站名、經緯度坐標）、日期選擇功能、查看方式選擇功能和圖形參數選擇功能。軟件使用QLabel控件顯示站名；使用QLineEdit控件顯示經緯度信息；使用QDateEdit控件實現日期選擇功能；使用QComboBox控件實現查看方式選擇功能；使用QRadioButton控件實現圖形參數選擇功能；用信號和槽的通信機制調用具體的處理函數。

3.2報表顯示設計

電離層特征參數顯示軟件的報表顯示功能主要通過QTabWidget表格控件實現。QTabWidget是Qt圖形界面開發時經常用到的表格控件。使用QTabWidget表格控件，就離不開QTabWidgetItem，QTabWidgetItem是一個單元格對象類。通過調用QTableWidget的setItem（）函數輕松實現對對單元格數據的填充或更改。表格行標題為電離層各個特征參數名稱，列標題為數據生成時間，數字資料部分為實際的特征參數數據。

3.3圖形顯示設計

電離層特征參數顯示軟件的圖形顯示功能主要通過QPainter繪圖類實現。QPainter為Qt封裝好的基本圖形繪制類。該類可以繪制小到一個像素點，一條直線、大到一個繪圖區域，一張圖片。如使用drawPoint（）繪制像素點，drawLine（）函數繪制直線， drawPath（）繪制復雜描跡，drawPixmap（）繪制圖片。繪圖設備所在的二維空間是一個直角坐標系，左上角為坐標原點，橫軸坐標向右為正，縱軸坐標向下為正。電離層特征參數折線統計圖橫軸為日變化時間，最小時間間隔為1分鐘，縱軸為電離層特征參數數據，實線表示實際特征參數數據，虛線表示近30天的數據中值統計結果。使用QPainter繪圖流程如圖2所示：

3.4中值計算

中值又稱中位數，是指數據按大小順序排列，例如有n個數據，如果n為偶數，那么中值為第n/2位數和第（n+2）/2位數的平均數；如果n為奇數時，那么中值為第（n+1）/2位數的值 [3]。總體來講，電離層的變化特性分為規則變化和不規則變化。而電離層特征參數的日變化是規則變化，因此可以通過計算最近30天時間內的各個特征參數的中值，繪制成日變化曲線，以此來清晰直觀的顯示出特征參數的日變化趨勢。電離層垂直探測頻高圖特征參數中值統計流程圖如圖3所示：

4 應用程序實例

電離層特征參數顯示軟件是一個窗口應用程序，使用Qt4.8進行系統軟件開發，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信息，還顯示了數據獲取的地點包括站名，位置信息。用戶通過更改日期時間控件的日期時間，用信號和槽的方法觸發數據更新事件，表單顯示或圖形顯示更新顯示的數據。通過下拉菜單切換數據顯示方式。從折線統計圖中可以看出，實際探測獲取的數據和統計數據的趨勢是一致的，由此可以通過中值數據預測未來幾天內的數據變化情況。

5 結束語

在經過不斷的完善，電離層特征參數顯示軟件實現了數據的表單顯示功能和折線統計圖顯示功能。通過表單顯示，可以查看原始數據；通過圖形顯示，能夠一目了然地看出數據的日變化趨勢，滿足了當前的使用需求。

參考文獻：

[1] 丁宗華，寧百齊，萬衛星.電離層頻高圖參數的實時自動度量與分析[J].地球物理學報，2007（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（6）.

[3] 何思謙.數學辭海第四卷[M].太原：山西教育出版社，2002：316.

【通聯編輯：謝媛媛】