【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数字信号处理和软件图形化处理，具体涉及一种基于qt的数字矢量信号分析方法和上位机系统。
技术介绍
1、随着通信技术的快速发展，数字信号处理在现代通信系统中起着重要的作用。例如，信号滤波和噪声抑制：用于去除信号中的噪声和干扰，提高信号质量。信号调制与解调：通过dsp技术实现信号的调制和解调。压缩与编码：用于数据压缩和编码，减少带宽占用，提高传输效率。数字矢量信号分析作为数字信号处理的重要分支，主要用于分析接收到的数字信号，以提取有效信息。现有的上位机系统在处理数字矢量信号时，通常存在以下几个问题：
2、界面不友好：有些现有系统的用户界面设计较为复杂，缺乏现代用户界面设计中的直观性和美观性，用户在操作时需要花费大量时间去学习和适应。例如，labview，虽然labview在工程和科学领域广泛使用，其图形化编程环境被一些用户认为不够直观，界面布局可能显得过于复杂。
3、处理效率低：现有系统在数据处理方面效率较低，例如在处理大规模数据时，出现数据阻塞，往往导致界面会出现延迟或卡顿，影响分析结果的准确性。
4、跨平台支持不足：一些软件通常为特定操作系统设计，移植到其他平台需要大量重写工作。例如，mfc(microsoft foundation class library)也是用于开发图形用户界面应用程序的框架，mfc是microsoft针对windows平台开发的类库，不具备跨平台性，只能在windows系统上运行。对于需要在linux或其他操作系统上运行的用户来说，缺乏直接的支持。>
5、综上所述，现有技术在数字矢量信号分析上位机系统设计方面存在一些不足，迫切需要一种新的解决方案，以提高系统的用户体验、处理效率和算法支持能力。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于qt的数字矢量信号分析方法和上位机系统，以解决现有的上位机界面不友好和处理效率低的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于qt的数字矢量信号分析方法，包括如下步骤：
4、步骤1、获取各设备的ip地址，上位机根据ip地址与各设备建立连接；
5、步骤2、通过qt框架设计用户界面，允许用户自定义分析参数和查看分析结果；
6、步骤3、通过通信接口将设备中的信号数据发送到上位机，上位机对接收到的原始数据进行分析，得出频谱数据、原始i/q数据、星座图和解调后数据；
7、步骤4、对于分析得出的频谱数据、原始i/q数据、星座图和解调后数据，在qt编写的上位机软件上使用qwt绘图控件进行可视化展示。
8、步骤1包括：使用网络发现协议自动获取设备的ip地址，使用套接字通过tcp/udp协议与设备建立连接，或创建客户端套接字，指定目标ip地址和端口号，调用连接函数进行配置，实施心跳机制定期检查连接状态，处理重连逻辑。
9、步骤2包括：在制作用户界面时，创建一个新的qt项目，使用qt widgets设计用户界面，并且使用动态控件允许用户自定义分析参数，利用qt的信号与槽机制实现控件之间的交互，将用户的输入与数据处理逻辑连接起来，动态更新分析结果。
10、步骤3包括：
11、步骤3-1，采用分布式存储框架对上位机连接的设备的数据进行统一管理，分别对各设备传送到上位机的原始数字信号进行快速傅里叶变换，将原始数字信号转换至频域，公式为：
12、，
13、其中，是频域信号的第个频率分量，是时域信号在第个采样点的值，是信号的总采样点数，是频率索引，，是虚数单位，，是傅里叶核；
14、步骤3-2，采用轻量化随机森林模型估计原始数字信号的信噪比，通过滤波、混频和相位分解操作从原始数字信号中提取i/q数据；
15、数据集构建：将相应的调制格式下信号的信噪比值作为标签，将不同信噪比值的数字信号映射成不同的星座图数据集，从中提取与信噪比紧密相关的星座图特征。
16、步骤3-3，对原始数字信号进行数字解调，从接收到的信号中提取出原始的信息，采用决策树算法对存储的各设备数据进行分类，应用bpsk、qpsk、8psk、16qam、32qam数字信号解调算法根据数字信号类型进行处理；
17、步骤3-3中，如果t时刻接收端接收到的信号为如下形式：
18、，
19、则采用同相正交解调将接收到的信号与本地生成的同相载波、正交载波分别相乘，对于同相分量，公式为：
20、，
21、其中和分别是接收信号的同相分量和正交分量，是载波频率，是信道噪声；为上位机接收到的信号；
22、经展开和简化，有效部分为：
23、，
24、其中表示接收信号中的同相分量，x1表示同相分量中的高频成分，表示对同相分量解调后结果；
25、对于正交分量，公式为：
26、，
27、经展开和简化，有效部分为：
28、，
29、其中表示接收信号中的正交分量，x2表示正交分量中的高频成分，表示对正交分量解调后的结果；
30、接着将i/q两路信号都通过低通滤波器去掉同相和正交分量中的高频成分，得到i路和q路的基带信号。
31、步骤4包括：在绘制两种以上图像时，采用qt的多线程机制，通过qt提供的qthread类来创建和管理线程，每个qthread对象表示一个单独的执行线程，通常通过继承qthread并重写run()方法来定义线程的执行代码，并且qthread使用qt的信号与槽机制，将快速傅里叶变换和解调算法分解为两个以上子任务，在后台线程完成数据处理后，通过信号与槽机制将结果发送到主线程，更新用户界面。qt是基于c++的开源跨平台界面开发工具，已经被大量应用于工业控制软件、客户端软件开发。qt是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展以及一些宏，qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。qt具有强大的图形界面开发功能，使用qt及其他组件能够将数据可视化。通过qt框架设计的用户界面，不仅可以提供直观友好的操作体验，还能够实现高效的数据处理和灵活的算法支持。qwt是一个提供科学相关背景下的图表绘制的gui元件库。它主要提供了一些基本的二维绘图部件，例如函数图、柱状图、温度计、转轮式的控件，并具有缩放、移动等功能。qwt支持任何qt能够支持的系统环境，并且可以兼容qt4(4.4版本以上)和qt5版本。
32、步骤4中，可视化展示如下四种图像：
33、原始iq数据图，原始iq数据图是指上位机通过通信接口接收来自下位机的信号，对接收到的信号提取iq数据，然后进行绘图；
34、频谱图，频谱图是指一种用于展示信号频率成分的图形表示方式，它显示了信号在不同频率上的幅度或功率，从而能够识别信号中的频率成分，了解信号的频谱特性；
35、星座图，星座图是本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Qt的数字矢量信号分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：使用网络发现协议自动获取设备的IP地址，使用套接字通过TCP/UDP协议与设备建立连接，或创建客户端套接字，指定目标IP地址和端口号，调用连接函数进行配置，实施心跳机制定期检查连接状态，处理重连逻辑。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：在制作用户界面时，创建一个新的Qt项目，使用Qt Widgets设计用户界面，并且使用动态控件允许用户自定义分析参数，利用Qt的信号与槽机制实现控件之间的交互，将用户的输入与数据处理逻辑连接起来，动态更新分析结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4包括：在绘制两种以上图像时，采用Qt的多线程机制，通过Qt提供的QThread类来创建和管理线程，每个QThread对象表示一个单独的执行线程，通常通过继承QThread并重写run()方法来定义线程的执行代码，并且QThread使用Qt的信号与槽
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤4中，可视化展示如下四种图像：
7.一种采用如权利要求1~6任一项所述的方法实现的基于Qt的数字矢量信号分析上位机系统，其特征在于，包括上位机，以及与上位机进行数据传输的通信接口；所述上位机安装有Qt编写的上位机分析模块，用于对上位机接收到的信号进行信号频域分析和解调，以及对分析后的频谱数据、原始I/Q数据、星座图、解调后数据进行可视化展示，上位机分析模块通过Qt组件编程实现，能够在Windows、Linux和macOS操作系统上运行。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述上位机分析模块包括信号处理模块、数据可视化模块和用户交互模块；
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有程序代码，当所述程序代码被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令在计算机上运行时，执行如权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于qt的数字矢量信号分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：使用网络发现协议自动获取设备的ip地址，使用套接字通过tcp/udp协议与设备建立连接，或创建客户端套接字，指定目标ip地址和端口号，调用连接函数进行配置，实施心跳机制定期检查连接状态，处理重连逻辑。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：在制作用户界面时，创建一个新的qt项目，使用qt widgets设计用户界面，并且使用动态控件允许用户自定义分析参数，利用qt的信号与槽机制实现控件之间的交互，将用户的输入与数据处理逻辑连接起来，动态更新分析结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4包括：在绘制两种以上图像时，采用qt的多线程机制，通过qt提供的qthread类来创建和管理线程，每个qthread对象表示一个单独的执行线程，通常通过继承qthread并重写run()方法来定义线程的执行代码，并且qthread使用qt的信号与槽机制，将快速傅里叶变换和解调算法分解为两个以上子任务，在...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔杰，乔可心，张治中，李鹏，冯姣，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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