基于Qt与MATLAB的混合编程技术

摘要：在Qt雷达仿真系统中，数据处理及图形显示尤为重要。本文为此提出了一种Qt与MATLAB混合编程的方法。通过VC++和MATLAB混合编程技术，将MATLAB函数封装成动态链接库，Qt调用这个动态链接库实现图形处理功能，从而改善Qt界面中雷达信号仿真问题。

引言

Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架。它包括跨平台类库、集成开发工具和跨平台IDE^[1]。由于强大的跨平台特性，使用Qt只需一次性开发应用程序，无须重新编写源代码，便可跨桌面和嵌入式操作系统运行。在图形处理方面，Qt提供了用于2D绘图的QPainter绘图类和第三方绘图库Qwt，可以绘制简单的图形，但其过程复杂、设置繁琐，且操作过程不易实现。

MATLAB作为一种高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体, 构成了一个方便、界面友好的用户环境。相比Qt而言，MATLAB有非常强大的图形化显示矩阵和数组的能力，用MATLAB生成的图形可轻松实现添加文字说明、标注坐标轴、曲线注释等多种功能，而这些若由Qt来实现则较为复杂。针对Qt的绘图缺点，提出了Qt与MATLAB混合编程技术，主要包括两种方法：Qt调用MATLAB的引擎和Qt调用MATLAB生成的动态链接库。Qt调用MATLAB引擎加入大量MATLAB库，功能十分强大，但其编程量巨大，运行效率较低，不利于开发使用。而使用MATLAB生成的动态链接库使程序可以脱离MATLAB环境独立运行，节省程序所占用的内存资源，提高了程序的执行效率。当然，由于MATLAB7.0前后不同版本编译器的不同特点，混合编程方法也会有所不同。下面本文将详细介绍如何将MATLAB函数转换为Qt可用的DLL的方法，并应用到Qt雷达仿真系统工程中。

1 Qt图像显示窗口

1.1 显示窗口

Qt可以使系统获得高效的工作性能，是因为它拥有一个重要机制——信号和槽机制^[2]。信号和槽用于两个对象之间的通信，信号和槽机制是Qt的核心特征，也是Qt不同于其他开发框架最突出的特征。QWidget类是所有用户界面对象的基类，是Qt中建立用户界面的主要元素。在雷达仿真系统中，将图形显示模块作为一个封装的窗口组件嵌入到系统中，窗口组件主要以窗口部件QWidget为基类，嵌入MATLAB的Figure窗口[3]，使用信号和槽等实现数据处理和图形绘制。

1.2 绘图需求

随着雷达技术的不断发展，雷达系统的复杂度与日俱增，雷达系统的设计越来越多地借助仿真来提高工作效率。一套完整的Qt雷达仿真系统必不可少的就是图形显示，用于直观地观测雷达各个模块的波形及运动轨迹。Qt提供了2D绘图系统^[2]，可以使用API在屏幕和绘图设备上进行绘制，主要基于QPainter、QPaintDevice和QPaintEngine这3个类，其中QPainter用来执行绘图操作，QPaintDevice提供绘图设备，QPaintEngine提供了一些接口。同时，Qt的第三方绘图库QWT可生成各种统计图，它的目标是以基于2D方式的窗体部件来显示数据。然而这两种绘图方法的编程过程比较复杂，尤其在处理大量数据和三维图形显示时更是难以实现。MATLAB有强大的图形化显示矩阵和数组的能力，同时也能给图形增加注释并且打印这些图形。它既包括一些方便地产生二维、三维技术专业图形的高级绘图函数，也包括一些可以使用户灵活控制图形特点的低级绘图命令。另外，用户还可以利用MATLAB的句柄图形技术创建图形用户界面^[4]。这种语言可移植性好、可拓展性极强，所以采用Qt与MATLAB混合编程的方法，才能实现强大的图形处理功能。图1为雷达目标检测仿真结果图。

2 Qt调用动态链接库

2.1 Qt调用动态链接库流程

Qt调用动态链接库主要有两种选择方案，一种是利用VC++调用MATLAB生成的独立可执行的C++函数文件创建集成的绘图动态链接库，Qt窗口组件来调用它;另一种是Qt直接调用MATLAB生成的独立可执行的C++函数文件创建集成的绘图动态链接库，然后Qt窗口组件使用这个动态链接库文件。由于VC++与MATLAB混合编程技术相对比较成熟，并得到广泛应用，所以我们选用第一种方案。图2展示了在Qt中调用动态链接库的步骤。

2.2 VC++动态链接库嵌入到Qt中

Qt窗口组件调用VC++动态链接库，实现绘图和图形显示功能，在工程目录中添加上述dllMATLAB.h、dllMATLAB.dll和dllMATLAB.lib文件。在工程的管理文件.pro中加载需要连接的动态链接库，添加代码“LIBS+= -L ./ -ldllMATLAB”。在头文件中添加动态链接库提供的头文件的“dllMATLAB.h”。这样我们就可以调用MATLAB函数库中的绘图相关函数，对数据进行图形处理了。

但是调用显示的Figure窗口却是单独显示的，与Qt中窗口组件不一致，为使界面风格统一，用户界