sar3d: port the Multi_antenna_3D_clean_v1 notebook algorithm
The old sar3d core was a port of the superseded Horns_3D notebook and produced wrong volumes. The compute core now follows the reference notebook exactly: - segmented_interleaved frame timing rebuilt from per-trace capture stamps (uniform tx_per_segment split as the no-stamps fallback), with the coarse inter-segment dtau and the intra-sweep dtau applied as one phase ramp before the IFFT; - ground scene coordinates with the ground_depth_m lift (scene Y=0 is the ground), full-region grid instead of a window around a center depth, geo_ref compensation anchored on the ground plane, power 0.3; - notebook finalization in C++: |acc/cnt|, depth mask, normalization without the Y-edge planes, separable Gaussian over (Z, X), level; - CUDA kernel computes geometry in double: float32 loses ~3e-4 of an A-scan sample in tau and drifts ~1e-4 from the float64 reference. Live-config keys follow: the center_depth/half_width/grid_n window knobs are replaced by ground/voxel/y-range/margin/sigma/power/tx_per_segment. Parity against the notebook npz exports (frames 0034-0036 of the 20260922_mine_fast_true dataset): max|diff| <= 1.6e-6 off the depth-mask knife edge, identical argmax, level rel diff <= 7e-7. Verified via make sar3d_parity --dump-dir + scripts/sar3d_volume_compare.py; the executable spec lives in scripts/sar3d_reference_check.py (bit-tight against the npz, including the animation shifted-grid arithmetic). Co-Authored-By: Claude Fable 5 <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
@@ -1,4 +1,6 @@
|
||||
// Препроцессинг S21 → комплексные A-сканы (host, float64). Порт preprocess.py.
|
||||
// Препроцессинг S21 → комплексные A-сканы (host, float64).
|
||||
// Порт ячейки 0 Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb (segmented_interleaved тайминг,
|
||||
// frequency-domain коррекция движения, k0-IFFT, нормировка пар).
|
||||
#pragma once
|
||||
#include <map>
|
||||
#include <string>
|
||||
@@ -12,15 +14,34 @@ namespace gpr {
|
||||
|
||||
using PairKey = std::pair<int, int>;
|
||||
|
||||
// Тайминги пары (нужны slot/n_slots/t_center для фазовой коррекции).
|
||||
// Тайминг пары в модели segmented_interleaved: пара живёт в сегменте своего Tx
|
||||
// (окно [segment_start, segment_start+segment_time] от начала акквизиции),
|
||||
// внутри сегмента передатчики чередуются по частоте (slot из n_slots).
|
||||
struct PairTiming {
|
||||
int tx_interleave_slot = 0;
|
||||
int tx_interleave_slots = 1;
|
||||
double t_center_s = 0.0;
|
||||
double segment_start_s = 0.0;
|
||||
double segment_time_s = 0.0;
|
||||
double t_center_s = 0.0; // центр окна сегмента
|
||||
// Грубый межсегментный сдвиг: dtau центра сегмента относительно центра
|
||||
// акквизиции кадра (2*dz/v, dz = dir*speed*dt*cos(look)).
|
||||
double dtau_pair_s = 0.0;
|
||||
};
|
||||
using PairTimestamps = std::map<PairKey, PairTiming>;
|
||||
|
||||
PairTimestamps compute_pair_timestamps(const MotionConfig&, const GeometryConfig&);
|
||||
// Окна захвата по Tx (output_pos → [start,end] сек от начала акквизиции).
|
||||
using TxWindows = std::map<int, std::pair<double, double>>;
|
||||
|
||||
// Fallback без per-trace меток: сегменты по tx_per_segment штук делят кадр
|
||||
// [0, acq_s] поровну (медианная модель ноутбука compute_pair_timestamps).
|
||||
TxWindows uniform_tx_windows(const std::vector<int>& tx_order, double acq_s, int tx_per_segment);
|
||||
|
||||
// Порт compute_pair_timestamps_for_snapshot: Tx с одинаковым окном — один
|
||||
// сегмент (сегменты по возрастанию окна), слот — порядок в tx_order (полный
|
||||
// аппаратный порядок из run.combos; выбранные каналы его не меняют).
|
||||
PairTimestamps compute_pair_timestamps(const TxWindows& tx_windows_s, double acq_s,
|
||||
const std::vector<int>& tx_order,
|
||||
const GeometryConfig&, const MotionConfig&);
|
||||
|
||||
// A-сканы одного снапшота, общая ось времени у всех пар (assert).
|
||||
struct AScanSet {
|
||||
@@ -32,7 +53,7 @@ struct AScanSet {
|
||||
const c128* pair_ptr(int p) const { return H.data() + (size_t)p * n_fft; }
|
||||
};
|
||||
|
||||
// Порт compute_pair_ascans: bg-subtract → phase correction → k0-IFFT → норма.
|
||||
// Порт sar_pair_ascans: bg-subtract → phase correction → k0-IFFT → норма.
|
||||
// s21/freq/background — по ключам (i_tx,i_rx); background может быть nullptr.
|
||||
AScanSet preprocess_snapshot(
|
||||
const std::map<PairKey, std::vector<c128>>& s21,
|
||||
@@ -42,10 +63,12 @@ AScanSet preprocess_snapshot(
|
||||
const PairTimestamps&, bool normalize = true);
|
||||
|
||||
// Отдельные шаги (для тестов/переиспользования):
|
||||
// Полная фазовая модель движения до IFFT: dtau_intra(f) + dtau_pair одной
|
||||
// фазой exp(sign*j*2*pi*f*dtau_total) (порт apply_intra_sweep_phase_correction).
|
||||
std::vector<c128> apply_intra_sweep_phase_correction(
|
||||
const std::vector<c128>& s21, const std::vector<double>& freq_full,
|
||||
const PairTiming&, const MotionConfig&, double wave_speed,
|
||||
double f_start, double f_stop, int n_slots_default);
|
||||
double f_start, double f_stop);
|
||||
|
||||
// Возвращает t (ось), h (комплексный A-скан). n_fft через out-параметр.
|
||||
void compute_ascan_bp(const std::vector<c128>& s21, const std::vector<double>& freq,
|
||||
|
||||
@@ -1,4 +1,5 @@
|
||||
// Конфигурация счёт-ядра. Дефолты 1:1 повторяют gpr_core/config.py.
|
||||
// Конфигурация счёт-ядра. Дефолты 1:1 повторяют Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb
|
||||
// (ячейки 0 и 4) — эталонный ноутбук 3D SAR.
|
||||
#pragma once
|
||||
#include <algorithm>
|
||||
#include <array>
|
||||
@@ -11,13 +12,13 @@ namespace gpr {
|
||||
|
||||
struct GeometryConfig {
|
||||
std::vector<int> input_idx{0, 1, 2, 3};
|
||||
std::vector<int> output_idx{0, 1};
|
||||
// (x,y,z) метры; порядок по физическим индексам как в config.py
|
||||
std::vector<std::array<double, 3>> tx_positions{{0.785, 0.0, 0.0}, {-0.785, 0.0, 0.0}};
|
||||
std::vector<int> output_idx{0, 1, 2, 3};
|
||||
// (x,y,z) метры; порядок соответствует input_idx/output_idx
|
||||
std::vector<std::array<double, 3>> tx_positions{
|
||||
{-0.88, 0.0, 0.0}, {0.89, 0.0, 0.0}, {-0.33, 0.445, 0.0}, {0.33, 0.445, 0.0}};
|
||||
std::vector<std::array<double, 3>> rx_positions{
|
||||
{-0.42, 0.0, 0.0}, {0.48, 0.0, 0.0}, {0.18, 0.0, 0.0}, {-0.12, 0.0, 0.0}};
|
||||
{0.23, 0.0, 0.0}, {0.54, 0.15, 0.0}, {-0.55, 0.3, 0.0}, {-0.23, 0.0, 0.0}};
|
||||
double eps_r = 1.0;
|
||||
double bp_plane_y = 0.0;
|
||||
|
||||
// --- производные (заполняются finalize) ---
|
||||
std::vector<double> x_tx, y_tx, z_tx; // отсортированы по phys-индексу
|
||||
@@ -50,53 +51,61 @@ struct GeometryConfig {
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct BPConfig {
|
||||
double f_start = 20 * 1e8; // 2 ГГц
|
||||
double f_start = 2.0e9;
|
||||
double f_stop = 6.0e9;
|
||||
double min_depth = 3.2;
|
||||
double max_depth = 10.0;
|
||||
double grid_x_pad = 2.0;
|
||||
double z_min = 0.1;
|
||||
int nx = 300;
|
||||
int nz = 300;
|
||||
double min_depth = 2.5;
|
||||
double max_depth = 8.0;
|
||||
int oversample = 8;
|
||||
bool window = true;
|
||||
bool window = true; // окно Ханна на полосе
|
||||
bool pair_normalize = true;
|
||||
double pair_norm_percentile = 50.0;
|
||||
double pair_norm_depth_min = 3.2;
|
||||
double pair_norm_depth_max = 10.0;
|
||||
double pair_norm_depth_min = 2.5;
|
||||
double pair_norm_depth_max = 8.0;
|
||||
double pair_norm_eps = 1e-15;
|
||||
double comp_range_power = 0.25;
|
||||
// Компенсация геометрического расхождения 1/(Rtx*Rrx), нормированная на
|
||||
// точку под виртуальным центром пары на глубине comp_ref_depth НА ПЛОСКОСТИ
|
||||
// ЗЕМЛИ (высота (-ground_depth + d*sin p)/cos p).
|
||||
double comp_range_power = 0.3;
|
||||
double comp_weight_max = 5.0;
|
||||
double comp_ref_depth = 5.0;
|
||||
double smooth_sigma = 1.5;
|
||||
bool bg_subtract = true;
|
||||
double cf_eps = 1e-12;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct MotionConfig {
|
||||
double speed_m_s = 0.854;
|
||||
double look_angle_deg = 6.0;
|
||||
double pitch_deg = 6.0;
|
||||
double tx_sweep_time_s = 0.079;
|
||||
double tx_switch_time_s = 1e-5;
|
||||
// frequency_timing_mode всегда interleaved_tx_by_frequency
|
||||
double speed_m_s = 1.45;
|
||||
double look_angle_deg = 17.5;
|
||||
// Наклон рамы для ground-координат и смещений кадров; в ноутбуке
|
||||
// BP_GROUND_PITCH_DEG=None означает «равен look_angle».
|
||||
double pitch_deg = 17.5;
|
||||
double direction_sign = +1.0;
|
||||
// Внутрисвиповая (по частоте) фазовая коррекция движения.
|
||||
bool apply_freq_phase_correction = true;
|
||||
// Грубая межсегментная коррекция (dtau сегмента относительно центра кадра),
|
||||
// вносится той же фазовой моделью до IFFT (режим 'frequency_domain').
|
||||
bool apply_pair_motion_correction = true;
|
||||
double motion_phase_sign = -1.0;
|
||||
|
||||
double frame_time_s(int n_tx) const {
|
||||
return n_tx * tx_sweep_time_s + std::max(0, n_tx - 1) * tx_switch_time_s;
|
||||
}
|
||||
// Fallback-разбиение кадра на сегменты, когда per-trace меток захвата нет.
|
||||
int tx_per_segment = 2;
|
||||
};
|
||||
|
||||
struct SARConfig {
|
||||
int frame_radius = 6;
|
||||
double edge_frame_weight = 0.75;
|
||||
std::array<double, 3> half_width_m{1.8, 1.0, 1.8};
|
||||
std::array<int, 3> grid{150, 120, 160}; // NX, NY, NZ
|
||||
bool coord_mode_ground = true; // 'ground' vs 'radar_local'
|
||||
int frame_radius = 0; // 0 = один снимок (физическая вертикальная база)
|
||||
double edge_frame_weight = 0.8; // вес крайнего кадра апертуры
|
||||
bool coord_mode_ground = true; // 'ground' vs 'radar_local'
|
||||
bool use_compensation = true;
|
||||
bool normalize_each_frame = true;
|
||||
// Высота НИЖНЕГО ряда антенн над землёй; Y=0 сцены — поверхность земли.
|
||||
double ground_depth_m = 1.25;
|
||||
// Полнообластная сетка: X — размах антенн ±x_margin_m, Y — высота над
|
||||
// землёй, Z — полоса, покрывающая радарные глубины [min,max]_depth на всех
|
||||
// высотах Y (см. build_full_region_grid).
|
||||
double x_margin_m = 2.0;
|
||||
double y_min_m = -0.5;
|
||||
double y_max_m = 2.0;
|
||||
std::array<double, 3> voxel_m{0.025, 0.02, 0.02}; // шаг (X, Y, Z)
|
||||
// Финализация объёма: нормировка без верхних/нижних norm_edge_margin_m по Y
|
||||
// (там ложный гребень постоянной дальности), сглаживание по (Z,X) в каждом
|
||||
// Y-плане.
|
||||
double norm_edge_margin_m = 0.3;
|
||||
double smooth_sigma = 1.5;
|
||||
};
|
||||
|
||||
} // namespace gpr
|
||||
|
||||
@@ -18,10 +18,18 @@ std::vector<FrameOffset> frame_offsets(const std::vector<double>& frame_times, d
|
||||
// Косинусные веса апертуры (порт sar_frame_weights); dt берётся относительно центра.
|
||||
std::vector<double> frame_weights(const std::vector<FrameOffset>& offsets, double edge_weight);
|
||||
|
||||
// Сетка вокруг точки сцены (порт sar_build_grid_scene).
|
||||
Grid build_grid_scene(const std::array<double, 3>& center_scene, const SARConfig&);
|
||||
// Высота плоскости земли (радарные оси) на радарной глубине depth:
|
||||
// y = (-ground_depth + depth*sin(pitch)) / cos(pitch) (порт bp_plane_y).
|
||||
double ground_plane_y(double depth, double ground_depth_m, double pitch_rad);
|
||||
|
||||
// point_to_scene: оси радара → сцена (поворот на pitch, если ground).
|
||||
// Полнообластная сетка сцены (порт sar_build_full_region_grid):
|
||||
// X — размах антенн ±x_margin, Y — [y_min, y_max] над землёй, Z — полоса,
|
||||
// покрывающая радарные глубины [min_depth, max_depth] на всех высотах Y.
|
||||
Grid build_full_region_grid(const GeometryConfig&, const BPConfig&, const SARConfig&,
|
||||
double pitch_deg);
|
||||
|
||||
// point_to_scene: оси радара → сцена (поворот на pitch + подъём на ground_depth,
|
||||
// если ground; Y=0 сцены — земля).
|
||||
std::array<double, 3> point_to_scene(double x, double y, double z, const MotionConfig&,
|
||||
const SARConfig&);
|
||||
|
||||
|
||||
@@ -19,13 +19,24 @@ struct ApertureFrame {
|
||||
double weight;
|
||||
};
|
||||
|
||||
// Сырой результат объёма (Python делает finish: abs+gate+gaussian+normalize).
|
||||
// Сырой результат объёма (до finish_volume).
|
||||
struct VolumeRaw {
|
||||
std::vector<c64> acc; // [NY*NZ*NX]
|
||||
std::vector<float> cnt; // [NY*NZ*NX]
|
||||
int NX = 0, NY = 0, NZ = 0;
|
||||
};
|
||||
|
||||
// Финальный объём (порт sar_finish_volume): |acc/cnt| → маска глубины →
|
||||
// нормировка по Y-планам без краёв → гаусс по (Z,X) → нормировка → clip.
|
||||
struct FinishedVolume {
|
||||
std::vector<float> volume; // [NY*NZ*NX], нормирован на ~[0,1]
|
||||
double level = 0.0; // масштаб, на который поделён объём
|
||||
int NX = 0, NY = 0, NZ = 0;
|
||||
};
|
||||
|
||||
FinishedVolume finish_volume(const VolumeRaw&, const Grid&, double pitch_deg,
|
||||
const BPConfig&, const SARConfig&);
|
||||
|
||||
class SarEngine {
|
||||
public:
|
||||
SarEngine(const GeometryConfig&, const BPConfig&, const MotionConfig&, const SARConfig&);
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user