Author SHA1 Message Date
awe 5826c4ff67 deploy examples 2026-10-22 12:57:33 +03:00
awe 09a2aa7932 merge: свести документацию (взять версию с разделом про прошивку STM)
# Conflicts:
#	device_firmware/cart_firmware/docs/protocol.md
2026-10-19 16:16:56 +03:00
awe 75185c7e36 fix 2026-10-19 16:12:36 +03:00
aweandClaude Opus 4.8 5b70a9a4ce cart: документация сетевого моста в protocol.md
Разделы про роли и идентификацию устройства, прошивку STM (сборка/заливка
через ST-Link по SWD, подключения по ролям, проверка роли), кадр USB CDC,
сетевой слой (UDP, seq/новая сессия, HMAC, WireGuard), многоуровневый
failsafe и запуск моста.

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 (1M context) <noreply@anthropic.com>
2026-10-19 13:19:09 +03:00
aweandClaude Opus 4.8 7334f89491 cart: документация сетевого моста в protocol.md
Разделы про роли и идентификацию устройства, кадр USB CDC, сетевой слой
(UDP, seq/новая сессия, HMAC, WireGuard), многоуровневый failsafe и
запуск моста.

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 (1M context) <noreply@anthropic.com>
2026-10-19 13:13:24 +03:00
aweandClaude Opus 4.8 50f07caa64 cart: симметричный ПК-мост через сеть + зеркало протокола
Переносит управление с STM-передатчика на STM-приёмник через локальную
сеть/интернет двумя экземплярами одной программы.

- tools/link_proto.py: зеркало link_protocol.h на Python (кадрирование,
  CRC16-CCITT, (де)сериализация CONTROL/IDENT, инкрементальный парсер с
  ресинхронизацией) + --selftest с тест-векторами.
- tools/bridge.py: роль tx (USB->UDP) и rx (UDP->USB) из одного флага;
  поиск порта по product string и handshake HELLO/IDENT; UDP с seq и
  anti-replay (распознавание новой сессии при рестарте источника);
  сетевой failsafe при тишине; опциональная HMAC-аутентификация пакетов
  и фильтр источника.

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 (1M context) <noreply@anthropic.com>
2026-10-19 13:13:24 +03:00
aweandClaude Opus 4.8 8704db2de7 cart: роли прошивки TX и RX, выбор на этапе сборки
Прошивка получает две роли, выбираемые compile-time env; общий код
собирается в оба env, специфичный — через build_src_filter, без мёртвого
кода неактивной роли. Роль публикуется в USB product string
(CART-TX/CART-RX), по которой ПК находит нужный порт.

- app_tx.cpp: как раньше формирует SBUS на локальный провод и
  дополнительно шлёт те же ch[16] по USB кадром CONTROL; отвечает на
  HELLO кадром IDENT. Старый проводной функционал не изменён.
- app_rx.cpp: принимает CONTROL по USB и гонит SBUS на провод строго
  каждые 50 мс из последнего состояния. FAILSAFE: нет свежего CONTROL
  дольше 150 мс -> нейтраль с флагом failsafe (срабатывает и при обрыве
  USB/зависании ПК); сетевой флаг failsafe транслируется в бит SBUS.
- platformio.ini: env cart_tx/cart_rx, макросы роли и USB_PRODUCT_STRING.
- удалён монолитный main.cpp (логика разнесена по модулям).

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 (1M context) <noreply@anthropic.com>
2026-10-19 13:13:01 +03:00
aweandClaude Opus 4.8 bd9395fc3d cart: общий бинарный протокол связи поверх USB CDC
Единый слой связи пульт<->ПК<->тележка, одинаковый на обеих ролях и
зеркалимый на Python.

- link_protocol.h: единственный источник истины — кадрирование
  (SYNC/VER/TYPE/LEN/PAYLOAD/CRC16-CCITT), типы CONTROL/IDENT/HELLO/LOG,
  layout полезных нагрузок, роли, тайминги failsafe.
- usb_link.{h,cpp}: CRC16, сериализация CONTROL/IDENT, отправка кадров и
  стейт-машина приёма с ресинхронизацией по синхрослову и проверкой CRC.
- device_id.h: чтение 96-битного UID чипа для IDENT.

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 (1M context) <noreply@anthropic.com>
2026-10-19 13:12:48 +03:00
aweandClaude Opus 4.8 6f1eaf19e4 cart: вынести SBUS и логику пульта в отдельные модули
Подготовка к ролям TX/RX: выделяю из монолитного main.cpp
переиспользуемые части без изменения поведения.

- sbus.{h,cpp}: упаковка 25-байтового SBUS-кадра, инициализация и
  вывод инвертированного SBUS на USART1 (PA9) — единственный владелец
  провода к драйверу, общий для будущих ролей.
- stick.{h,cpp}: калибровка стика, нормализация осей и профиль
  газа/поворота, формирование ch[16]. Неиспользованные в прежнем loop
  expo()/toSbus() и мёртвые константы не переносятся.

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 (1M context) <noreply@anthropic.com>
2026-10-19 13:12:07 +03:00
aweandClaude Fable 5 7329750c0c sar3d: fixed default scene window X [-2,2], Y [-0.5,2], Z [0,8] m
The grid bounds are now explicit config (sar3d_x/y/z_min/max_m) instead of
being derived from the antenna span and the depth gate. The depth mask
still zeroes voxels outside [min_depth, max_depth], so the wider Z window
just shows the masked wedge. The bound fields are double: the parity tool
recomputes the notebook-derived bounds (notebook_grid_bounds) and passes
them through the live config, and a float roundtrip shifted the axes by
~1e-7 m, flipping depth-mask knife-edge voxels against the reference npz.
Parity on frames 0034-0036 unchanged (1.3e-6, axes bit-match).

Co-Authored-By: Claude Fable 5 <noreply@anthropic.com>
2026-09-25 17:12:18 +03:00
aweandClaude Fable 5 60f6c9e567 sar3d: chunk the aperture kernel over voxels to survive low free VRAM
Full-volume acc/cnt device buffers (~115 MB for the 9.6M-voxel grid) plus
the CUDA context did not fit next to a desktop session that had taken the
T600's 4 GB down to ~190 MB free, so every frame died with cuMemAlloc OOM
and the GUI showed no sar3d picture. The kernel now processes
[gid_begin, gid_end) ranges and the host launches it in 2M-voxel chunks
reusing one ~24 MB buffer pair. Parity vs the reference volumes is
unchanged (max diff 1.3e-6).

Co-Authored-By: Claude Fable 5 <noreply@anthropic.com>
2026-09-25 17:01:22 +03:00
aweandClaude Fable 5 e1dfbec712 sar3d: python plumbing for the new parameters and real replay timing
- replay_raw_producer carries the RECORDED per-trace capture windows
  from each snapshot's meta.json (re-anchored by the same shift as the
  frame time) instead of one synthetic window for all traces — without
  this the segmented timing model degenerates in replay;
- GUI/profile/orchestration swap the removed window knobs
  (center_depth, half_width_*, grid_n*) for the notebook parameters
  (ground depth, pitch override, voxel pitch, Y range, X margin, norm
  edge margin, smooth sigma, comp power, tx per segment).

Headless replay smoke on the 20260922_mine_fast_true dataset passes:
51 sar3d result collections, transparent preprocessor.

Co-Authored-By: Claude Fable 5 <noreply@anthropic.com>
2026-09-25 16:42:14 +03:00
aweandClaude Fable 5 b8cb572bc4 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>
2026-09-25 16:42:01 +03:00
49 changed files with 3288 additions and 688 deletions
+3
View File
@@ -0,0 +1,3 @@
{
"cmake.sourceDirectory": "/home/awe/Documents/radar_system/data_acq_and_processing/gpr_cpp"
}
+6 -3
View File
@@ -145,11 +145,14 @@ all: $(TARGETS)
kamil_adc_collector: $(BIN_DIR)/kamil_adc_collector kamil_adc_collector: $(BIN_DIR)/kamil_adc_collector
# On-demand parity check of the sar3d processor against the gpr_cpp # On-demand parity check of the sar3d processor against the reference notebook
# standalone_bp example (same .npy dataset). Not part of `all`. # volumes (scripts/sar3d_volume_compare.py diffs the dumped volume against a
# *_volume.npz export). Not part of `all`.
SAR3D_PARITY_OBJS := $(addprefix $(BUILD_DIR)/, \ SAR3D_PARITY_OBJS := $(addprefix $(BUILD_DIR)/, \
data_acq_and_processing/processing/tools/sar3d_parity_main.o \ data_acq_and_processing/processing/tools/sar3d_parity_main.o \
data_acq_and_processing/processing/processors/src/sar3d_processor.o) data_acq_and_processing/processing/processors/src/sar3d_processor.o \
data_acq_and_processing/common_cpp/config/src/run_config.o \
data_acq_and_processing/common_cpp/ipc/src/shared_types.o)
sar3d_parity: $(BIN_DIR)/sar3d_parity sar3d_parity: $(BIN_DIR)/sar3d_parity
+28 -30
View File
@@ -1,23 +1,24 @@
# gpr_cpp — C++/CUDA счёт-ядро MIMO GPR 3D SAR # gpr_cpp — C++/CUDA счёт-ядро MIMO GPR 3D SAR
> Вендорено из репозитория VNA_AlGo (`gpr_cpp/`, коммит `544dc59`); python-биндинги > Инфраструктура (сборка, NVRTC, PocketFFT, npy) вендорена из репозитория
> (`bindings/`, pybind11) при переносе не взяты — сборка здесь только C++ > VNA_AlGo (`gpr_cpp/`, коммит `544dc59`) без python-биндингов
> (`GPR_BUILD_PYTHON=OFF`). Собирается из корневого Makefile radar_system > (`GPR_BUILD_PYTHON=OFF`). АЛГОРИТМ с сентября 2026 переписан: это порт
> эталонного ноутбука `Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb` (ячейки 0 и 4), а не
> старого `gpr_core`/Horns_3D. Паритет с ноутбуком проверяется инструментом
> `sar3d_parity` + `python_app/scripts/sar3d_volume_compare.py` по
> референсным `*_volume.npz`. Собирается из корневого Makefile radar_system
> (цель `$(GPR_CPP_LIB)` вызывает `build_cmake.sh`). > (цель `$(GPR_CPP_LIB)` вызывает `build_cmake.sh`).
Порт вычислительного ядра из Python/CuPy (`gpr_core`) в самостоятельную ## Что внутри
C++/CUDA библиотеку для интеграции в C++ проект.
Алгоритм — см. `ALGORITHM.md` в репозитории VNA_AlGo.
## Что внутри (граница C++ ↔ Python) **В C++ (`libgpr_core_cpp`):** сегментированный тайминг кадра по per-trace
меткам захвата (`compute_pair_timestamps`), препроцессинг A-сканов (bg-subtract,
**В C++ (`libgpr_core_cpp`):** геометрия, препроцессинг A-сканов (bg-subtract, полная фазовая коррекция движения intra+pair до IFFT, k0-вставка + Ханн + IFFT
фазовая коррекция движения, k0-вставка + Ханн + IFFT через PocketFFT, нормировка), через PocketFFT, нормировка пар), полнообластная ground-сетка
3D SAR апертурный объём (одно CUDA-ядро на всю апертуру). Возвращает **сырые** (`build_full_region_grid`), 3D SAR апертурный объём (одно CUDA-ядро на всю
`acc`(complex64)/`cnt`(float32). апертуру; геометрия в double, A-сканы float32) и финализация
(`finish_volume`: |acc/cnt| → маска глубины → нормировка без Y-краёв → гаусс
**Остаётся в Python:** загрузка `.npy`, финализация объёма (abs+gate+gaussian+ по (Z,X) → нормировка; возвращает объём [0,1] + level).
нормировка), CLEAN-детекция, трек, оценка скорости, plotly.
## Ключевое решение: CUDA без nvcc (NVRTC + Driver API) ## Ключевое решение: CUDA без nvcc (NVRTC + Driver API)
@@ -42,14 +43,14 @@ libnvrtc прописан — бинарники/модуль грузятся
## Публичный C++ API ([include/gpr/](include/gpr/)) ## Публичный C++ API ([include/gpr/](include/gpr/))
```cpp ```cpp
#include "gpr/config.hpp" // GeometryConfig/BPConfig/MotionConfig/SARConfig (дефолты = config.py) #include "gpr/config.hpp" // GeometryConfig/BPConfig/MotionConfig/SARConfig (дефолты = ноутбук)
#include "gpr/ascan.hpp" // preprocess_snapshot(...) -> AScanSet #include "gpr/ascan.hpp" // compute_pair_timestamps, preprocess_snapshot(...) -> AScanSet
#include "gpr/sar3d.hpp" // SarEngine::aperture_volume(frames, grid) -> VolumeRaw{acc,cnt} #include "gpr/sar3d.hpp" // SarEngine::aperture_volume -> VolumeRaw; finish_volume -> FinishedVolume
#include "gpr/geometry.hpp" // frame_offsets, frame_weights, build_grid_scene, point_to_scene #include "gpr/geometry.hpp" // frame_offsets, frame_weights, build_full_region_grid
gpr::SarEngine engine(geom, bp, mot, sar); // компилит ядро под устройство gpr::SarEngine engine(geom, bp, mot, sar); // компилит ядро под устройство
auto vol = engine.aperture_volume(frames, grid); // один запуск ядра на апертуру auto raw = engine.aperture_volume(frames, grid); // один запуск ядра на апертуру
// vol.acc / vol.cnt — сырые; финализацию (gaussian/normalize) делает вызывающий auto fin = gpr::finish_volume(raw, grid, mot.pitch_deg, bp, sar); // объём [0,1] + level
``` ```
Пример без Python: [examples/standalone_bp.cpp](examples/standalone_bp.cpp) — грузит Пример без Python: [examples/standalone_bp.cpp](examples/standalone_bp.cpp) — грузит
S21 из `.npy`, строит объём, печатает максимум. S21 из `.npy`, строит объём, печатает максимум.
@@ -67,16 +68,13 @@ a = _gpr_cpp.preprocess_snapshot(s21, freq, background, mot, geom, bp, True) #
acc, cnt = eng.aperture_volume([(a, dx, dy, dz, w), ...], gx, gy, gz) # numpy acc, cnt = eng.aperture_volume([(a, dx, dy, dz, w), ...], gx, gy, gz) # numpy
``` ```
## Паритет (проверено на x86 T600) ## Паритет с ноутбуком (проверено на x86 T600, датасет 20260922_mine_fast_true)
| Этап | Порог | Факт | Кадры 0034/0035/0036 против референсных `*_volume.npz` ноутбука
|---|---|---| (`make sar3d_parity` + `python_app/scripts/sar3d_volume_compare.py`):
| config дефолты vs dataclass | точно | OK | max|Δ| ≤ 1.6e-6 вне ножевой границы маски глубины, argmax и level совпадают
| A-сканы raw H vs numpy (float64) | <1e-9 | 1.7e-12 | (level rel ≤ 7e-7). Python-эталон той же цепочки:
| A-сканы норм. H (FFT-ULP через медиану) | <1e-4 | 2.5e-6 | `python_app/scripts/sar3d_reference_check.py`.
| **3D объём C++ ядро vs cupy** (float32) | <5e-3 | **3e-7, argmax идентичен** |
Тесты: [../tests/test_parity_cpp.py](../tests/test_parity_cpp.py) (C++ vs cupy).
## Статус ## Статус
@@ -95,7 +95,20 @@ int main(int argc, char** argv) {
} }
}; };
auto ts = compute_pair_timestamps(mot, geom); // Демо без чтения meta.json: равномерные сегменты по интервалу между
// соседними снапшотами (реальные per-trace окна читает sar3d_parity).
double acq_s = 0.0;
{
std::vector<double> stamps;
for (auto& s : snaps) {
auto pos = s.rfind("_ns");
if (pos != std::string::npos) stamps.push_back(std::stod(s.substr(pos + 3)) * 1e-9);
}
std::sort(stamps.begin(), stamps.end());
if (stamps.size() >= 2) acq_s = stamps[1] - stamps[0];
}
auto windows = uniform_tx_windows(geom.output_idx, acq_s, mot.tx_per_segment);
auto ts = compute_pair_timestamps(windows, acq_s, geom.output_idx, geom, mot);
SarEngine engine(geom, bp, mot, sar); SarEngine engine(geom, bp, mot, sar);
// держим AScanSet живыми // держим AScanSet живыми
@@ -122,22 +135,23 @@ int main(int argc, char** argv) {
frames.push_back(ApertureFrame{a.get(), offs[f], wts[f]}); frames.push_back(ApertureFrame{a.get(), offs[f], wts[f]});
} }
// центр сетки: под центральным снапшотом на глубине 5.6 м (сцена) // ноутбучные границы сцены (размах антенн ±2 м, полоса глубин) вместо
auto center_scene = point_to_scene(0.0, 0.0, 5.6, mot, sar); // фиксированного окна по умолчанию
Grid grid = build_grid_scene(center_scene, sar); notebook_grid_bounds(geom, bp, sar, mot.pitch_deg, 2.0,
sar.x_min_m, sar.x_max_m, sar.z_min_m, sar.z_max_m);
Grid grid = build_full_region_grid(sar);
printf("сетка %dx%dx%d, счёт объёма...\n", grid.NX(), grid.NY(), grid.NZ()); printf("сетка %dx%dx%d, счёт объёма...\n", grid.NX(), grid.NY(), grid.NZ());
VolumeRaw vol = engine.aperture_volume(frames, grid); VolumeRaw vol = engine.aperture_volume(frames, grid);
FinishedVolume fin = finish_volume(vol, grid, mot.pitch_deg, bp, sar);
// финализация: |acc/cnt|, максимум
double vmax = 0; size_t amax = 0; double vmax = 0; size_t amax = 0;
for (size_t i = 0; i < vol.acc.size(); ++i) { for (size_t i = 0; i < fin.volume.size(); ++i)
double v = std::abs(vol.acc[i]) / (vol.cnt[i] + 1e-12); if (fin.volume[i] > vmax) { vmax = fin.volume[i]; amax = i; }
if (v > vmax) { vmax = v; amax = i; }
}
int NX = vol.NX, NZ = vol.NZ; int NX = vol.NX, NZ = vol.NZ;
int ix = amax % NX, iz = (amax / NX) % NZ, iy = amax / ((size_t)NX * NZ); int ix = amax % NX, iz = (amax / NX) % NZ, iy = amax / ((size_t)NX * NZ);
printf("МАКСИМУМ объёма: |acc/cnt|=%.4e в вокселе (ix=%d,iy=%d,iz=%d)\n", vmax, ix, iy, iz); printf("МАКСИМУМ объёма: %.4f (level %.4e) в вокселе (ix=%d,iy=%d,iz=%d)\n",
vmax, fin.level, ix, iy, iz);
printf(" X=%.1f см, Y=%.1f см, Z=%.1f см\n", printf(" X=%.1f см, Y=%.1f см, Z=%.1f см\n",
grid.x[ix] * 100, grid.y[iy] * 100, grid.z[iz] * 100); grid.x[ix] * 100, grid.y[iy] * 100, grid.z[iz] * 100);
printf("OK: автономный C++ путь отработал без Python.\n"); printf("OK: автономный C++ путь отработал без Python.\n");
@@ -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 #pragma once
#include <map> #include <map>
#include <string> #include <string>
@@ -12,15 +14,34 @@ namespace gpr {
using PairKey = std::pair<int, int>; 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 { struct PairTiming {
int tx_interleave_slot = 0; int tx_interleave_slot = 0;
int tx_interleave_slots = 1; 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>; 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). // A-сканы одного снапшота, общая ось времени у всех пар (assert).
struct AScanSet { struct AScanSet {
@@ -32,7 +53,7 @@ struct AScanSet {
const c128* pair_ptr(int p) const { return H.data() + (size_t)p * n_fft; } 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. // s21/freq/background — по ключам (i_tx,i_rx); background может быть nullptr.
AScanSet preprocess_snapshot( AScanSet preprocess_snapshot(
const std::map<PairKey, std::vector<c128>>& s21, const std::map<PairKey, std::vector<c128>>& s21,
@@ -42,10 +63,12 @@ AScanSet preprocess_snapshot(
const PairTimestamps&, bool normalize = true); const PairTimestamps&, bool normalize = true);
// Отдельные шаги (для тестов/переиспользования): // 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( std::vector<c128> apply_intra_sweep_phase_correction(
const std::vector<c128>& s21, const std::vector<double>& freq_full, const std::vector<c128>& s21, const std::vector<double>& freq_full,
const PairTiming&, const MotionConfig&, double wave_speed, 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. // 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, 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 #pragma once
#include <algorithm> #include <algorithm>
#include <array> #include <array>
@@ -11,13 +12,13 @@ namespace gpr {
struct GeometryConfig { struct GeometryConfig {
std::vector<int> input_idx{0, 1, 2, 3}; std::vector<int> input_idx{0, 1, 2, 3};
std::vector<int> output_idx{0, 1}; std::vector<int> output_idx{0, 1, 2, 3};
// (x,y,z) метры; порядок по физическим индексам как в config.py // (x,y,z) метры; порядок соответствует input_idx/output_idx
std::vector<std::array<double, 3>> tx_positions{{0.785, 0.0, 0.0}, {-0.785, 0.0, 0.0}}; 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{ 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 eps_r = 1.0;
double bp_plane_y = 0.0;
// --- производные (заполняются finalize) --- // --- производные (заполняются finalize) ---
std::vector<double> x_tx, y_tx, z_tx; // отсортированы по phys-индексу std::vector<double> x_tx, y_tx, z_tx; // отсортированы по phys-индексу
@@ -50,53 +51,64 @@ struct GeometryConfig {
}; };
struct BPConfig { struct BPConfig {
double f_start = 20 * 1e8; // 2 ГГц double f_start = 2.0e9;
double f_stop = 6.0e9; double f_stop = 6.0e9;
double min_depth = 3.2; double min_depth = 2.5;
double max_depth = 10.0; double max_depth = 8.0;
double grid_x_pad = 2.0;
double z_min = 0.1;
int nx = 300;
int nz = 300;
int oversample = 8; int oversample = 8;
bool window = true; bool window = true; // окно Ханна на полосе
bool pair_normalize = true; bool pair_normalize = true;
double pair_norm_percentile = 50.0; double pair_norm_percentile = 50.0;
double pair_norm_depth_min = 3.2; double pair_norm_depth_min = 2.5;
double pair_norm_depth_max = 10.0; double pair_norm_depth_max = 8.0;
double pair_norm_eps = 1e-15; 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_weight_max = 5.0;
double comp_ref_depth = 5.0; double comp_ref_depth = 5.0;
double smooth_sigma = 1.5;
bool bg_subtract = true;
double cf_eps = 1e-12;
}; };
struct MotionConfig { struct MotionConfig {
double speed_m_s = 0.854; double speed_m_s = 1.45;
double look_angle_deg = 6.0; double look_angle_deg = 17.5;
double pitch_deg = 6.0; // Наклон рамы для ground-координат и смещений кадров; в ноутбуке
double tx_sweep_time_s = 0.079; // BP_GROUND_PITCH_DEG=None означает «равен look_angle».
double tx_switch_time_s = 1e-5; double pitch_deg = 17.5;
// frequency_timing_mode всегда interleaved_tx_by_frequency
double direction_sign = +1.0; double direction_sign = +1.0;
// Внутрисвиповая (по частоте) фазовая коррекция движения.
bool apply_freq_phase_correction = true; 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 motion_phase_sign = -1.0;
// Fallback-разбиение кадра на сегменты, когда per-trace меток захвата нет.
double frame_time_s(int n_tx) const { int tx_per_segment = 2;
return n_tx * tx_sweep_time_s + std::max(0, n_tx - 1) * tx_switch_time_s;
}
}; };
struct SARConfig { struct SARConfig {
int frame_radius = 6; int frame_radius = 0; // 0 = один снимок (физическая вертикальная база)
double edge_frame_weight = 0.75; double edge_frame_weight = 0.8; // вес крайнего кадра апертуры
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' bool coord_mode_ground = true; // 'ground' vs 'radar_local'
bool use_compensation = true; 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;
// Явные границы сцены [м]: X — поперёк, Y — высота над землёй, Z — вдаль.
// Воксели с радарной глубиной вне [min_depth, max_depth] всё равно
// обнуляются маской, так что Z-окно шире полосы глубин безопасно.
double x_min_m = -2.0;
double x_max_m = 2.0;
double y_min_m = -0.5;
double y_max_m = 2.0;
double z_min_m = 0.0;
double z_max_m = 8.0;
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 } // namespace gpr
@@ -18,10 +18,23 @@ std::vector<FrameOffset> frame_offsets(const std::vector<double>& frame_times, d
// Косинусные веса апертуры (порт sar_frame_weights); dt берётся относительно центра. // Косинусные веса апертуры (порт sar_frame_weights); dt берётся относительно центра.
std::vector<double> frame_weights(const std::vector<FrameOffset>& offsets, double edge_weight); std::vector<double> frame_weights(const std::vector<FrameOffset>& offsets, double edge_weight);
// Сетка вокруг точки сцены (порт sar_build_grid_scene). // Высота плоскости земли (радарные оси) на радарной глубине depth:
Grid build_grid_scene(const std::array<double, 3>& center_scene, const SARConfig&); // 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). // Сетка сцены по явным границам SARConfig (x/y/z_min..max, шаг voxel_m);
// оси — linspace c числом точек round(span/step)+1, как в ноутбуке.
Grid build_full_region_grid(const SARConfig&);
// Ноутбучные границы (sar_build_full_region_grid): X — размах антенн ±margin,
// Z — полоса, покрывающая радарные глубины [min_depth, max_depth] на всех
// высотах Y. Используются parity-инструментом для сверки с эталонными npz.
void notebook_grid_bounds(const GeometryConfig&, const BPConfig&, const SARConfig&,
double pitch_deg, double x_margin_m,
double& x_min, double& x_max, double& z_min, double& z_max);
// 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&, std::array<double, 3> point_to_scene(double x, double y, double z, const MotionConfig&,
const SARConfig&); const SARConfig&);
@@ -19,13 +19,24 @@ struct ApertureFrame {
double weight; double weight;
}; };
// Сырой результат объёма (Python делает finish: abs+gate+gaussian+normalize). // Сырой результат объёма (до finish_volume).
struct VolumeRaw { struct VolumeRaw {
std::vector<c64> acc; // [NY*NZ*NX] std::vector<c64> acc; // [NY*NZ*NX]
std::vector<float> cnt; // [NY*NZ*NX] std::vector<float> cnt; // [NY*NZ*NX]
int NX = 0, NY = 0, NZ = 0; 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 { class SarEngine {
public: public:
SarEngine(const GeometryConfig&, const BPConfig&, const MotionConfig&, const SARConfig&); SarEngine(const GeometryConfig&, const BPConfig&, const MotionConfig&, const SARConfig&);
+79 -27
View File
@@ -9,19 +9,69 @@
namespace gpr { namespace gpr {
PairTimestamps compute_pair_timestamps(const MotionConfig& mot, const GeometryConfig& geom) { TxWindows uniform_tx_windows(const std::vector<int>& tx_order, double acq_s, int tx_per_segment) {
// interleaved_tx_by_frequency: слот Tx = порядок в отсортированном output_idx. TxWindows windows;
std::vector<int> tx = geom.output_idx, rx = geom.input_idx; if (tx_order.empty()) return windows;
std::sort(tx.begin(), tx.end()); int per_seg = std::max(1, tx_per_segment);
std::sort(rx.begin(), rx.end()); int n_seg = std::max(1, (int)((tx_order.size() + per_seg - 1) / per_seg));
int n_slots = (int)tx.size(); double t_seg = acq_s / n_seg;
double frame_center = 0.5 * n_slots * mot.tx_sweep_time_s; for (size_t k = 0; k < tx_order.size(); ++k) {
PairTimestamps ts; int seg = (int)k / per_seg;
for (int slot = 0; slot < (int)tx.size(); ++slot) { windows[tx_order[k]] = {seg * t_seg, seg * t_seg + t_seg};
int i_tx = slot; // индекс в отсортированном == логический
for (int j = 0; j < (int)rx.size(); ++j) {
ts[{i_tx, j}] = PairTiming{slot, n_slots, frame_center};
} }
return windows;
}
PairTimestamps compute_pair_timestamps(const TxWindows& tx_windows_s, double acq_s,
const std::vector<int>& tx_order,
const GeometryConfig& geom, const MotionConfig& mot) {
// Аппаратный порядок: сперва tx_order (run.combos), затем прочие ключи окон.
std::vector<int> hw_order;
for (int tx : tx_order)
if (tx_windows_s.count(tx) && std::find(hw_order.begin(), hw_order.end(), tx) == hw_order.end())
hw_order.push_back(tx);
for (auto& [tx, _] : tx_windows_s)
if (std::find(hw_order.begin(), hw_order.end(), tx) == hw_order.end())
hw_order.push_back(tx);
// Tx с одинаковым окном — один сегмент; сегменты по возрастанию окна,
// слот — порядок появления в hw_order (порт группировки ноутбука).
std::vector<std::pair<std::pair<double, double>, std::vector<int>>> groups;
for (int tx : hw_order) {
auto win = tx_windows_s.at(tx);
auto found = std::find_if(groups.begin(), groups.end(),
[&](const auto& g) { return g.first == win; });
if (found == groups.end())
groups.push_back({win, {tx}});
else
found->second.push_back(tx);
}
std::sort(groups.begin(), groups.end(),
[](const auto& a, const auto& b) { return a.first < b.first; });
struct SegSlot { double t0, t1; int slot, n_slots; };
std::map<int, SegSlot> seg_of;
for (auto& [win, txs] : groups)
for (size_t slot = 0; slot < txs.size(); ++slot)
seg_of[txs[slot]] = {win.first, win.second, (int)slot, (int)txs.size()};
double cos_theta = std::cos(mot.look_angle_deg * M_PI / 180.0);
double t_ref = 0.5 * acq_s;
PairTimestamps ts;
for (int i = 0; i < geom.n_tx; ++i) {
auto it = seg_of.find(geom.output_idx[i]);
if (it == seg_of.end())
throw std::runtime_error("pair timestamps: нет окна для Tx");
const SegSlot& s = it->second;
PairTiming timing;
timing.tx_interleave_slot = s.slot;
timing.tx_interleave_slots = s.n_slots;
timing.segment_start_s = s.t0;
timing.segment_time_s = s.t1 - s.t0;
timing.t_center_s = 0.5 * (s.t0 + s.t1);
double dz = mot.direction_sign * mot.speed_m_s * (timing.t_center_s - t_ref) * cos_theta;
timing.dtau_pair_s = 2.0 * dz / geom.v;
for (int j = 0; j < geom.n_rx; ++j) ts[{i, j}] = timing;
} }
return ts; return ts;
} }
@@ -37,7 +87,7 @@ static double median_of_diff(const std::vector<double>& f) {
std::vector<c128> 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 std::vector<c128>& s21, const std::vector<double>& freq_full,
const PairTiming& info, const MotionConfig& cfg, double wave_speed, const PairTiming& info, const MotionConfig& cfg, double wave_speed,
double f_start, double f_stop, int n_slots_default) { double f_start, double f_stop) {
std::vector<c128> out = s21; std::vector<c128> out = s21;
int n_full = (int)freq_full.size(); int n_full = (int)freq_full.size();
// индексы в полосе // индексы в полосе
@@ -47,21 +97,23 @@ std::vector<c128> apply_intra_sweep_phase_correction(
if (idx.empty()) throw std::runtime_error("phase corr: пустая полоса"); if (idx.empty()) throw std::runtime_error("phase corr: пустая полоса");
if (n_full < 2) return out; if (n_full < 2) return out;
int n_slots = info.tx_interleave_slots ? info.tx_interleave_slots : n_slots_default; // Сегмент проходит все n_full частот за своё окно; на каждой частоте по
// очереди работают его n_slots передатчиков, поэтому событие частоты i для
// слота slot имеет номер (n_slots*i + slot) из (n_slots*n_full).
int n_slots = std::max(1, info.tx_interleave_slots);
int slot = info.tx_interleave_slot; int slot = info.tx_interleave_slot;
double dt_base = cfg.tx_sweep_time_s / (n_full - 1); double dt_event = info.segment_time_s / ((double)n_slots * n_full);
// t_all по всему свипу; t_center — середина ПОЛНОГО свипа (как в preprocess.py) double cos_theta = std::cos(cfg.look_angle_deg * M_PI / 180.0);
double t_first = (double)(n_slots * 0 + slot) * dt_base; double pair_dtau = cfg.apply_pair_motion_correction ? info.dtau_pair_s : 0.0;
double t_last = (double)(n_slots * (n_full - 1) + slot) * dt_base; if (!cfg.apply_freq_phase_correction && pair_dtau == 0.0) return out;
double t_center = 0.5 * (t_first + t_last);
double theta = cfg.look_angle_deg * M_PI / 180.0;
if (!cfg.apply_freq_phase_correction) return out;
for (int i : idx) { for (int i : idx) {
double t_abs = (double)(n_slots * i + slot) * dt_base; double dtau_intra = 0.0;
double dt_intra = t_abs - t_center; if (cfg.apply_freq_phase_correction) {
double delta_range = cfg.direction_sign * cfg.speed_m_s * std::cos(theta) * dt_intra; double t_abs = info.segment_start_s + (double)(n_slots * i + slot) * dt_event;
double dtau = 2.0 * delta_range / wave_speed; double dt_intra = t_abs - info.t_center_s;
double phi = 2.0 * M_PI * freq_full[i] * dtau; dtau_intra = 2.0 * cfg.direction_sign * cfg.speed_m_s * cos_theta * dt_intra / wave_speed;
}
double phi = 2.0 * M_PI * freq_full[i] * (dtau_intra + pair_dtau);
double ang = cfg.motion_phase_sign * phi; double ang = cfg.motion_phase_sign * phi;
out[i] *= c128(std::cos(ang), std::sin(ang)); out[i] *= c128(std::cos(ang), std::sin(ang));
} }
@@ -163,7 +215,7 @@ AScanSet preprocess_snapshot(
auto itt = ts.find(key); auto itt = ts.find(key);
if (itt != ts.end()) if (itt != ts.end())
s = apply_intra_sweep_phase_correction(s, fr, itt->second, mot, geom.v, s = apply_intra_sweep_phase_correction(s, fr, itt->second, mot, geom.v,
bp.f_start, bp.f_stop, geom.n_tx); bp.f_start, bp.f_stop);
std::vector<double> t; std::vector<double> t;
std::vector<c128> h; std::vector<c128> h;
compute_ascan_bp(s, fr, bp.f_start, bp.f_stop, bp.window, bp.oversample, t, h); compute_ascan_bp(s, fr, bp.f_start, bp.f_stop, bp.window, bp.oversample, t, h);
@@ -1,5 +1,6 @@
#include "gpr/geometry.hpp" #include "gpr/geometry.hpp"
#include <algorithm>
#include <cmath> #include <cmath>
namespace gpr { namespace gpr {
@@ -48,21 +49,56 @@ std::array<double, 3> point_to_scene(double x, double y, double z, const MotionC
const SARConfig& sar) { const SARConfig& sar) {
if (!sar.coord_mode_ground) return {x, y, z}; if (!sar.coord_mode_ground) return {x, y, z};
double p = mot.pitch_deg * M_PI / 180.0; double p = mot.pitch_deg * M_PI / 180.0;
double ys = y * std::cos(p) - z * std::sin(p); double ys = y * std::cos(p) - z * std::sin(p) + sar.ground_depth_m;
double zs = y * std::sin(p) + z * std::cos(p); double zs = y * std::sin(p) + z * std::cos(p);
return {x, ys, zs}; return {x, ys, zs};
} }
Grid build_grid_scene(const std::array<double, 3>& c, const SARConfig& sar) { double ground_plane_y(double depth, double ground_depth_m, double pitch_rad) {
Grid g; return (-ground_depth_m + depth * std::sin(pitch_rad)) / std::cos(pitch_rad);
auto lin = [](double a, double b, int n, std::vector<double>& out) { }
Grid build_full_region_grid(const SARConfig& sar) {
// numpy: linspace(lo, hi, max(round(span/step)+1, 2)); nearbyint = банковское
// округление python round()
auto axis = [](double lo, double hi, double step, std::vector<double>& out) {
int n = std::max((int)std::nearbyint((hi - lo) / step) + 1, 2);
out.resize(n); out.resize(n);
for (int i = 0; i < n; ++i) out[i] = a + (b - a) * i / (double)(n - 1); for (int i = 0; i < n; ++i) out[i] = lo + (hi - lo) * i / (double)(n - 1);
}; };
lin(c[0] - sar.half_width_m[0], c[0] + sar.half_width_m[0], sar.grid[0], g.x); Grid g;
lin(c[1] - sar.half_width_m[1], c[1] + sar.half_width_m[1], sar.grid[1], g.y); axis(sar.x_min_m, sar.x_max_m, sar.voxel_m[0], g.x);
lin(c[2] - sar.half_width_m[2], c[2] + sar.half_width_m[2], sar.grid[2], g.z); axis(sar.y_min_m, sar.y_max_m, sar.voxel_m[1], g.y);
axis(sar.z_min_m, sar.z_max_m, sar.voxel_m[2], g.z);
return g; return g;
} }
void notebook_grid_bounds(const GeometryConfig& geom, const BPConfig& bp, const SARConfig& sar,
double pitch_deg, double x_margin_m,
double& x_min, double& x_max, double& z_min, double& z_max) {
double x_lo = geom.x_tx[0], x_hi = geom.x_tx[0];
for (double x : geom.x_tx) { x_lo = std::min(x_lo, x); x_hi = std::max(x_hi, x); }
for (double x : geom.x_rx) { x_lo = std::min(x_lo, x); x_hi = std::max(x_hi, x); }
x_min = x_lo - x_margin_m;
x_max = x_hi + x_margin_m;
// Радарная z линейна по Z сцены при фиксированной высоте:
// z_rad(Y, Z=0) = -(Y - ground_depth)*sin(p), z = (depth - z_rad)/cos(p).
double p = pitch_deg * M_PI / 180.0;
double cos_p = std::cos(p), sin_p = std::sin(p);
double z_lo = 0.0, z_hi = 0.0;
bool first = true;
for (double y : {sar.y_min_m, sar.y_max_m}) {
for (double depth : {bp.min_depth, bp.max_depth}) {
double z_rad0 = -(y - sar.ground_depth_m) * sin_p;
double z = (depth - z_rad0) / cos_p;
if (first) { z_lo = z_hi = z; first = false; }
z_lo = std::min(z_lo, z);
z_hi = std::max(z_hi, z);
}
}
z_min = z_lo;
z_max = z_hi;
}
} // namespace gpr } // namespace gpr
@@ -1,70 +1,81 @@
// Исходник CUDA-ядра для NVRTC (порт bp_aperture_contribution из gpr_core/kernels.py). // Исходник CUDA-ядра для NVRTC (порт sar_frame_contribution из
// Self-contained complex<float> (без cupy-заголовков). // Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb). Self-contained complex<float>.
//
// Геометрия (координаты, дальности, tau, вес компенсации) считается в double:
// эталон ноутбука — float64, а в float32 позиция выборки A-скана (тысячи
// отсчётов) теряет ~3e-4 отсчёта и расходится с эталоном на ~1e-4. A-сканы
// остаются float32 — их значения O(1) и линейная интерполяция не теряет.
#pragma once #pragma once
namespace gpr { namespace gpr {
inline const char* APERTURE_KERNEL_SRC = R"CUDA( inline const char* APERTURE_KERNEL_SRC = R"CUDA(
struct cf { float x, y; }; struct cf { float x, y; };
__device__ __forceinline__ cf operator+(cf a, cf b){ return {a.x+b.x, a.y+b.y}; }
__device__ __forceinline__ cf operator-(cf a, cf b){ return {a.x-b.x, a.y-b.y}; }
__device__ __forceinline__ cf operator*(float s, cf a){ return {s*a.x, s*a.y}; }
// Весь взвешенный объём апертуры за один запуск: один поток на воксель, // Взвешенный объём апертуры: один поток на воксель, внутренний цикл по
// внутренний цикл по n_contrib = n_frames*n_pairs. acc/cnt пишутся один раз. // n_contrib = n_frames*n_pairs. Обрабатывается диапазон вокселей
// [gid_begin, gid_end) — хост запускает ядро чанками, переиспользуя небольшие
// acc/cnt-буферы (полный объём в VRAM не обязан помещаться: на десктопе с
// занятой другими процессами картой свободных может быть <200 МБ).
extern "C" __global__ void bp_aperture_contribution( extern "C" __global__ void bp_aperture_contribution(
const cf* __restrict__ H, const cf* __restrict__ H,
const float t0, const float inv_dt, const int n_fft, const float inv_v, const double t0, const double inv_dt, const int n_fft, const double inv_v,
const float* __restrict__ xt, const float* __restrict__ yt, const float* __restrict__ zt, const double* __restrict__ xt, const double* __restrict__ yt, const double* __restrict__ zt,
const float* __restrict__ xr, const float* __restrict__ yr, const float* __restrict__ zr, const double* __restrict__ xr, const double* __restrict__ yr, const double* __restrict__ zr,
const float* __restrict__ inv_geo_ref, const float* __restrict__ wgt, const double* __restrict__ inv_geo_ref, const float* __restrict__ wgt,
const float* __restrict__ gx, const float* __restrict__ gy, const float* __restrict__ gz, const double* __restrict__ gx, const double* __restrict__ gy, const double* __restrict__ gz,
const int NX, const int NY, const int NZ, const int n_contrib, const int NX, const int NY, const int NZ, const int n_contrib,
const float cos_p, const float sin_p, const long gid_begin, const long gid_end,
const float min_depth, const float max_depth, const double cos_p, const double sin_p, const double ground_depth,
const float comp_pow, const float w_max, const int use_comp, const double min_depth, const double max_depth,
const double comp_pow, const double w_max, const int use_comp,
cf* __restrict__ acc, float* __restrict__ cnt) cf* __restrict__ acc, float* __restrict__ cnt)
{ {
const long total = (long)NX * NY * NZ; for (long gid = gid_begin + blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;
for (long gid = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x; gid < gid_end; gid += (long)gridDim.x * blockDim.x) {
gid < total; gid += (long)gridDim.x * blockDim.x) {
int ix = gid % NX; int ix = gid % NX;
int iz = (gid / NX) % NZ; int iz = (gid / NX) % NZ;
int iy = gid / ((long)NX * NZ); int iy = gid / ((long)NX * NZ);
float x = gx[ix]; double x = gx[ix];
float ys = gy[iy], zs = gz[iz]; double zs = gz[iz];
float y_rad = ys * cos_p + zs * sin_p; // Сцена → оси радара: Y=0 сцены — земля, ground_depth ниже нижнего ряда
float z_rad = -ys * sin_p + zs * cos_p; // антенн (порт sar_scene_to_radar_yz).
double y0 = gy[iy] - ground_depth;
double y_rad = y0 * cos_p + zs * sin_p;
double z_rad = -y0 * sin_p + zs * cos_p;
bool depth_ok = (z_rad >= min_depth) && (z_rad <= max_depth); bool depth_ok = (z_rad >= min_depth) && (z_rad <= max_depth);
cf a = {0.f, 0.f}; double ax = 0.0, ay = 0.0;
float c = 0.f; float c = 0.f;
for (int i = 0; i < n_contrib; ++i) { for (int i = 0; i < n_contrib; ++i) {
float w = wgt[i]; double dxt = x - xt[i], dyt = y_rad - yt[i], dzt = z_rad - zt[i];
float dxt = x - xt[i], dyt = y_rad - yt[i], dzt = z_rad - zt[i]; double dxr = x - xr[i], dyr = y_rad - yr[i], dzr = z_rad - zr[i];
float dxr = x - xr[i], dyr = y_rad - yr[i], dzr = z_rad - zr[i]; double Rt = sqrt(dxt*dxt + dyt*dyt + dzt*dzt);
float Rt = sqrtf(dxt*dxt + dyt*dyt + dzt*dzt); double Rr = sqrt(dxr*dxr + dyr*dyr + dzr*dzr);
float Rr = sqrtf(dxr*dxr + dyr*dyr + dzr*dzr); double pos = ((Rt + Rr) * inv_v - t0) * inv_dt;
float pos = ((Rt + Rr) * inv_v - t0) * inv_dt; bool inside = (pos >= 0.0) && (pos <= (double)(n_fft - 1));
bool inside = (pos >= 0.f) && (pos <= (float)(n_fft - 1)); if (!inside || !depth_ok) continue;
if (!inside) continue; int k = (int)floor(pos);
int k = (int)floorf(pos);
if (k < 0) k = 0; if (k < 0) k = 0;
if (k > n_fft - 2) k = n_fft - 2; if (k > n_fft - 2) k = n_fft - 2;
float f = pos - (float)k; float f = (float)(pos - (double)k);
const cf* h = H + (long)i * n_fft; const cf* h = H + (long)i * n_fft;
cf hv = h[k] + f * (h[k+1] - h[k]); float hx = h[k].x + f * (h[k+1].x - h[k].x);
float hy = h[k].y + f * (h[k+1].y - h[k].y);
double w = (double)wgt[i];
if (use_comp) { if (use_comp) {
float ratio = (1.f/(Rt*Rr + 1e-12f) + 1e-30f) * inv_geo_ref[i]; double ratio = (1.0/(Rt*Rr + 1e-12) + 1e-30) * inv_geo_ref[i];
float denom = (comp_pow == 0.25f) ? sqrtf(sqrtf(ratio)) : powf(ratio, comp_pow); double ww = 1.0/(pow(ratio, comp_pow) + 1e-12);
float ww = 1.f/(denom + 1e-12f); ww = fmin(fmax(ww, 0.0), w_max);
ww = fminf(fmaxf(ww, 0.f), w_max); w *= ww;
hv = ww * hv;
} }
if (depth_ok) { a = a + (w * hv); c += w; } ax += w * (double)hx;
ay += w * (double)hy;
c += wgt[i];
} }
acc[gid] = a; acc[gid - gid_begin].x = (float)ax;
cnt[gid] = c; acc[gid - gid_begin].y = (float)ay;
cnt[gid - gid_begin] = c;
} }
} }
)CUDA"; )CUDA";
+162 -40
View File
@@ -31,11 +31,18 @@ VolumeRaw SarEngine::aperture_volume(const std::vector<ApertureFrame>& frames, c
int NX = grid.NX(), NY = grid.NY(), NZ = grid.NZ(); int NX = grid.NX(), NY = grid.NY(), NZ = grid.NZ();
size_t nvox = (size_t)NX * NY * NZ; size_t nvox = (size_t)NX * NY * NZ;
double pitch = mot_.pitch_deg * M_PI / 180.0;
// Опорное расхождение пары — на плоскости земли на глубине comp_ref_depth.
double geo_ref_y = sar_.coord_mode_ground
? ground_plane_y(bp_.comp_ref_depth, sar_.ground_depth_m, pitch)
: 0.0;
// Плоские массивы по (кадр, пара) // Плоские массивы по (кадр, пара)
std::vector<c64> H_stack((size_t)n_contrib * n_fft); std::vector<c64> H_stack((size_t)n_contrib * n_fft);
std::vector<float> xt(n_contrib), yt(n_contrib), zt(n_contrib); std::vector<double> xt(n_contrib), yt(n_contrib), zt(n_contrib);
std::vector<float> xr(n_contrib), yr(n_contrib), zr(n_contrib); std::vector<double> xr(n_contrib), yr(n_contrib), zr(n_contrib);
std::vector<float> igr(n_contrib), wgt(n_contrib); std::vector<double> igr(n_contrib);
std::vector<float> wgt(n_contrib);
int idx = 0; int idx = 0;
for (int f = 0; f < n_frames; ++f) { for (int f = 0; f < n_frames; ++f) {
const AScanSet& a = *frames[f].ascans; const AScanSet& a = *frames[f].ascans;
@@ -49,62 +56,177 @@ VolumeRaw SarEngine::aperture_volume(const std::vector<ApertureFrame>& frames, c
const c128* src = a.pair_ptr(p); const c128* src = a.pair_ptr(p);
c64* dst = H_stack.data() + (size_t)idx * n_fft; c64* dst = H_stack.data() + (size_t)idx * n_fft;
for (int k = 0; k < n_fft; ++k) dst[k] = c64((float)src[k].real(), (float)src[k].imag()); for (int k = 0; k < n_fft; ++k) dst[k] = c64((float)src[k].real(), (float)src[k].imag());
xt[idx] = (float)(geom_.x_tx[i] + dx); yt[idx] = (float)(geom_.y_tx[i] + dy); xt[idx] = geom_.x_tx[i] + dx; yt[idx] = geom_.y_tx[i] + dy;
zt[idx] = (float)(geom_.z_tx[i] + dz); zt[idx] = geom_.z_tx[i] + dz;
xr[idx] = (float)(geom_.x_rx[j] + dx); yr[idx] = (float)(geom_.y_rx[j] + dy); xr[idx] = geom_.x_rx[j] + dx; yr[idx] = geom_.y_rx[j] + dy;
zr[idx] = (float)(geom_.z_rx[j] + dz); zr[idx] = geom_.z_rx[j] + dz;
igr[idx] = (float)(1.0 / pair_geo_ref(geom_, bp_, i, j, geom_.bp_plane_y)); igr[idx] = 1.0 / pair_geo_ref(geom_, bp_, i, j, geo_ref_y);
wgt[idx] = w; wgt[idx] = w;
++idx; ++idx;
} }
} }
std::vector<float> gx(grid.x.begin(), grid.x.end()); double cos_p = 1.0, sin_p = 0.0, ground_depth = 0.0;
std::vector<float> gy(grid.y.begin(), grid.y.end());
std::vector<float> gz(grid.z.begin(), grid.z.end());
float cos_p = 1.f, sin_p = 0.f;
if (sar_.coord_mode_ground) { if (sar_.coord_mode_ground) {
double p = mot_.pitch_deg * M_PI / 180.0; cos_p = std::cos(pitch);
cos_p = (float)std::cos(p); sin_p = (float)std::sin(p); sin_p = std::sin(pitch);
ground_depth = sar_.ground_depth_m;
} }
// Заливка на устройство // Заливка на устройство
DeviceBuffer<c64> dH(H_stack.size()); dH.upload(H_stack.data(), H_stack.size()); DeviceBuffer<c64> dH(H_stack.size()); dH.upload(H_stack.data(), H_stack.size());
DeviceBuffer<float> dxt(n_contrib), dyt(n_contrib), dzt(n_contrib); DeviceBuffer<double> dxt(n_contrib), dyt(n_contrib), dzt(n_contrib);
DeviceBuffer<float> dxr(n_contrib), dyr(n_contrib), dzr(n_contrib); DeviceBuffer<double> dxr(n_contrib), dyr(n_contrib), dzr(n_contrib);
DeviceBuffer<float> digr(n_contrib), dwgt(n_contrib); DeviceBuffer<double> digr(n_contrib);
DeviceBuffer<float> dwgt(n_contrib);
dxt.upload(xt.data(), n_contrib); dyt.upload(yt.data(), n_contrib); dzt.upload(zt.data(), n_contrib); dxt.upload(xt.data(), n_contrib); dyt.upload(yt.data(), n_contrib); dzt.upload(zt.data(), n_contrib);
dxr.upload(xr.data(), n_contrib); dyr.upload(yr.data(), n_contrib); dzr.upload(zr.data(), n_contrib); dxr.upload(xr.data(), n_contrib); dyr.upload(yr.data(), n_contrib); dzr.upload(zr.data(), n_contrib);
digr.upload(igr.data(), n_contrib); dwgt.upload(wgt.data(), n_contrib); digr.upload(igr.data(), n_contrib); dwgt.upload(wgt.data(), n_contrib);
DeviceBuffer<float> dgx(NX), dgy(NY), dgz(NZ); DeviceBuffer<double> dgx(NX), dgy(NY), dgz(NZ);
dgx.upload(gx.data(), NX); dgy.upload(gy.data(), NY); dgz.upload(gz.data(), NZ); dgx.upload(grid.x.data(), NX); dgy.upload(grid.y.data(), NY); dgz.upload(grid.z.data(), NZ);
DeviceBuffer<c64> dacc(nvox);
DeviceBuffer<float> dcnt(nvox);
float f_t0 = (float)t0, f_inv_dt = (float)(1.0 / dt), f_inv_v = (float)(1.0 / geom_.v); // Объём считается чанками с переиспользуемыми acc/cnt-буферами: полные
float min_d = (float)bp_.min_depth, max_d = (float)bp_.max_depth; // буферы (~115 МБ на сетку 9.6 млн вокселей) могут не влезать в остаток
float comp_pow = (float)bp_.comp_range_power, w_max = (float)bp_.comp_weight_max; // VRAM, когда карту делят десктоп-процессы.
const size_t chunk_vox = std::min<size_t>(nvox, 2'000'000);
DeviceBuffer<c64> dacc(chunk_vox);
DeviceBuffer<float> dcnt(chunk_vox);
double inv_dt = 1.0 / dt, inv_v = 1.0 / geom_.v;
double min_d = bp_.min_depth, max_d = bp_.max_depth;
double comp_pow = bp_.comp_range_power, w_max = bp_.comp_weight_max;
int use_comp = sar_.use_compensation ? 1 : 0; int use_comp = sar_.use_compensation ? 1 : 0;
void* args[] = {
dH.addr(), &f_t0, &f_inv_dt, &n_fft, &f_inv_v,
dxt.addr(), dyt.addr(), dzt.addr(), dxr.addr(), dyr.addr(), dzr.addr(),
digr.addr(), dwgt.addr(), dgx.addr(), dgy.addr(), dgz.addr(),
&NX, &NY, &NZ, &n_contrib, &cos_p, &sin_p, &min_d, &max_d,
&comp_pow, &w_max, &use_comp, dacc.addr(), dcnt.addr()};
int block = 256;
int gridDim = (int)std::min<long>(65535, ((long)nvox + block - 1) / block);
cu_check(cuLaunchKernel(kernel_->func(), gridDim, 1, 1, block, 1, 1, 0, 0, args, nullptr),
"launch aperture");
cu_check(cuCtxSynchronize(), "sync");
VolumeRaw out; VolumeRaw out;
out.NX = NX; out.NY = NY; out.NZ = NZ; out.NX = NX; out.NY = NY; out.NZ = NZ;
out.acc.resize(nvox); out.cnt.resize(nvox); out.acc.resize(nvox); out.cnt.resize(nvox);
dacc.download(out.acc.data(), nvox); int block = 256;
dcnt.download(out.cnt.data(), nvox); for (size_t begin = 0; begin < nvox; begin += chunk_vox) {
const size_t end = std::min(nvox, begin + chunk_vox);
long gid_begin = (long)begin, gid_end = (long)end;
void* args[] = {
dH.addr(), &t0, &inv_dt, &n_fft, &inv_v,
dxt.addr(), dyt.addr(), dzt.addr(), dxr.addr(), dyr.addr(), dzr.addr(),
digr.addr(), dwgt.addr(), dgx.addr(), dgy.addr(), dgz.addr(),
&NX, &NY, &NZ, &n_contrib, &gid_begin, &gid_end,
&cos_p, &sin_p, &ground_depth, &min_d, &max_d,
&comp_pow, &w_max, &use_comp, dacc.addr(), dcnt.addr()};
int gridDim = (int)std::min<long>(65535, ((long)(end - begin) + block - 1) / block);
cu_check(cuLaunchKernel(kernel_->func(), gridDim, 1, 1, block, 1, 1, 0, 0, args, nullptr),
"launch aperture");
cu_check(cuCtxSynchronize(), "sync");
dacc.download(out.acc.data() + begin, end - begin);
dcnt.download(out.cnt.data() + begin, end - begin);
}
return out;
}
namespace {
// scipy.ndimage.gaussian_filter: ядро радиуса int(truncate*sigma+0.5), reflect.
std::vector<double> gaussian_kernel_1d(double sigma, int radius) {
std::vector<double> w(2 * radius + 1);
double sum = 0.0;
for (int i = -radius; i <= radius; ++i) {
w[i + radius] = std::exp(-0.5 * i * i / (sigma * sigma));
sum += w[i + radius];
}
for (auto& v : w) v /= sum;
return w;
}
// Корреляция вдоль оси с reflect-границами ('d c b a | a b c d').
inline int reflect_index(int i, int n) {
while (i < 0 || i >= n) {
if (i < 0) i = -i - 1;
if (i >= n) i = 2 * n - i - 1;
}
return i;
}
} // namespace
FinishedVolume finish_volume(const VolumeRaw& raw, const Grid& grid, double pitch_deg,
const BPConfig& bp, const SARConfig& sar) {
int NX = raw.NX, NY = raw.NY, NZ = raw.NZ;
size_t nvox = (size_t)NX * NY * NZ;
FinishedVolume out;
out.NX = NX; out.NY = NY; out.NZ = NZ;
std::vector<double> vol(nvox);
for (size_t i = 0; i < nvox; ++i)
vol[i] = std::abs(c128(raw.acc[i].real(), raw.acc[i].imag())) / ((double)raw.cnt[i] + 1e-12);
// Маска глубины в радарных осях (в ядре невалидные вкладов не получали,
// но |0/(0+eps)| уже 0; обнуление здесь повторяет ноутбук буквально).
if (sar.coord_mode_ground) {
double p = pitch_deg * M_PI / 180.0;
double cos_p = std::cos(p), sin_p = std::sin(p);
for (int iy = 0; iy < NY; ++iy) {
double y0 = grid.y[iy] - sar.ground_depth_m;
for (int iz = 0; iz < NZ; ++iz) {
double z_rad = -y0 * sin_p + grid.z[iz] * cos_p;
if (z_rad >= bp.min_depth && z_rad <= bp.max_depth) continue;
double* row = vol.data() + ((size_t)iy * NZ + iz) * NX;
std::fill(row, row + NX, 0.0);
}
}
}
// Плоскости Y для нормировки: без верхних/нижних norm_edge_margin_m.
std::vector<bool> ref_plane(NY, true);
double margin = sar.norm_edge_margin_m;
double y_span = grid.y.back() - grid.y.front();
if (margin > 0.0 && y_span > 2.5 * margin) {
for (int iy = 0; iy < NY; ++iy)
ref_plane[iy] = grid.y[iy] >= grid.y.front() + margin &&
grid.y[iy] <= grid.y.back() - margin;
}
auto ref_max = [&](const std::vector<double>& v) {
double m = 0.0;
for (int iy = 0; iy < NY; ++iy) {
if (!ref_plane[iy]) continue;
const double* plane = v.data() + (size_t)iy * NZ * NX;
for (size_t i = 0; i < (size_t)NZ * NX; ++i) m = std::max(m, plane[i]);
}
return m + 1e-12;
};
double level_raw = ref_max(vol);
for (auto& v : vol) v /= level_raw;
// Гаусс sigma=(0, s, s): сглаживание по Z и X внутри каждого Y-плана
// (порядок осей как у scipy: сначала ось 1, затем ось 2).
if (sar.smooth_sigma > 0.0) {
int radius = (int)(4.0 * sar.smooth_sigma + 0.5);
const auto kernel = gaussian_kernel_1d(sar.smooth_sigma, radius);
std::vector<double> tmp((size_t)NZ * NX);
for (int iy = 0; iy < NY; ++iy) {
double* plane = vol.data() + (size_t)iy * NZ * NX;
// вдоль Z (ось 1)
for (int iz = 0; iz < NZ; ++iz)
for (int ix = 0; ix < NX; ++ix) {
double s = 0.0;
for (int k = -radius; k <= radius; ++k)
s += kernel[k + radius] * plane[(size_t)reflect_index(iz + k, NZ) * NX + ix];
tmp[(size_t)iz * NX + ix] = s;
}
// вдоль X (ось 2)
for (int iz = 0; iz < NZ; ++iz)
for (int ix = 0; ix < NX; ++ix) {
double s = 0.0;
for (int k = -radius; k <= radius; ++k)
s += kernel[k + radius] * tmp[(size_t)iz * NX + reflect_index(ix + k, NX)];
plane[(size_t)iz * NX + ix] = s;
}
}
}
double level_smooth = ref_max(vol);
out.volume.resize(nvox);
for (size_t i = 0; i < nvox; ++i)
out.volume[i] = (float)std::max(vol[i] / level_smooth, 0.0);
out.level = level_raw * level_smooth;
return out; return out;
} }
@@ -90,21 +90,47 @@ struct ProcessingLiveConfig {
float gpr_visible_x_max_m = 2.0F; float gpr_visible_x_max_m = 2.0F;
float gpr_visible_z_min_m = 0.0F; float gpr_visible_z_min_m = 0.0F;
float gpr_visible_z_max_m = 14.0F; float gpr_visible_z_max_m = 14.0F;
// 3D SAR (sar3d processor) parameters; defaults mirror VNA_AlGo gpr_core. // 3D SAR (sar3d processor) parameters; defaults mirror the reference
// Frequency band, depth gate, antenna selection and motion (speed, look // notebook Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb (cells 0/4). Frequency band,
// angle, direction, phase correction) are shared with the gpr_* fields. // depth gate, antenna selection and motion (speed, look angle, direction,
std::uint32_t sar3d_frame_radius = 6U; // phase correction) are shared with the gpr_* fields.
float sar3d_edge_frame_weight = 0.75F; std::uint32_t sar3d_frame_radius = 0U;
float sar3d_pitch_deg = 6.0F; float sar3d_edge_frame_weight = 0.8F;
float sar3d_center_depth_m = 5.6F; // Frame pitch for ground coordinates and inter-frame offsets. Override
float sar3d_half_width_x_m = 1.8F; // disabled -> the pitch follows gpr_look_angle_deg (notebook
float sar3d_half_width_y_m = 1.0F; // BP_GROUND_PITCH_DEG = None).
float sar3d_half_width_z_m = 1.8F; bool sar3d_pitch_override_enabled = false;
std::uint32_t sar3d_grid_nx = 150U; float sar3d_pitch_deg = 17.5F;
std::uint32_t sar3d_grid_ny = 120U; // Height of the LOWER antenna row above the ground; scene Y=0 is the ground.
std::uint32_t sar3d_grid_nz = 160U; float sar3d_ground_depth_m = 1.25F;
// Scene grid bounds (metres): X across, Y height above the ground, Z along
// the ground away from the radar. Voxels whose radar depth falls outside
// [gpr_min_depth, gpr_max_depth] are zeroed by the mask regardless.
// Doubles, not floats: the parity tool feeds the notebook-derived bounds
// through here and a float roundtrip shifts the grid by ~1e-7 m, flipping
// knife-edge voxels of the depth mask against the reference volumes.
double sar3d_x_min_m = -2.0;
double sar3d_x_max_m = 2.0;
double sar3d_y_min_m = -0.5;
double sar3d_y_max_m = 2.0;
double sar3d_z_min_m = 0.0;
double sar3d_z_max_m = 8.0;
float sar3d_voxel_x_m = 0.025F;
float sar3d_voxel_y_m = 0.02F;
float sar3d_voxel_z_m = 0.02F;
// Volume finalization: normalization ignores this much of the grid's Y
// edges (constant-range ridge), then Gaussian smoothing over (Z, X).
float sar3d_norm_edge_margin_m = 0.3F;
float sar3d_smooth_sigma = 1.5F;
// Geometric spreading compensation 1/(Rtx*Rrx)^power, capped.
float sar3d_comp_range_power = 0.3F;
// Fallback frame segmentation when per-trace capture stamps are absent.
std::uint32_t sar3d_tx_per_segment = 2U;
bool sar3d_use_compensation = true; bool sar3d_use_compensation = true;
bool sar3d_normalize_pairs = true; bool sar3d_normalize_pairs = true;
// Debug: when non-empty, the processor dumps every finished volume to this
// directory (raw float32 + json header). Used by the parity tool only.
std::string sar3d_volume_dump_dir{};
// Bottom-view projection angle around the vertical Y axis, degrees: // Bottom-view projection angle around the vertical Y axis, degrees:
// 0 = front view (X horizontal), 90 = side view (Z horizontal), // 0 = front view (X horizontal), 90 = side view (Z horizontal),
// intermediate values project along the rotated horizontal direction. // intermediate values project along the rotated horizontal direction.
@@ -392,10 +392,13 @@ void apply_legacy_gpr_algorithm_alias(ProcessingLiveConfig& config, const std::s
for (const auto& [key, target] : { for (const auto& [key, target] : {
std::pair{"sar3d_edge_frame_weight", &config.sar3d_edge_frame_weight}, std::pair{"sar3d_edge_frame_weight", &config.sar3d_edge_frame_weight},
std::pair{"sar3d_pitch_deg", &config.sar3d_pitch_deg}, std::pair{"sar3d_pitch_deg", &config.sar3d_pitch_deg},
std::pair{"sar3d_center_depth_m", &config.sar3d_center_depth_m}, std::pair{"sar3d_ground_depth_m", &config.sar3d_ground_depth_m},
std::pair{"sar3d_half_width_x_m", &config.sar3d_half_width_x_m}, std::pair{"sar3d_voxel_x_m", &config.sar3d_voxel_x_m},
std::pair{"sar3d_half_width_y_m", &config.sar3d_half_width_y_m}, std::pair{"sar3d_voxel_y_m", &config.sar3d_voxel_y_m},
std::pair{"sar3d_half_width_z_m", &config.sar3d_half_width_z_m}, std::pair{"sar3d_voxel_z_m", &config.sar3d_voxel_z_m},
std::pair{"sar3d_norm_edge_margin_m", &config.sar3d_norm_edge_margin_m},
std::pair{"sar3d_smooth_sigma", &config.sar3d_smooth_sigma},
std::pair{"sar3d_comp_range_power", &config.sar3d_comp_range_power},
std::pair{"sar3d_bottom_view_deg", &config.sar3d_bottom_view_deg}, std::pair{"sar3d_bottom_view_deg", &config.sar3d_bottom_view_deg},
}) { }) {
if (const auto found = root.find(key); found != root.end()) { if (const auto found = root.find(key); found != root.end()) {
@@ -406,25 +409,37 @@ void apply_legacy_gpr_algorithm_alias(ProcessingLiveConfig& config, const std::s
} }
} }
for (const auto& [key, target] : { for (const auto& [key, target] : {
std::pair{"sar3d_grid_nx", &config.sar3d_grid_nx}, std::pair{"sar3d_x_min_m", &config.sar3d_x_min_m},
std::pair{"sar3d_grid_ny", &config.sar3d_grid_ny}, std::pair{"sar3d_x_max_m", &config.sar3d_x_max_m},
std::pair{"sar3d_grid_nz", &config.sar3d_grid_nz}, std::pair{"sar3d_y_min_m", &config.sar3d_y_min_m},
std::pair{"sar3d_y_max_m", &config.sar3d_y_max_m},
std::pair{"sar3d_z_min_m", &config.sar3d_z_min_m},
std::pair{"sar3d_z_max_m", &config.sar3d_z_max_m},
}) { }) {
if (const auto found = root.find(key); found != root.end()) { if (const auto found = root.find(key); found != root.end()) {
*target = parse_u32_number(*found, std::string("processing.") + key); if (!found->is_number()) {
throw std::runtime_error(std::string("processing.") + key + " must be number");
}
*target = found->get<double>();
} }
} }
if (const auto found = root.find("sar3d_use_compensation"); found != root.end()) { if (const auto found = root.find("sar3d_tx_per_segment"); found != root.end()) {
config.sar3d_tx_per_segment = parse_u32_number(*found, "processing.sar3d_tx_per_segment");
if (config.sar3d_tx_per_segment == 0U) {
throw std::runtime_error("processing.sar3d_tx_per_segment must be >= 1");
}
}
for (const auto& [key, target] : {
std::pair{"sar3d_pitch_override_enabled", &config.sar3d_pitch_override_enabled},
std::pair{"sar3d_use_compensation", &config.sar3d_use_compensation},
std::pair{"sar3d_normalize_pairs", &config.sar3d_normalize_pairs},
}) {
if (const auto found = root.find(key); found != root.end()) {
if (!found->is_boolean()) { if (!found->is_boolean()) {
throw std::runtime_error("processing.sar3d_use_compensation must be bool"); throw std::runtime_error(std::string("processing.") + key + " must be bool");
} }
config.sar3d_use_compensation = found->get<bool>(); *target = found->get<bool>();
} }
if (const auto found = root.find("sar3d_normalize_pairs"); found != root.end()) {
if (!found->is_boolean()) {
throw std::runtime_error("processing.sar3d_normalize_pairs must be bool");
}
config.sar3d_normalize_pairs = found->get<bool>();
} }
if (const auto found = root.find("ignore_socket_speed"); found != root.end()) { if (const auto found = root.find("ignore_socket_speed"); found != root.end()) {
if (!found->is_boolean()) { if (!found->is_boolean()) {
@@ -4,7 +4,10 @@
#include <bit> #include <bit>
#include <cmath> #include <cmath>
#include <cstdint> #include <cstdint>
#include <cstdio>
#include <fstream>
#include <iostream> #include <iostream>
#include <limits>
#include <map> #include <map>
#include <optional> #include <optional>
#include <stdexcept> #include <stdexcept>
@@ -19,7 +22,6 @@ namespace radar::processing {
namespace { namespace {
constexpr std::size_t kAscanCacheLimit = 64U; constexpr std::size_t kAscanCacheLimit = 64U;
constexpr double kVolumeEps = 1e-12;
void hash_mix(std::size_t& seed, std::uint64_t value) { void hash_mix(std::size_t& seed, std::uint64_t value) {
seed ^= value + 0x9e3779b97f4a7c15ULL + (seed << 6U) + (seed >> 2U); seed ^= value + 0x9e3779b97f4a7c15ULL + (seed << 6U) + (seed >> 2U);
@@ -130,6 +132,7 @@ struct Selection {
bp.pair_normalize = live_config.sar3d_normalize_pairs; bp.pair_normalize = live_config.sar3d_normalize_pairs;
bp.pair_norm_depth_min = bp.min_depth; bp.pair_norm_depth_min = bp.min_depth;
bp.pair_norm_depth_max = bp.max_depth; bp.pair_norm_depth_max = bp.max_depth;
bp.comp_range_power = static_cast<double>(live_config.sar3d_comp_range_power);
return bp; return bp;
} }
@@ -137,9 +140,13 @@ struct Selection {
gpr::MotionConfig motion{}; gpr::MotionConfig motion{};
motion.speed_m_s = static_cast<double>(live_config.gpr_speed_m_s); motion.speed_m_s = static_cast<double>(live_config.gpr_speed_m_s);
motion.look_angle_deg = static_cast<double>(live_config.gpr_look_angle_deg); motion.look_angle_deg = static_cast<double>(live_config.gpr_look_angle_deg);
motion.pitch_deg = static_cast<double>(live_config.sar3d_pitch_deg); // Notebook BP_GROUND_PITCH_DEG = None -> the frame pitch follows the look angle.
motion.pitch_deg = live_config.sar3d_pitch_override_enabled
? static_cast<double>(live_config.sar3d_pitch_deg)
: static_cast<double>(live_config.gpr_look_angle_deg);
motion.direction_sign = static_cast<double>(live_config.gpr_direction_sign); motion.direction_sign = static_cast<double>(live_config.gpr_direction_sign);
motion.apply_freq_phase_correction = live_config.gpr_apply_freq_phase_correction; motion.apply_freq_phase_correction = live_config.gpr_apply_freq_phase_correction;
motion.tx_per_segment = static_cast<int>(std::max<std::uint32_t>(1U, live_config.sar3d_tx_per_segment));
return motion; return motion;
} }
@@ -147,20 +154,38 @@ struct Selection {
gpr::SARConfig sar{}; gpr::SARConfig sar{};
sar.frame_radius = static_cast<int>(std::max<std::uint32_t>(0U, live_config.sar3d_frame_radius)); sar.frame_radius = static_cast<int>(std::max<std::uint32_t>(0U, live_config.sar3d_frame_radius));
sar.edge_frame_weight = static_cast<double>(live_config.sar3d_edge_frame_weight); sar.edge_frame_weight = static_cast<double>(live_config.sar3d_edge_frame_weight);
sar.half_width_m = { sar.ground_depth_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_ground_depth_m);
static_cast<double>(live_config.sar3d_half_width_x_m), sar.x_min_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_x_min_m);
static_cast<double>(live_config.sar3d_half_width_y_m), sar.x_max_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_x_max_m);
static_cast<double>(live_config.sar3d_half_width_z_m), sar.y_min_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_y_min_m);
}; sar.y_max_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_y_max_m);
sar.grid = { sar.z_min_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_z_min_m);
static_cast<int>(std::max<std::uint32_t>(2U, live_config.sar3d_grid_nx)), sar.z_max_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_z_max_m);
static_cast<int>(std::max<std::uint32_t>(2U, live_config.sar3d_grid_ny)), sar.voxel_m = {
static_cast<int>(std::max<std::uint32_t>(2U, live_config.sar3d_grid_nz)), static_cast<double>(live_config.sar3d_voxel_x_m),
static_cast<double>(live_config.sar3d_voxel_y_m),
static_cast<double>(live_config.sar3d_voxel_z_m),
}; };
sar.norm_edge_margin_m = static_cast<double>(live_config.sar3d_norm_edge_margin_m);
sar.smooth_sigma = static_cast<double>(live_config.sar3d_smooth_sigma);
sar.use_compensation = live_config.sar3d_use_compensation; sar.use_compensation = live_config.sar3d_use_compensation;
return sar; return sar;
} }
// Hardware Tx order: first occurrence of each output in run_combos. Deliberately
// ignores the live Tx selection so segment/slot assignment stays a hardware
// property (notebook tx_order_full).
[[nodiscard]] auto tx_order_full(const config::RunConfig& run_config) -> std::vector<int> {
std::vector<int> order{};
for (const auto& combo : run_config.run_combos) {
const int output = static_cast<int>(combo.output_pos);
if (std::find(order.begin(), order.end(), output) == order.end()) {
order.push_back(output);
}
}
return order;
}
[[nodiscard]] auto ascan_fingerprint( [[nodiscard]] auto ascan_fingerprint(
const Selection& selection, const Selection& selection,
const gpr::GeometryConfig& geom, const gpr::GeometryConfig& geom,
@@ -184,6 +209,7 @@ struct Selection {
hash_mix(seed, motion.look_angle_deg); hash_mix(seed, motion.look_angle_deg);
hash_mix(seed, motion.direction_sign); hash_mix(seed, motion.direction_sign);
hash_mix(seed, static_cast<std::uint64_t>(motion.apply_freq_phase_correction ? 1U : 0U)); hash_mix(seed, static_cast<std::uint64_t>(motion.apply_freq_phase_correction ? 1U : 0U));
hash_mix(seed, static_cast<std::uint64_t>(motion.tx_per_segment));
return seed; return seed;
} }
@@ -215,6 +241,7 @@ struct Selection {
hash_mix(seed, bp.comp_weight_max); hash_mix(seed, bp.comp_weight_max);
hash_mix(seed, bp.comp_ref_depth); hash_mix(seed, bp.comp_ref_depth);
hash_mix(seed, motion.pitch_deg); hash_mix(seed, motion.pitch_deg);
hash_mix(seed, sar.ground_depth_m);
hash_mix(seed, static_cast<std::uint64_t>(sar.use_compensation ? 1U : 0U)); hash_mix(seed, static_cast<std::uint64_t>(sar.use_compensation ? 1U : 0U));
return seed; return seed;
} }
@@ -228,14 +255,80 @@ struct Selection {
return static_cast<double>(collection.monotonic_ns) * 1e-9; return static_cast<double>(collection.monotonic_ns) * 1e-9;
} }
// One Tx's interleaved sweep spans the whole capture window, so the per-Tx // Real frame timing from the per-trace capture stamps: traces measured in one
// sweep time is capture_span / N_tx (same derivation as the coherent BP path). // segment share one window on both producers, so the first window seen per Tx
[[nodiscard]] auto tx_sweep_time_s(const ipc::PreprocessedCollection& collection, int n_tx) -> double { // reconstructs the segments exactly (notebook snapshot_acquisition_timing).
if (collection.capture_end_ns <= collection.capture_start_ns || n_tx <= 0) { // Invalid when any trace carries the zero "unmeasured" sentinel.
return 0.0; struct SnapshotTiming {
gpr::TxWindows windows{}; // seconds relative to the first trace start
double acq_s = 0.0;
double center_abs_s = 0.0; // absolute acquisition centre (frame time)
bool valid = false;
};
[[nodiscard]] auto snapshot_timing(const ipc::PreprocessedCollection& collection) -> SnapshotTiming {
SnapshotTiming timing{};
if (collection.traces.empty()) {
return timing;
} }
const double span_s = static_cast<double>(collection.capture_end_ns - collection.capture_start_ns) * 1e-9; std::map<int, std::pair<std::uint64_t, std::uint64_t>> by_tx{};
return span_s / static_cast<double>(n_tx); std::uint64_t first = std::numeric_limits<std::uint64_t>::max();
std::uint64_t last = 0U;
for (const auto& trace : collection.traces) {
if (trace.capture_end_ns <= trace.capture_start_ns) {
return timing;
}
by_tx.try_emplace(
static_cast<int>(trace.combo.output_pos),
std::pair{trace.capture_start_ns, trace.capture_end_ns}
);
first = std::min(first, trace.capture_start_ns);
last = std::max(last, trace.capture_end_ns);
}
for (const auto& [tx, window] : by_tx) {
timing.windows[tx] = {
static_cast<double>(window.first - first) * 1e-9,
static_cast<double>(window.second - first) * 1e-9,
};
}
timing.acq_s = static_cast<double>(last - first) * 1e-9;
timing.center_abs_s = 0.5 * (static_cast<double>(first) + static_cast<double>(last)) * 1e-9;
timing.valid = true;
return timing;
}
// Debug dump for the parity tool: raw float32 volume [iy][iz][ix] plus a json
// header with the axes and level.
void dump_volume(
const std::string& dir,
std::uint64_t collection_id,
const gpr::FinishedVolume& finished,
const gpr::Grid& grid
) {
char name[64];
std::snprintf(name, sizeof(name), "/sar3d_volume_%llu",
static_cast<unsigned long long>(collection_id));
const std::string base = dir + name;
std::ofstream bin(base + ".f32", std::ios::binary | std::ios::trunc);
bin.write(
reinterpret_cast<const char*>(finished.volume.data()),
static_cast<std::streamsize>(finished.volume.size() * sizeof(float))
);
std::ofstream meta(base + ".json", std::ios::trunc);
meta.precision(17);
meta << "{\"nx\": " << finished.NX << ", \"ny\": " << finished.NY
<< ", \"nz\": " << finished.NZ << ", \"level\": " << finished.level;
const auto write_axis = [&meta](const char* key, const std::vector<double>& axis) {
meta << ", \"" << key << "\": [";
for (std::size_t index = 0U; index < axis.size(); ++index) {
meta << (index > 0U ? "," : "") << axis[index];
}
meta << "]";
};
write_axis("x_m", grid.x);
write_axis("y_m", grid.y);
write_axis("z_m", grid.z);
meta << "}\n";
} }
[[nodiscard]] auto build_image_payload( [[nodiscard]] auto build_image_payload(
@@ -285,14 +378,26 @@ struct Sar3dProcessor::State {
const Selection& selection, const Selection& selection,
const gpr::GeometryConfig& geom, const gpr::GeometryConfig& geom,
const gpr::BPConfig& bp, const gpr::BPConfig& bp,
gpr::MotionConfig motion const gpr::MotionConfig& motion,
const std::vector<int>& tx_order
) -> const CacheEntry& { ) -> const CacheEntry& {
if (const auto found = ascan_cache.find(collection.collection_id); found != ascan_cache.end()) { if (const auto found = ascan_cache.find(collection.collection_id); found != ascan_cache.end()) {
return found->second; return found->second;
} }
CacheEntry entry{}; CacheEntry entry{};
entry.time_s = collection_time_s(collection); auto timing = snapshot_timing(collection);
// The segmented model needs a window for every selected Tx; fall back to
// the uniform split otherwise (notebook median model).
if (timing.valid) {
for (const auto output : geom.output_idx) {
if (timing.windows.find(output) == timing.windows.end()) {
timing.valid = false;
break;
}
}
}
entry.time_s = timing.valid ? timing.center_abs_s : collection_time_s(collection);
std::map<gpr::PairKey, std::vector<gpr::c128>> s21{}; std::map<gpr::PairKey, std::vector<gpr::c128>> s21{};
std::map<gpr::PairKey, std::vector<double>> freq{}; std::map<gpr::PairKey, std::vector<double>> freq{};
@@ -317,9 +422,25 @@ struct Sar3dProcessor::State {
} }
if (s21.size() == selection.inputs.size() * selection.outputs.size()) { if (s21.size() == selection.inputs.size() * selection.outputs.size()) {
motion.tx_sweep_time_s = tx_sweep_time_s(collection, geom.n_tx); gpr::TxWindows windows{};
const auto timestamps = gpr::compute_pair_timestamps(motion, geom); double acq_s = 0.0;
if (timing.valid) {
windows = std::move(timing.windows);
acq_s = timing.acq_s;
} else {
if (collection.capture_end_ns > collection.capture_start_ns) {
acq_s = static_cast<double>(collection.capture_end_ns - collection.capture_start_ns) * 1e-9;
}
auto order = tx_order;
for (const auto output : geom.output_idx) {
if (std::find(order.begin(), order.end(), output) == order.end()) {
order.push_back(output);
}
}
windows = gpr::uniform_tx_windows(order, acq_s, motion.tx_per_segment);
}
try { try {
const auto timestamps = gpr::compute_pair_timestamps(windows, acq_s, tx_order, geom, motion);
entry.ascans = std::make_shared<gpr::AScanSet>(gpr::preprocess_snapshot( entry.ascans = std::make_shared<gpr::AScanSet>(gpr::preprocess_snapshot(
s21, freq, /*background=*/nullptr, motion, geom, bp, timestamps, bp.pair_normalize s21, freq, /*background=*/nullptr, motion, geom, bp, timestamps, bp.pair_normalize
)); ));
@@ -399,12 +520,14 @@ auto Sar3dProcessor::process_collection(
} }
window.push_back(&collection); window.push_back(&collection);
const auto tx_order = tx_order_full(run_config);
std::vector<std::shared_ptr<gpr::AScanSet>> ascan_sets{}; std::vector<std::shared_ptr<gpr::AScanSet>> ascan_sets{};
std::vector<double> frame_times{}; std::vector<double> frame_times{};
ascan_sets.reserve(window.size()); ascan_sets.reserve(window.size());
frame_times.reserve(window.size()); frame_times.reserve(window.size());
for (const auto* entry_collection : window) { for (const auto* entry_collection : window) {
const auto& entry = state_->get_or_compute_ascans(*entry_collection, selection, geom, bp, motion); const auto& entry =
state_->get_or_compute_ascans(*entry_collection, selection, geom, bp, motion, tx_order);
if (entry.ascans == nullptr) { if (entry.ascans == nullptr) {
continue; continue;
} }
@@ -450,14 +573,17 @@ auto Sar3dProcessor::process_collection(
state_->engine_fp = engine_fp; state_->engine_fp = engine_fp;
} }
const auto center_scene = const gpr::Grid grid = gpr::build_full_region_grid(sar);
gpr::point_to_scene(0.0, 0.0, static_cast<double>(live_config.sar3d_center_depth_m), motion, sar); const gpr::VolumeRaw raw = state_->engine->aperture_volume(frames, grid);
const gpr::Grid grid = gpr::build_grid_scene(center_scene, sar); // Full notebook finalization: |acc/cnt|, depth gate, normalization
const gpr::VolumeRaw volume = state_->engine->aperture_volume(frames, grid); // without the Y-edge planes, Gaussian smoothing over (Z, X), clip.
const gpr::FinishedVolume finished =
gpr::finish_volume(raw, grid, motion.pitch_deg, bp, sar);
if (!live_config.sar3d_volume_dump_dir.empty()) {
dump_volume(live_config.sar3d_volume_dump_dir, collection.collection_id, finished, grid);
}
// Finalization (port of gpr_core sar_finish_volume, minus smoothing):
// |acc/(cnt+eps)|, ground-coordinate depth gate, normalization to peak.
//
// Two projections match the legacy render conventions (X across, // Two projections match the legacy render conventions (X across,
// Z range/"вдаль", Y up): // Z range/"вдаль", Y up):
// - top view `sar3d_proj_xz`: max over Y, axes X (horizontal) / Z; // - top view `sar3d_proj_xz`: max over Y, axes X (horizontal) / Z;
@@ -466,12 +592,9 @@ auto Sar3dProcessor::process_collection(
// `sar3d_bottom_view_deg` around Y: 0° = front view (u = X, max // `sar3d_bottom_view_deg` around Y: 0° = front view (u = X, max
// along Z), 90° = side view (u = Z, max along X), intermediate // along Z), 90° = side view (u = Z, max along X), intermediate
// angles project along the rotated perpendicular. // angles project along the rotated perpendicular.
const int nx = volume.NX; const int nx = finished.NX;
const int ny = volume.NY; const int ny = finished.NY;
const int nz = volume.NZ; const int nz = finished.NZ;
const double pitch_rad = motion.pitch_deg * M_PI / 180.0;
const double cos_p = std::cos(pitch_rad);
const double sin_p = std::sin(pitch_rad);
const double theta_deg = std::clamp(static_cast<double>(live_config.sar3d_bottom_view_deg), 0.0, 90.0); const double theta_deg = std::clamp(static_cast<double>(live_config.sar3d_bottom_view_deg), 0.0, 90.0);
const double theta_rad = theta_deg * M_PI / 180.0; const double theta_rad = theta_deg * M_PI / 180.0;
@@ -501,24 +624,18 @@ auto Sar3dProcessor::process_collection(
const double u_start = u_axis.front(); const double u_start = u_axis.front();
const double inv_du = nu > 1 ? static_cast<double>(nu - 1) / (u_axis.back() - u_start) : 0.0; const double inv_du = nu > 1 ? static_cast<double>(nu - 1) / (u_axis.back() - u_start) : 0.0;
// The volume is already normalized to ~[0, 1] by finish_volume, so the
// projections are published as-is; the scalar payload carries `level`
// (the absolute scale the volume was divided by).
std::vector<float> projection_xz(static_cast<std::size_t>(nz) * nx, 0.0F); std::vector<float> projection_xz(static_cast<std::size_t>(nz) * nx, 0.0F);
std::vector<float> projection_bottom(static_cast<std::size_t>(ny) * nu, 0.0F); std::vector<float> projection_bottom(static_cast<std::size_t>(ny) * nu, 0.0F);
float peak = 0.0F;
for (int iy = 0; iy < ny; ++iy) { for (int iy = 0; iy < ny; ++iy) {
for (int iz = 0; iz < nz; ++iz) { for (int iz = 0; iz < nz; ++iz) {
const double z_rad = -grid.y[iy] * sin_p + grid.z[iz] * cos_p;
const bool depth_ok = z_rad >= bp.min_depth && z_rad <= bp.max_depth;
if (!depth_ok) {
continue;
}
const std::size_t row = (static_cast<std::size_t>(iy) * nz + iz) * nx; const std::size_t row = (static_cast<std::size_t>(iy) * nz + iz) * nx;
const std::size_t bottom_row = static_cast<std::size_t>(iy) * nu; const std::size_t bottom_row = static_cast<std::size_t>(iy) * nu;
const double z_sin_t = grid.z[iz] * sin_t; const double z_sin_t = grid.z[iz] * sin_t;
for (int ix = 0; ix < nx; ++ix) { for (int ix = 0; ix < nx; ++ix) {
const std::size_t voxel = row + static_cast<std::size_t>(ix); const float value = finished.volume[row + static_cast<std::size_t>(ix)];
const float value = std::abs(volume.acc[voxel]) /
(volume.cnt[voxel] + static_cast<float>(kVolumeEps));
peak = std::max(peak, value);
auto& xz_cell = projection_xz[static_cast<std::size_t>(iz) * nx + ix]; auto& xz_cell = projection_xz[static_cast<std::size_t>(iz) * nx + ix];
xz_cell = std::max(xz_cell, value); xz_cell = std::max(xz_cell, value);
int bin = ix; int bin = ix;
@@ -534,14 +651,6 @@ auto Sar3dProcessor::process_collection(
} }
} }
} }
if (peak > 0.0F) {
for (auto& value : projection_xz) {
value /= peak;
}
for (auto& value : projection_bottom) {
value /= peak;
}
}
results.collection_payloads.push_back( results.collection_payloads.push_back(
build_image_payload("sar3d_proj_xz", grid.x, grid.z, std::move(projection_xz)) build_image_payload("sar3d_proj_xz", grid.x, grid.z, std::move(projection_xz))
@@ -552,7 +661,7 @@ auto Sar3dProcessor::process_collection(
ipc::ResultPayload peak_payload{}; ipc::ResultPayload peak_payload{};
peak_payload.processing_name = "sar3d_peak"; peak_payload.processing_name = "sar3d_peak";
peak_payload.kind = ipc::ResultKind::ScalarF32; peak_payload.kind = ipc::ResultKind::ScalarF32;
peak_payload.scalar_value = peak; peak_payload.scalar_value = static_cast<float>(finished.level);
results.collection_payloads.push_back(std::move(peak_payload)); results.collection_payloads.push_back(std::move(peak_payload));
} catch (const std::exception& exc) { } catch (const std::exception& exc) {
// A CUDA/NVRTC or data error must not kill the data_processor loop: // A CUDA/NVRTC or data error must not kill the data_processor loop:
@@ -1,12 +1,18 @@
// Parity check for the sar3d processor against the VNA_AlGo reference path. // Parity check of the sar3d processor against the reference notebook
// Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb.
// //
// Loads the same .npy snapshot dataset the gpr_cpp `standalone_bp` example // Feeds a preprocessed snapshot of an extracted replay dataset through
// uses, feeds it through Sar3dProcessor (combo mapping, timestamps, A-scan // Sar3dProcessor exactly the way the live pipeline would (geometry and combo
// cache, aperture, finalization) and prints the volume peak and the argmax of // order from the dataset's config_profile.json, per-trace capture windows from
// both projections. Compare against `standalone_bp <dir> <center>` output: // the snapshot's meta.json) and dumps the finished volume for comparison with
// the peak |acc/cnt| and the (X, Y, Z) of the maximum voxel must match. // the notebook's *_volume.npz export:
// //
// Usage: sar3d_parity <preprocessed_dir> <center_snapshot_name> // sar3d_parity <dataset_root> <center_snapshot> [--dump-dir <dir>]
// python_app/scripts/sar3d_volume_compare.py <dir>/sar3d_volume_<id> <ref.npz>
//
// <dataset_root> contains config_profile.json and preprocessed/<snapshot>/.
// Defaults mirror the parameters the reference volumes were built with
// (f 2..6 GHz, depth 2.5..8 m, speed 1.45 m/s, look angle 17.5 deg).
#include <algorithm> #include <algorithm>
#include <cctype> #include <cctype>
#include <complex> #include <complex>
@@ -19,6 +25,10 @@
#include <string> #include <string>
#include <vector> #include <vector>
#include <nlohmann/json.hpp>
#include "gpr/config.hpp"
#include "gpr/geometry.hpp"
#include "processing_live_config.hpp" #include "processing_live_config.hpp"
#include "run_config.hpp" #include "run_config.hpp"
#include "sar3d_processor.hpp" #include "sar3d_processor.hpp"
@@ -26,8 +36,7 @@
namespace { namespace {
// Minimal numpy .npy loader (v1.0, 1-D complex128/complex64/float64/float32), // Minimal numpy .npy loader (v1.0, 1-D complex128/complex64/float64/float32).
// mirroring gpr_cpp/examples/standalone_bp.cpp.
struct NpyArray { struct NpyArray {
std::vector<double> f64{}; std::vector<double> f64{};
std::vector<std::complex<double>> c128{}; std::vector<std::complex<double>> c128{};
@@ -77,43 +86,53 @@ NpyArray load_npy(const std::string& path) {
return array; return array;
} }
// VNA_AlGo reference geometry (gpr_core/config.py) keyed by switch positions. // Live config matching the reference notebook run (npz meta parameters).
auto build_run_config() -> radar::config::RunConfig { // The default program grid is a fixed window (X -2..2, Z 0..8), while the
radar::config::RunConfig config{}; // notebook derives its bounds from the antenna span and the depth gate — so
config.gpr.relative_permittivity = 1.0F; // the notebook bounds are recomputed here and passed explicitly.
config.gpr.tx_geometry = { auto build_live_config(const radar::config::RunConfig& run_config)
{.output_pos = 0U, .x_m = 0.785F, .y_m = 0.0F, .z_m = 0.0F}, -> radar::processing::ProcessingLiveConfig {
{.output_pos = 1U, .x_m = -0.785F, .y_m = 0.0F, .z_m = 0.0F},
};
config.gpr.rx_geometry = {
{.input_pos = 0U, .x_m = -0.42F, .y_m = 0.0F, .z_m = 0.0F},
{.input_pos = 1U, .x_m = 0.48F, .y_m = 0.0F, .z_m = 0.0F},
{.input_pos = 2U, .x_m = 0.18F, .y_m = 0.0F, .z_m = 0.0F},
{.input_pos = 3U, .x_m = -0.12F, .y_m = 0.0F, .z_m = 0.0F},
};
return config;
}
// Live config matching the VNA_AlGo defaults (BPConfig/MotionConfig/SARConfig).
auto build_live_config() -> radar::processing::ProcessingLiveConfig {
radar::processing::ProcessingLiveConfig live{}; radar::processing::ProcessingLiveConfig live{};
live.processor_mode = "sar3d"; live.processor_mode = "sar3d";
live.gpr_start_freq_mhz = 2000.0F; live.gpr_start_freq_mhz = 2000.0F;
live.gpr_stop_freq_mhz = 6000.0F; live.gpr_stop_freq_mhz = 6000.0F;
live.gpr_min_depth_m = 3.2F; live.gpr_min_depth_m = 2.5F;
live.gpr_max_depth_m = 10.0F; live.gpr_max_depth_m = 8.0F;
live.gpr_speed_m_s = 0.854F; live.gpr_speed_m_s = 1.45F;
live.gpr_look_angle_deg = 6.0F; live.gpr_look_angle_deg = 17.5F;
live.gpr_direction_sign = 1.0F; live.gpr_direction_sign = 1.0F;
live.gpr_apply_freq_phase_correction = true; live.gpr_apply_freq_phase_correction = true;
gpr::GeometryConfig geom{};
geom.input_idx.clear();
geom.output_idx.clear();
geom.rx_positions.clear();
geom.tx_positions.clear();
for (const auto& entry : run_config.gpr.rx_geometry) {
geom.input_idx.push_back(static_cast<int>(entry.input_pos));
geom.rx_positions.push_back({entry.x_m, entry.y_m, entry.z_m});
}
for (const auto& entry : run_config.gpr.tx_geometry) {
geom.output_idx.push_back(static_cast<int>(entry.output_pos));
geom.tx_positions.push_back({entry.x_m, entry.y_m, entry.z_m});
}
geom.finalize();
gpr::BPConfig bp{};
bp.min_depth = live.gpr_min_depth_m;
bp.max_depth = live.gpr_max_depth_m;
gpr::SARConfig sar{};
double x_min = 0.0, x_max = 0.0, z_min = 0.0, z_max = 0.0;
gpr::notebook_grid_bounds(geom, bp, sar, live.gpr_look_angle_deg, /*x_margin_m=*/2.0,
x_min, x_max, z_min, z_max);
live.sar3d_x_min_m = x_min;
live.sar3d_x_max_m = x_max;
live.sar3d_z_min_m = z_min;
live.sar3d_z_max_m = z_max;
return live; return live;
} }
constexpr double kTxSweepTimeS = 0.079;
constexpr int kTxCount = 2;
constexpr int kRxCount = 4;
auto load_collection( auto load_collection(
const radar::config::RunConfig& run_config,
const std::string& root, const std::string& root,
const std::string& snapshot, const std::string& snapshot,
std::uint64_t collection_id std::uint64_t collection_id
@@ -121,32 +140,58 @@ auto load_collection(
radar::ipc::PreprocessedCollection collection{}; radar::ipc::PreprocessedCollection collection{};
collection.collection_id = collection_id; collection.collection_id = collection_id;
// Frame time from the `_ns<...>` folder suffix, identical to standalone_bp. // Per-trace capture windows from the snapshot's meta.json; the segmented
// timing model is reconstructed from them exactly like in the notebook.
std::map<std::pair<std::uint32_t, std::uint32_t>, std::pair<std::uint64_t, std::uint64_t>> windows{};
{
std::ifstream in(root + "/preprocessed/" + snapshot + "/meta.json");
if (in) {
nlohmann::json meta{};
in >> meta;
for (const auto& trace : meta.value("traces", nlohmann::json::array())) {
if (!trace.contains("capture_start_ns") || !trace.contains("capture_end_ns")) {
continue;
}
windows[{trace.at("input").get<std::uint32_t>(), trace.at("output").get<std::uint32_t>()}] = {
trace.at("capture_start_ns").get<std::uint64_t>(),
trace.at("capture_end_ns").get<std::uint64_t>(),
};
}
}
}
std::uint64_t first = 0U;
std::uint64_t last = 0U;
for (const auto& [key, window] : windows) {
if (first == 0U || window.first < first) {
first = window.first;
}
last = std::max(last, window.second);
}
if (first == 0U) {
// No meta labels: fall back to the `_ns<...>` folder suffix.
const auto ns_pos = snapshot.rfind("_ns"); const auto ns_pos = snapshot.rfind("_ns");
if (ns_pos == std::string::npos) { if (ns_pos == std::string::npos) {
throw std::runtime_error("snapshot has no _ns suffix: " + snapshot); throw std::runtime_error("snapshot has no meta.json and no _ns suffix: " + snapshot);
} }
const auto mid_ns = static_cast<std::uint64_t>(std::stoull(snapshot.substr(ns_pos + 3))); last = static_cast<std::uint64_t>(std::stoull(snapshot.substr(ns_pos + 3)));
// The processor derives tx_sweep_time from capture_span / n_tx and the frame first = last;
// time from the capture midpoint, so set the window symmetric around mid_ns. }
const auto span_ns = static_cast<std::uint64_t>(kTxCount * kTxSweepTimeS * 1e9); collection.capture_start_ns = first;
collection.capture_start_ns = mid_ns - span_ns / 2U; collection.capture_end_ns = last;
collection.capture_end_ns = mid_ns + span_ns / 2U; collection.monotonic_ns = (first + last) / 2U;
collection.monotonic_ns = mid_ns;
for (int rx = 0; rx < kRxCount; ++rx) { for (const auto& combo : run_config.run_combos) {
for (int tx = 0; tx < kTxCount; ++tx) {
char path[512]; char path[512];
std::snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s/i%d_o%d_s21.npy", root.c_str(), snapshot.c_str(), rx, tx); std::snprintf(path, sizeof(path), "%s/preprocessed/%s/i%u_o%u_s21.npy",
root.c_str(), snapshot.c_str(), combo.input_pos, combo.output_pos);
const auto s21 = load_npy(path); const auto s21 = load_npy(path);
std::snprintf(path, sizeof(path), "%s/%s/i%d_o%d_freq.npy", root.c_str(), snapshot.c_str(), rx, tx); std::snprintf(path, sizeof(path), "%s/preprocessed/%s/i%u_o%u_freq.npy",
root.c_str(), snapshot.c_str(), combo.input_pos, combo.output_pos);
const auto freq = load_npy(path); const auto freq = load_npy(path);
radar::ipc::SweepTraceBlock trace{}; radar::ipc::SweepTraceBlock trace{};
trace.combo = radar::ipc::ComboKey{ trace.combo = combo;
.input_pos = static_cast<std::uint32_t>(rx),
.output_pos = static_cast<std::uint32_t>(tx),
};
trace.frequency_hz.assign(freq.f64.begin(), freq.f64.end()); trace.frequency_hz.assign(freq.f64.begin(), freq.f64.end());
trace.s21.reserve(s21.c128.size()); trace.s21.reserve(s21.c128.size());
for (const auto& sample : s21.c128) { for (const auto& sample : s21.c128) {
@@ -156,10 +201,11 @@ auto load_collection(
}); });
} }
trace.s11.resize(trace.s21.size()); trace.s11.resize(trace.s21.size());
trace.capture_start_ns = collection.capture_start_ns; if (const auto found = windows.find({combo.input_pos, combo.output_pos}); found != windows.end()) {
trace.capture_end_ns = collection.capture_end_ns; trace.capture_start_ns = found->second.first;
collection.traces.push_back(std::move(trace)); trace.capture_end_ns = found->second.second;
} }
collection.traces.push_back(std::move(trace));
} }
return collection; return collection;
} }
@@ -195,14 +241,21 @@ void print_projection_argmax(
int main(int argc, char** argv) { int main(int argc, char** argv) {
if (argc < 3) { if (argc < 3) {
std::printf("usage: %s <preprocessed_dir> <center_snapshot>\n", argv[0]); std::printf("usage: %s <dataset_root> <center_snapshot> [--dump-dir <dir>]\n", argv[0]);
return 1; return 1;
} }
const std::string root = argv[1]; const std::string root = argv[1];
const std::string center = argv[2]; const std::string center = argv[2];
std::string dump_dir{};
for (int index = 3; index + 1 < argc; ++index) {
if (std::string{argv[index]} == "--dump-dir") {
dump_dir = argv[index + 1];
}
}
const std::string preprocessed = root + "/preprocessed";
std::vector<std::string> snapshots{}; std::vector<std::string> snapshots{};
if (DIR* dir = opendir(root.c_str())) { if (DIR* dir = opendir(preprocessed.c_str())) {
for (dirent* entry = nullptr; (entry = readdir(dir)) != nullptr;) { for (dirent* entry = nullptr; (entry = readdir(dir)) != nullptr;) {
const std::string name = entry->d_name; const std::string name = entry->d_name;
if (!name.empty() && (std::isdigit(name[0]) != 0)) { if (!name.empty() && (std::isdigit(name[0]) != 0)) {
@@ -214,12 +267,19 @@ int main(int argc, char** argv) {
std::sort(snapshots.begin(), snapshots.end()); std::sort(snapshots.begin(), snapshots.end());
const auto center_it = std::find(snapshots.begin(), snapshots.end(), center); const auto center_it = std::find(snapshots.begin(), snapshots.end(), center);
if (center_it == snapshots.end()) { if (center_it == snapshots.end()) {
std::printf("center %s not found\n", center.c_str()); std::printf("center %s not found in %s\n", center.c_str(), preprocessed.c_str());
return 1; return 1;
} }
const auto center_index = static_cast<std::size_t>(center_it - snapshots.begin()); const auto center_index = static_cast<std::size_t>(center_it - snapshots.begin());
const auto live = build_live_config(); const auto run_config = radar::config::load_run_config(root + "/config_profile.json");
if (run_config.gpr.tx_geometry.empty() || run_config.gpr.rx_geometry.empty()) {
std::printf("FAIL: config_profile.json has no gpr geometry\n");
return 1;
}
auto live = build_live_config(run_config);
live.sar3d_volume_dump_dir = dump_dir;
const auto radius = static_cast<std::size_t>(live.sar3d_frame_radius); const auto radius = static_cast<std::size_t>(live.sar3d_frame_radius);
if (center_index < radius || center_index + radius >= snapshots.size()) { if (center_index < radius || center_index + radius >= snapshots.size()) {
std::printf("not enough snapshots around center for radius %zu\n", radius); std::printf("not enough snapshots around center for radius %zu\n", radius);
@@ -228,14 +288,13 @@ int main(int argc, char** argv) {
// The processor centers the aperture `radius` frames before the newest // The processor centers the aperture `radius` frames before the newest
// collection, so feeding [center-r .. center+r] in order reproduces the // collection, so feeding [center-r .. center+r] in order reproduces the
// symmetric aperture of standalone_bp around `center`. // symmetric aperture around `center`.
std::vector<radar::ipc::PreprocessedCollection> history{}; std::vector<radar::ipc::PreprocessedCollection> history{};
for (std::size_t index = center_index - radius; index <= center_index + radius; ++index) { for (std::size_t index = center_index - radius; index <= center_index + radius; ++index) {
history.push_back(load_collection(root, snapshots[index], index)); history.push_back(load_collection(run_config, root, snapshots[index], index));
} }
std::printf("aperture: %zu frames around %s\n", history.size(), center.c_str()); std::printf("aperture: %zu frames around %s\n", history.size(), center.c_str());
const auto run_config = build_run_config();
radar::processing::Sar3dProcessor processor{}; radar::processing::Sar3dProcessor processor{};
radar::ipc::ResultCollection result{}; radar::ipc::ResultCollection result{};
for (std::size_t index = 0U; index < history.size(); ++index) { for (std::size_t index = 0U; index < history.size(); ++index) {
@@ -253,7 +312,7 @@ int main(int argc, char** argv) {
} }
for (const auto& payload : result.collection_payloads) { for (const auto& payload : result.collection_payloads) {
if (payload.kind == radar::ipc::ResultKind::ScalarF32) { if (payload.kind == radar::ipc::ResultKind::ScalarF32) {
std::printf("%s: %.6e (compare with standalone_bp max |acc/cnt|)\n", std::printf("%s (volume level): %.9e\n",
payload.processing_name.c_str(), static_cast<double>(payload.scalar_value)); payload.processing_name.c_str(), static_cast<double>(payload.scalar_value));
} }
} }
@@ -269,6 +328,7 @@ int main(int argc, char** argv) {
std::span<const radar::ipc::PreprocessedCollection>(history.data(), history.size() - 1U); std::span<const radar::ipc::PreprocessedCollection>(history.data(), history.size() - 1U);
for (const float angle_deg : {0.0F, 30.0F, 60.0F, 90.0F}) { for (const float angle_deg : {0.0F, 30.0F, 60.0F, 90.0F}) {
auto live_angle = live; auto live_angle = live;
live_angle.sar3d_volume_dump_dir.clear();
live_angle.sar3d_bottom_view_deg = angle_deg; live_angle.sar3d_bottom_view_deg = angle_deg;
const auto angle_result = const auto angle_result =
processor.process_collection(run_config, history.back(), last_previous, live_angle); processor.process_collection(run_config, history.back(), last_previous, live_angle);
@@ -279,6 +339,11 @@ int main(int argc, char** argv) {
} }
} }
} }
if (!dump_dir.empty()) {
std::printf("volume dumped to %s/sar3d_volume_%llu.{f32,json}\n",
dump_dir.c_str(),
static_cast<unsigned long long>(history.back().collection_id));
}
std::printf("OK: sar3d processor path completed\n"); std::printf("OK: sar3d processor path completed\n");
return 0; return 0;
} }
+2 -1
View File
@@ -5,6 +5,7 @@
"platformio.platformio-ide" "platformio.platformio-ide"
], ],
"unwantedRecommendations": [ "unwantedRecommendations": [
"ms-vscode.cpptools-extension-pack" "ms-vscode.cpptools-extension-pack",
"pioarduino.pioarduino-ide"
] ]
} }
@@ -0,0 +1,53 @@
# systemd-службы сетевого моста
Автозапуск `tools/bridge.py` как служб: `cart-bridge-tx` (отправитель, рядом с
пультом) и `cart-bridge-rx` (приёмник, рядом с тележкой). На каждой машине
включается ровно одна роль.
## Установка
На машине-отправителе:
```sh
sudo ./install-bridge.sh tx
```
На машине-приёмнике:
```sh
sudo ./install-bridge.sh rx
```
Установщик подставляет в юнит реальные пути (python из `.venv` проекта, если
есть, иначе системный `python3`; `bridge.py`; рабочий каталог) и пользователя
(того, кто вызвал `sudo`). Юниты кладутся в `/etc/systemd/system/`, конфиги —
в `/etc/cart-bridge/{tx,rx}.env` (создаются из примеров, существующие не
перезаписываются). Без аргумента (`none`) — только установка, без включения.
Интерпретатор можно задать явно: `sudo PYTHON=/usr/bin/python3 ./install-bridge.sh rx`.
В выбранном python должен быть `pyserial`.
## Настройка
Отредактировать конфиг под свою сеть и ключ:
```sh
sudoedit /etc/cart-bridge/tx.env # peer = адрес приёмника, общий ключ
sudoedit /etc/cart-bridge/rx.env # bind, тот же ключ
sudo systemctl restart cart-bridge-tx # применить
```
Ключ `CART_BRIDGE_KEY` на обеих сторонах должен совпадать (HMAC-аутентификация
пакетов; обязателен для интернета).
## Эксплуатация
```sh
systemctl status cart-bridge-tx
journalctl -u cart-bridge-tx -f # логи; на отправителе видно «приёмник отвечает/НЕ отвечает»
sudo systemctl restart cart-bridge-tx
sudo systemctl disable --now cart-bridge-tx
```
Служба перезапускается при падении (`Restart=always`). Доступ к USB-порту STM
даётся группами `dialout`/`plugdev` (прописаны в юните).
@@ -0,0 +1,19 @@
# Конфигурация службы приёмника (cart-bridge-rx). Копируется в
# /etc/cart-bridge/rx.env установщиком. Переменные читает tools/bridge.py.
# Локальный UDP-адрес для приёма HOST:PORT.
CART_BRIDGE_BIND=0.0.0.0:5005
# Общий ключ HMAC (ОБЯЗАТЕЛЕН для интернета). Должен совпадать с отправителем.
CART_BRIDGE_KEY=change-me-shared-secret
# Необязательно: принимать пакеты только с этого адреса отправителя (фильтр по
# хосту). Для интернета за NAT обычно оставляют пустым и полагаются на HMAC.
#CART_BRIDGE_PEER=10.0.0.1
# Необязательно: путь к порту или подстрока product/serial. По умолчанию порт
# ищется по USB product string CART-RX.
#CART_BRIDGE_DEVICE=CART-RX
# Необязательно: уровень логов (DEBUG/INFO/WARNING).
#CART_BRIDGE_LOG_LEVEL=INFO
@@ -0,0 +1,18 @@
[Unit]
Description=Cart bridge receiver (role rx): сеть -> USB тележки
After=network-online.target
Wants=network-online.target
StartLimitIntervalSec=0
[Service]
Type=simple
User=@USER@
SupplementaryGroups=dialout plugdev
EnvironmentFile=/etc/cart-bridge/rx.env
WorkingDirectory=@WORKDIR@
ExecStart=@PYTHON@ @BRIDGE@ --role rx
Restart=always
RestartSec=2
[Install]
WantedBy=multi-user.target
@@ -0,0 +1,15 @@
# Конфигурация службы отправителя (cart-bridge-tx). Копируется в
# /etc/cart-bridge/tx.env установщиком. Переменные читает tools/bridge.py.
# Адрес приёмника HOST:PORT — куда слать управление.
CART_BRIDGE_PEER=10.0.0.2:5005
# Общий ключ HMAC (ОБЯЗАТЕЛЕН для интернета). Должен совпадать с приёмником.
CART_BRIDGE_KEY=change-me-shared-secret
# Необязательно: путь к порту или подстрока product/serial. По умолчанию порт
# ищется по USB product string CART-TX.
#CART_BRIDGE_DEVICE=CART-TX
# Необязательно: уровень логов (DEBUG/INFO/WARNING).
#CART_BRIDGE_LOG_LEVEL=INFO
@@ -0,0 +1,20 @@
[Unit]
Description=Cart bridge sender (role tx): пульт USB -> сеть
After=network-online.target
Wants=network-online.target
# не упираться в лимит перезапусков при флапе сети/USB
StartLimitIntervalSec=0
[Service]
Type=simple
User=@USER@
# доступ к последовательному порту STM (dialout) и к USB-дескрипторам (plugdev)
SupplementaryGroups=dialout plugdev
EnvironmentFile=/etc/cart-bridge/tx.env
WorkingDirectory=@WORKDIR@
ExecStart=@PYTHON@ @BRIDGE@ --role tx
Restart=always
RestartSec=2
[Install]
WantedBy=multi-user.target
+79
View File
@@ -0,0 +1,79 @@
#!/usr/bin/env bash
# Установка systemd-служб сетевого моста тележки.
#
# sudo ./install-bridge.sh [tx|rx|both|none]
#
# Аргумент выбирает, какую службу включить и запустить на ЭТОЙ машине
# (tx — рядом с пультом, rx — рядом с тележкой). Без аргумента юниты только
# ставятся, но не включаются. Файлы юнитов и шаблоны конфигов берутся из этого
# каталога; пути к python и bridge.py подставляются автоматически.
set -euo pipefail
SELF="$(cd "$(dirname "${BASH_SOURCE[0]}")" && pwd)"
TOOLS="$(cd "$SELF/../tools" && pwd)"
REPO="$(cd "$SELF/../../.." && pwd)"
BRIDGE="$TOOLS/bridge.py"
WORKDIR="$TOOLS"
ENABLE="${1:-none}"
case "$ENABLE" in tx|rx|both|none) ;; *) echo "аргумент: tx|rx|both|none" >&2; exit 2;; esac
if [ "$(id -u)" -ne 0 ]; then
echo "нужны права root — перезапускаюсь через sudo"
exec sudo -E PYTHON="${PYTHON:-}" bash "$0" "$ENABLE"
fi
TARGET_USER="${SUDO_USER:-root}"
# интерпретатор: venv проекта, если есть, иначе системный python3
PYTHON="${PYTHON:-}"
if [ -z "$PYTHON" ]; then
if [ -x "$REPO/.venv/bin/python" ]; then
PYTHON="$REPO/.venv/bin/python"
else
PYTHON="$(command -v python3)"
fi
fi
echo "python : $PYTHON"
echo "bridge : $BRIDGE"
echo "user : $TARGET_USER"
if ! "$PYTHON" -c 'import serial' 2>/dev/null; then
echo "ВНИМАНИЕ: в $PYTHON нет pyserial — поставь: $PYTHON -m pip install pyserial" >&2
fi
gen_unit() { # <role>
local role="$1"
sed -e "s|@PYTHON@|$PYTHON|g" -e "s|@BRIDGE@|$BRIDGE|g" \
-e "s|@WORKDIR@|$WORKDIR|g" -e "s|@USER@|$TARGET_USER|g" \
"$SELF/cart-bridge-$role.service" > "/etc/systemd/system/cart-bridge-$role.service"
echo "установлен юнит /etc/systemd/system/cart-bridge-$role.service"
}
install -d -m 755 /etc/cart-bridge
for role in tx rx; do
gen_unit "$role"
conf="/etc/cart-bridge/$role.env"
if [ ! -e "$conf" ]; then
install -m 600 "$SELF/cart-bridge-$role.env.example" "$conf"
echo "создан конфиг $conf (ОТРЕДАКТИРУЙ: peer/bind и ключ)"
else
echo "конфиг $conf уже есть — не трогаю"
fi
done
systemctl daemon-reload
enable_one() { # <role>
systemctl enable --now "cart-bridge-$1.service"
echo "включена и запущена cart-bridge-$1.service"
}
case "$ENABLE" in
tx) enable_one tx ;;
rx) enable_one rx ;;
both) enable_one tx; enable_one rx ;;
none) echo "юниты установлены, не включены. Включить: systemctl enable --now cart-bridge-tx (или -rx)";;
esac
echo "готово. Логи: journalctl -u cart-bridge-tx -f (или -rx)"
@@ -55,3 +55,187 @@
- Отправлять 25-байтовый кадр по таймеру каждые 50 мс. - Отправлять 25-байтовый кадр по таймеру каждые 50 мс.
- Нейтраль: все каналы 1024; управление — каналы 2 и 4 в измеренных - Нейтраль: все каналы 1024; управление — каналы 2 и 4 в измеренных
диапазонах. диапазонах.
# Сетевой мост «пульт → тележка»
Та же команда управления может идти не по проводу рядом, а через локальную
сеть/интернет, не ломая прежний проводной режим. Цепочка:
```
[пульт] ADC→ STM(CART-TX) ─USB─► bridge --role tx ─UDP─► bridge --role rx ─USB─► STM(CART-RX) ─SBUS─► драйвер
```
STM-TX продолжает гнать SBUS на свой локальный провод как раньше и
дополнительно отдаёт те же значения каналов по USB. STM-RX принимает их по USB
и выдаёт на свой провод так, будто сигнал пришёл с пульта.
## Роли и идентификация устройства
Роль выбирается на сборке (`platformio.ini`): `pio run -e cart_tx` или
`-e cart_rx`. Общий код (`sbus`, `usb_link`) собирается в оба env, специфичный —
через `build_src_filter`, мёртвого кода неактивной роли нет.
Каждая прошивка публикует USB **product string**: `CART-TX` / `CART-RX`. По ней
`tools/bridge.py` находит нужный порт (`serial.tools.list_ports`). После открытия
порта ПК шлёт `HELLO` и ждёт `IDENT` — подтверждение роли, версии протокола и
96-битного UID чипа (на случай неверно прошитого устройства, рассинхрона версий
или чужого CDC с тем же VID/PID). Serial-дескриптор (UID) различает экземпляры.
## Прошивка STM
Плата — WeAct STM32G431CB. Нужен PlatformIO Core (`pio`); если не установлен:
`pip install platformio` (в репозитории он лежит в `~/.platformio/penv/bin/pio`).
Все команды выполняются из каталога прошивки `device_firmware/cart_firmware`.
Две роли — две отдельные прошивки на две платы. По умолчанию загрузчик — ST-Link
по SWD (`upload_protocol = stlink` в `platformio.ini`).
**1. Подключить ST-Link к плате по SWD** (4 провода):
| ST-Link | WeAct G431CB |
|---|---|
| SWDIO | PA13 (SWDIO) |
| SWCLK | PA14 (SWCLK) |
| GND | GND |
| 3V3 | 3V3 |
**2. Собрать и прошить роль** (прошивать по одной плате за раз, один ST-Link):
```
# плата-передатчик (к ней подключён пульт)
pio run -e cart_tx -t upload
# плата-приёмник (к ней подключён провод драйвера колёс)
pio run -e cart_rx -t upload
```
- Только собрать без заливки: `pio run -e cart_tx`. Артефакты —
`.pio/build/<env>/firmware.{elf,bin}`.
- Если подключено несколько ST-Link, указать конкретный:
`pio run -e cart_tx -t upload --upload-port <serial-ST-Link>`.
- Сменить роль платы — просто залить другой env, флеш перезаписывается целиком.
**3. Физические подключения по ролям** (распиновка общая, см. выше по документу):
| | CART-TX | CART-RX |
|---|---|---|
| Стик X / Y | PA0 / PA1 (АЦП) | — не используется |
| Выход SBUS | PA9 → локальный драйвер (как раньше) | PA9 → провод драйвера колёс |
| USB | → ПК (bridge --role tx) | → ПК (bridge --role rx) |
**4. Проверить роль после прошивки.** Подключить плату по USB к ПК и прочитать
product string (роль зашита в неё):
```
python3 -c "from serial.tools import list_ports; \
[print(p.device, p.product, p.serial_number) for p in list_ports.comports()]"
# ожидаемо: /dev/ttyACM0 CART-TX <UID> либо CART-RX
```
Либо просто запустить `tools/bridge.py` соответствующей роли — на старте он
делает handshake и логирует подтверждённые роль, версию прошивки и UID.
> USB CDC теперь несёт **бинарный** протокол, а не текстовый лог. `pio device
> monitor` покажет «мусор» — это нормально. Отладочный текст идёт кадрами `LOG`,
> которые печатает `bridge.py`.
## Кадр поверх USB CDC
Единственный источник истины — `src/link_protocol.h`, зеркало на Python —
`tools/link_proto.py` (сверка: `python3 tools/link_proto.py --selftest`).
```
[0xA5][0x5A][VER=1][TYPE][LEN][PAYLOAD..LEN][CRC16_LO][CRC16_HI]
```
- CRC16-CCITT (poly `0x1021`, init `0xFFFF`) по байтам `[VER..конец PAYLOAD]`, LE.
Контрольный вектор: `crc16("123456789") = 0x29B1`.
- Приёмник (STM и Python) — стейт-машина: ищет синхрослово, читает по `LEN`,
проверяет CRC; при сбое сдвиг на байт и ресинхронизация (устойчивость к мусору
и потере байта).
- Типы: `0x01 CONTROL`, `0x02 IDENT`, `0x03 HELLO`, `0x04 LOG`. Отладочный текст
идёт только кадром `LOG` — «голых» `Serial.print`, ломающих бинарный поток, нет.
Payload `CONTROL` (LE): `seq:u32`, `t_ms:u32`, `flags:u8`, `ch[16]:u16` = 41 байт.
`ch[]` — значения SBUS-каналов 0..2047, ровно те, что TX кладёт на свой провод.
Это общая «валюта» всей цепочки: ПК перекладывает payload в UDP и обратно, RX
распаковывает и пакует в SBUS. `flags` bit0 = failsafe.
## Сетевой слой (между экземплярами bridge)
- Транспорт — **UDP**: для управления 20 Гц свежий кадр ценнее
доставленного; TCP при потере встал бы в head-of-line blocking и копил лаг.
- Полезная нагрузка UDP — тот же `CONTROL` payload. `seq` даёт отбрасывание
устаревших/повторных пакетов (защита от переупорядочивания и дубликатов UDP)
с корректной арифметикой переполнения uint32. Перезапуск источника (seq снова
с 0) распознаётся по пачке подряд «несвежих» пакетов и трактуется как новая
сессия — иначе поток завис бы в failsafe навсегда. Это best-effort защита от
повтора старых команд, не криптографическая: аутентичность даёт HMAC, против
целевого replay на недоверенной сети используй WireGuard.
- Приём из сети и выдача SBUS на провод — **разные таймеры**: джиттер сети не
попадает на провод, STM-RX гонит SBUS строго каждые 50 мс из последнего
состояния.
- **Безопасность.** Для интернета обязателен общий ключ (`--key`): каждый UDP-
пакет аутентифицируется усечённым HMAC-SHA256 (8 байт), RX отбрасывает
неаутентичные и принимает только с ожидаемого адреса (`--peer`). Рекомендуемый
способ наружу — WireGuard-туннель, внутри которого идёт простой UDP. «Голый»
неаутентифицированный UDP допустим только в доверенной локальной сети.
- **Обратный heartbeat.** RX шлёт на адрес источника последнего CONTROL
маленький служебный пакет (~5 раз/с): magic `CB 01`, флаг собственного
failsafe, последний принятый seq; при включённом ключе — тоже под HMAC. TX
принимает их на тот же сокет (сквозь NAT проходит, т.к. он сам инициировал
поток) и показывает в логе, **отвечает ли приёмник** и не ушёл ли тот в
failsafe. Это чисто служебный PC-трафик, STM в нём не участвует, поэтому он не
в зеркале протокола, а в самом `bridge.py`. На выдачу SBUS и на основной поток
управления heartbeat не влияет.
- **Индикация для оператора.** Если запустить tx в терминале, он показывает одну
живую строку, обновляемую на месте: зелёное `● СВЯЗЬ ЕСТЬ`, жёлтое
`● СВЯЗЬ ЕСТЬ (приёмник в failsafe)` или красное `● СВЯЗИ НЕТ`. Под systemd
(вывод не в терминал) вместо строки идут события в журнал по смене состояния.
## FAILSAFE
Потеря связи никогда не оставляет тележку на последней команде — выход всегда
нейтраль (все каналы 1024), а не удержание.
- **Главный предохранитель — на самом STM-RX.** Если валидный `CONTROL` по USB
не приходил дольше `RX_USB_TIMEOUT_MS = 150` мс (3 кадра), STM-RX сам выдаёт на
провод нейтраль с флагом failsafe (SBUS bit3). Срабатывает при обрыве USB,
зависании или падении ПК-процесса. SBUS на провод идёт непрерывно 20 Гц в любом
случае — драйвер не видит пропажи сигнала.
- **Сетевой failsafe на ПК-RX.** При тишине из сети дольше 100 мс bridge активно
шлёт на STM-RX нейтральные `CONTROL` с флагом `CTRL_FLAG_FAILSAFE` в темпе
20 Гц, чтобы причина была явной. STM-RX транслирует этот флаг в бит failsafe
SBUS-кадра (byte 23 bit3). Восстановление — по первому свежему валидному пакету.
## Запуск
```
# сторона пульта
.venv/bin/python tools/bridge.py --role tx --peer 10.0.0.2:5005 --key SECRET
# сторона тележки
.venv/bin/python tools/bridge.py --role rx --bind 0.0.0.0:5005 --peer 10.0.0.1 --key SECRET
```
Локальная проверка без сети: оба экземпляра на одной машине с `--peer 127.0.0.1`
и двумя STM по USB; SBUS с RX снять `tools/decode.py` и сверить с осями стика TX.
Параметры можно задавать через env (`CART_BRIDGE_ROLE/PEER/BIND/DEVICE/KEY/
LOG_LEVEL`), CLI их переопределяет.
## Автозапуск: systemd-службы
Для постоянной работы мост ставится службами: `cart-bridge-tx` (отправитель) и
`cart-bridge-rx` (приёмник), по одной роли на машину. Юниты, примеры конфигов и
установщик — в каталоге `deploy/`:
```sh
cd deploy
sudo ./install-bridge.sh tx # на машине у пульта
sudo ./install-bridge.sh rx # на машине у тележки
```
Установщик подставляет реальные пути (python из `.venv`, `bridge.py`, рабочий
каталог) и пользователя, кладёт конфиги в `/etc/cart-bridge/{tx,rx}.env`. Там
задаются `CART_BRIDGE_PEER`/`BIND` и общий `CART_BRIDGE_KEY` (должен совпадать на
обеих сторонах). Логи и индикация «отвечает ли приёмник» — `journalctl -u
cart-bridge-tx -f`. Подробности — `deploy/README.md`.
+23 -1
View File
@@ -1,4 +1,11 @@
[env:weact_g431cb] ; Две роли одной прошивки тележки, выбираются на этапе сборки:
; pio run -e cart_tx — пульт -> локальный SBUS + отправка по USB на ПК
; pio run -e cart_rx — приём по USB с ПК -> SBUS на драйвер колёс
; Роль публикуется в USB product string (CART-TX / CART-RX), по которой ПК-сервер
; (tools/bridge.py) находит нужный порт. Общий код (sbus, usb_link) собирается в
; оба env; специфичный — через build_src_filter, без мёртвого кода неактивной роли.
[env]
platform = ststm32 platform = ststm32
board = genericSTM32G431CB board = genericSTM32G431CB
framework = arduino framework = arduino
@@ -8,3 +15,18 @@ monitor_speed = 115200
build_flags = build_flags =
-DUSBCON -DUSBCON
-DUSBD_USE_CDC -DUSBD_USE_CDC
build_src_filter = -<*> +<sbus.cpp> +<usb_link.cpp>
[env:cart_tx]
build_flags =
${env.build_flags}
-DCART_ROLE_TX
-DUSB_PRODUCT_STRING="\"CART-TX\""
build_src_filter = ${env.build_src_filter} +<stick.cpp> +<app_tx.cpp>
[env:cart_rx]
build_flags =
${env.build_flags}
-DCART_ROLE_RX
-DUSB_PRODUCT_STRING="\"CART-RX\""
build_src_filter = ${env.build_src_filter} +<app_rx.cpp>
@@ -0,0 +1,70 @@
// Роль RX: принимает CONTROL по USB от ПК и гонит SBUS на провод драйвера так
// же, как если бы сигнал шёл с пульта. SBUS отправляется строго каждые 50 мс
// из последнего известного состояния — джиттер сети/USB не попадает на провод.
// FAILSAFE: если валидный CONTROL не приходил дольше RX_USB_TIMEOUT_MS, провод
// получает нейтраль (все каналы 1024) с флагом failsafe. Главный предохранитель
// живёт на самом STM и срабатывает даже при зависшем ПК или оборванном USB.
#ifdef CART_ROLE_RX
#include <Arduino.h>
#include "sbus.h"
#include "usb_link.h"
#include "device_id.h"
static uint16_t s_ch[16]; // последнее принятое состояние каналов
static uint8_t s_ctrlFlags = 0; // флаги последнего CONTROL (CTRL_FLAG_*)
static bool s_haveData = false;
static uint32_t s_lastGoodMs = 0;
static void replyIdent() {
LinkIdent id;
id.role = ROLE_RX;
id.proto_ver = LINK_VERSION;
id.fw_ver = CART_FW_VERSION;
cartReadUid(id.uid);
usbSendIdent(&id);
}
void setup() {
usbLinkInit();
sbusUartInit();
sbusNeutral(s_ch);
}
void loop() {
// приём кадров из USB
LinkRxEvent ev;
do {
usbLinkPoll(&ev);
if (ev.type == LINK_HELLO) {
replyIdent();
} else if (ev.type == LINK_CONTROL) {
memcpy(s_ch, ev.control.ch, sizeof(s_ch));
s_ctrlFlags = ev.control.flags;
s_lastGoodMs = millis();
s_haveData = true;
}
} while (ev.type != 0);
// выдача SBUS на провод строго по таймеру
static uint32_t next = 0;
uint32_t now = millis();
if (now < next)
return;
next = now + FRAME_PERIOD_MS;
bool stale = !s_haveData || (now - s_lastGoodMs > RX_USB_TIMEOUT_MS);
uint8_t frame[25];
if (stale) {
// нет свежих данных по USB -> нейтраль + явный failsafe на провод
uint16_t neutral[16];
sbusNeutral(neutral);
sbusPack(frame, neutral, SBUS_FLAG_FAILSAFE | SBUS_FLAG_FRAME_LOST);
} else {
// транслируем сетевой failsafe (CTRL_FLAG_FAILSAFE от ПК) в бит SBUS
uint8_t flags = (s_ctrlFlags & CTRL_FLAG_FAILSAFE) ? SBUS_FLAG_FAILSAFE : 0;
sbusPack(frame, s_ch, flags);
}
sbusSendFrame(frame);
}
#endif // CART_ROLE_RX
@@ -0,0 +1,59 @@
// Роль TX: к STM подключён пульт. Как и раньше, формирует SBUS на локальный
// провод (старый функционал не изменён), и ДОПОЛНИТЕЛЬНО шлёт те же значения
// каналов по USB на ПК кадром CONTROL. Отвечает на HELLO кадром IDENT.
#ifdef CART_ROLE_TX
#include <Arduino.h>
#include "sbus.h"
#include "stick.h"
#include "usb_link.h"
#include "device_id.h"
static void replyIdent() {
LinkIdent id;
id.role = ROLE_TX;
id.proto_ver = LINK_VERSION;
id.fw_ver = CART_FW_VERSION;
cartReadUid(id.uid);
usbSendIdent(&id);
}
void setup() {
usbLinkInit();
stickInit();
sbusUartInit();
}
void loop() {
// обслуживаем входящие кадры (ждём только HELLO от ПК)
LinkRxEvent ev;
do {
usbLinkPoll(&ev);
if (ev.type == LINK_HELLO)
replyIdent();
} while (ev.type != 0);
static uint32_t next = 0;
static uint32_t seq = 0;
uint32_t now = millis();
if (now < next)
return;
next = now + FRAME_PERIOD_MS;
uint16_t ch[16];
float fwd, right;
stickComputeChannels(ch, &fwd, &right);
// 1) локальный провод к драйверу — как раньше
uint8_t frame[25];
sbusPack(frame, ch);
sbusSendFrame(frame);
// 2) те же каналы по USB на ПК
LinkControl c;
c.seq = seq++;
c.t_ms = now;
c.flags = 0;
memcpy(c.ch, ch, sizeof(c.ch));
usbSendControl(&c);
}
#endif // CART_ROLE_TX
@@ -0,0 +1,9 @@
// 96-битный уникальный идентификатор чипа STM32G431 (UID base 0x1FFF7590).
// Используется в IDENT, чтобы ПК отличал конкретные экземпляры устройств.
#pragma once
#include <stdint.h>
#include <string.h>
static inline void cartReadUid(uint8_t uid[12]) {
memcpy(uid, (const void *)0x1FFF7590UL, 12);
}
@@ -0,0 +1,59 @@
// Единый источник истины для бинарного протокола связи пульт<->ПК<->тележка.
// Эти же числа зеркалятся в tools/link_proto.py — при любой правке меняй ОБА
// файла и сверяйся тест-векторами (tools/link_proto.py --selftest).
//
// Кадр поверх потока (USB CDC и полезная нагрузка UDP используют общий payload):
// [SYNC0][SYNC1][VER][TYPE][LEN][PAYLOAD..LEN][CRC16_LO][CRC16_HI]
// CRC16-CCITT (poly 0x1021, init 0xFFFF) по байтам [VER..конец PAYLOAD], LE.
#pragma once
#include <stdint.h>
// --- кадрирование ---
static const uint8_t LINK_SYNC0 = 0xA5;
static const uint8_t LINK_SYNC1 = 0x5A;
static const uint8_t LINK_VERSION = 1; // версия протокола, проверяется в handshake
static const uint8_t LINK_MAX_PAYLOAD = 64;
// --- типы кадров ---
enum LinkType : uint8_t {
LINK_HELLO = 0x03, // ПК -> STM: запрос идентификации (payload пуст)
LINK_IDENT = 0x02, // STM -> ПК: ответ на HELLO (LinkIdent)
LINK_CONTROL = 0x01, // поток управления в обе стороны (LinkControl)
LINK_LOG = 0x04, // STM -> ПК: отладочный ASCII-текст (вместо голого Serial)
};
// --- роли устройства (совпадают с продуктовой строкой USB) ---
enum LinkRole : uint8_t {
ROLE_TX = 'T', // к STM подключён пульт
ROLE_RX = 'R', // STM гонит SBUS на драйвер колёс
};
// --- флаги в LinkControl.flags ---
static const uint8_t CTRL_FLAG_FAILSAFE = 0x01; // источник объявил безопасный стоп
// Полезная нагрузка CONTROL (LE на проводе). Это общая «валюта» всей цепочки:
// TX кладёт сюда ровно те ch[], что уходят на его локальный провод, ПК
// перекладывает payload в UDP и обратно, RX распаковывает и пакует в SBUS.
// Пакуется/распаковывается вручную (без struct-паддинга) в link_pack.*.
struct LinkControl {
uint32_t seq; // монотонный счётчик кадров источника
uint32_t t_ms; // millis() на источнике (оценка задержки/джиттера)
uint8_t flags; // CTRL_FLAG_*
uint16_t ch[16]; // значения SBUS-каналов 0..2047
};
static const uint8_t LINK_CONTROL_LEN = 4 + 4 + 1 + 2 * 16; // 41 байт
// Полезная нагрузка IDENT.
struct LinkIdent {
uint8_t role; // LinkRole
uint8_t proto_ver; // LINK_VERSION на устройстве
uint16_t fw_ver; // версия прошивки
uint8_t uid[12]; // 96-битный UID чипа
};
static const uint8_t LINK_IDENT_LEN = 1 + 1 + 2 + 12; // 16 байт
static const uint16_t CART_FW_VERSION = 0x0100; // 1.00
// --- тайминги (мс) ---
static const uint32_t FRAME_PERIOD_MS = 50; // 20 Гц, темп старого пульта
static const uint32_t RX_USB_TIMEOUT_MS = 450; // нет CONTROL дольше -> нейтраль на проводе
-166
View File
@@ -1,166 +0,0 @@
// Пульт тележки: стик (АЦП PA0/PA1) -> SBUS на USART1 TX (PA9).
// Протокол: инвертированный SBUS, 100000 бод 8E2, 25 байт каждые 50 мс
// (см. docs/protocol.md). USB CDC (Serial) — отладочный вывод.
#include <Arduino.h>
// ---- калибровка стика (АЦП 12 бит, замерено 2026-08-20) ----
static const int X_FWD = 650, X_MID = 2014, X_BACK = 3378; // PA0 (плечи равны: 2014-650 = 3378-2014 = 1364)
static const int Y_RIGHT = 479, Y_MID = 1981, Y_LEFT = 3586; // PA1
static const int DEADZONE = 15; // отсечка дребезга вокруг нейтрали
// ---- SBUS-значения старого пульта ----
static const uint16_t SBUS_MID = 1024;
static const uint16_t CH2_MIN = 433, CH2_MAX = 1643; // назад..вперёд
static const uint16_t CH4_MIN = 446, CH4_MAX = 1654; // влево..вправо
// ---- expo: 0 = линейно, 1 = максимально мягкая нейтраль ----
static const float EXPO_K = 0.0f;
// ---- общий масштаб выхода: 1.0 = диапазон старого пульта ----
static const float RANGE_SCALE = 0.75f;
// симметричные плечи: вперёд и назад дают одинаковый максимум
static const uint16_t CH2_SPAN = 591; // min(1643-1024, 1024-433)
static const uint16_t CH4_SPAN = 578; // min(1654-1024, 1024-446)
// ---- профиль газа/поворота ----
static const float MOVE_START = 0.15f; // старт движения, доля хода стика
static const float POWER_FWD = 0.60f; // потолок «вперёд»
static const float POWER_BACK = 0.50f; // потолок «назад»
static const float POWER_TURN = 0.70f; // потолок поворота
static const uint16_t CH2_DB = 221; // мёртвая зона приёмника тележки (ЗАМЕРИТЬ по монитору)
static const uint16_t CH4_DB = 221;
static const uint32_t FRAME_PERIOD_MS = 50;
static const uint32_t PIN_X = PA0;
static const uint32_t PIN_Y = PA1;
static UART_HandleTypeDef s_sbusUart;
// USART1 TX = PA9 (AF7), 100000 бод, 8E2, TX инвертирован
static void sbusUartInit() {
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
GPIO_InitTypeDef gpio = {};
gpio.Pin = GPIO_PIN_9;
gpio.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
gpio.Alternate = GPIO_AF7_USART1;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);
s_sbusUart.Instance = USART1;
s_sbusUart.Init.BaudRate = 100000;
s_sbusUart.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B; // 8 данных + чётность
s_sbusUart.Init.StopBits = UART_STOPBITS_2;
s_sbusUart.Init.Parity = UART_PARITY_EVEN;
s_sbusUart.Init.Mode = UART_MODE_TX;
s_sbusUart.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
s_sbusUart.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
s_sbusUart.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_TXINVERT_INIT;
s_sbusUart.AdvancedInit.TxPinLevelInvert = UART_ADVFEATURE_TXINV_ENABLE;
HAL_UART_Init(&s_sbusUart);
}
// нормализация одной оси в [-1..1] с мёртвой зоной и асимметричными плечами
static float axisNorm(int adc, int lowEnd, int mid, int highEnd) {
float x;
if (adc < mid - DEADZONE) {
x = (float)(mid - adc) / (float)(mid - lowEnd); // к lowEnd -> +1
} else if (adc > mid + DEADZONE) {
x = -(float)(adc - mid) / (float)(highEnd - mid); // к highEnd -> -1
} else {
return 0.0f;
}
return constrain(x, -1.0f, 1.0f);
}
// expo-кривая: гасит чувствительность у нейтрали, сохраняет края
static float expo(float x) {
return EXPO_K * x * x * x + (1.0f - EXPO_K) * x;
}
static uint16_t toSbus(float x, uint16_t span) {
return (uint16_t)(SBUS_MID + lroundf(x * span));
}
// стик [-1..1] -> SBUS-значение канала: ниже MOVE_START — нейтраль, выше —
// линейно от порога срабатывания приёмника (db) до POWER_FRAC*span на полном стике
static uint16_t driveToSbus(float x, uint16_t span, uint16_t db,
float powerPos, float powerNeg) {
float mag = fabsf(x);
if (mag <= MOVE_START)
return SBUS_MID;
float outMax = (x > 0.0f ? powerPos : powerNeg) * span;
float t = (mag - MOVE_START) / (1.0f - MOVE_START);
long delta = lroundf(db + t * (outMax - db));
return (x > 0.0f) ? (uint16_t)(SBUS_MID + delta)
: (uint16_t)(SBUS_MID - delta);
}
static void sbusPack(uint8_t out[25], const uint16_t ch[16]) {
out[0] = 0x0F;
memset(out + 1, 0, 22);
uint32_t bitpos = 0;
for (int n = 0; n < 16; n++) {
for (int b = 0; b < 11; b++) {
if (ch[n] & (1u << b))
out[1 + (bitpos >> 3)] |= 1u << (bitpos & 7);
bitpos++;
}
}
out[23] = 0x00; // флаги
out[24] = 0x00; // футер
}
static int readAvg(uint32_t pin) {
uint32_t acc = 0;
for (int i = 0; i < 16; i++)
acc += analogRead(pin);
return acc / 16;
}
void setup() {
Serial.begin(115200);
analogReadResolution(12);
pinMode(PIN_X, INPUT_ANALOG);
pinMode(PIN_Y, INPUT_ANALOG);
sbusUartInit();
}
void loop() {
static uint32_t next = 0;
uint32_t now = millis();
if (now < next)
return;
next = now + FRAME_PERIOD_MS;
int adcX = readAvg(PIN_X);
int adcY = readAvg(PIN_Y);
// вперёд = adcX к X_FWD (вниз) -> +1; вправо = adcY к Y_RIGHT -> +1
float fwd = axisNorm(adcX, X_FWD, X_MID, X_BACK);
float right = axisNorm(adcY, Y_RIGHT, Y_MID, Y_LEFT);
uint16_t ch[16];
for (int i = 0; i < 16; i++)
ch[i] = SBUS_MID;
ch[1] = driveToSbus(fwd, CH2_SPAN, CH2_DB, POWER_FWD, POWER_BACK); // канал 2 — газ
ch[3] = driveToSbus(right, CH4_SPAN, CH4_DB, POWER_TURN, POWER_TURN); // канал 4 — поворот
uint8_t frame[25];
sbusPack(frame, ch);
HAL_UART_Transmit(&s_sbusUart, frame, sizeof(frame), 20);
Serial.print("adc=");
Serial.print(adcX);
Serial.print(",");
Serial.print(adcY);
Serial.print(" fwd=");
Serial.print(fwd, 3);
Serial.print(" right=");
Serial.print(right, 3);
Serial.print(" ch2=");
Serial.print(ch[1]);
Serial.print(" ch4=");
Serial.println(ch[3]);
}
@@ -0,0 +1,55 @@
#include "sbus.h"
#include <Arduino.h>
#include <string.h>
static UART_HandleTypeDef s_sbusUart;
void sbusNeutral(uint16_t ch[16]) {
for (int i = 0; i < 16; i++)
ch[i] = SBUS_MID;
}
void sbusPack(uint8_t out[25], const uint16_t ch[16], uint8_t flags) {
out[0] = 0x0F;
memset(out + 1, 0, 22);
uint32_t bitpos = 0;
for (int n = 0; n < 16; n++) {
for (int b = 0; b < 11; b++) {
if (ch[n] & (1u << b))
out[1 + (bitpos >> 3)] |= 1u << (bitpos & 7);
bitpos++;
}
}
out[23] = flags; // флаги: bit2=frame_lost, bit3=failsafe
out[24] = 0x00; // футер
}
// USART1 TX = PA9 (AF7), 100000 бод, 8E2, TX инвертирован
void sbusUartInit() {
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
GPIO_InitTypeDef gpio = {};
gpio.Pin = GPIO_PIN_9;
gpio.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpio.Pull = GPIO_NOPULL;
gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
gpio.Alternate = GPIO_AF7_USART1;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio);
s_sbusUart.Instance = USART1;
s_sbusUart.Init.BaudRate = 100000;
s_sbusUart.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B; // 8 данных + чётность
s_sbusUart.Init.StopBits = UART_STOPBITS_2;
s_sbusUart.Init.Parity = UART_PARITY_EVEN;
s_sbusUart.Init.Mode = UART_MODE_TX;
s_sbusUart.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
s_sbusUart.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
s_sbusUart.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_TXINVERT_INIT;
s_sbusUart.AdvancedInit.TxPinLevelInvert = UART_ADVFEATURE_TXINV_ENABLE;
HAL_UART_Init(&s_sbusUart);
}
void sbusSendFrame(const uint8_t frame[25]) {
HAL_UART_Transmit(&s_sbusUart, (uint8_t *)frame, 25, 20);
}
+25
View File
@@ -0,0 +1,25 @@
// Общий SBUS-слой: упаковка кадра и вывод инвертированного SBUS на провод
// (USART1 TX = PA9, 100000 бод, 8E2, TXINV). Единственный владелец всего, что
// идёт на драйвер колёс — используется и TX (локальный провод), и RX.
// См. docs/protocol.md.
#pragma once
#include <stdint.h>
static const uint16_t SBUS_MID = 1024; // нейтраль всех каналов
// Флаги в байте 23 SBUS-кадра (см. docs/protocol.md).
static const uint8_t SBUS_FLAG_FRAME_LOST = 0x04; // bit2
static const uint8_t SBUS_FLAG_FAILSAFE = 0x08; // bit3
// Заполнить ch[16] нейтралью (все каналы 1024).
void sbusNeutral(uint16_t ch[16]);
// Упаковать 16 каналов (0..2047) в стандартный 25-байтовый SBUS-кадр.
// flags идёт в байт 23 (bit2=frame_lost, bit3=failsafe).
void sbusPack(uint8_t out[25], const uint16_t ch[16], uint8_t flags = 0);
// Инициализация USART1 для вывода инвертированного SBUS.
void sbusUartInit();
// Передать готовый 25-байтовый кадр на провод (блокирующе, таймаут 20 мс).
void sbusSendFrame(const uint8_t frame[25]);
@@ -0,0 +1,80 @@
#include "stick.h"
#include "sbus.h"
#include <Arduino.h>
// ---- калибровка стика (АЦП 12 бит, замерено 2026-08-20) ----
static const int X_FWD = 650, X_MID = 2014, X_BACK = 3378; // PA0 (плечи равны: 2014-650 = 3378-2014 = 1364)
static const int Y_RIGHT = 479, Y_MID = 1981, Y_LEFT = 3586; // PA1
static const int DEADZONE = 15; // отсечка дребезга вокруг нейтрали
// симметричные плечи: вперёд и назад дают одинаковый максимум
static const uint16_t CH2_SPAN = 591; // min(1643-1024, 1024-433)
static const uint16_t CH4_SPAN = 578; // min(1654-1024, 1024-446)
// ---- профиль газа/поворота ----
static const float MOVE_START = 0.15f; // старт движения, доля хода стика
static const float POWER_FWD = 0.60f; // потолок «вперёд»
static const float POWER_BACK = 0.50f; // потолок «назад»
static const float POWER_TURN = 0.70f; // потолок поворота
static const uint16_t CH2_DB = 221; // мёртвая зона приёмника тележки
static const uint16_t CH4_DB = 221;
static const uint32_t PIN_X = PA0;
static const uint32_t PIN_Y = PA1;
// нормализация одной оси в [-1..1] с мёртвой зоной и асимметричными плечами
static float axisNorm(int adc, int lowEnd, int mid, int highEnd) {
float x;
if (adc < mid - DEADZONE) {
x = (float)(mid - adc) / (float)(mid - lowEnd); // к lowEnd -> +1
} else if (adc > mid + DEADZONE) {
x = -(float)(adc - mid) / (float)(highEnd - mid); // к highEnd -> -1
} else {
return 0.0f;
}
return constrain(x, -1.0f, 1.0f);
}
// стик [-1..1] -> SBUS-значение канала: ниже MOVE_START — нейтраль, выше —
// линейно от порога срабатывания приёмника (db) до POWER_FRAC*span на полном стике
static uint16_t driveToSbus(float x, uint16_t span, uint16_t db,
float powerPos, float powerNeg) {
float mag = fabsf(x);
if (mag <= MOVE_START)
return SBUS_MID;
float outMax = (x > 0.0f ? powerPos : powerNeg) * span;
float t = (mag - MOVE_START) / (1.0f - MOVE_START);
long delta = lroundf(db + t * (outMax - db));
return (x > 0.0f) ? (uint16_t)(SBUS_MID + delta)
: (uint16_t)(SBUS_MID - delta);
}
static int readAvg(uint32_t pin) {
uint32_t acc = 0;
for (int i = 0; i < 16; i++)
acc += analogRead(pin);
return acc / 16;
}
void stickInit() {
analogReadResolution(12);
pinMode(PIN_X, INPUT_ANALOG);
pinMode(PIN_Y, INPUT_ANALOG);
}
void stickComputeChannels(uint16_t ch[16], float *fwdOut, float *rightOut) {
int adcX = readAvg(PIN_X);
int adcY = readAvg(PIN_Y);
// вперёд = adcX к X_FWD (вниз) -> +1; вправо = adcY к Y_RIGHT -> +1
float fwd = axisNorm(adcX, X_FWD, X_MID, X_BACK);
float right = axisNorm(adcY, Y_RIGHT, Y_MID, Y_LEFT);
sbusNeutral(ch);
ch[1] = driveToSbus(fwd, CH2_SPAN, CH2_DB, POWER_FWD, POWER_BACK); // канал 2 — газ
ch[3] = driveToSbus(right, CH4_SPAN, CH4_DB, POWER_TURN, POWER_TURN); // канал 4 — поворот
if (fwdOut)
*fwdOut = fwd;
if (rightOut)
*rightOut = right;
}
+12
View File
@@ -0,0 +1,12 @@
// Пульт: чтение стика (АЦП PA0/PA1), калибровка, профиль газа/поворота и
// формирование значений SBUS-каналов. Вся «логика пульта» живёт здесь.
// Компилируется только для роли TX (см. build_src_filter в platformio.ini).
#pragma once
#include <stdint.h>
// Инициализация АЦП-входов стика.
void stickInit();
// Прочитать стик и заполнить ch[16] значениями SBUS-каналов (нейтраль + ch2/ch4).
// Возвращает по ссылкам нормализованные оси для отладки.
void stickComputeChannels(uint16_t ch[16], float *fwdOut, float *rightOut);
@@ -0,0 +1,148 @@
#include "usb_link.h"
#include <Arduino.h>
#include <string.h>
uint16_t linkCrc16(const uint8_t *data, uint16_t len) {
uint16_t crc = 0xFFFF;
for (uint16_t i = 0; i < len; i++) {
crc ^= (uint16_t)data[i] << 8;
for (int b = 0; b < 8; b++)
crc = (crc & 0x8000) ? (uint16_t)((crc << 1) ^ 0x1021) : (uint16_t)(crc << 1);
}
return crc;
}
// ---- сериализация payload (little-endian, без struct-паддинга) ----
static void put_u16(uint8_t *p, uint16_t v) { p[0] = v & 0xFF; p[1] = v >> 8; }
static void put_u32(uint8_t *p, uint32_t v) {
p[0] = v & 0xFF; p[1] = (v >> 8) & 0xFF; p[2] = (v >> 16) & 0xFF; p[3] = (v >> 24) & 0xFF;
}
static uint16_t get_u16(const uint8_t *p) { return (uint16_t)p[0] | ((uint16_t)p[1] << 8); }
static uint32_t get_u32(const uint8_t *p) {
return (uint32_t)p[0] | ((uint32_t)p[1] << 8) | ((uint32_t)p[2] << 16) | ((uint32_t)p[3] << 24);
}
static uint8_t packControl(const LinkControl *c, uint8_t *out) {
put_u32(out + 0, c->seq);
put_u32(out + 4, c->t_ms);
out[8] = c->flags;
for (int i = 0; i < 16; i++)
put_u16(out + 9 + 2 * i, c->ch[i]);
return LINK_CONTROL_LEN;
}
static void unpackControl(const uint8_t *in, LinkControl *c) {
c->seq = get_u32(in + 0);
c->t_ms = get_u32(in + 4);
c->flags = in[8];
for (int i = 0; i < 16; i++)
c->ch[i] = get_u16(in + 9 + 2 * i);
}
// ---- отправка кадра ----
static void sendFrame(uint8_t type, const uint8_t *payload, uint8_t len) {
uint8_t buf[3 + LINK_MAX_PAYLOAD + 2];
buf[0] = LINK_VERSION;
buf[1] = type;
buf[2] = len;
if (len)
memcpy(buf + 3, payload, len);
uint16_t crc = linkCrc16(buf, 3 + len);
uint8_t hdr[2] = {LINK_SYNC0, LINK_SYNC1};
Serial.write(hdr, 2);
Serial.write(buf, 3 + len);
uint8_t crcb[2] = {(uint8_t)(crc & 0xFF), (uint8_t)(crc >> 8)};
Serial.write(crcb, 2);
}
void usbSendControl(const LinkControl *c) {
uint8_t pl[LINK_CONTROL_LEN];
uint8_t n = packControl(c, pl);
sendFrame(LINK_CONTROL, pl, n);
}
void usbSendIdent(const LinkIdent *id) {
uint8_t pl[LINK_IDENT_LEN];
pl[0] = id->role;
pl[1] = id->proto_ver;
put_u16(pl + 2, id->fw_ver);
memcpy(pl + 4, id->uid, 12);
sendFrame(LINK_IDENT, pl, LINK_IDENT_LEN);
}
void usbSendLog(const char *msg) {
uint8_t len = (uint8_t)strnlen(msg, LINK_MAX_PAYLOAD);
sendFrame(LINK_LOG, (const uint8_t *)msg, len);
}
void usbLinkInit() {
Serial.begin(115200);
}
// ---- стейт-машина приёма ----
enum RxState { WAIT_S0, WAIT_S1, READ_HDR, READ_PAYLOAD, READ_CRC };
static RxState s_state = WAIT_S0;
static uint8_t s_hdr[3]; // VER, TYPE, LEN
static uint8_t s_hdrGot;
static uint8_t s_payload[LINK_MAX_PAYLOAD];
static uint8_t s_payGot;
static uint8_t s_crc[2];
static uint8_t s_crcGot;
static void resync() { s_state = WAIT_S0; s_hdrGot = s_payGot = s_crcGot = 0; }
void usbLinkPoll(LinkRxEvent *ev) {
ev->type = 0;
while (Serial.available() > 0) {
uint8_t b = (uint8_t)Serial.read();
switch (s_state) {
case WAIT_S0:
if (b == LINK_SYNC0) s_state = WAIT_S1;
break;
case WAIT_S1:
s_state = (b == LINK_SYNC1) ? READ_HDR : WAIT_S0;
s_hdrGot = 0;
break;
case READ_HDR:
s_hdr[s_hdrGot++] = b;
if (s_hdrGot == 3) {
// s_hdr: VER, TYPE, LEN
if (s_hdr[0] != LINK_VERSION || s_hdr[2] > LINK_MAX_PAYLOAD) {
resync(); // неверная версия/длина — сдвиг и поиск заново
break;
}
s_payGot = 0;
s_state = (s_hdr[2] == 0) ? READ_CRC : READ_PAYLOAD;
}
break;
case READ_PAYLOAD:
s_payload[s_payGot++] = b;
if (s_payGot == s_hdr[2])
s_state = READ_CRC;
break;
case READ_CRC:
s_crc[s_crcGot++] = b;
if (s_crcGot == 2) {
uint8_t chk[3 + LINK_MAX_PAYLOAD];
chk[0] = s_hdr[0]; chk[1] = s_hdr[1]; chk[2] = s_hdr[2];
memcpy(chk + 3, s_payload, s_hdr[2]);
uint16_t want = (uint16_t)s_crc[0] | ((uint16_t)s_crc[1] << 8);
uint16_t got = linkCrc16(chk, 3 + s_hdr[2]);
uint8_t type = s_hdr[1];
uint8_t len = s_hdr[2];
resync();
if (want == got) {
if (type == LINK_CONTROL && len == LINK_CONTROL_LEN) {
unpackControl(s_payload, &ev->control);
ev->type = LINK_CONTROL;
return;
} else if (type == LINK_HELLO || type == LINK_IDENT || type == LINK_LOG) {
ev->type = type;
return;
}
}
// битый CRC или неизвестный тип — молча ищем следующий кадр
}
break;
}
}
}
@@ -0,0 +1,23 @@
// Бинарный протокол поверх USB CDC (Serial): кадрирование, CRC16, сериализация
// CONTROL/IDENT/LOG и стейт-машина приёма с ресинхронизацией. Общий для TX и RX.
#pragma once
#include "link_protocol.h"
// Результат опроса входящего потока.
struct LinkRxEvent {
uint8_t type; // 0 = в этот вызов целого кадра нет; иначе LinkType
LinkControl control; // валидно при type == LINK_CONTROL
};
void usbLinkInit();
// Разобрать доступные байты. Возвращает максимум один полный валидный кадр за
// вызов (type != 0). Вызывать в цикле, пока event.type != 0, затем дальше.
void usbLinkPoll(LinkRxEvent *ev);
void usbSendControl(const LinkControl *c);
void usbSendIdent(const LinkIdent *id);
void usbSendLog(const char *msg);
// Общий CRC16-CCITT (poly 0x1021, init 0xFFFF). Экспортирован для тестов.
uint16_t linkCrc16(const uint8_t *data, uint16_t len);
@@ -0,0 +1,379 @@
#!/usr/bin/env python3
"""Сетевой мост «пульт -> тележка»: один симметричный сервер, роль задаётся
флагом. Два экземпляра переносят управление с STM-передатчика на STM-приёмник
через локальную сеть/интернет.
[пульт] ADC-> STM(CART-TX) --USB--> bridge --role tx --UDP--> bridge --role rx --USB--> STM(CART-RX) --SBUS-> драйвер
Роль tx: читает кадры CONTROL из USB от STM-TX и шлёт их по UDP на peer.
Роль rx: принимает UDP, пишет CONTROL в USB на STM-RX; при тишине из сети шлёт
явную нейтраль с флагом failsafe (главный предохранитель — на самом STM).
Обратный канал: rx шлёт tx heartbeat, поэтому на стороне отправителя видно,
отвечает ли приёмник и не ушёл ли он сам в failsafe.
Устройство выбирается по USB product string (CART-TX / CART-RX) и подтверждается
handshake-кадром IDENT (роль + версия протокола). Для интернета используй общий
ключ (--key) — каждый UDP-пакет аутентифицируется HMAC-SHA256; без ключа трафик
идёт в открытом виде (только для доверенной локальной сети).
Параметры можно задавать и через env (CART_BRIDGE_ROLE/PEER/BIND/DEVICE/KEY/
LOG_LEVEL) — так настраиваются systemd-службы (см. deploy/).
Запуск (из каталога прошивки):
.venv/bin/python tools/bridge.py --role tx --peer 10.0.0.2:5005
.venv/bin/python tools/bridge.py --role rx --bind 0.0.0.0:5005
"""
import argparse
import hmac
import logging
import os
import select
import socket
import struct
import sys
import time
from hashlib import sha256
import serial
from serial.tools import list_ports
import link_proto as lp
HMAC_LEN = 8 # усечённый HMAC-SHA256 на пакет
NET_TIMEOUT_S = 0.50 # нет UDP дольше -> rx начинает слать failsafe
HELLO_TIMEOUT_S = 1.0
SEQ_RESET_AFTER = 20 # столько подряд «несвежих» пакетов = перезапуск источника
# Обратный канал «жив ли приёмник»: rx шлёт heartbeat в сторону tx (на адрес
# источника последнего CONTROL), tx по ним показывает, отвечает ли приёмник и
# не ушёл ли он сам в failsafe. Это PC-only служебный трафик (к STM отношения не
# имеет), поэтому живёт здесь, а не в зеркале протокола link_proto.
HEARTBEAT_MAGIC = b"\xCB\x01"
HEARTBEAT_PERIOD_S = 0.2 # как часто rx шлёт heartbeat
HEARTBEAT_TIMEOUT_S = 1.0 # нет heartbeat дольше -> tx считает приёмник недоступным
HEARTBEAT_STATUS_S = 5.0 # период печати статуса приёмника на tx
HB_FLAG_FAILSAFE = 0x01
log = logging.getLogger("bridge")
def pack_hb(failsafe: bool, last_seq: int) -> bytes:
flags = HB_FLAG_FAILSAFE if failsafe else 0
return HEARTBEAT_MAGIC + struct.pack("<BI", flags, last_seq & 0xFFFFFFFF)
def parse_hb(payload: bytes):
"""-> dict(failsafe, last_seq) либо None, если это не heartbeat."""
if len(payload) != len(HEARTBEAT_MAGIC) + 5 or payload[:2] != HEARTBEAT_MAGIC:
return None
flags, last_seq = struct.unpack_from("<BI", payload, 2)
return {"failsafe": bool(flags & HB_FLAG_FAILSAFE), "last_seq": last_seq}
_ANSI = {"green": "\033[1;32m", "red": "\033[1;31m", "yellow": "\033[1;33m", "reset": "\033[0m"}
def render_link_status(alive: bool, failsafe: bool, color: bool):
"""Живая одна строка для оператора: зелёная «СВЯЗЬ ЕСТЬ» / красная «СВЯЗИ
НЕТ», обновляется на месте (возврат каретки)."""
if not alive:
text, c = "СВЯЗИ НЕТ", "red"
elif failsafe:
text, c = "СВЯЗЬ ЕСТЬ (приёмник в failsafe)", "yellow"
else:
text, c = "СВЯЗЬ ЕСТЬ", "green"
body = "● " + text
if color:
body = _ANSI[c] + body + _ANSI["reset"]
sys.stdout.write("\r\033[2K" + body) # \033[2K — очистить строку
sys.stdout.flush()
# ---------------- выбор и handshake USB-устройства ----------------
def find_port(role: str, selector: str | None) -> str:
"""Найти последовательный порт по роли (product string) или явному
селектору (путь /dev/..., подстрока product или серийник)."""
if selector and ("/" in selector or selector.startswith("COM")):
return selector # явный путь к устройству
want_product = {"tx": "CART-TX", "rx": "CART-RX"}[role]
matches = []
for p in list_ports.comports():
hay = " ".join(filter(None, (p.product, p.serial_number, p.description))).upper()
if selector:
if selector.upper() in hay:
matches.append(p)
elif want_product in hay:
matches.append(p)
if not matches:
raise RuntimeError(f"USB-устройство роли {role} ({want_product}) не найдено")
if len(matches) > 1:
names = ", ".join(f"{m.device}({m.product})" for m in matches)
raise RuntimeError(f"найдено несколько кандидатов роли {role}: {names}; уточни --device")
return matches[0].device
def handshake(ser: serial.Serial, role: str):
"""Послать HELLO, дождаться IDENT, проверить роль и версию протокола."""
want_role = {"tx": lp.ROLE_TX, "rx": lp.ROLE_RX}[role]
parser = lp.FrameParser()
ser.reset_input_buffer()
ser.write(lp.build_frame(lp.HELLO, b""))
deadline = time.monotonic() + HELLO_TIMEOUT_S
while time.monotonic() < deadline:
for ftype, payload in parser.feed(ser.read(256)):
if ftype != lp.IDENT:
continue
ident = lp.unpack_ident(payload)
if ident["proto_ver"] != lp.VERSION:
raise RuntimeError(
f"версия протокола устройства {ident['proto_ver']} != {lp.VERSION}")
if ident["role"] != want_role:
raise RuntimeError(
f"устройство представилось ролью {lp.role_name(ident['role'])}, ожидалась {role}")
log.info("handshake OK: роль %s, fw 0x%04x, uid %s",
role, ident["fw_ver"], ident["uid"].hex())
return
raise RuntimeError("нет ответа IDENT (не та прошивка/порт?)")
def open_device(role: str, selector: str | None) -> serial.Serial:
port = find_port(role, selector)
ser = serial.Serial(port, baudrate=115200, timeout=0.05)
handshake(ser, role)
return ser
# ---------------- аутентификация пакетов ----------------
def seal(payload: bytes, key: bytes | None) -> bytes:
if not key:
return payload
return payload + hmac.new(key, payload, sha256).digest()[:HMAC_LEN]
def unseal(datagram: bytes, key: bytes | None) -> bytes | None:
"""Проверить HMAC и вернуть payload, либо None если пакет невалиден."""
if not key:
return datagram
if len(datagram) < HMAC_LEN:
return None
payload, tag = datagram[:-HMAC_LEN], datagram[-HMAC_LEN:]
want = hmac.new(key, payload, sha256).digest()[:HMAC_LEN]
return payload if hmac.compare_digest(tag, want) else None
def seq_newer(a: int, b: int) -> bool:
"""Арифметика последовательных номеров с переполнением uint32."""
return 0 < ((a - b) & 0xFFFFFFFF) < 0x80000000
# ---------------- роль TX: USB -> сеть ----------------
def run_tx(args, key):
peer = parse_hostport(args.peer, "peer")
ser = open_device("tx", args.device)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
parser = lp.FrameParser()
log.info("tx: %s -> UDP %s:%d", ser.port, *peer)
sent = 0
rx_alive = False # получаем ли heartbeat от приёмника
rx_failsafe = False # сообщил ли приёмник, что сам в failsafe
last_hb = 0.0
last_status = 0.0
# В терминале — живая цветная строка; под systemd (journald, не TTY) — обычные
# события по изменению состояния.
tty = sys.stdout.isatty()
color = tty and os.environ.get("NO_COLOR") is None
while True:
# read(1) блокирует до первого байта, затем забираем всё доступное —
# кадр уходит в сеть сразу, без ожидания таймаута чтения (иначе каждый
# кадр задерживался бы до таймаута порта).
data = ser.read(1)
if ser.in_waiting:
data += ser.read(ser.in_waiting)
for ftype, payload in parser.feed(data):
if ftype == lp.CONTROL:
sock.sendto(seal(payload, key), peer)
sent += 1
elif ftype == lp.LOG:
log.info("STM-TX: %s", payload.decode("ascii", "replace"))
now = time.monotonic()
prev_alive, prev_fs = rx_alive, rx_failsafe
# обратный канал: heartbeat от приёмника (приходит на тот же сокет)
while select.select([sock], [], [], 0)[0]:
try:
datagram, _ = sock.recvfrom(2048)
except BlockingIOError:
break
hb = parse_hb(unseal(datagram, key) or b"")
if hb is None:
continue
last_hb = now
rx_alive = True
rx_failsafe = hb["failsafe"]
if rx_alive and now - last_hb > HEARTBEAT_TIMEOUT_S:
rx_alive, rx_failsafe = False, False
if tty:
render_link_status(rx_alive, rx_failsafe, color) # живая строка
else:
if rx_alive != prev_alive:
(log.info if rx_alive else log.warning)(
"приёмник отвечает" if rx_alive else "приёмник НЕ отвечает")
elif rx_alive and rx_failsafe != prev_fs:
(log.warning if rx_failsafe else log.info)(
"приёмник в failsafe: наш поток не доходит" if rx_failsafe
else "приёмник принимает поток")
if now - last_status >= HEARTBEAT_STATUS_S:
last_status = now
log.info("приёмник: %s (отправлено %d)",
"отвечает" if rx_alive else "НЕ отвечает", sent)
# ---------------- роль RX: сеть -> USB ----------------
def run_rx(args, key):
bind = parse_hostport(args.bind, "bind")
# для rx --peer — фильтр источника по хосту (порт источника эфемерный)
allowed_host = args.peer.split(":")[0] if args.peer else None
ser = open_device("rx", args.device)
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
sock.bind(bind)
sock.setblocking(False)
parser = lp.FrameParser()
log.info("rx: UDP %s:%d -> %s", bind[0], bind[1], ser.port)
last_seq = None
last_net = time.monotonic()
last_fs = 0.0
last_hb_sent = 0.0
fs_seq = 0
in_failsafe = False
rejects = 0 # подряд отброшенных по seq -> признак перезапуска источника
tx_addr = None # куда слать heartbeat (источник последнего CONTROL)
def accept(datagram, addr):
"""Проверить пакет и обновить состояние; вернуть payload принятого
свежего кадра либо None."""
nonlocal last_seq, last_net, in_failsafe, rejects, tx_addr
if allowed_host and addr[0] != allowed_host:
log.warning("пакет с неожиданного адреса %s отброшен", addr[0])
return None
payload = unseal(datagram, key)
if not payload or len(payload) != lp.CONTROL_LEN:
log.warning("битый/неаутентичный пакет отброшен")
return None
tx_addr = addr # аутентичный CONTROL -> знаем обратный адрес для heartbeat
c = lp.unpack_control(payload)
# Принять свежий seq ИЛИ новую сессию: источник (STM-TX) после ребута
# начинает seq заново с 0, и без сброса last_seq поток завис бы в
# failsafe навсегда. Новую сессию распознаём по пачке подряд «несвежих»
# пакетов (устойчиво к одиночным reorder/dup).
fresh = last_seq is None or seq_newer(c["seq"], last_seq)
if not fresh:
rejects += 1
if rejects >= SEQ_RESET_AFTER:
log.warning("seq откатился (%d -> %d): новая сессия", last_seq, c["seq"])
fresh = True
if not fresh:
return None # устаревший/повторный — anti-replay
rejects = 0
last_seq = c["seq"]
last_net = time.monotonic()
if in_failsafe:
log.info("связь восстановлена")
in_failsafe = False
return payload
while True:
# Ждём пакет до 20 мс (пауза цикла), затем БЕЗ блокировки выгребаем всю
# накопившуюся очередь сокета и шлём на STM только самый свежий кадр
# (latest-wins): так задержка не растёт, даже если пакеты пришли пачкой.
newest = None
ready = select.select([sock], [], [], lp.FRAME_PERIOD_MS / 2000.0)[0]
while ready:
try:
datagram, addr = sock.recvfrom(2048)
except BlockingIOError:
break
p = accept(datagram, addr)
if p is not None:
newest = p
ready = select.select([sock], [], [], 0)[0]
if newest is not None:
ser.write(lp.build_frame(lp.CONTROL, newest))
# сетевой failsafe: тишина -> активная нейтраль на STM в темпе 20 Гц
now = time.monotonic()
if now - last_net >= NET_TIMEOUT_S and now - last_fs >= lp.FRAME_PERIOD_MS / 1000.0:
if not in_failsafe:
log.warning("потеря сети -> failsafe (нейтраль)")
in_failsafe = True
last_seq = None # рестарт источника при простое примем сразу
ser.write(lp.build_frame(lp.CONTROL, lp.neutral_control(fs_seq, failsafe=True)))
fs_seq = (fs_seq + 1) & 0xFFFFFFFF
last_fs = now
# обратный heartbeat к tx: «приёмник жив», с признаком собственного failsafe
if tx_addr is not None and now - last_hb_sent >= HEARTBEAT_PERIOD_S:
sock.sendto(seal(pack_hb(in_failsafe, last_seq or 0), key), tx_addr)
last_hb_sent = now
# неблокирующий дренаж входящих LOG от STM-RX
if ser.in_waiting:
for ftype, payload in parser.feed(ser.read(ser.in_waiting)):
if ftype == lp.LOG:
log.info("STM-RX: %s", payload.decode("ascii", "replace"))
# ---------------- общее ----------------
def parse_hostport(s: str, what: str):
if ":" not in s:
raise SystemExit(f"--{what} ожидает HOST:PORT, получено {s!r}")
host, port = s.rsplit(":", 1)
return (host, int(port))
def main():
# Значения по умолчанию берутся из env (CART_BRIDGE_*), чтобы systemd-юнит
# мог задавать всё через EnvironmentFile; аргументы CLI их переопределяют.
env = os.environ.get
ap = argparse.ArgumentParser(description="мост пульт<->тележка через сеть")
ap.add_argument("--role", default=env("CART_BRIDGE_ROLE"), choices=("tx", "rx"))
ap.add_argument("--peer", default=env("CART_BRIDGE_PEER"),
help="tx: куда слать HOST:PORT; rx: разрешённый источник (опц.)")
ap.add_argument("--bind", default=env("CART_BRIDGE_BIND", "0.0.0.0:5005"),
help="rx: локальный UDP HOST:PORT")
ap.add_argument("--device", default=env("CART_BRIDGE_DEVICE"),
help="путь к порту или подстрока product/serial (иначе по роли)")
ap.add_argument("--key", default=env("CART_BRIDGE_KEY"),
help="общий ключ для HMAC-аутентификации пакетов (для интернета)")
ap.add_argument("--log-level", default=env("CART_BRIDGE_LOG_LEVEL", "INFO"))
args = ap.parse_args()
logging.basicConfig(level=args.log_level.upper(),
format="%(asctime)s %(levelname)s %(message)s")
if args.role not in ("tx", "rx"):
raise SystemExit("нужна роль: --role tx|rx (или CART_BRIDGE_ROLE)")
key = args.key.encode() if args.key else None
if args.role == "tx" and not args.peer:
raise SystemExit("--peer обязателен для роли tx")
if not key:
log.warning("без --key: трафик не аутентифицирован, только для доверенной сети")
try:
(run_tx if args.role == "tx" else run_rx)(args, key)
except KeyboardInterrupt:
log.info("остановлено")
finally:
if sys.stdout.isatty():
sys.stdout.write("\n") # увести живую строку от приглашения shell
if __name__ == "__main__":
main()
@@ -0,0 +1,176 @@
#!/usr/bin/env python3
"""Зеркало бинарного протокола из src/link_protocol.h (единственный источник
истины на стороне Python). Кадрирование поверх потока, CRC16-CCITT, упаковка и
разбор CONTROL/IDENT/HELLO/LOG, инкрементальный парсер с ресинхронизацией.
При правке src/link_protocol.h меняй ЭТОТ файл и сверяйся:
python3 tools/link_proto.py --selftest
"""
import struct
import sys
SYNC0 = 0xA5
SYNC1 = 0x5A
VERSION = 1
MAX_PAYLOAD = 64
# типы кадров
HELLO = 0x03
IDENT = 0x02
CONTROL = 0x01
LOG = 0x04
# роли
ROLE_TX = ord("T")
ROLE_RX = ord("R")
# флаги CONTROL
CTRL_FLAG_FAILSAFE = 0x01
CONTROL_LEN = 4 + 4 + 1 + 2 * 16 # 41
IDENT_LEN = 1 + 1 + 2 + 12 # 16
SBUS_MID = 1024
# тайминги (мс), зеркало link_protocol.h
FRAME_PERIOD_MS = 50
RX_USB_TIMEOUT_MS = 400
def crc16(data: bytes) -> int:
"""CRC16-CCITT, poly 0x1021, init 0xFFFF — как linkCrc16 в прошивке."""
crc = 0xFFFF
for byte in data:
crc ^= byte << 8
for _ in range(8):
crc = ((crc << 1) ^ 0x1021) & 0xFFFF if (crc & 0x8000) else (crc << 1) & 0xFFFF
return crc
def build_frame(frame_type: int, payload: bytes) -> bytes:
"""Собрать кадр: SYNC + VER + TYPE + LEN + PAYLOAD + CRC16(LE)."""
if len(payload) > MAX_PAYLOAD:
raise ValueError("payload too long")
body = bytes((VERSION, frame_type, len(payload))) + payload
crc = crc16(body)
return bytes((SYNC0, SYNC1)) + body + struct.pack("<H", crc)
def pack_control(seq: int, t_ms: int, flags: int, ch) -> bytes:
"""Полезная нагрузка CONTROL. ch — 16 значений 0..2047."""
if len(ch) != 16:
raise ValueError("need 16 channels")
return struct.pack("<IIB16H", seq & 0xFFFFFFFF, t_ms & 0xFFFFFFFF, flags & 0xFF, *ch)
def unpack_control(payload: bytes):
"""-> dict(seq, t_ms, flags, ch[16])."""
if len(payload) != CONTROL_LEN:
raise ValueError("bad CONTROL length")
seq, t_ms, flags = struct.unpack_from("<IIB", payload, 0)
ch = list(struct.unpack_from("<16H", payload, 9))
return {"seq": seq, "t_ms": t_ms, "flags": flags, "ch": ch}
def unpack_ident(payload: bytes):
"""-> dict(role, proto_ver, fw_ver, uid)."""
if len(payload) != IDENT_LEN:
raise ValueError("bad IDENT length")
role, proto_ver, fw_ver = struct.unpack_from("<BBH", payload, 0)
uid = payload[4:16]
return {"role": role, "proto_ver": proto_ver, "fw_ver": fw_ver, "uid": uid}
def role_name(role: int) -> str:
return {ROLE_TX: "tx", ROLE_RX: "rx"}.get(role, "?")
def neutral_control(seq: int = 0, t_ms: int = 0, failsafe: bool = True) -> bytes:
"""Нейтральный CONTROL (все каналы 1024) — для сетевого failsafe на RX."""
flags = CTRL_FLAG_FAILSAFE if failsafe else 0
return pack_control(seq, t_ms, flags, [SBUS_MID] * 16)
class FrameParser:
"""Инкрементальный разбор потока. Скорми feed() любые байты — вернёт список
(type, payload) полных валидных кадров. Устойчив к мусору и потере байт:
при сбое CRC/версии сдвигается на байт и ищет следующий SYNC."""
def __init__(self):
self._buf = bytearray()
def feed(self, data: bytes):
self._buf.extend(data)
out = []
while True:
frame = self._try_one()
if frame is None:
break
out.append(frame)
return out
def _try_one(self):
buf = self._buf
while True:
# найти синхрослово
while len(buf) >= 2 and not (buf[0] == SYNC0 and buf[1] == SYNC1):
del buf[0]
if len(buf) < 5: # SYNC(2)+VER+TYPE+LEN
return None
ver, ftype, length = buf[2], buf[3], buf[4]
if ver != VERSION or length > MAX_PAYLOAD:
del buf[0] # ложный синк — сдвиг и поиск заново в этом же вызове
continue
total = 5 + length + 2
if len(buf) < total:
return None
body = bytes(buf[2:5 + length])
want = struct.unpack_from("<H", buf, 5 + length)[0]
if crc16(body) != want:
del buf[0] # битый кадр — ресинхронизация
continue
payload = bytes(buf[5:5 + length])
del buf[:total]
return (ftype, payload)
def _selftest():
# тест-вектор CONTROL: совпадает с packControl в прошивке
ch = [SBUS_MID] * 16
ch[1] = 1500
ch[3] = 600
payload = pack_control(0x01020304, 0x0A0B0C0D, CTRL_FLAG_FAILSAFE, ch)
assert len(payload) == CONTROL_LEN, len(payload)
back = unpack_control(payload)
assert back["seq"] == 0x01020304 and back["ch"][1] == 1500 and back["flags"] == 1, back
# кадрирование туда-обратно через парсер, c мусором спереди
frame = build_frame(CONTROL, payload)
p = FrameParser()
frames = p.feed(b"\x00\xffgarbage" + frame)
assert len(frames) == 1 and frames[0][0] == CONTROL, frames
assert frames[0][1] == payload
# битый CRC отбрасывается, следующий кадр ловится
bad = bytearray(frame)
bad[-1] ^= 0xFF
p2 = FrameParser()
assert p2.feed(bytes(bad)) == []
assert len(p2.feed(frame)) == 1
# битый + валидный в ОДНОМ feed() -> валидный извлекается сразу (ресинхрон
# не прерывает разбор остатка буфера)
p3 = FrameParser()
got = p3.feed(bytes(bad) + frame)
assert len(got) == 1 and got[0][1] == payload, got
# известный CRC-вектор для сверки с прошивкой
assert crc16(b"123456789") == 0x29B1, hex(crc16(b"123456789"))
print("link_proto selftest OK")
if __name__ == "__main__":
if "--selftest" in sys.argv:
_selftest()
else:
print(__doc__)
@@ -90,14 +90,22 @@ _WEB_LIVE_SCHEMA = [
("gpr_speed_m_s", "Motion", _GPR_LIKE_MODES, _dual("_gpr_speed_m_s", {"legacy_gpr": "_legacy_gpr_speed_m_s", "sar3d": "_sar3d_speed_m_s"})), ("gpr_speed_m_s", "Motion", _GPR_LIKE_MODES, _dual("_gpr_speed_m_s", {"legacy_gpr": "_legacy_gpr_speed_m_s", "sar3d": "_sar3d_speed_m_s"})),
("sar3d_frame_radius", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_frame_radius")), ("sar3d_frame_radius", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_frame_radius")),
("sar3d_edge_frame_weight", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_edge_frame_weight")), ("sar3d_edge_frame_weight", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_edge_frame_weight")),
("sar3d_pitch_override_enabled", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_pitch_override_enabled")),
("sar3d_pitch_deg", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_pitch_deg")), ("sar3d_pitch_deg", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_pitch_deg")),
("sar3d_center_depth_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_center_depth_m")), ("sar3d_ground_depth_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_ground_depth_m")),
("sar3d_half_width_x_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_half_width_x_m")), ("sar3d_x_min_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_x_min_m")),
("sar3d_half_width_y_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_half_width_y_m")), ("sar3d_x_max_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_x_max_m")),
("sar3d_half_width_z_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_half_width_z_m")), ("sar3d_y_min_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_y_min_m")),
("sar3d_grid_nx", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_grid_nx")), ("sar3d_y_max_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_y_max_m")),
("sar3d_grid_ny", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_grid_ny")), ("sar3d_z_min_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_z_min_m")),
("sar3d_grid_nz", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_grid_nz")), ("sar3d_z_max_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_z_max_m")),
("sar3d_voxel_x_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_voxel_x_m")),
("sar3d_voxel_y_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_voxel_y_m")),
("sar3d_voxel_z_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_voxel_z_m")),
("sar3d_norm_edge_margin_m", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_norm_edge_margin_m")),
("sar3d_smooth_sigma", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_smooth_sigma")),
("sar3d_comp_range_power", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_comp_range_power")),
("sar3d_tx_per_segment", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_tx_per_segment")),
("sar3d_use_compensation", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_use_compensation")), ("sar3d_use_compensation", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_use_compensation")),
("sar3d_normalize_pairs", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_normalize_pairs")), ("sar3d_normalize_pairs", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_normalize_pairs")),
("sar3d_bottom_view_deg", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_bottom_view")), ("sar3d_bottom_view_deg", "3D SAR", ("sar3d",), _attr("_sar3d_bottom_view")),
@@ -553,9 +561,8 @@ class AppWindowLiveProcessingMixin:
f"depth={self._sar3d_min_depth_m.value():g}..{self._sar3d_max_depth_m.value():g} m, " f"depth={self._sar3d_min_depth_m.value():g}..{self._sar3d_max_depth_m.value():g} m, "
f"freq={self._sar3d_start_freq_mhz.value():g}..{self._sar3d_stop_freq_mhz.value():g} MHz, " f"freq={self._sar3d_start_freq_mhz.value():g}..{self._sar3d_stop_freq_mhz.value():g} MHz, "
f"frame_radius={self._sar3d_frame_radius.value()}, " f"frame_radius={self._sar3d_frame_radius.value()}, "
f"grid={self._sar3d_grid_nx.value()}x{self._sar3d_grid_ny.value()}x{self._sar3d_grid_nz.value()}, " f"voxel={self._sar3d_voxel_x_m.value():g}x{self._sar3d_voxel_y_m.value():g}x{self._sar3d_voxel_z_m.value():g} m, "
f"center_depth={self._sar3d_center_depth_m.value():g} m, " f"ground_depth={self._sar3d_ground_depth_m.value():g} m)"
f"pitch={self._sar3d_pitch_deg.value():g} deg)"
) )
def _clear_history_mode_caches(self) -> None: def _clear_history_mode_caches(self) -> None:
@@ -350,14 +350,22 @@ class AppWindowConfigProfileIOMixin:
self._sar3d_apply_freq_phase_correction, self._sar3d_apply_freq_phase_correction,
self._sar3d_frame_radius, self._sar3d_frame_radius,
self._sar3d_edge_frame_weight, self._sar3d_edge_frame_weight,
self._sar3d_pitch_override_enabled,
self._sar3d_pitch_deg, self._sar3d_pitch_deg,
self._sar3d_center_depth_m, self._sar3d_ground_depth_m,
self._sar3d_half_width_x_m, self._sar3d_x_min_m,
self._sar3d_half_width_y_m, self._sar3d_x_max_m,
self._sar3d_half_width_z_m, self._sar3d_y_min_m,
self._sar3d_grid_nx, self._sar3d_y_max_m,
self._sar3d_grid_ny, self._sar3d_z_min_m,
self._sar3d_grid_nz, self._sar3d_z_max_m,
self._sar3d_voxel_x_m,
self._sar3d_voxel_y_m,
self._sar3d_voxel_z_m,
self._sar3d_norm_edge_margin_m,
self._sar3d_smooth_sigma,
self._sar3d_comp_range_power,
self._sar3d_tx_per_segment,
self._sar3d_use_compensation, self._sar3d_use_compensation,
self._sar3d_normalize_pairs, self._sar3d_normalize_pairs,
self._save_count, self._save_count,
@@ -562,14 +570,22 @@ class AppWindowConfigProfileIOMixin:
self._sar3d_apply_freq_phase_correction.setChecked(bool(sar3d_state.apply_freq_phase_correction)) self._sar3d_apply_freq_phase_correction.setChecked(bool(sar3d_state.apply_freq_phase_correction))
self._sar3d_frame_radius.setValue(int(sar3d_state.frame_radius)) self._sar3d_frame_radius.setValue(int(sar3d_state.frame_radius))
self._sar3d_edge_frame_weight.setValue(float(sar3d_state.edge_frame_weight)) self._sar3d_edge_frame_weight.setValue(float(sar3d_state.edge_frame_weight))
self._sar3d_pitch_override_enabled.setChecked(bool(sar3d_state.pitch_override_enabled))
self._sar3d_pitch_deg.setValue(float(sar3d_state.pitch_deg)) self._sar3d_pitch_deg.setValue(float(sar3d_state.pitch_deg))
self._sar3d_center_depth_m.setValue(float(sar3d_state.center_depth_m)) self._sar3d_ground_depth_m.setValue(float(sar3d_state.ground_depth_m))
self._sar3d_half_width_x_m.setValue(float(sar3d_state.half_width_x_m)) self._sar3d_x_min_m.setValue(float(sar3d_state.x_min_m))
self._sar3d_half_width_y_m.setValue(float(sar3d_state.half_width_y_m)) self._sar3d_x_max_m.setValue(float(sar3d_state.x_max_m))
self._sar3d_half_width_z_m.setValue(float(sar3d_state.half_width_z_m)) self._sar3d_y_min_m.setValue(float(sar3d_state.y_min_m))
self._sar3d_grid_nx.setValue(int(sar3d_state.grid_nx)) self._sar3d_y_max_m.setValue(float(sar3d_state.y_max_m))
self._sar3d_grid_ny.setValue(int(sar3d_state.grid_ny)) self._sar3d_z_min_m.setValue(float(sar3d_state.z_min_m))
self._sar3d_grid_nz.setValue(int(sar3d_state.grid_nz)) self._sar3d_z_max_m.setValue(float(sar3d_state.z_max_m))
self._sar3d_voxel_x_m.setValue(float(sar3d_state.voxel_x_m))
self._sar3d_voxel_y_m.setValue(float(sar3d_state.voxel_y_m))
self._sar3d_voxel_z_m.setValue(float(sar3d_state.voxel_z_m))
self._sar3d_norm_edge_margin_m.setValue(float(sar3d_state.norm_edge_margin_m))
self._sar3d_smooth_sigma.setValue(float(sar3d_state.smooth_sigma))
self._sar3d_comp_range_power.setValue(float(sar3d_state.comp_range_power))
self._sar3d_tx_per_segment.setValue(int(sar3d_state.tx_per_segment))
self._sar3d_use_compensation.setChecked(bool(sar3d_state.use_compensation)) self._sar3d_use_compensation.setChecked(bool(sar3d_state.use_compensation))
self._sar3d_normalize_pairs.setChecked(bool(sar3d_state.normalize_pairs)) self._sar3d_normalize_pairs.setChecked(bool(sar3d_state.normalize_pairs))
self._set_combo_current_text( self._set_combo_current_text(
@@ -438,14 +438,22 @@ class AppWindowConfigStateBuildersMixin:
apply_freq_phase_correction=bool(self._sar3d_apply_freq_phase_correction.isChecked()), apply_freq_phase_correction=bool(self._sar3d_apply_freq_phase_correction.isChecked()),
frame_radius=int(self._sar3d_frame_radius.value()), frame_radius=int(self._sar3d_frame_radius.value()),
edge_frame_weight=float(self._sar3d_edge_frame_weight.value()), edge_frame_weight=float(self._sar3d_edge_frame_weight.value()),
pitch_override_enabled=bool(self._sar3d_pitch_override_enabled.isChecked()),
pitch_deg=float(self._sar3d_pitch_deg.value()), pitch_deg=float(self._sar3d_pitch_deg.value()),
center_depth_m=float(self._sar3d_center_depth_m.value()), ground_depth_m=float(self._sar3d_ground_depth_m.value()),
half_width_x_m=float(self._sar3d_half_width_x_m.value()), x_min_m=float(self._sar3d_x_min_m.value()),
half_width_y_m=float(self._sar3d_half_width_y_m.value()), x_max_m=float(self._sar3d_x_max_m.value()),
half_width_z_m=float(self._sar3d_half_width_z_m.value()), y_min_m=float(self._sar3d_y_min_m.value()),
grid_nx=int(self._sar3d_grid_nx.value()), y_max_m=float(self._sar3d_y_max_m.value()),
grid_ny=int(self._sar3d_grid_ny.value()), z_min_m=float(self._sar3d_z_min_m.value()),
grid_nz=int(self._sar3d_grid_nz.value()), z_max_m=float(self._sar3d_z_max_m.value()),
voxel_x_m=float(self._sar3d_voxel_x_m.value()),
voxel_y_m=float(self._sar3d_voxel_y_m.value()),
voxel_z_m=float(self._sar3d_voxel_z_m.value()),
norm_edge_margin_m=float(self._sar3d_norm_edge_margin_m.value()),
smooth_sigma=float(self._sar3d_smooth_sigma.value()),
comp_range_power=float(self._sar3d_comp_range_power.value()),
tx_per_segment=int(self._sar3d_tx_per_segment.value()),
use_compensation=bool(self._sar3d_use_compensation.isChecked()), use_compensation=bool(self._sar3d_use_compensation.isChecked()),
normalize_pairs=bool(self._sar3d_normalize_pairs.isChecked()), normalize_pairs=bool(self._sar3d_normalize_pairs.isChecked()),
bottom_view_deg=sar3d_bottom_view_deg_from_label( bottom_view_deg=sar3d_bottom_view_deg_from_label(
@@ -660,49 +660,114 @@ def build_processing_group(owner) -> QGroupBox:
"Weight of the outermost aperture frames (1 = flat window, 0 = strong taper)." "Weight of the outermost aperture frames (1 = flat window, 0 = strong taper)."
) )
owner._sar3d_pitch_override_enabled = QCheckBox("Override pitch")
owner._sar3d_pitch_override_enabled.setChecked(bool(sar3d_defaults.pitch_override_enabled))
owner._sar3d_pitch_override_enabled.setToolTip(
"When unchecked, the frame pitch follows the look angle (notebook "
"BP_GROUND_PITCH_DEG = None); check to set it separately below."
)
owner._sar3d_pitch_deg = QDoubleSpinBox() owner._sar3d_pitch_deg = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_pitch_deg.setDecimals(2) owner._sar3d_pitch_deg.setDecimals(2)
owner._sar3d_pitch_deg.setRange(-90.0, 90.0) owner._sar3d_pitch_deg.setRange(-90.0, 90.0)
owner._sar3d_pitch_deg.setSingleStep(0.5) owner._sar3d_pitch_deg.setSingleStep(0.5)
owner._sar3d_pitch_deg.setValue(float(sar3d_defaults.pitch_deg)) owner._sar3d_pitch_deg.setValue(float(sar3d_defaults.pitch_deg))
owner._sar3d_pitch_deg.setToolTip("Antenna pitch above the horizon (deg); tilts the imaged volume.") owner._sar3d_pitch_deg.setToolTip(
"Frame pitch (deg) used for ground coordinates and aperture offsets when the override is on."
)
owner._sar3d_center_depth_m = QDoubleSpinBox() owner._sar3d_ground_depth_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_center_depth_m.setDecimals(2) owner._sar3d_ground_depth_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_center_depth_m.setRange(0.0, 50.0) owner._sar3d_ground_depth_m.setRange(0.0, 10.0)
owner._sar3d_center_depth_m.setSingleStep(0.1) owner._sar3d_ground_depth_m.setSingleStep(0.05)
owner._sar3d_center_depth_m.setValue(float(sar3d_defaults.center_depth_m)) owner._sar3d_ground_depth_m.setValue(float(sar3d_defaults.ground_depth_m))
owner._sar3d_center_depth_m.setToolTip("Range distance to the center of the imaged volume (m).") owner._sar3d_ground_depth_m.setToolTip(
"Height of the lower antenna row above the ground (m); scene Y=0 is the ground."
)
owner._sar3d_half_width_x_m = QDoubleSpinBox() owner._sar3d_x_min_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_half_width_x_m.setDecimals(2) owner._sar3d_x_min_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_half_width_x_m.setRange(0.01, 50.0) owner._sar3d_x_min_m.setRange(-50.0, 50.0)
owner._sar3d_half_width_x_m.setSingleStep(0.1) owner._sar3d_x_min_m.setSingleStep(0.1)
owner._sar3d_half_width_x_m.setValue(float(sar3d_defaults.half_width_x_m)) owner._sar3d_x_min_m.setValue(float(sar3d_defaults.x_min_m))
owner._sar3d_half_width_y_m = QDoubleSpinBox() owner._sar3d_x_max_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_half_width_y_m.setDecimals(2) owner._sar3d_x_max_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_half_width_y_m.setRange(0.01, 50.0) owner._sar3d_x_max_m.setRange(-50.0, 50.0)
owner._sar3d_half_width_y_m.setSingleStep(0.1) owner._sar3d_x_max_m.setSingleStep(0.1)
owner._sar3d_half_width_y_m.setValue(float(sar3d_defaults.half_width_y_m)) owner._sar3d_x_max_m.setValue(float(sar3d_defaults.x_max_m))
owner._sar3d_half_width_z_m = QDoubleSpinBox() owner._sar3d_z_min_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_half_width_z_m.setDecimals(2) owner._sar3d_z_min_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_half_width_z_m.setRange(0.01, 50.0) owner._sar3d_z_min_m.setRange(-50.0, 50.0)
owner._sar3d_half_width_z_m.setSingleStep(0.1) owner._sar3d_z_min_m.setSingleStep(0.1)
owner._sar3d_half_width_z_m.setValue(float(sar3d_defaults.half_width_z_m)) owner._sar3d_z_min_m.setValue(float(sar3d_defaults.z_min_m))
owner._sar3d_grid_nx = QSpinBox() owner._sar3d_z_max_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_grid_nx.setRange(2, 1024) owner._sar3d_z_max_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_grid_nx.setValue(int(sar3d_defaults.grid_nx)) owner._sar3d_z_max_m.setRange(-50.0, 50.0)
owner._sar3d_z_max_m.setSingleStep(0.1)
owner._sar3d_z_max_m.setValue(float(sar3d_defaults.z_max_m))
owner._sar3d_grid_ny = QSpinBox() owner._sar3d_y_min_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_grid_ny.setRange(2, 1024) owner._sar3d_y_min_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_grid_ny.setValue(int(sar3d_defaults.grid_ny)) owner._sar3d_y_min_m.setRange(-10.0, 10.0)
owner._sar3d_y_min_m.setSingleStep(0.1)
owner._sar3d_y_min_m.setValue(float(sar3d_defaults.y_min_m))
owner._sar3d_grid_nz = QSpinBox() owner._sar3d_y_max_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_grid_nz.setRange(2, 1024) owner._sar3d_y_max_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_grid_nz.setValue(int(sar3d_defaults.grid_nz)) owner._sar3d_y_max_m.setRange(-10.0, 10.0)
owner._sar3d_y_max_m.setSingleStep(0.1)
owner._sar3d_y_max_m.setValue(float(sar3d_defaults.y_max_m))
owner._sar3d_voxel_x_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_voxel_x_m.setDecimals(3)
owner._sar3d_voxel_x_m.setRange(0.005, 1.0)
owner._sar3d_voxel_x_m.setSingleStep(0.005)
owner._sar3d_voxel_x_m.setValue(float(sar3d_defaults.voxel_x_m))
owner._sar3d_voxel_y_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_voxel_y_m.setDecimals(3)
owner._sar3d_voxel_y_m.setRange(0.005, 1.0)
owner._sar3d_voxel_y_m.setSingleStep(0.005)
owner._sar3d_voxel_y_m.setValue(float(sar3d_defaults.voxel_y_m))
owner._sar3d_voxel_z_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_voxel_z_m.setDecimals(3)
owner._sar3d_voxel_z_m.setRange(0.005, 1.0)
owner._sar3d_voxel_z_m.setSingleStep(0.005)
owner._sar3d_voxel_z_m.setValue(float(sar3d_defaults.voxel_z_m))
owner._sar3d_norm_edge_margin_m = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_norm_edge_margin_m.setDecimals(2)
owner._sar3d_norm_edge_margin_m.setRange(0.0, 5.0)
owner._sar3d_norm_edge_margin_m.setSingleStep(0.05)
owner._sar3d_norm_edge_margin_m.setValue(float(sar3d_defaults.norm_edge_margin_m))
owner._sar3d_norm_edge_margin_m.setToolTip(
"Grid Y edges excluded from volume normalization (constant-range ridge)."
)
owner._sar3d_smooth_sigma = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_smooth_sigma.setDecimals(2)
owner._sar3d_smooth_sigma.setRange(0.0, 10.0)
owner._sar3d_smooth_sigma.setSingleStep(0.25)
owner._sar3d_smooth_sigma.setValue(float(sar3d_defaults.smooth_sigma))
owner._sar3d_smooth_sigma.setToolTip("Gaussian smoothing sigma over (Z, X) planes, voxels.")
owner._sar3d_comp_range_power = QDoubleSpinBox()
owner._sar3d_comp_range_power.setDecimals(2)
owner._sar3d_comp_range_power.setRange(0.0, 2.0)
owner._sar3d_comp_range_power.setSingleStep(0.05)
owner._sar3d_comp_range_power.setValue(float(sar3d_defaults.comp_range_power))
owner._sar3d_comp_range_power.setToolTip("Geometric spreading compensation power.")
owner._sar3d_tx_per_segment = QSpinBox()
owner._sar3d_tx_per_segment.setRange(1, 64)
owner._sar3d_tx_per_segment.setValue(int(sar3d_defaults.tx_per_segment))
owner._sar3d_tx_per_segment.setToolTip(
"Fallback Tx-per-segment split of a frame when per-trace capture stamps are absent."
)
owner._sar3d_use_compensation = QCheckBox("Use per-voxel compensation") owner._sar3d_use_compensation = QCheckBox("Use per-voxel compensation")
owner._sar3d_use_compensation.setChecked(bool(sar3d_defaults.use_compensation)) owner._sar3d_use_compensation.setChecked(bool(sar3d_defaults.use_compensation))
@@ -738,19 +803,27 @@ def build_processing_group(owner) -> QGroupBox:
owner._sar3d_apply_freq_phase_correction, owner._sar3d_apply_freq_phase_correction,
("Frame radius", owner._sar3d_frame_radius), ("Frame radius", owner._sar3d_frame_radius),
("Edge frame weight", owner._sar3d_edge_frame_weight), ("Edge frame weight", owner._sar3d_edge_frame_weight),
owner._sar3d_pitch_override_enabled,
("Pitch deg", owner._sar3d_pitch_deg), ("Pitch deg", owner._sar3d_pitch_deg),
("Center depth m", owner._sar3d_center_depth_m), ("Ground depth m", owner._sar3d_ground_depth_m),
("Half width X m", owner._sar3d_half_width_x_m), ("X min m", owner._sar3d_x_min_m),
("Half width Y m", owner._sar3d_half_width_y_m), ("X max m", owner._sar3d_x_max_m),
("Half width Z m", owner._sar3d_half_width_z_m), ("Y min m", owner._sar3d_y_min_m),
("Grid Nx", owner._sar3d_grid_nx), ("Y max m", owner._sar3d_y_max_m),
("Grid Ny", owner._sar3d_grid_ny), ("Z min m", owner._sar3d_z_min_m),
("Grid Nz", owner._sar3d_grid_nz), ("Z max m", owner._sar3d_z_max_m),
("Voxel X m", owner._sar3d_voxel_x_m),
("Voxel Y m", owner._sar3d_voxel_y_m),
("Voxel Z m", owner._sar3d_voxel_z_m),
("Norm edge margin m", owner._sar3d_norm_edge_margin_m),
("Smooth sigma", owner._sar3d_smooth_sigma),
("Comp range power", owner._sar3d_comp_range_power),
("Tx per segment", owner._sar3d_tx_per_segment),
("Bottom view", owner._sar3d_bottom_view), ("Bottom view", owner._sar3d_bottom_view),
owner._sar3d_use_compensation, owner._sar3d_use_compensation,
owner._sar3d_normalize_pairs, owner._sar3d_normalize_pairs,
], ],
split_index=11, split_index=13,
) )
owner._processing_mode_pages.addWidget(sar3d_page) owner._processing_mode_pages.addWidget(sar3d_page)
@@ -839,14 +912,22 @@ def build_processing_group(owner) -> QGroupBox:
owner._sar3d_apply_freq_phase_correction.toggled.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_apply_freq_phase_correction.toggled.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_frame_radius.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_frame_radius.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_edge_frame_weight.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_edge_frame_weight.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_pitch_override_enabled.toggled.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_pitch_deg.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_pitch_deg.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_center_depth_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_ground_depth_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_half_width_x_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_x_min_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_half_width_y_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_x_max_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_half_width_z_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_z_min_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_grid_nx.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_z_max_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_grid_ny.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_y_min_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_grid_nz.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_y_max_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_voxel_x_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_voxel_y_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_voxel_z_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_norm_edge_margin_m.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_smooth_sigma.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_comp_range_power.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_tx_per_segment.valueChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_use_compensation.toggled.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_use_compensation.toggled.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_normalize_pairs.toggled.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_normalize_pairs.toggled.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
owner._sar3d_bottom_view.currentTextChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed) owner._sar3d_bottom_view.currentTextChanged.connect(owner._on_processing_live_settings_changed)
+105 -24
View File
@@ -533,39 +533,102 @@ def gui_profile_from_dict(payload: dict[str, Any]) -> GuiProfileModel:
gui.processing.sar3d.edge_frame_weight, gui.processing.sar3d.edge_frame_weight,
"gui.processing.sar3d", "gui.processing.sar3d",
), ),
pitch_override_enabled=_optional_bool(
sar3d_object,
"pitch_override_enabled",
gui.processing.sar3d.pitch_override_enabled,
"gui.processing.sar3d",
),
pitch_deg=_optional_float( pitch_deg=_optional_float(
sar3d_object, sar3d_object,
"pitch_deg", "pitch_deg",
gui.processing.sar3d.pitch_deg, gui.processing.sar3d.pitch_deg,
"gui.processing.sar3d", "gui.processing.sar3d",
), ),
center_depth_m=_optional_float( ground_depth_m=_optional_float(
sar3d_object, sar3d_object,
"center_depth_m", "ground_depth_m",
gui.processing.sar3d.center_depth_m, gui.processing.sar3d.ground_depth_m,
"gui.processing.sar3d", "gui.processing.sar3d",
), ),
half_width_x_m=_optional_float( x_min_m=_optional_float(
sar3d_object, sar3d_object,
"half_width_x_m", "x_min_m",
gui.processing.sar3d.half_width_x_m, gui.processing.sar3d.x_min_m,
"gui.processing.sar3d", "gui.processing.sar3d",
), ),
half_width_y_m=_optional_float( x_max_m=_optional_float(
sar3d_object, sar3d_object,
"half_width_y_m", "x_max_m",
gui.processing.sar3d.half_width_y_m, gui.processing.sar3d.x_max_m,
"gui.processing.sar3d", "gui.processing.sar3d",
), ),
half_width_z_m=_optional_float( y_min_m=_optional_float(
sar3d_object, sar3d_object,
"half_width_z_m", "y_min_m",
gui.processing.sar3d.half_width_z_m, gui.processing.sar3d.y_min_m,
"gui.processing.sar3d",
),
y_max_m=_optional_float(
sar3d_object,
"y_max_m",
gui.processing.sar3d.y_max_m,
"gui.processing.sar3d",
),
z_min_m=_optional_float(
sar3d_object,
"z_min_m",
gui.processing.sar3d.z_min_m,
"gui.processing.sar3d",
),
z_max_m=_optional_float(
sar3d_object,
"z_max_m",
gui.processing.sar3d.z_max_m,
"gui.processing.sar3d",
),
voxel_x_m=_optional_float(
sar3d_object,
"voxel_x_m",
gui.processing.sar3d.voxel_x_m,
"gui.processing.sar3d",
),
voxel_y_m=_optional_float(
sar3d_object,
"voxel_y_m",
gui.processing.sar3d.voxel_y_m,
"gui.processing.sar3d",
),
voxel_z_m=_optional_float(
sar3d_object,
"voxel_z_m",
gui.processing.sar3d.voxel_z_m,
"gui.processing.sar3d",
),
norm_edge_margin_m=_optional_float(
sar3d_object,
"norm_edge_margin_m",
gui.processing.sar3d.norm_edge_margin_m,
"gui.processing.sar3d",
),
smooth_sigma=_optional_float(
sar3d_object,
"smooth_sigma",
gui.processing.sar3d.smooth_sigma,
"gui.processing.sar3d",
),
comp_range_power=_optional_float(
sar3d_object,
"comp_range_power",
gui.processing.sar3d.comp_range_power,
"gui.processing.sar3d",
),
tx_per_segment=_optional_int(
sar3d_object,
"tx_per_segment",
gui.processing.sar3d.tx_per_segment,
"gui.processing.sar3d", "gui.processing.sar3d",
), ),
grid_nx=_optional_int(sar3d_object, "grid_nx", gui.processing.sar3d.grid_nx, "gui.processing.sar3d"),
grid_ny=_optional_int(sar3d_object, "grid_ny", gui.processing.sar3d.grid_ny, "gui.processing.sar3d"),
grid_nz=_optional_int(sar3d_object, "grid_nz", gui.processing.sar3d.grid_nz, "gui.processing.sar3d"),
use_compensation=_optional_bool( use_compensation=_optional_bool(
sar3d_object, sar3d_object,
"use_compensation", "use_compensation",
@@ -628,8 +691,18 @@ def gui_profile_from_dict(payload: dict[str, Any]) -> GuiProfileModel:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.frame_radius must be >= 0") raise ValueError("gui.processing.sar3d.frame_radius must be >= 0")
if not 0.0 <= gui.processing.sar3d.edge_frame_weight <= 1.0: if not 0.0 <= gui.processing.sar3d.edge_frame_weight <= 1.0:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.edge_frame_weight must be within [0, 1]") raise ValueError("gui.processing.sar3d.edge_frame_weight must be within [0, 1]")
if min(gui.processing.sar3d.grid_nx, gui.processing.sar3d.grid_ny, gui.processing.sar3d.grid_nz) < 2: if min(gui.processing.sar3d.voxel_x_m, gui.processing.sar3d.voxel_y_m, gui.processing.sar3d.voxel_z_m) <= 0.0:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.grid_nx/ny/nz must each be >= 2") raise ValueError("gui.processing.sar3d.voxel_x/y/z_m must each be > 0")
if gui.processing.sar3d.x_max_m <= gui.processing.sar3d.x_min_m:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.x_max_m must be > x_min_m")
if gui.processing.sar3d.y_max_m <= gui.processing.sar3d.y_min_m:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.y_max_m must be > y_min_m")
if gui.processing.sar3d.z_max_m <= gui.processing.sar3d.z_min_m:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.z_max_m must be > z_min_m")
if gui.processing.sar3d.ground_depth_m < 0.0:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.ground_depth_m must be >= 0")
if gui.processing.sar3d.tx_per_segment < 1:
raise ValueError("gui.processing.sar3d.tx_per_segment must be >= 1")
data_actions_object = _as_dict(gui_object.get("data_actions"), "gui.data_actions") data_actions_object = _as_dict(gui_object.get("data_actions"), "gui.data_actions")
gui.data_actions = GuiDataActionsStateModel( gui.data_actions = GuiDataActionsStateModel(
@@ -795,14 +868,22 @@ def gui_profile_to_dict(model: GuiProfileModel) -> dict[str, Any]:
"apply_freq_phase_correction": gui.processing.sar3d.apply_freq_phase_correction, "apply_freq_phase_correction": gui.processing.sar3d.apply_freq_phase_correction,
"frame_radius": gui.processing.sar3d.frame_radius, "frame_radius": gui.processing.sar3d.frame_radius,
"edge_frame_weight": gui.processing.sar3d.edge_frame_weight, "edge_frame_weight": gui.processing.sar3d.edge_frame_weight,
"pitch_override_enabled": gui.processing.sar3d.pitch_override_enabled,
"pitch_deg": gui.processing.sar3d.pitch_deg, "pitch_deg": gui.processing.sar3d.pitch_deg,
"center_depth_m": gui.processing.sar3d.center_depth_m, "ground_depth_m": gui.processing.sar3d.ground_depth_m,
"half_width_x_m": gui.processing.sar3d.half_width_x_m, "x_min_m": gui.processing.sar3d.x_min_m,
"half_width_y_m": gui.processing.sar3d.half_width_y_m, "x_max_m": gui.processing.sar3d.x_max_m,
"half_width_z_m": gui.processing.sar3d.half_width_z_m, "y_min_m": gui.processing.sar3d.y_min_m,
"grid_nx": gui.processing.sar3d.grid_nx, "y_max_m": gui.processing.sar3d.y_max_m,
"grid_ny": gui.processing.sar3d.grid_ny, "z_min_m": gui.processing.sar3d.z_min_m,
"grid_nz": gui.processing.sar3d.grid_nz, "z_max_m": gui.processing.sar3d.z_max_m,
"voxel_x_m": gui.processing.sar3d.voxel_x_m,
"voxel_y_m": gui.processing.sar3d.voxel_y_m,
"voxel_z_m": gui.processing.sar3d.voxel_z_m,
"norm_edge_margin_m": gui.processing.sar3d.norm_edge_margin_m,
"smooth_sigma": gui.processing.sar3d.smooth_sigma,
"comp_range_power": gui.processing.sar3d.comp_range_power,
"tx_per_segment": gui.processing.sar3d.tx_per_segment,
"use_compensation": gui.processing.sar3d.use_compensation, "use_compensation": gui.processing.sar3d.use_compensation,
"normalize_pairs": gui.processing.sar3d.normalize_pairs, "normalize_pairs": gui.processing.sar3d.normalize_pairs,
"bottom_view_deg": gui.processing.sar3d.bottom_view_deg, "bottom_view_deg": gui.processing.sar3d.bottom_view_deg,
+24 -16
View File
@@ -128,31 +128,39 @@ class GuiSar3dStateModel:
"""UI-only defaults for the 3D SAR (sar3d) live settings. """UI-only defaults for the 3D SAR (sar3d) live settings.
The band, depth gate, antenna selection and motion knobs mirror the shared The band, depth gate, antenna selection and motion knobs mirror the shared
gpr_* live-config fields; the sar3d_* knobs mirror the VNA_AlGo gpr_core gpr_* live-config fields; the sar3d_* knobs mirror the reference notebook
defaults used by the C++ sar3d processor. (Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb) defaults used by the C++ sar3d processor.
""" """
input_positions: str = "" input_positions: str = ""
output_positions: str = "" output_positions: str = ""
min_depth_m: float = 2.0 min_depth_m: float = 2.5
max_depth_m: float = 14.0 max_depth_m: float = 8.0
start_freq_mhz: float = 3000.0 start_freq_mhz: float = 2000.0
stop_freq_mhz: float = 6000.0 stop_freq_mhz: float = 6000.0
speed_m_s: float = 0.0 speed_m_s: float = 0.0
ignore_socket_speed_enabled: bool = False ignore_socket_speed_enabled: bool = False
look_angle_deg: float = 0.0 look_angle_deg: float = 17.5
direction_sign: float = 1.0 direction_sign: float = 1.0
apply_freq_phase_correction: bool = True apply_freq_phase_correction: bool = True
frame_radius: int = 6 frame_radius: int = 0
edge_frame_weight: float = 0.75 edge_frame_weight: float = 0.8
pitch_deg: float = 6.0 pitch_override_enabled: bool = False
center_depth_m: float = 5.6 pitch_deg: float = 17.5
half_width_x_m: float = 1.8 ground_depth_m: float = 1.25
half_width_y_m: float = 1.0 x_min_m: float = -2.0
half_width_z_m: float = 1.8 x_max_m: float = 2.0
grid_nx: int = 150 y_min_m: float = -0.5
grid_ny: int = 120 y_max_m: float = 2.0
grid_nz: int = 160 z_min_m: float = 0.0
z_max_m: float = 8.0
voxel_x_m: float = 0.025
voxel_y_m: float = 0.02
voxel_z_m: float = 0.02
norm_edge_margin_m: float = 0.3
smooth_sigma: float = 1.5
comp_range_power: float = 0.3
tx_per_segment: int = 2
use_compensation: bool = True use_compensation: bool = True
normalize_pairs: bool = True normalize_pairs: bool = True
# Bottom-view projection angle around the vertical Y axis, degrees: # Bottom-view projection angle around the vertical Y axis, degrees:
@@ -72,19 +72,35 @@ class ProcessingLiveConfig:
gpr_visible_x_max_m: float = 2.0 gpr_visible_x_max_m: float = 2.0
gpr_visible_z_min_m: float = 0.0 gpr_visible_z_min_m: float = 0.0
gpr_visible_z_max_m: float = 14.0 gpr_visible_z_max_m: float = 14.0
# 3D SAR (sar3d processor) parameters; defaults mirror VNA_AlGo gpr_core. # 3D SAR (sar3d processor) parameters; defaults mirror the reference
# The frequency band, depth gate, antenna selection and motion parameters # notebook Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb. The frequency band, depth gate,
# are shared with the gpr_* fields above. # antenna selection and motion parameters are shared with the gpr_* fields.
sar3d_frame_radius: int = 6 sar3d_frame_radius: int = 0
sar3d_edge_frame_weight: float = 0.75 sar3d_edge_frame_weight: float = 0.8
sar3d_pitch_deg: float = 6.0 # Frame pitch override; disabled -> the pitch follows gpr_look_angle_deg.
sar3d_center_depth_m: float = 5.6 sar3d_pitch_override_enabled: bool = False
sar3d_half_width_x_m: float = 1.8 sar3d_pitch_deg: float = 17.5
sar3d_half_width_y_m: float = 1.0 # Height of the lower antenna row above the ground (scene Y=0 = ground).
sar3d_half_width_z_m: float = 1.8 sar3d_ground_depth_m: float = 1.25
sar3d_grid_nx: int = 150 # Scene grid bounds (metres): X across, Y height above the ground, Z along
sar3d_grid_ny: int = 120 # the ground away from the radar. Voxels outside the radar depth gate are
sar3d_grid_nz: int = 160 # zeroed by the mask regardless of the Z window.
sar3d_x_min_m: float = -2.0
sar3d_x_max_m: float = 2.0
sar3d_y_min_m: float = -0.5
sar3d_y_max_m: float = 2.0
sar3d_z_min_m: float = 0.0
sar3d_z_max_m: float = 8.0
sar3d_voxel_x_m: float = 0.025
sar3d_voxel_y_m: float = 0.02
sar3d_voxel_z_m: float = 0.02
# Volume finalization: Y-edge margin excluded from normalization, Gaussian
# smoothing sigma over (Z, X) planes.
sar3d_norm_edge_margin_m: float = 0.3
sar3d_smooth_sigma: float = 1.5
sar3d_comp_range_power: float = 0.3
# Fallback frame segmentation when per-trace capture stamps are absent.
sar3d_tx_per_segment: int = 2
sar3d_use_compensation: bool = True sar3d_use_compensation: bool = True
sar3d_normalize_pairs: bool = True sar3d_normalize_pairs: bool = True
# Bottom-view projection angle around the vertical Y axis, degrees: # Bottom-view projection angle around the vertical Y axis, degrees:
@@ -156,14 +172,22 @@ class ProcessingLiveConfig:
"gpr_visible_z_max_m": float(self.gpr_visible_z_max_m), "gpr_visible_z_max_m": float(self.gpr_visible_z_max_m),
"sar3d_frame_radius": int(self.sar3d_frame_radius), "sar3d_frame_radius": int(self.sar3d_frame_radius),
"sar3d_edge_frame_weight": float(self.sar3d_edge_frame_weight), "sar3d_edge_frame_weight": float(self.sar3d_edge_frame_weight),
"sar3d_pitch_override_enabled": bool(self.sar3d_pitch_override_enabled),
"sar3d_pitch_deg": float(self.sar3d_pitch_deg), "sar3d_pitch_deg": float(self.sar3d_pitch_deg),
"sar3d_center_depth_m": float(self.sar3d_center_depth_m), "sar3d_ground_depth_m": float(self.sar3d_ground_depth_m),
"sar3d_half_width_x_m": float(self.sar3d_half_width_x_m), "sar3d_x_min_m": float(self.sar3d_x_min_m),
"sar3d_half_width_y_m": float(self.sar3d_half_width_y_m), "sar3d_x_max_m": float(self.sar3d_x_max_m),
"sar3d_half_width_z_m": float(self.sar3d_half_width_z_m), "sar3d_y_min_m": float(self.sar3d_y_min_m),
"sar3d_grid_nx": int(self.sar3d_grid_nx), "sar3d_y_max_m": float(self.sar3d_y_max_m),
"sar3d_grid_ny": int(self.sar3d_grid_ny), "sar3d_z_min_m": float(self.sar3d_z_min_m),
"sar3d_grid_nz": int(self.sar3d_grid_nz), "sar3d_z_max_m": float(self.sar3d_z_max_m),
"sar3d_voxel_x_m": float(self.sar3d_voxel_x_m),
"sar3d_voxel_y_m": float(self.sar3d_voxel_y_m),
"sar3d_voxel_z_m": float(self.sar3d_voxel_z_m),
"sar3d_norm_edge_margin_m": float(self.sar3d_norm_edge_margin_m),
"sar3d_smooth_sigma": float(self.sar3d_smooth_sigma),
"sar3d_comp_range_power": float(self.sar3d_comp_range_power),
"sar3d_tx_per_segment": int(self.sar3d_tx_per_segment),
"sar3d_use_compensation": bool(self.sar3d_use_compensation), "sar3d_use_compensation": bool(self.sar3d_use_compensation),
"sar3d_normalize_pairs": bool(self.sar3d_normalize_pairs), "sar3d_normalize_pairs": bool(self.sar3d_normalize_pairs),
"sar3d_bottom_view_deg": float(self.sar3d_bottom_view_deg), "sar3d_bottom_view_deg": float(self.sar3d_bottom_view_deg),
+35 -5
View File
@@ -20,6 +20,7 @@ never see time jump backwards. ``collection_id`` increases forever.
from __future__ import annotations from __future__ import annotations
import argparse import argparse
import json
import logging import logging
from pathlib import Path from pathlib import Path
import re import re
@@ -75,6 +76,22 @@ def _load_dataset(dataset_dir: Path, combos: list[ComboKey], expected_points: in
timestamps_ns: list[int] = [] timestamps_ns: list[int] = []
for name, timestamp_ns in named: for name, timestamp_ns in named:
folder = dataset_dir / name folder = dataset_dir / name
# Recorded per-trace capture windows from the snapshot's meta.json: the
# sar3d segmented timing model reconstructs the acquisition segments
# from them. Missing/partial meta leaves the zero "unmeasured" sentinel
# and the consumer falls back to its uniform-segment model.
windows: dict[tuple[int, int], tuple[int, int]] = {}
meta_path = folder / "meta.json"
if meta_path.is_file():
try:
meta = json.loads(meta_path.read_text())
for entry in meta.get("traces", []):
windows[(int(entry["input"]), int(entry["output"]))] = (
int(entry["capture_start_ns"]),
int(entry["capture_end_ns"]),
)
except (OSError, ValueError, KeyError, TypeError):
windows = {}
traces: list[TraceData] = [] traces: list[TraceData] = []
for combo in combos: for combo in combos:
s21_path = folder / f"i{combo.input}_o{combo.output}_s21.npy" s21_path = folder / f"i{combo.input}_o{combo.output}_s21.npy"
@@ -94,12 +111,15 @@ def _load_dataset(dataset_dir: Path, combos: list[ComboKey], expected_points: in
f"{s21_path}: {s21.size} points, but radar.sweep.points = " f"{s21_path}: {s21.size} points, but radar.sweep.points = "
f"{expected_points}. Align the profile's sweep with the dataset." f"{expected_points}. Align the profile's sweep with the dataset."
) )
window = windows.get((combo.input, combo.output), (0, 0))
traces.append( traces.append(
TraceData( TraceData(
combo=combo, combo=combo,
frequency_hz=freq, frequency_hz=freq,
s11=np.zeros_like(s21), s11=np.zeros_like(s21),
s21=s21, s21=s21,
capture_start_ns=window[0],
capture_end_ns=window[1],
) )
) )
snapshots.append(traces) snapshots.append(traces)
@@ -114,28 +134,38 @@ def _build_collection(
collection_id: int, collection_id: int,
frame_ns: int, frame_ns: int,
) -> SweepCollection: ) -> SweepCollection:
"""Wrap one preloaded snapshot in a SweepCollection at the given frame time.""" """Wrap one preloaded snapshot in a SweepCollection at the given frame time.
Recorded per-trace capture windows are re-anchored by the same shift as the
frame time, preserving the real intra-frame segment layout. Traces without
recorded windows get a synthetic window spanning the median frame gap.
"""
span_ns = dataset.median_gap_ns span_ns = dataset.median_gap_ns
start_ns = frame_ns - span_ns // 2 start_ns = frame_ns - span_ns // 2
end_ns = frame_ns + span_ns // 2 end_ns = frame_ns + span_ns // 2
shift_ns = frame_ns - dataset.timestamps_ns[index]
traces = [] traces = []
for source in dataset.snapshots[index]: for source in dataset.snapshots[index]:
if source.capture_end_ns > source.capture_start_ns:
capture = (source.capture_start_ns + shift_ns, source.capture_end_ns + shift_ns)
else:
capture = (start_ns, end_ns)
traces.append( traces.append(
TraceData( TraceData(
combo=source.combo, combo=source.combo,
frequency_hz=source.frequency_hz, frequency_hz=source.frequency_hz,
s11=source.s11, s11=source.s11,
s21=source.s21, s21=source.s21,
capture_start_ns=start_ns, capture_start_ns=capture[0],
capture_end_ns=end_ns, capture_end_ns=capture[1],
) )
) )
return SweepCollection( return SweepCollection(
collection_id=collection_id, collection_id=collection_id,
monotonic_ns=frame_ns, monotonic_ns=frame_ns,
traces=traces, traces=traces,
capture_start_ns=start_ns, capture_start_ns=min(t.capture_start_ns for t in traces),
capture_end_ns=end_ns, capture_end_ns=max(t.capture_end_ns for t in traces),
) )
+21 -7
View File
@@ -84,14 +84,28 @@ def _sar3d_live_config(profile_path: Path) -> ProcessingLiveConfig:
live.sar3d_edge_frame_weight = float( live.sar3d_edge_frame_weight = float(
sar3d.get("edge_frame_weight", live.sar3d_edge_frame_weight) sar3d.get("edge_frame_weight", live.sar3d_edge_frame_weight)
) )
live.sar3d_pitch_override_enabled = bool(
sar3d.get("pitch_override_enabled", live.sar3d_pitch_override_enabled)
)
live.sar3d_pitch_deg = float(sar3d.get("pitch_deg", live.sar3d_pitch_deg)) live.sar3d_pitch_deg = float(sar3d.get("pitch_deg", live.sar3d_pitch_deg))
live.sar3d_center_depth_m = float(sar3d.get("center_depth_m", live.sar3d_center_depth_m)) live.sar3d_ground_depth_m = float(sar3d.get("ground_depth_m", live.sar3d_ground_depth_m))
live.sar3d_half_width_x_m = float(sar3d.get("half_width_x_m", live.sar3d_half_width_x_m)) live.sar3d_x_min_m = float(sar3d.get("x_min_m", live.sar3d_x_min_m))
live.sar3d_half_width_y_m = float(sar3d.get("half_width_y_m", live.sar3d_half_width_y_m)) live.sar3d_x_max_m = float(sar3d.get("x_max_m", live.sar3d_x_max_m))
live.sar3d_half_width_z_m = float(sar3d.get("half_width_z_m", live.sar3d_half_width_z_m)) live.sar3d_y_min_m = float(sar3d.get("y_min_m", live.sar3d_y_min_m))
live.sar3d_grid_nx = int(sar3d.get("grid_nx", live.sar3d_grid_nx)) live.sar3d_y_max_m = float(sar3d.get("y_max_m", live.sar3d_y_max_m))
live.sar3d_grid_ny = int(sar3d.get("grid_ny", live.sar3d_grid_ny)) live.sar3d_z_min_m = float(sar3d.get("z_min_m", live.sar3d_z_min_m))
live.sar3d_grid_nz = int(sar3d.get("grid_nz", live.sar3d_grid_nz)) live.sar3d_z_max_m = float(sar3d.get("z_max_m", live.sar3d_z_max_m))
live.sar3d_voxel_x_m = float(sar3d.get("voxel_x_m", live.sar3d_voxel_x_m))
live.sar3d_voxel_y_m = float(sar3d.get("voxel_y_m", live.sar3d_voxel_y_m))
live.sar3d_voxel_z_m = float(sar3d.get("voxel_z_m", live.sar3d_voxel_z_m))
live.sar3d_norm_edge_margin_m = float(
sar3d.get("norm_edge_margin_m", live.sar3d_norm_edge_margin_m)
)
live.sar3d_smooth_sigma = float(sar3d.get("smooth_sigma", live.sar3d_smooth_sigma))
live.sar3d_comp_range_power = float(
sar3d.get("comp_range_power", live.sar3d_comp_range_power)
)
live.sar3d_tx_per_segment = int(sar3d.get("tx_per_segment", live.sar3d_tx_per_segment))
live.sar3d_use_compensation = bool(sar3d.get("use_compensation", live.sar3d_use_compensation)) live.sar3d_use_compensation = bool(sar3d.get("use_compensation", live.sar3d_use_compensation))
live.sar3d_normalize_pairs = bool(sar3d.get("normalize_pairs", live.sar3d_normalize_pairs)) live.sar3d_normalize_pairs = bool(sar3d.get("normalize_pairs", live.sar3d_normalize_pairs))
live.sar3d_bottom_view_deg = float(sar3d.get("bottom_view_deg", live.sar3d_bottom_view_deg)) live.sar3d_bottom_view_deg = float(sar3d.get("bottom_view_deg", live.sar3d_bottom_view_deg))
+389
View File
@@ -0,0 +1,389 @@
"""Reference implementation of the sar3d volume from Multi_antenna_3D_clean_v1.ipynb.
Executable specification for the C++ port: recomputes a single-frame
(aperture radius 0) 3D SAR volume from a preprocessed snapshot exactly the
way the notebook does, then compares it against a reference *_volume.npz
exported by the notebook.
Usage:
python sar3d_reference_check.py <dataset_root> <reference_volume.npz>
<dataset_root> is an extracted replay dataset (contains config_profile.json
and preprocessed/<snapshot>/i*_o*_{s21,freq}.npy + meta.json). The snapshot
name and all physics parameters are taken from the npz meta.
Exits non-zero when the recomputed volume differs from the reference by more
than the tolerance. The only expected difference is the Gaussian smoothing
(manual separable filter vs scipy) at the 1e-6 level.
"""
from __future__ import annotations
import argparse
import json
import sys
from pathlib import Path
import numpy as np
TOLERANCE = 2e-6
C_LIGHT = 3e8
# Notebook constants not recorded in the npz meta (cell 0 / cell 4).
BP_OVERSAMPLE = 8
BP_WINDOW = True
PAIR_NORM_PERCENTILE = 50.0
PAIR_NORM_EPS = 1e-15
COMP_RANGE_POWER = 0.3
COMP_RANGE_WEIGHT_MAX = 5.0
COMP_REF_DEPTH = 5.0
BP_SMOOTH_SIGMA = 1.5
SAR_Y_RANGE_M = (-0.5, 2.0)
SAR_NORM_EDGE_MARGIN_M = 0.3
X_MARGIN_M = 2.0
MOTION_PHASE_SIGN = -1.0
DIRECTION_SIGN = +1.0
def gaussian_kernel1d(sigma: float, radius: int) -> np.ndarray:
x = np.arange(-radius, radius + 1, dtype=float)
phi = np.exp(-0.5 / (sigma * sigma) * x * x)
return phi / phi.sum()
def correlate1d_reflect(arr: np.ndarray, weights: np.ndarray, axis: int) -> np.ndarray:
r = (len(weights) - 1) // 2
a = np.moveaxis(arr, axis, -1)
pad = np.concatenate([a[..., r - 1::-1], a, a[..., :-r - 1:-1]], axis=-1)
out = np.zeros_like(a)
for k, w in enumerate(weights):
out += w * pad[..., k:k + a.shape[-1]]
return np.moveaxis(out, -1, axis)
def gaussian_filter(arr: np.ndarray, sigma: tuple[float, ...], truncate: float = 4.0) -> np.ndarray:
"""scipy.ndimage.gaussian_filter equivalent (mode='reflect')."""
out = np.asarray(arr, dtype=float).copy()
for axis, s in enumerate(sigma):
if s <= 0:
continue
radius = int(truncate * float(s) + 0.5)
out = correlate1d_reflect(out, gaussian_kernel1d(float(s), radius), axis)
return out
def load_geometry(profile_path: Path) -> dict:
profile = json.loads(profile_path.read_text())
gpr = profile["gpr"]
tx_geom = {int(e["output_pos"]): (e["x_m"], e.get("y_m", 0.0), e.get("z_m", 0.0))
for e in gpr["tx_geometry"]}
rx_geom = {int(e["input_pos"]): (e["x_m"], e.get("y_m", 0.0), e.get("z_m", 0.0))
for e in gpr["rx_geometry"]}
combos = profile["run"]["combos"]
pair_order = [(int(c["output"]), int(c["input"])) for c in combos]
tx_order_full: list[int] = []
for tx, _ in pair_order:
if tx not in tx_order_full:
tx_order_full.append(tx)
output_idx = sorted(tx_geom)
input_idx = sorted(rx_geom)
tx_xyz = np.array([tx_geom[i] for i in output_idx], dtype=float)
rx_xyz = np.array([rx_geom[i] for i in input_idx], dtype=float)
return {
"output_idx": output_idx, "input_idx": input_idx,
"tx_xyz": tx_xyz, "rx_xyz": rx_xyz,
"pair_order": pair_order, "tx_order_full": tx_order_full,
}
def snapshot_timing(snapshot_dir: Path) -> dict | None:
"""Per-Tx capture windows from the snapshot's meta.json trace labels."""
try:
meta = json.loads((snapshot_dir / "meta.json").read_text())
except OSError:
return None
traces = [t for t in meta.get("traces", [])
if "capture_start_ns" in t and "capture_end_ns" in t and "output" in t]
if not traces:
return None
first = min(int(t["capture_start_ns"]) for t in traces)
last = max(int(t["capture_end_ns"]) for t in traces)
by_tx: dict[int, tuple[int, int]] = {}
for t in traces:
by_tx.setdefault(int(t["output"]), (int(t["capture_start_ns"]), int(t["capture_end_ns"])))
return {
"acq_s": (last - first) * 1e-9,
"center_abs_s": 0.5 * (first + last) * 1e-9,
"tx_window_s": {tx: ((a - first) * 1e-9, (b - first) * 1e-9) for tx, (a, b) in by_tx.items()},
}
def pair_timestamps(geometry: dict, timing: dict, speed_m_s: float, look_angle_deg: float,
wave_speed: float) -> dict:
"""Segment/slot assignment and coarse pair dtau (notebook compute_pair_timestamps_for_snapshot)."""
windows = timing["tx_window_s"]
hw_order = [tx for tx in geometry["tx_order_full"] if tx in windows]
hw_order += [tx for tx in sorted(windows) if tx not in hw_order]
groups: dict[tuple[float, float], list[int]] = {}
for tx in hw_order:
groups.setdefault(windows[tx], []).append(tx)
seg_of = {}
for seg_idx, win in enumerate(sorted(groups)):
for slot, tx in enumerate(groups[win]):
seg_of[tx] = (seg_idx, slot, len(groups[win]))
cos_theta = np.cos(np.radians(look_angle_deg))
t_ref = 0.5 * timing["acq_s"]
tx_map = {p: k for k, p in enumerate(geometry["output_idx"])}
rx_map = {p: k for k, p in enumerate(geometry["input_idx"])}
ts = {}
for tx_phys, rx_phys in geometry["pair_order"]:
_, slot, n_slots = seg_of[tx_phys]
t0, t1 = windows[tx_phys]
t_center = 0.5 * (t0 + t1)
dz_motion = DIRECTION_SIGN * speed_m_s * (t_center - t_ref) * cos_theta
ts[(tx_map[tx_phys], rx_map[rx_phys])] = {
"slot": slot, "n_slots": n_slots,
"segment_start_s": t0, "segment_time_s": t1 - t0,
"t_center_s": t_center,
"dtau_motion_s": 2.0 * dz_motion / wave_speed,
}
return ts
def timing_abs_center(snapshot_dir: Path) -> float:
timing = snapshot_timing(snapshot_dir)
if timing is None:
raise RuntimeError(f"meta.json trace labels required in {snapshot_dir}")
return timing["center_abs_s"]
def load_mimo(snapshot_dir: Path, geometry: dict) -> tuple[dict, dict]:
s21_data, freq_data = {}, {}
for f in snapshot_dir.glob("i*_o*_s21.npy"):
parts = f.stem.split("_")
rx_phys = int(parts[0][1:])
tx_phys = int(parts[1][1:])
if tx_phys not in geometry["output_idx"] or rx_phys not in geometry["input_idx"]:
continue
key = (geometry["output_idx"].index(tx_phys), geometry["input_idx"].index(rx_phys))
s21_data[key] = np.load(f)
freq_data[key] = np.asarray(np.load(f.parent / f"i{rx_phys}_o{tx_phys}_freq.npy"), dtype=float)
return s21_data, freq_data
def apply_phase_correction(s21: np.ndarray, freq_full: np.ndarray, info: dict,
f_start: float, f_stop: float, speed_m_s: float,
look_angle_deg: float, wave_speed: float) -> np.ndarray:
"""Coarse pair + intra-sweep motion correction as one phase ramp before the IFFT."""
idx = np.flatnonzero((freq_full >= f_start) & (freq_full <= f_stop))
n_full = len(freq_full)
dt_event = info["segment_time_s"] / (info["n_slots"] * n_full)
t_abs = info["segment_start_s"] + (info["n_slots"] * idx + info["slot"]) * dt_event
dt_intra = t_abs - info["t_center_s"]
dtau_intra = 2.0 * DIRECTION_SIGN * speed_m_s * np.cos(np.radians(look_angle_deg)) * dt_intra / wave_speed
total_dtau = dtau_intra + info["dtau_motion_s"]
phi = 2.0 * np.pi * freq_full[idx] * total_dtau
out = np.array(s21, dtype=np.complex128, copy=True)
out[idx] *= np.exp(1j * MOTION_PHASE_SIGN * phi)
return out
def compute_ascan(s21: np.ndarray, freq: np.ndarray, f_start: float, f_stop: float):
"""Oversampled complex A-scan with the notebook's frequency-shifted IFFT."""
mask = (freq >= f_start) & (freq <= f_stop)
freq_cut = freq[mask]
s21_cut = s21[mask]
df = float(np.median(np.diff(freq_cut)))
n = len(freq_cut)
k0 = int(round(freq_cut[0] / df))
n_fft = (1 << int(np.ceil(np.log2(2 * (k0 + n - 1))))) * BP_OVERSAMPLE
dt = 1.0 / (n_fft * df)
s = s21_cut * np.hanning(n) if BP_WINDOW else s21_cut.copy()
spectrum = np.zeros(n_fft, dtype=np.complex128)
spectrum[k0:k0 + n] = s
return np.arange(n_fft, dtype=float) * dt, np.fft.ifft(spectrum)
def interp_complex(tau: np.ndarray, t_axis: np.ndarray, h_axis: np.ndarray) -> np.ndarray:
n = t_axis.size
dt = (float(t_axis[-1]) - float(t_axis[0])) / (n - 1)
pos = (tau - float(t_axis[0])) / dt
inside = (pos >= 0.0) & (pos <= n - 1)
k = np.clip(np.floor(pos), 0, n - 2).astype(np.intp)
frac = pos - k
out = h_axis[k] + frac * (h_axis[k + 1] - h_axis[k])
return np.where(inside, out, 0.0 + 0.0j)
def axis_linspace(lo: float, hi: float, step: float) -> np.ndarray:
return np.linspace(lo, hi, max(int(round((hi - lo) / step)) + 1, 2))
def compute_volume(dataset_root: Path, meta: dict) -> dict:
"""Single-frame volume via the notebook's ANIMATION path.
The reference npz files were exported from animation frames: the base grid
is shifted by the radar displacement between the frame and the scene-origin
snapshot (meta reference_snapshot), antennas get the same offset, and the
depth window follows the radar (depth_shift). Physically it all cancels for
an aperture of radius 0, but replicating the exact float arithmetic is what
makes the comparison bit-tight at the depth-mask knife edge.
"""
geometry = load_geometry(dataset_root / "config_profile.json")
snapshot_dir = dataset_root / "preprocessed" / meta["snapshot"]
eps_r = 1.0
wave_speed = C_LIGHT / np.sqrt(eps_r)
f_start = float(meta["f_start_hz"])
f_stop = float(meta["f_stop_hz"])
min_depth = float(meta["min_depth_m"])
max_depth = float(meta["max_depth_m"])
speed = float(meta["speed_m_s"])
look_angle = float(meta["look_angle_deg"])
ground_depth = float(meta["ground_depth_m"])
voxel = [float(a) for a in meta["voxel_m"]]
x_tx, y_tx, z_tx = geometry["tx_xyz"].T
x_rx, y_rx, z_rx = geometry["rx_xyz"].T
n_tx, n_rx = len(x_tx), len(x_rx)
timing = snapshot_timing(snapshot_dir)
if timing is None:
raise RuntimeError(f"meta.json trace labels required in {snapshot_dir}")
ts = pair_timestamps(geometry, timing, speed, look_angle, wave_speed)
s21_data, freq_data = load_mimo(snapshot_dir, geometry)
ascan_h, ascan_t = {}, {}
for key, s21 in s21_data.items():
corrected = apply_phase_correction(
s21, freq_data[key], ts[key], f_start, f_stop, speed, look_angle, wave_speed)
t_axis, h = compute_ascan(corrected, freq_data[key], f_start, f_stop)
z_axis = t_axis * wave_speed / 2
m = (z_axis >= min_depth) & (z_axis <= max_depth)
scale = float(np.percentile(np.abs(h)[m], PAIR_NORM_PERCENTILE))
if not np.isfinite(scale) or scale <= PAIR_NORM_EPS:
scale = 1.0
ascan_h[key] = h / (scale + PAIR_NORM_EPS)
ascan_t[key] = t_axis
pitch = np.radians(look_angle)
cos_p, sin_p = np.cos(pitch), np.sin(pitch)
def scene_to_radar_yz(y_scene, z_scene):
y0 = y_scene - ground_depth
return y0 * cos_p + z_scene * sin_p, -y0 * sin_p + z_scene * cos_p
x_ant = np.concatenate([x_tx, x_rx])
y_lo, y_hi = SAR_Y_RANGE_M
z_span = [(d - float(scene_to_radar_yz(y, 0.0)[1])) / cos_p
for y in (y_lo, y_hi) for d in (min_depth, max_depth)]
gx = axis_linspace(float(x_ant.min() - X_MARGIN_M), float(x_ant.max() + X_MARGIN_M), voxel[0])
gy = axis_linspace(y_lo, y_hi, voxel[1])
gz = axis_linspace(min(z_span), max(z_span), voxel[2])
# Displacement of this frame relative to the scene-origin snapshot
# (notebook sar_frame_offsets + anim_frame_displacement).
off_dy = off_dz = 0.0
disp_y = disp_z = 0.0
reference_name = meta.get("reference_snapshot", meta["snapshot"])
if reference_name != meta["snapshot"]:
ref_timing = snapshot_timing(dataset_root / "preprocessed" / reference_name)
if ref_timing is None:
raise RuntimeError(f"meta.json trace labels required in {reference_name}")
dt = timing_abs_center(snapshot_dir) - ref_timing["center_abs_s"]
horizontal = DIRECTION_SIGN * speed * dt
off_dy = float(horizontal * np.sin(pitch))
off_dz = float(horizontal * np.cos(pitch))
# Scene displacement = difference of two transformed points; the ground
# lift cancels, leaving essentially (0, ~0, horizontal).
disp_y = (off_dy * cos_p - off_dz * sin_p + ground_depth) - ground_depth
disp_z = off_dy * sin_p + off_dz * cos_p
gy_s = gy + disp_y
gz_s = gz + disp_z
depth_shift = off_dz
grid_xx, grid_zz = np.meshgrid(gx, gz_s)
ground_plane_y = (-ground_depth + COMP_REF_DEPTH * sin_p) / cos_p
def pair_geo_ref(i, j):
xc = (x_tx[i] + x_rx[j]) / 2.0
r_tx = np.sqrt((xc - x_tx[i]) ** 2 + (ground_plane_y - y_tx[i]) ** 2 + (COMP_REF_DEPTH - z_tx[i]) ** 2)
r_rx = np.sqrt((xc - x_rx[j]) ** 2 + (ground_plane_y - y_rx[j]) ** 2 + (COMP_REF_DEPTH - z_rx[j]) ** 2)
return 1.0 / (r_tx * r_rx + 1e-12) + 1e-30
geo_ref = {(i, j): pair_geo_ref(i, j) for i in range(n_tx) for j in range(n_rx)}
dx2_tx = [(grid_xx - x_tx[i]) ** 2 for i in range(n_tx)]
dx2_rx = [(grid_xx - x_rx[j]) ** 2 for j in range(n_rx)]
acc_vol = np.zeros((gy.size, gz.size, gx.size), dtype=np.complex128)
cnt_vol = np.zeros(acc_vol.shape, dtype=float)
for iy, y_plane in enumerate(gy_s):
y_rad, z_rad = scene_to_radar_yz(y_plane, grid_zz)
depth_ok = (z_rad - depth_shift >= min_depth) & (z_rad - depth_shift <= max_depth)
r_tx_all = [np.sqrt(dx2_tx[i] + (y_rad - (y_tx[i] + off_dy)) ** 2 + (z_rad - (z_tx[i] + off_dz)) ** 2)
for i in range(n_tx)]
r_rx_all = [np.sqrt(dx2_rx[j] + (y_rad - (y_rx[j] + off_dy)) ** 2 + (z_rad - (z_rx[j] + off_dz)) ** 2)
for j in range(n_rx)]
acc = np.zeros_like(grid_xx, dtype=np.complex128)
cnt = np.zeros_like(grid_xx, dtype=float)
for i in range(n_tx):
for j in range(n_rx):
key = (i, j)
if key not in ascan_h:
continue
r_tx, r_rx = r_tx_all[i], r_rx_all[j]
tau = (r_tx + r_rx) / wave_speed
t_axis = ascan_t[key]
valid = depth_ok & (tau >= t_axis[0]) & (tau <= t_axis[-1])
h = interp_complex(tau, t_axis, ascan_h[key])
ratio = (1.0 / (r_tx * r_rx + 1e-12) + 1e-30) / geo_ref[key]
weight = np.clip(1.0 / (ratio ** COMP_RANGE_POWER + 1e-12), 0.0, COMP_RANGE_WEIGHT_MAX)
acc += np.where(valid, h * weight, 0.0 + 0.0j)
cnt += valid
acc_vol[iy] = acc
cnt_vol[iy] = cnt
volume = np.abs(acc_vol / (cnt_vol + 1e-12))
z_rad_planes = np.asarray([scene_to_radar_yz(yp, grid_zz)[1] - depth_shift for yp in gy_s])
volume = np.where((z_rad_planes >= min_depth) & (z_rad_planes <= max_depth), volume, 0.0)
ref_planes = (gy_s >= gy_s[0] + SAR_NORM_EDGE_MARGIN_M) & (gy_s <= gy_s[-1] - SAR_NORM_EDGE_MARGIN_M)
level_raw = volume[ref_planes].max() + 1e-12
volume = gaussian_filter(volume / level_raw, sigma=(0.0, BP_SMOOTH_SIGMA, BP_SMOOTH_SIGMA))
level_smooth = volume[ref_planes].max() + 1e-12
volume = np.clip(volume / level_smooth, 0.0, None).astype(np.float32)
return {"volume": volume, "level": float(level_raw * level_smooth), "x": gx, "y": gy, "z": gz}
def main() -> int:
parser = argparse.ArgumentParser(description=__doc__.splitlines()[0])
parser.add_argument("dataset_root", type=Path,
help="extracted dataset dir (config_profile.json + preprocessed/)")
parser.add_argument("reference_npz", type=Path, help="reference *_volume.npz from the notebook")
args = parser.parse_args()
ref = np.load(args.reference_npz)
meta = json.loads(str(ref["meta"]))
print(f"snapshot: {meta['snapshot']}")
result = compute_volume(args.dataset_root, meta)
volume, ref_volume = result["volume"], ref["volume"]
axes_ok = all(np.allclose(result[k], ref[f"{k}_m"]) for k in ("x", "y", "z"))
level_rel = abs(result["level"] - meta["level"]) / abs(meta["level"])
print(f"axes match: {axes_ok}; level rel diff: {level_rel:.3e} "
f"(mine {result['level']:.9f}, ref {meta['level']:.9f})")
if volume.shape != ref_volume.shape:
print(f"FAIL: shape mismatch {volume.shape} vs {ref_volume.shape}")
return 1
diff = np.abs(volume.astype(np.float64) - ref_volume.astype(np.float64))
argmax = np.unravel_index(int(np.argmax(volume)), volume.shape)
ref_argmax = np.unravel_index(int(np.argmax(ref_volume)), ref_volume.shape)
print(f"max |diff| = {diff.max():.3e}, mean = {diff.mean():.3e}")
print(f"argmax: mine {argmax}, ref {ref_argmax}")
ok = axes_ok and diff.max() <= TOLERANCE and argmax == ref_argmax and level_rel <= TOLERANCE
print("OK" if ok else "FAIL")
return 0 if ok else 1
if __name__ == "__main__":
sys.exit(main())
@@ -0,0 +1,89 @@
"""Compare a sar3d volume dumped by the C++ processor with a notebook npz export.
Usage:
python sar3d_volume_compare.py <dump_base> <reference_volume.npz>
<dump_base> is the path prefix written by `sar3d_parity --dump-dir` (or by the
processor with `sar3d_volume_dump_dir` set): <dump_base>.f32 holds the raw
float32 volume [iy][iz][ix], <dump_base>.json its axes and level.
The C++ path accumulates the backprojection in float32 (CUDA kernel), so the
comparison is tolerance-based rather than bitwise; geometry is computed in
double, keeping the expected difference at the 1e-5 level. Voxels within the
smoothing radius of the depth-mask boundary are reported separately: there the
float32 knife-edge can flip whole boundary voxels (the same effect exists
between two float64 runs with shifted grids).
"""
from __future__ import annotations
import argparse
import json
import sys
from pathlib import Path
import numpy as np
MAX_DIFF_TOLERANCE = 1e-4
LEVEL_REL_TOLERANCE = 1e-4
# Gaussian smoothing radius (sigma 1.5 -> radius 6) around the depth-mask edge.
EDGE_EXCLUSION_VOXELS = 7
def main() -> int:
parser = argparse.ArgumentParser(description=__doc__.splitlines()[0])
parser.add_argument("dump_base", type=Path, help="path prefix of the .f32/.json dump")
parser.add_argument("reference_npz", type=Path, help="reference *_volume.npz from the notebook")
args = parser.parse_args()
header = json.loads(Path(str(args.dump_base) + ".json").read_text())
shape = (header["ny"], header["nz"], header["nx"])
volume = np.fromfile(str(args.dump_base) + ".f32", dtype=np.float32).reshape(shape)
ref = np.load(args.reference_npz)
ref_volume = ref["volume"]
meta = json.loads(str(ref["meta"]))
print(f"snapshot: {meta['snapshot']}")
if volume.shape != ref_volume.shape:
print(f"FAIL: shape mismatch {volume.shape} vs {ref_volume.shape}")
return 1
axes_ok = all(
np.allclose(np.asarray(header[key]), ref[key])
for key in ("x_m", "y_m", "z_m")
)
level_rel = abs(header["level"] - meta["level"]) / abs(meta["level"])
print(f"axes match: {axes_ok}; level rel diff: {level_rel:.3e} "
f"(dump {header['level']:.9f}, ref {meta['level']:.9f})")
diff = np.abs(volume.astype(np.float64) - ref_volume.astype(np.float64))
# Depth-mask boundary band: voxels whose (iy, iz) sit within the smoothing
# radius of a masked/unmasked transition. Reconstructed from the reference
# parameters exactly like the processor computes the mask.
pitch = np.radians(float(meta.get("ground_pitch_deg") or meta["look_angle_deg"]))
y0 = np.asarray(ref["y_m"]) - float(meta["ground_depth_m"])
z_rad = -y0[:, None] * np.sin(pitch) + np.asarray(ref["z_m"])[None, :] * np.cos(pitch)
mask = (z_rad >= float(meta["min_depth_m"])) & (z_rad <= float(meta["max_depth_m"]))
edge = np.zeros_like(mask)
r = EDGE_EXCLUSION_VOXELS
for shift in range(-r, r + 1):
edge |= np.roll(mask, shift, axis=1) != mask
interior = ~edge
argmax = np.unravel_index(int(np.argmax(volume)), volume.shape)
ref_argmax = np.unravel_index(int(np.argmax(ref_volume)), ref_volume.shape)
interior_diff = diff[interior[:, :, None] & np.ones(volume.shape, dtype=bool)]
print(f"max |diff| (all voxels) = {diff.max():.3e}")
print(f"max |diff| (off depth-mask edge) = {interior_diff.max():.3e}, "
f"mean = {interior_diff.mean():.3e}")
print(f"argmax: dump {argmax}, ref {ref_argmax}")
ok = (axes_ok and level_rel <= LEVEL_REL_TOLERANCE and argmax == ref_argmax
and interior_diff.max() <= MAX_DIFF_TOLERANCE)
print("OK" if ok else "FAIL")
return 0 if ok else 1
if __name__ == "__main__":
sys.exit(main())