Add antenna radiation pattern read from CSV file #284

200km · 2022-12-28T20:20:43Z

Overview

Add antenna radiation pattern read from CSV file

Issue

Add antenna pattern function #5

Details

Add antenna radiation pattern feature read from CSV file.

Validation results

NA

Scope of influence

Only for communication and ground station analysis.

Supplement

NA

Note

NA

200km · 2022-12-28T21:18:40Z

これが原因か、、、

Windows環境においては、<windows.h>をインクルードするとmaxという名前の関数マクロが定義され、std::max()と衝突してしまうという問題がある。

TomokiMochizuki · 2022-12-29T07:15:48Z

src/Component/CommGS/Antenna.cpp

+  double gain_dB = 0.0;
+  switch (ant_params.antenna_gain_model) {
+    case AntennaGainModel::ISOTROPIC:
+      gain_dB = ant_params.gain_dBi_;


AntennaGainModel::ISOTROPICとは何ですか？

enum定義で説明コメントを付けていたと思いますが、等方性アンテナのことです。アンテナパターンCSVファイルが無いときは、理想的な等方性アンテナとして扱うしか無いかなと言う感じです。アンテナパターン実装を行う前は、等方性アンテナと同じ事をやっていたと認識しています。

なるほどです．ありがとうございます．

TomokiMochizuki · 2022-12-29T07:18:48Z

src/Component/CommGS/Antenna.cpp

-  if (is_tx) {
-    return tx_gain_;
+double Antenna::CalcTxEIRP(const double theta_rad, const double phi_rad) const {
+  return tx_eirp_dBW_ - tx_params_.gain_dBi_ + CalcAntennaGain(tx_params_, theta_rad, phi_rad);


tx_params_.gain_dBi_は足すのではなく引くんですか？

ここは、もともと通信系が作ってくれていたコードから変えていない部分ですのでむしろ通信系の人に正しさチェックしてもらいたいところです。

数式としては、もともとから

$P_{tx}$: RF output power for transmission [W]

$G_{tx}$: Transmit maximum gain [dBi]

$GA_{tx}$: Antenna gain [dB]

$L_{f_{tx}}$: Feeder loss [dB]

$L_{p_{tx}}$: Pointing loss [dB]

$EIRP_{tx}$: Transmit EIRP [dBW]

$$EIRP_{tx} = 10 \log_{10}{P_{tx}} + G_{tx} + L_{ftx} + L_{ptx} - G_{tx} + GA_{tx}$$
となっていて、アンテナパターンが入っていなかったときは
$$GA_{tx}=G_{tx}$$
としていたので、結局は
$$EIRP_{tx} = 10 \log_{10}{P_{tx}} + G_{tx} + L_{ftx} + L_{ptx}$$
となっていたようです。これがそもそも違うということなら、ただしい式を教えてもらえると嬉しいです。

$G_{t_x}$を足してから同じ $G_{t_x}$ を引いているのがなんか違和感ありますね．
少し調べてみます．

はい。なんか無駄なことをやっているので変な気はしています。
等方性アンテナとそうでないアンテナとで無理やり同じ式を使おうとしているから7日も知れません。アンテナモデルが変わると数式も変わるというように実装したほうがスッキリする気もするので、そうしても良いかなと思います。

ただ、僕はあまり通信系に詳しくなく、単位系なども含めて正しさチェックを完全にできないので、前の実装を踏襲しているという感じです。

はい，その方向でいいと思います．
ありがとうございます．

単位系についてはどうでしょうか？アンテナゲインをdBとするかdBiとするかどちらにするべきでしょう。
元々は、

//送信ゲイン[dBi] tx_gain = 8.0

みたいなのが、上の式の

$G_{tx}$: Transmit maximum gain [dBi]
として使われていました。CSVで読み込むパターンは[dB]ですか？この辺り単位を統一したほうが良いですか？

すみません、見落としていました。
dBiは完全無指向性のアンテナを基準とした単位ですが、今回は双方ともこれに当たるので、dBiでいい気がします。

基準を示さずにdBとしてもいいかもしれないですが、dBiのほうが丁寧な印象を受けます。

CSVの値もdBiということで、揃えようと思います。ありがとうございます。

こちら、単位の修正と数式の単純化を行いました。

TomokiMochizuki · 2022-12-29T07:34:24Z

src/Component/CommGS/AntennaRadiationPattern.cpp

+  double theta_rad_clipped = theta_rad;
+  double phi_rad_clipped = phi_rad;
+  if (theta_rad_clipped < 0.0) theta_rad_clipped = 0.0;
+  if (theta_rad_clipped > theta_max_rad_) theta_rad_clipped = theta_max_rad_;
+  if (phi_rad_clipped < 0.0) phi_rad_clipped = 0.0;
+  if (phi_rad_clipped > phi_max_rad_) phi_rad_clipped = phi_max_rad_;
+
+  // Calc index
+  size_t theta_idx = (size_t)(length_theta_ * theta_rad_clipped / theta_max_rad_);
+  if (theta_idx > length_theta_) theta_idx = length_theta_;
+  size_t phi_idx = (size_t)(length_phi_ * phi_rad_clipped / phi_max_rad_);
+  if (phi_idx > length_phi_) phi_idx = length_phi_;


ここのロジックがあまり詳しくわかっていないのですが，theta_radとphi_radを度数表記したうえで，整数に丸め込んでいるんでしょうか？

度数　表記はしておらず無次元化している感じですね。整数に丸め込むというのはやっています。

なるほどです．ありがとうございます．

seki-hiro

回線計算内容は別でレビューされていると思うので，それ以外の部分で1点質問しています．

src/Component/CommGS/AntennaRadiationPattern.cpp

sksat · 2022-12-30T08:07:07Z

これが原因か、、、

Windows環境においては、<windows.h>をインクルードするとmaxという名前の関数マクロが定義され、std::max()と衝突してしまうという問題がある。

あーーー引き当てちゃいましたか．有名な問題なんですよねこれ．windows.h 本当に行儀が悪い......

200km · 2022-12-30T09:32:08Z

@TomokiMochizuki @seki-hiro 頂いたコメント受けて諸々修正し終わったので、再レビューお願いします。

seki-hiro · 2022-12-30T09:40:12Z

data/SampleSat/ini/component/ANT.ini

@@ -1,94 +1,146 @@
 [ANT1]


[Q] ANT.iniとANT_GS/SC.iniが存在している理由がわからなかったのですが，どのような使い分けがされているのでしょうか？

このPRと関係ない部分ですが、ただのサンプルなので使い分けなどはなく、こういう使い方ができますよというものだと思います。

分かりました，ありがとうございます．

seki-hiro · 2022-12-30T09:43:20Z

data/SampleSat/ini/component/ANT.ini

-//受信用かのフラグ
-is_receiver = 0
+// Flag for receiver or not
+is_receiver = 1


[Q] is_transmitter = 1かつis_receiver = 1という場合はありえるのでしょうか？送信または受信のいずれかであるならば，フラグは1つの方が管理しやすそうとも思いました．

これはもとの実装から変えていない部分ですが、送受兼用アンテナというのも存在し得るのでこうしているのだと思います。。

手元だと0から1に変わっているように見えるので質問しました．エラーが起きたりしていないのであれば問題ないと思います．

変えていないというのは、is_transmitterとis_receiverが別れていて、フラグ1つにするという部分に対するものです。　　
値は変えていて、送受兼用アンテナの場合でも問題なく計算できるかを確かめています。

seki-hiro · 2022-12-30T09:50:09Z

data/SampleSat/ini/component/ANT_GS.ini

+rx_theta_max_rad = 6.28
+rx_phi_max_rad = 3.14


[IMO] 角度の定義はコメントで記載し，対応する最大値自体はLibraryのpi, tauを使った方が良いのではないかと思いましたが，いかがでしょうか？

特にシータは半球面しか定義しないという人もいると思うので、ユーザーが指定できるようにしています。

ユーザー指定の部分ということで承知しました．

seki-hiro · 2022-12-30T10:55:16Z

data/SampleSat/ini/component/ANT.ini

-//受信用かのフラグ
-is_receiver = 0
+// Flag for receiver or not
+is_receiver = 1


手元だと0から1に変わっているように見えるので質問しました．エラーが起きたりしていないのであれば問題ないと思います．

seki-hiro · 2022-12-30T10:55:41Z

data/SampleSat/ini/component/ANT.ini

@@ -1,94 +1,146 @@
 [ANT1]


分かりました，ありがとうございます．

seki-hiro · 2022-12-30T10:58:08Z

data/SampleSat/ini/component/ANT_GS.ini

+rx_theta_max_rad = 6.28
+rx_phi_max_rad = 3.14


ユーザー指定の部分ということで承知しました．

200km added 11 commits December 27, 2022 19:48

Fix comment for Split

e070ee3

Add antenna pattern class

6fc6a69

Fix format

b72aaa7

Fix bug in string

f77780a

Refactor private variables in antenna

586dabf

Add new constructor

8d98e12

Fix function arguments in Antenna

88f8e0f

Modify CalcAntennaGain function

5b52917

Fix variable names in InitAntenna

905b2d0

Add sample instance for Antenna

5022d6e

Add sample CSV file

013477f

200km added priority::high priorityg high component component emulation minor update add functionality in a backwards compatible manner labels Dec 28, 2022

200km requested review from sksat, TomokiMochizuki and seki-hiro December 28, 2022 20:20

200km self-assigned this Dec 28, 2022

200km added 2 commits December 28, 2022 21:25

Fix format

6d5a8cb

Fix for windows

922390c

Fix namespace collision of std::max function for Windows

867b8ee

TomokiMochizuki reviewed Dec 29, 2022

View reviewed changes

200km requested a review from TomokiMochizuki December 29, 2022 22:55

200km added 2 commits December 30, 2022 08:33

Fix unit of antenna gain pattern

c98f3ca

Fix antenna gain calculation

27d0187

seki-hiro reviewed Dec 30, 2022

View reviewed changes

src/Component/CommGS/AntennaRadiationPattern.cpp Outdated Show resolved Hide resolved

Modify constructor to set length and max

1d92e3a

Fix comments

d258320

200km added 4 commits December 30, 2022 09:19

Modify initialize function

a7b4a79

Fix comment

5e524ba

Fix index calculation

1429b17

Fix format

2f4fff2

200km requested a review from seki-hiro December 30, 2022 09:04

200km added 2 commits December 30, 2022 10:16

Fix comments in ini file

99a75f0

Fix sample antenna pattern

8296373

seki-hiro approved these changes Dec 30, 2022

View reviewed changes

TomokiMochizuki approved these changes Dec 30, 2022

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seki-hiro reviewed Dec 30, 2022

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seki-hiro approved these changes Dec 30, 2022

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200km merged commit 37d3192 into develop Dec 30, 2022

200km deleted the feature/add-antenna-pattern branch December 30, 2022 11:38

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		rx_theta_max_rad = 6.28
		rx_phi_max_rad = 3.14

		rx_theta_max_rad = 6.28
		rx_phi_max_rad = 3.14

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