Lab043: add hardware diagnostics and HackRF comparison tools

experiments/lab043_pluto_to_rtlsdr.py

@@ -650,6 +650,60 @@ def locate_calibration_tone_start(
     raise RuntimeError("Начало двухтоновой калибровки не найдено по фиксированному порогу 10 дБ")
 
 
+def locate_calibration_tone_start_spectral(
+    samples: np.ndarray,
+    sample_rate_hz: float,
+    block_samples: int = CALIBRATION_NFFT,
+    hop_samples: int = CALIBRATION_NFFT // 4,
+    required_consecutive_blocks: int = 3,
+) -> int:
+    """Найти начало по двум известным тонам с тем же порогом 10 дБ.
+
+    Резервный метод нужен, когда узкие тоны надёжны спектрально, но не дают
+    десятикратного роста полной широкополосной мощности. Дополнительно
+    применяется существующее ограничение геометрии тонов: ошибка такта не
+    должна превышать 1000 ppm.
+    """
+
+    received = np.asarray(samples, dtype=np.complex128)
+    if received.ndim != 1 or len(received) < block_samples:
+        raise ValueError("Захват слишком короток для спектрального поиска калибровки")
+    if (
+        sample_rate_hz <= 0.0
+        or block_samples < 1024
+        or hop_samples <= 0
+        or required_consecutive_blocks <= 0
+    ):
+        raise ValueError("Параметры спектрального поиска должны быть положительными")
+    window = np.hanning(block_samples)
+    frequencies = np.fft.fftshift(
+        np.fft.fftfreq(block_samples, d=1.0 / sample_rate_hz)
+    )
+    starts = np.arange(
+        0,
+        len(received) - block_samples + 1,
+        hop_samples,
+        dtype=np.int64,
+    )
+    active = np.zeros(len(starts), dtype=bool)
+    for index, start in enumerate(starts):
+        block = received[start : start + block_samples]
+        centered = block - np.mean(block)
+        spectrum = np.fft.fftshift(np.fft.fft(centered * window))
+        estimate = estimate_calibration_from_spectrum(
+            frequencies,
+            np.abs(spectrum) ** 2,
+        )
+        active[index] = bool(estimate.valid)
+    for index in range(len(active) - required_consecutive_blocks + 1):
+        if bool(np.all(active[index : index + required_consecutive_blocks])):
+            return int(starts[index])
+    raise RuntimeError(
+        "Начало двухтоновой калибровки не найдено спектрально: "
+        "два тона не прошли неизменный порог 10 дБ и проверку геометрии"
+    )
+
+
 def split_calibration_and_bpsk(
     samples: np.ndarray,
     plan: PrbsTransmissionPlan,
@@ -659,7 +713,15 @@ def split_calibration_and_bpsk(
     """Выделить тоны и BPSK по одной временной шкале одного захвата."""
 
     received = np.asarray(samples, dtype=np.complex128)
-    tone_start = locate_calibration_tone_start(received, actual_rx_sample_rate_hz)
+    try:
+        tone_start = locate_calibration_tone_start(received, actual_rx_sample_rate_hz)
+        tone_start_locator = "broadband_power_10db"
+    except RuntimeError:
+        tone_start = locate_calibration_tone_start_spectral(
+            received,
+            actual_rx_sample_rate_hz,
+        )
+        tone_start_locator = "two_tone_spectral_10db"
     tone_duration_rx = round(
         plan.calibration_sample_count / actual_tx_sample_rate_hz * actual_rx_sample_rate_hz
     )
@@ -684,6 +746,7 @@ def split_calibration_and_bpsk(
         received[bpsk_start:bpsk_end],
         {
             "tone_start_sample": int(tone_start),
+            "tone_start_locator": tone_start_locator,
             "calibration_start_sample": int(calibration_start),
             "calibration_end_sample": int(calibration_end),
             "bpsk_nominal_start_sample": int(bpsk_nominal_start),