initial commit

2026-07-20 13:58:58 +03:00
commit acf7a76546
104 changed files with 27464 additions and 0 deletions
--- a/Projects/SDR_Rover/tests/lab017_link_hysteresis.py
+++ b/Projects/SDR_Rover/tests/lab017_link_hysteresis.py
@@ -0,0 +1,468 @@
+"""
+Lab017. Фильтрация Eb/N0 и гистерезис режимов.
+
+Эксперимент сравнивает два адаптера:
+
+1. Наивный адаптер:
+   переключает режим при каждом пересечении порога.
+
+2. Устойчивый адаптер:
+   использует:
+   - экспоненциальное усреднение;
+   - гистерезис;
+   - подтверждение повышения;
+   - аварийное быстрое понижение.
+
+Профиль Eb/N0 специально содержит колебания
+около порогов переключения.
+"""
+
+from csv import DictWriter
+from pathlib import Path
+
+import matplotlib.pyplot as plt
+
+from protocol.link_controller import (
+    FRAGMENT_MODE_1024,
+    IMAGE_OFF,
+    LinkModeController,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Настройки
+# ============================================================
+
+OUTPUT_DIRECTORY = Path(
+    "data/processed/lab017"
+)
+
+OUTPUT_DIRECTORY.mkdir(
+    parents=True,
+    exist_ok=True,
+)
+
+CSV_PATH = (
+    OUTPUT_DIRECTORY
+    / "lab017_hysteresis_results.csv"
+)
+
+GRAPH_PATH = (
+    OUTPUT_DIRECTORY
+    / "lab017_hysteresis_comparison.png"
+)
+
+
+# ============================================================
+# Профиль качества канала
+# ============================================================
+
+EB_N0_PROFILE_DB = [
+    10.2,
+    9.7,
+    9.4,
+    9.6,
+    9.3,
+    9.7,
+    9.2,
+    9.6,
+    9.0,
+    8.7,
+    8.4,
+    8.6,
+    8.3,
+    8.7,
+    8.2,
+    8.6,
+    8.0,
+    7.8,
+    7.5,
+    7.7,
+    7.4,
+    7.8,
+    7.2,
+    6.8,
+    6.5,
+    6.3,
+    6.6,
+    6.2,
+    6.7,
+    6.1,
+    5.5,
+    6.0,
+    6.4,
+    6.7,
+    6.9,
+    7.1,
+    7.3,
+    8.0,
+    8.8,
+    9.0,
+    9.4,
+    9.8,
+    10.0,
+    10.2,
+    10.1,
+]
+
+
+# ============================================================
+# Наивное решение без гистерезиса
+# ============================================================
+
+def choose_naive_mode(
+    eb_n0_db: float,
+) -> int:
+    """
+    Немедленно выбрать режим по одному измерению.
+
+    Гистерезиса и фильтрации нет.
+    """
+
+    if eb_n0_db < 6.5:
+        return 0
+
+    if eb_n0_db < 8.5:
+        return 128
+
+    if eb_n0_db < 9.5:
+        return 512
+
+    return 1024
+
+
+# ============================================================
+# Запуск устойчивого контроллера
+# ============================================================
+
+controller = LinkModeController(
+    initial_mode=FRAGMENT_MODE_1024,
+    filter_alpha=0.35,
+    upgrade_confirmation_count=3,
+    minimum_hold_steps=2,
+)
+
+results = []
+
+for measured_eb_n0_db in EB_N0_PROFILE_DB:
+
+    stable_result = controller.update(
+        measured_eb_n0_db
+    )
+
+    naive_mode = choose_naive_mode(
+        measured_eb_n0_db
+    )
+
+    results.append(
+        {
+            "step": stable_result.step,
+            "measured_eb_n0_db": (
+                stable_result.measured_eb_n0_db
+            ),
+            "filtered_eb_n0_db": (
+                stable_result.filtered_eb_n0_db
+            ),
+            "naive_mode": naive_mode,
+            "stable_mode": (
+                stable_result.selected_mode
+            ),
+            "mode_changed": (
+                stable_result.mode_changed
+            ),
+            "pending_upgrade_mode": (
+                stable_result.pending_upgrade_mode
+            ),
+            "pending_upgrade_count": (
+                stable_result.pending_upgrade_count
+            ),
+            "reason": stable_result.reason,
+        }
+    )
+
+
+# ============================================================
+# Число переключений
+# ============================================================
+
+def count_mode_switches(
+    modes: list[int],
+) -> int:
+    """
+    Посчитать число изменений режима.
+    """
+
+    return sum(
+        previous_mode != current_mode
+        for previous_mode, current_mode in zip(
+            modes,
+            modes[1:],
+        )
+    )
+
+
+naive_modes = [
+    result["naive_mode"]
+    for result in results
+]
+
+stable_modes = [
+    result["stable_mode"]
+    for result in results
+]
+
+naive_switch_count = count_mode_switches(
+    naive_modes
+)
+
+stable_switch_count = count_mode_switches(
+    stable_modes
+)
+
+
+# ============================================================
+# Вывод результатов
+# ============================================================
+
+print(
+    "=== Lab017. Гистерезис режима канала ==="
+)
+
+print("\nРезультаты по шагам:")
+
+print(
+    f"{'Шаг':>5}"
+    f"{'Eb/N0':>10}"
+    f"{'Фильтр':>11}"
+    f"{'Наивный':>11}"
+    f"{'Устойчивый':>13}"
+    f"{'Изменён':>10}"
+    f"{'Причина':>45}"
+)
+
+print("-" * 105)
+
+for result in results:
+
+    print(
+        f"{result['step']:>5}"
+        f"{result['measured_eb_n0_db']:>7.1f} дБ"
+        f"{result['filtered_eb_n0_db']:>8.2f} дБ"
+        f"{result['naive_mode']:>11}"
+        f"{result['stable_mode']:>13}"
+        f"{str(result['mode_changed']):>10}"
+        f"  {result['reason']}"
+    )
+
+
+print("\nЧисло переключений:")
+
+print(
+    "Наивный адаптер:",
+    naive_switch_count,
+)
+
+print(
+    "Устойчивый адаптер:",
+    stable_switch_count,
+)
+
+print(
+    "Предотвращено лишних переключений:",
+    naive_switch_count - stable_switch_count,
+)
+
+
+# ============================================================
+# Сохранение CSV
+# ============================================================
+
+with CSV_PATH.open(
+    "w",
+    newline="",
+    encoding="utf-8-sig",
+) as csv_file:
+
+    writer = DictWriter(
+        csv_file,
+        fieldnames=list(
+            results[0].keys()
+        ),
+    )
+
+    writer.writeheader()
+    writer.writerows(results)
+
+
+# ============================================================
+# График
+# ============================================================
+
+steps = [
+    result["step"]
+    for result in results
+]
+
+measured_values = [
+    result["measured_eb_n0_db"]
+    for result in results
+]
+
+filtered_values = [
+    result["filtered_eb_n0_db"]
+    for result in results
+]
+
+
+figure, axes = plt.subplots(
+    2,
+    1,
+    figsize=(12, 9),
+    sharex=True,
+)
+
+
+# ------------------------------------------------------------
+# Верхний график: Eb/N0
+# ------------------------------------------------------------
+
+axes[0].plot(
+    steps,
+    measured_values,
+    marker=".",
+    label="Измеренное Eb/N0",
+)
+
+axes[0].plot(
+    steps,
+    filtered_values,
+    linewidth=2,
+    label="Фильтрованное Eb/N0",
+)
+
+axes[0].axhline(
+    6.5,
+    linestyle=":",
+    label="Порог наивного адаптера",
+)
+
+axes[0].axhline(
+    8.5,
+    linestyle=":",
+)
+
+axes[0].axhline(
+    9.5,
+    linestyle=":",
+)
+
+axes[0].set_ylabel(
+    "Eb/N0, дБ"
+)
+
+axes[0].set_title(
+    "Фильтрация измерения качества канала"
+)
+
+axes[0].grid(
+    True
+)
+
+axes[0].legend()
+
+
+# ------------------------------------------------------------
+# Нижний график: режимы
+# ------------------------------------------------------------
+
+axes[1].step(
+    steps,
+    naive_modes,
+    where="mid",
+    marker=".",
+    label="Наивный адаптер",
+)
+
+axes[1].step(
+    steps,
+    stable_modes,
+    where="mid",
+    marker="o",
+    label="Гистерезис и фильтрация",
+)
+
+axes[1].set_yticks(
+    [
+        0,
+        128,
+        512,
+        1024,
+    ],
+    [
+        "IMAGE OFF",
+        "128 B",
+        "512 B",
+        "1024 B",
+    ],
+)
+
+axes[1].set_xlabel(
+    "Шаг времени"
+)
+
+axes[1].set_ylabel(
+    "Режим"
+)
+
+axes[1].set_title(
+    "Сравнение переключений режимов"
+)
+
+axes[1].grid(
+    True
+)
+
+axes[1].legend()
+
+
+figure.tight_layout()
+
+figure.savefig(
+    GRAPH_PATH,
+    dpi=160,
+)
+
+plt.close(
+    figure
+)
+
+
+# ============================================================
+# Проверки
+# ============================================================
+
+assert results
+
+assert IMAGE_OFF in stable_modes
+
+assert FRAGMENT_MODE_1024 in stable_modes
+
+assert stable_switch_count < naive_switch_count
+
+assert CSV_PATH.exists()
+
+assert GRAPH_PATH.exists()
+
+
+print("\nCSV:")
+
+print(CSV_PATH)
+
+print("\nГрафик:")
+
+print(GRAPH_PATH)
+
+print(
+    "\nПроверка пройдена: "
+    "гистерезис уменьшил количество переключений."
+)