mirror of
https://git.vladimir.cc/vladimir/ewsdr.git
synced 2026-08-25 20:37:33 +00:00
feat: QO-100 beacon lock — stabilise LNB drift to NB transponder beacon
Click the beacon on the spectrum; the controller tracks it and continuously trims the transverter LO so the whole downlink stays put as the LNB drifts. - BeaconLock.pas: TBeaconTracker scaffold (narrowband NCO/FLL) — kept but no longer in the control path (FLL diverged on the suppressed-carrier BPSK beacon + Pluto DC offset). Measurement now uses the proven display-FFT path. - RadioController: FBeaconLockHz folded into XvtrTranslate (on top of LOError). MeasureBeaconFFT finds the beacon by POWER-WEIGHTED CENTROID of the lobe (BPSK has a suppressed carrier → broad symmetric ~2.4 kHz lobe, not a line; a peak-finder jitters, the centroid sits on the carrier). Track position in ABSOLUTE display Hz (FBeaconTrackHz) so scrolling the waterfall/centre never moves the search window off the beacon. Closed loop: e = tracked - ref, d(e)/d(LockHz) = -1 -> LockHz += gain*e; settle cooldown after each correction (display-FFT lags the LO retune -> avoids overshoot); deadband 75 Hz + centroid/prominence smoothing + lock hysteresis for a steady lock. Correction applied only after the user clicks (manual seed), so a crowded band can't pull a neighbour to the reference. - WDSPEngine: SetBeaconTracker + RX-IQ tap (tracker idle now, ~1 check/sample). - SpectrumView + GL: beacon markers — green = reference (10489.750), orange = tracked centroid. - MainForm: BEACON button (RX block, XVTR-only). Flow: BEACON -> "CLICK BCN" -> click beacon -> "L<corr> /<prom>". ServiceBeaconLock driven by MeterTimer. Reference defaults to the middle BPSK beacon 10489.750. Tested on-air against Es'hail-2: locks and holds, survives waterfall drag. Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
Claude Opus 4.8
+339
@@ -0,0 +1,339 @@
|
||||
unit BeaconLock;
|
||||
|
||||
{$IFDEF FPC}
|
||||
{$MODE Delphi}
|
||||
{$ENDIF}
|
||||
|
||||
{
|
||||
QO-100 Beacon Lock — выделенный узкополосный трекер несущей опорного маяка.
|
||||
|
||||
Задача: LNB-гетеродин (≈9750 МГц) дрейфует с температурой на единицы–десятки
|
||||
кГц → весь downlink плывёт. Маяк (нижний CW 10489.500 МГц) имеет ИЗВЕСТНУЮ
|
||||
частоту. Меряя, где он реально стоит, получаем ошибку LO и компенсируем её.
|
||||
|
||||
Двухступенчатая схема:
|
||||
1. ГРУБЫЙ захват — снаружи (по display-FFT) даёт начальную оценку смещения
|
||||
маяка в пределах ~±300 Гц; передаётся через Seed.
|
||||
2. ТОЧНЫЙ лок (этот модуль) — комплексный NCO сносит ожидаемую частоту маяка
|
||||
к DC, boxcar-дециматор сужает полосу до ~2 кГц (большой processing gain),
|
||||
затем FLL по фазовому дискриминатору доводит NCO ровно на несущую.
|
||||
Лок-метрика — SNR через carrier-EMA / noise-EMA на децимированном потоке.
|
||||
|
||||
Точность: единицы Гц при достаточном SNR (узкая полоса + длинное усреднение
|
||||
фазы), что и есть «железный» лок (в духе SDR Console).
|
||||
|
||||
Потоки: Feed() зовётся из DSP-потока (дёшево, на сэмпл). Результаты читаются
|
||||
из управляющего потока через снапшот под критической секцией.
|
||||
}
|
||||
|
||||
interface
|
||||
|
||||
uses
|
||||
SysUtils, Math, SyncObjs;
|
||||
|
||||
type
|
||||
TBeaconState = (bsIdle, // выключен / нет данных
|
||||
bsSearch, // идёт захват (SNR ниже порога)
|
||||
bsLock); // несущая захвачена и стабильна
|
||||
|
||||
TBeaconTracker = class
|
||||
private
|
||||
FLock: TCriticalSection;
|
||||
// --- конфигурация ---
|
||||
FSampleRate: Double; // вход (Hz)
|
||||
FDecim: Integer; // коэффициент децимации (Fs/FDecim ≈ FDecimRate)
|
||||
FDecimRate: Double; // частота децимированного потока (Hz)
|
||||
FLoopGain: Double; // гейн FLL (0..1, малый)
|
||||
FLockSNRdB: Double; // порог объявления лока
|
||||
FTargetHz: Double; // ожидаемое смещение маяка от центра (Hz)
|
||||
// --- состояние NCO/децимации (DSP-поток) ---
|
||||
FNcoFreq: Double; // текущая частота NCO (быстрая, дёрганая)
|
||||
FNcoSmooth: Double; // сглаженная оценка смещения маяка (для коррекции/маркера)
|
||||
FSeedHz: Double; // якорь clamp: NCO не уходит дальше ±CLAMP от сида
|
||||
FPhCos, FPhSin: Double; // текущий фазор NCO (для сноса к DC)
|
||||
FStepCos, FStepSin: Double; // инкремент фазора за сэмпл (Δ = −2π·FNcoFreq/Fs)
|
||||
FNcoNorm: Integer; // счётчик до ренормализации фазора
|
||||
FAccI, FAccQ: Double; // аккумулятор boxcar-дециматора
|
||||
FAccN: Integer;
|
||||
FPrevI, FPrevQ: Double; // предыдущий децимированный сэмпл (для дискриминатора)
|
||||
FHasPrev: Boolean;
|
||||
FMeanI, FMeanQ: Double; // EMA комплексного децим. потока → амплитуда несущей
|
||||
FNoisePow: Double; // EMA мощности шума |z-mean|^2
|
||||
FResAvg: Double; // EMA остаточной частоты (для контроля стабильности)
|
||||
FActive: Boolean; // трекинг включён
|
||||
// --- снапшот результата (под FLock) ---
|
||||
FResMeasHz: Double; // измеренное смещение маяка = FNcoFreq на момент снапшота
|
||||
FResSNRdB: Double;
|
||||
FResState: TBeaconState;
|
||||
procedure RecomputeStep; // пересчёт шага фазора по FNcoFreq (фазу НЕ трогает)
|
||||
procedure ResetPhasor; // сброс фазора в 0 + пересчёт шага
|
||||
procedure ProcessDecimated(const zi, zq: Double);
|
||||
procedure Snapshot;
|
||||
public
|
||||
constructor Create;
|
||||
destructor Destroy; override;
|
||||
|
||||
// Настройка под текущий sample rate. DecimRateHz — целевая полоса
|
||||
// децимированного потока (по умолчанию ~2 кГц: ±1 кГц захват FLL).
|
||||
procedure Configure(ASampleRate: Double; ADecimRateHz: Double = 4000.0);
|
||||
// Ожидаемое смещение маяка от DDC-центра (Hz). Меняется при перестройке.
|
||||
procedure SetTarget(AOffsetHz: Double);
|
||||
// Грубая оценка от FFT — переинициализирует NCO (захват/переакквизиция).
|
||||
procedure Seed(AOffsetHz: Double);
|
||||
procedure Start;
|
||||
procedure Stop;
|
||||
procedure Reset;
|
||||
|
||||
// DSP-поток: один комплексный сэмпл @ FSampleRate.
|
||||
procedure Feed(const I, Q: Double); inline;
|
||||
|
||||
// Управляющий поток: снапшот результата.
|
||||
function MeasuredOffsetHz: Double; // измеренное смещение маяка от центра
|
||||
function ErrorHz: Double; // MeasuredOffset − Target (ошибка LO)
|
||||
function SNRdB: Double;
|
||||
function State: TBeaconState;
|
||||
function Locked: Boolean;
|
||||
property Active: Boolean read FActive;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
implementation
|
||||
|
||||
const
|
||||
NCO_RENORM = 2048; // ренормализация фазора каждые N сэмплов
|
||||
EMA_MEAN = 0.002; // постоянная EMA несущей (медленная — узкая полоса)
|
||||
EMA_NOISE = 0.002;
|
||||
EMA_RES = 0.01;
|
||||
EMA_NCO = 0.001; // сглаживание оценки частоты (TC ~0.25 с @4кГц)
|
||||
CLAMP_HZ = 1500.0; // NCO держим в ±CLAMP от сида (без runaway на край)
|
||||
NOISE_FLOOR = 1e-30; // ТОЛЬКО защита от деления на ноль (не маскировать сигнал!)
|
||||
SNR_MAX = 40.0;
|
||||
|
||||
constructor TBeaconTracker.Create;
|
||||
begin
|
||||
inherited Create;
|
||||
FLock := TCriticalSection.Create;
|
||||
FSampleRate := 1536000.0;
|
||||
FDecimRate := 4000.0; // квадрат-домен → захват ±FDecimRate/4 = ±1 кГц
|
||||
FLoopGain := 0.02;
|
||||
FLockSNRdB := 3.0;
|
||||
Reset;
|
||||
Configure(FSampleRate, FDecimRate);
|
||||
end;
|
||||
|
||||
destructor TBeaconTracker.Destroy;
|
||||
begin
|
||||
FLock.Free;
|
||||
inherited Destroy;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.Configure(ASampleRate, ADecimRateHz: Double);
|
||||
begin
|
||||
FLock.Enter;
|
||||
try
|
||||
if ASampleRate < 1.0 then ASampleRate := 1536000.0;
|
||||
if ADecimRateHz < 100.0 then ADecimRateHz := 4000.0;
|
||||
FSampleRate := ASampleRate;
|
||||
FDecim := Max(1, Round(ASampleRate / ADecimRateHz));
|
||||
FDecimRate := ASampleRate / FDecim;
|
||||
// сброс рабочих аккумуляторов (NCO частоту сохраняем — это оценка маяка)
|
||||
FAccI := 0; FAccQ := 0; FAccN := 0;
|
||||
FHasPrev := False;
|
||||
FMeanI := 0; FMeanQ := 0; FNoisePow := 0; FResAvg := 0;
|
||||
ResetPhasor;
|
||||
finally
|
||||
FLock.Leave;
|
||||
end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.RecomputeStep;
|
||||
// Пересчёт шага фазора под текущую FNcoFreq (снос на −FNcoFreq, маяк → DC).
|
||||
// Фазу НЕ трогаем — смена частоты непрерывна по фазе.
|
||||
var w: Double;
|
||||
begin
|
||||
w := -2.0 * Pi * FNcoFreq / FSampleRate;
|
||||
FStepCos := Cos(w);
|
||||
FStepSin := Sin(w);
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.ResetPhasor;
|
||||
begin
|
||||
FPhCos := 1.0;
|
||||
FPhSin := 0.0;
|
||||
FNcoNorm := 0;
|
||||
RecomputeStep;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.SetTarget(AOffsetHz: Double);
|
||||
begin
|
||||
FLock.Enter;
|
||||
try
|
||||
FTargetHz := AOffsetHz;
|
||||
finally
|
||||
FLock.Leave;
|
||||
end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.Seed(AOffsetHz: Double);
|
||||
begin
|
||||
FLock.Enter;
|
||||
try
|
||||
FNcoFreq := AOffsetHz;
|
||||
FNcoSmooth := AOffsetHz;
|
||||
FSeedHz := AOffsetHz; // якорь clamp
|
||||
ResetPhasor;
|
||||
FHasPrev := False;
|
||||
FMeanI := 0; FMeanQ := 0; FNoisePow := 0; FResAvg := 0;
|
||||
finally
|
||||
FLock.Leave;
|
||||
end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.Start;
|
||||
begin
|
||||
FActive := True;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.Stop;
|
||||
begin
|
||||
FActive := False;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.Reset;
|
||||
begin
|
||||
FLock.Enter;
|
||||
try
|
||||
FNcoFreq := 0; FNcoSmooth := 0; FSeedHz := 0; FTargetHz := 0;
|
||||
FAccI := 0; FAccQ := 0; FAccN := 0;
|
||||
FHasPrev := False;
|
||||
FMeanI := 0; FMeanQ := 0; FNoisePow := 0; FResAvg := 0;
|
||||
FResMeasHz := 0; FResSNRdB := -99.0; FResState := bsIdle;
|
||||
FActive := False;
|
||||
ResetPhasor;
|
||||
finally
|
||||
FLock.Leave;
|
||||
end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.Feed(const I, Q: Double);
|
||||
var
|
||||
mi, mq, nc, ns: Double;
|
||||
begin
|
||||
if not FActive then Exit;
|
||||
// снос к DC: z * conj(nco) (nco = exp(+jωt), шаг отрицательной частоты)
|
||||
mi := I * FPhCos - Q * FPhSin;
|
||||
mq := I * FPhSin + Q * FPhCos;
|
||||
// продвинуть фазор: phase *= step
|
||||
nc := FPhCos * FStepCos - FPhSin * FStepSin;
|
||||
ns := FPhCos * FStepSin + FPhSin * FStepCos;
|
||||
FPhCos := nc; FPhSin := ns;
|
||||
Inc(FNcoNorm);
|
||||
if FNcoNorm >= NCO_RENORM then
|
||||
begin
|
||||
// ренормализация (борьба с накоплением ошибки округления)
|
||||
nc := 1.5 - 0.5 * (FPhCos * FPhCos + FPhSin * FPhSin);
|
||||
FPhCos := FPhCos * nc;
|
||||
FPhSin := FPhSin * nc;
|
||||
FNcoNorm := 0;
|
||||
end;
|
||||
// boxcar-дециматор
|
||||
FAccI := FAccI + mi;
|
||||
FAccQ := FAccQ + mq;
|
||||
Inc(FAccN);
|
||||
if FAccN >= FDecim then
|
||||
begin
|
||||
ProcessDecimated(FAccI / FDecim, FAccQ / FDecim);
|
||||
FAccI := 0; FAccQ := 0; FAccN := 0;
|
||||
end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.ProcessDecimated(const zi, zq: Double);
|
||||
// Работаем в КВАДРАТЕ сигнала w = z²: для BPSK (средний маяк) это снимает
|
||||
// модуляцию ±180° (b²=1), оставляя чистую несущую на 2× частоте; для чистого
|
||||
// CW (нижний/верхний) — тоже корректно. Дискриминатор по w даёт 2·остаток,
|
||||
// делим на 2. Захват ±FDecimRate/4. carrier/noise-EMA считаем в w-домене —
|
||||
// для BPSK среднее по z = 0, а по w = z² несущая когерентна.
|
||||
var
|
||||
wi, wq, pr, pi, phase, res2, resHz, di, dq, np: Double;
|
||||
begin
|
||||
wi := zi * zi - zq * zq; // Re(z²)
|
||||
wq := 2.0 * zi * zq; // Im(z²)
|
||||
if FHasPrev then
|
||||
begin
|
||||
// фазовый дискриминатор по квадрату: arg(w[n] * conj(w[n-1]))
|
||||
pr := wi * FPrevI + wq * FPrevQ;
|
||||
pi := wq * FPrevI - wi * FPrevQ;
|
||||
phase := ArcTan2(pi, pr);
|
||||
res2 := phase * FDecimRate / (2.0 * Pi); // = 2 · остаточная частота
|
||||
resHz := 0.5 * res2;
|
||||
// FLL: подтянуть NCO на остаточную частоту, но удержать в окне ±CLAMP_HZ
|
||||
// вокруг сида — иначе на BPSK/шуме петля убегает на край спектра.
|
||||
FNcoFreq := FNcoFreq + FLoopGain * resHz;
|
||||
if FNcoFreq > FSeedHz + CLAMP_HZ then FNcoFreq := FSeedHz + CLAMP_HZ;
|
||||
if FNcoFreq < FSeedHz - CLAMP_HZ then FNcoFreq := FSeedHz - CLAMP_HZ;
|
||||
FResAvg := FResAvg + EMA_RES * (Abs(resHz) - FResAvg);
|
||||
FNcoSmooth := FNcoSmooth + EMA_NCO * (FNcoFreq - FNcoSmooth); // стаб. оценка
|
||||
RecomputeStep; // обновить шаг фазора под новую FNcoFreq (фаза непрерывна)
|
||||
end;
|
||||
FPrevI := wi; FPrevQ := wq; FHasPrev := True; // FPrev* = предыдущий w
|
||||
|
||||
// carrier-EMA в w-домене (несущая² у DC) и шум как отклонение от среднего
|
||||
FMeanI := FMeanI + EMA_MEAN * (wi - FMeanI);
|
||||
FMeanQ := FMeanQ + EMA_MEAN * (wq - FMeanQ);
|
||||
di := wi - FMeanI; dq := wq - FMeanQ;
|
||||
np := di * di + dq * dq;
|
||||
FNoisePow := FNoisePow + EMA_NOISE * (np - FNoisePow);
|
||||
|
||||
Snapshot;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
procedure TBeaconTracker.Snapshot;
|
||||
var
|
||||
sigPow, snr: Double;
|
||||
st: TBeaconState;
|
||||
begin
|
||||
sigPow := FMeanI * FMeanI + FMeanQ * FMeanQ;
|
||||
snr := 10.0 * Log10((sigPow + 1e-30) / (FNoisePow + NOISE_FLOOR));
|
||||
if snr > SNR_MAX then snr := SNR_MAX;
|
||||
// Лок по когерентности несущей (SNR в квадрат-домене). Гейт по остаточной
|
||||
// частоте убран — на BPSK он давал ложный «не-лок».
|
||||
if snr >= FLockSNRdB then
|
||||
st := bsLock
|
||||
else
|
||||
st := bsSearch;
|
||||
FLock.Enter;
|
||||
try
|
||||
FResMeasHz := FNcoSmooth; // сглаженная оценка → стабильная коррекция/маркер
|
||||
FResSNRdB := snr;
|
||||
FResState := st;
|
||||
finally
|
||||
FLock.Leave;
|
||||
end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
function TBeaconTracker.MeasuredOffsetHz: Double;
|
||||
begin
|
||||
FLock.Enter; try Result := FResMeasHz; finally FLock.Leave; end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
function TBeaconTracker.ErrorHz: Double;
|
||||
begin
|
||||
FLock.Enter; try Result := FResMeasHz - FTargetHz; finally FLock.Leave; end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
function TBeaconTracker.SNRdB: Double;
|
||||
begin
|
||||
FLock.Enter; try Result := FResSNRdB; finally FLock.Leave; end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
function TBeaconTracker.State: TBeaconState;
|
||||
begin
|
||||
if not FActive then Exit(bsIdle);
|
||||
FLock.Enter; try Result := FResState; finally FLock.Leave; end;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
function TBeaconTracker.Locked: Boolean;
|
||||
begin
|
||||
Result := State = bsLock;
|
||||
end;
|
||||
|
||||
end.
|
||||
Reference in New Issue
Block a user