keita
f17005a020
phase1.json 只在 sim_fc.py 跑完后才生成,仓库内本就不该有。 统一改用绝对路径 ~/pod_logs/phase1.json,避免相对路径落在 utils/ 后找不到; 补充 §8.1.1 说明落盘结构(args/summary/samples)与 samples 为空的含义。
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# 用「模拟飞控」喂表3 验证吊舱目标解算能力的实验方案
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> 状态：**Q1 已有实测答案 —— 无激光时吊舱不输出 表4**（2026-10-08，见 §0.1）。
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> 工具 `sim_fc.py` 已落地并配套 21 个纯软单测，参数已敲定见 §7。
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> 日期：2026-09-29 立项 / 2026-10-08 实测收敛 关联：`docs/树莓派4B部署注意事项.md` §10.0
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## 0.1 🔴 实测结论（2026-10-08）：Q1 = 否，无激光 → 表4 不输出
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**实验**：`sim_fc.py` 以 20Hz 持续喂伪造 表3（lat 39.9042 / lon 116.4074 /
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rel_alt 50m，真实 UTC 递增时戳），同时观测下行。
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**结果**：只收到 表2-2 遥测（≈60Hz），**表4 一帧都没有**（退出码 1）。
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**判读**：吊舱的目标地理解算**依赖激光测距**——没有斜距就无法把视场角换算成
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地面坐标，于是它**根本不发 表4**（不是发 0，也不是吐旧值）。原先设想的
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"是否假设目标贴地"随之作废：**它压根没解算**。
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**三个问题的答案**：
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| 问题 | 实测答案 |
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|---|---|
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| **Q1** 无激光时是否输出表4 | ❌ **否**。表4 路径在本设备上不存在 |
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| **Q2** 表4 频率 | ❌ 无从谈起（无输出）。`target_stale_ms` 对表4 无意义 |
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| **Q3** 目标丢失后表4 行为 | ❌ 无法观测。目标丢失判据**不能**依赖表4（这与 §10.1 的预判一致） |
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**架构影响（分叉已选边）**：
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1. `guidance.py` 地理位置引导律在本设备上**永久刹车**——`bridge.py:169` 的
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`target_valid` 依赖表4，表4 恒缺则每周期走 `_brake()`。安全方向正确（不会乱飞），
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但**功能上等于吊舱侧不提供目标坐标**；
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2. 目标距离与坐标**必须改由我方自有链路提供**：`stereo_yolo` 检测 →
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`stereo_ranger` 双目视距。吊舱退化为"伺服稳定指向 + 表2-2 脱靶量"传感器；
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3. 若要保留吊舱侧目标定位，只能换**带激光测距的吊舱型号**或外挂测距模块；
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4. `--auto-unlock` **已实测禁用**（`pod_console.py:232` 把 `last_tgt_s is None`
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当成超时，会一锁定就误解锁并循环震荡）。
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**尚未完全排除的两种可能**（值得再花 10 分钟钉死，钉死前不要把结论当成绝对）：
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1. 本次测试**未必真的锁定成功**（bit2 未置位）→ 吊舱可能要求先锁定才解算。
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复测加 `--detect person --auto-lock`，看汇总里"首次锁定"是否有值；
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若**锁定后仍无表4**，结论才完全坐实。
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2. 吊舱可能对 表3 的**时戳/位置有效性**有额外要求 → 用 `--freeze-time` 做一次对照。
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**阶段2 / 阶段3 处置**：**取消**（精度比对与高度敏感性扫描都以表4 存在为前提）。
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除非上面第 1 条复测翻盘，否则不要再往这条路上投时间。
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## 0. 一句话目标
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在**没有飞控、没有激光、无人机不动**的条件下，由树莓派单独向吊舱持续喂一套
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「假飞控数据」（表3），逼吊舱输出目标经纬度（表4），从而判定：
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**这台无激光吊舱到底能不能自主完成目标地理定位，以及精度是多少。**
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如果它能输出表4 → 引导链路有输入；如果不能 → 目标距离与坐标必须由我方
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`stereo_ranger` 双目视距链路提供，`pod_bridge` 的架构要改。
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所以这是**分叉点实验**，值得先做。
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## 1. 要回答的三个问题（按重要性排序）
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| # | 问题 | 决定什么 |
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|---|---|---|
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| **Q1** | 无激光时，吊舱**是否仍然解算并输出表4** | 部署文档 §10 悬而未决项。若表4 根本不发 → 吊舱无法提供目标坐标，表4 路径作废 |
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| **Q2** | 表4 的**实际发送频率** | 直接决定 `guidance.target_stale_ms` 取值，以及 `--auto-unlock SEC` 能否启用（§10.1） |
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| **Q3** | 目标丢失后，表4 是**停止更新**还是**继续吐旧值** | 停止更新 → 现有 1000ms 超时已兜住；继续 → 必须新增停滞检测或外部判据 |
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顺带还能白捡两个信息：**表4 的绝对/相对高度怎么填**（回答"是否假设目标在地面"），
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以及**表3 是否需要我方按真实 UTC 递增时间戳**（否则吊舱可能判载机数据无效）。
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## 2. 前置条件（做之前逐条打勾）
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- [ ] 串口链路已通：`python -m pod_bridge.listen_pod /dev/ttyAMA0 --seconds 5`
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→ 应得 **299~300 帧 / 5s ≈ 60.0 Hz**（已实测达标）
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- [ ] PL011 已切到 ttyAMA0、内核 console 已清、`serial-getty` 已禁（部署文档 §4）
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- [ ] 台架固定，吊舱视野内有可锁定的目标
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- [ ] 已确认 `--detect` + `--auto-lock` 能让 bit2 置位（`pod_console.py`）
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- [ ] ⚠ **同一时刻只能有一个进程占用串口**（见 §9 风险第 1 条）
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## 3. 实验拓扑
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```
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┌──────────────┐ 表3 (EB91, 20Hz, 我方伪造) ┌──────────┐
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│ 树莓派 4B │ ───────────────────────────→ │ │
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│ sim_fc.py │ │ 光电吊舱 │
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│ (假飞控) │ ←─────────────────────────── │ │
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└──────────────┘ 表4 (EE18) + 表2-2 (EE16) └──────────┘
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/dev/ttyAMA0 @115200 RX ← 与 TX 争同一个串口，必须收发一体
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```
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关键点：**不能一边 `listen_pod.py` 一边 `sim_fc.py`** —— 两个进程抢同一个
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`/dev/ttyAMA0`，后者直接 `EBUSY` / 前者读数错帧。所以 `sim_fc.py` **必须收发
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一体**：同进程里既发也收并自己做统计，不要拆成两个脚本。
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## 4. 阶段1（里程碑）：静态喂表3，看表4 是否出来
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### 4.1 做什么
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以固定频率循环下发**一套完全静止的假载机数据**：
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| 字段（`CarrierAttitude`, `protocol.py:248`） | 阶段1 取值 | 说明 |
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|---|---|---|
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| roll / pitch / yaw | 全 0 | 台架静止 |
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| latitude / longitude | 固定值（待定，见 §7） | 建议填台架近似真实位置，别填 0/0 |
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| abs_alt / rel_alt | 固定值（待定） | 无激光，只能估喷雾高度 |
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| UTC 时戳 | **建议用真实系统 UTC 实时推进** | 先跑递增时间的版本；若怀疑吊舱校验时间，再单独做「冻结时戳」对照 |
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| airspeed / ground_speed | 0 | 台架静止 |
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同时对下行做非阻塞统计：表2-2 帧数、bit2 锁定状态、**是否出现表4**、表4 频率与内容。
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### 4.2 跑法（`sim_fc.py` 已实现，参数即 §7 敲定值）
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```bash
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cd utils
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# 默认值已按 §7 设定，不必再写 lat/lon/rel-alt/rate
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python -m pod_bridge.sim_fc /dev/ttyAMA0 --seconds 60 \
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--json ~/pod_logs/phase1.json
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# 台架上验证目标识别 + 自动锁定同时进行解算观测
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python -m pod_bridge.sim_fc /dev/ttyAMA0 \
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--detect person --auto-lock --seconds 60 \
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--json ~/pod_logs/phase1.json
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```
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> 全部参数表与退出码见 §8。
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### 4.3 判读对照表
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| 观测 | 判读 | 下一步 |
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|---|---|---|
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| **出现表4** 且经纬度非零 | ✅ 无激光仍能解算 | 进阶段2 测精度 |
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| 表4 全 0（有帧但内容为 0） | ⚠ 收到了但解算不出 | 加发更高 `--rel-alt`、尝试不同 `pitch`，仍无则问厂商"绝对/相对高度如何解算" |
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| **完全不出现表4** | ❌ 该接口依赖激光/未使能 | **立即停下**：要么问厂商，要么转自有双目视距链路（`stereo_ranger`）提供目标坐标 |
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| 表4 频率 < 5Hz 或忽快忽慢 | ⚠ 记录实际频率 | `--auto-unlock` 的 SEC 必须 ≥3 倍周期，否则误杀（§10.1） |
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### 4.4 本阶段的隐藏产出
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**即使 Q1 答案是"能"**，也要顺手记下这三条，它们后面都要用：
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1. 表4 的实际频率（填 `--auto-unlock` 的 SEC）
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2. 表4 里 `abs_alt` / `rel_alt` 的填法 —— 若恒等于我方喂进去的高度 →
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**证明吊舱假设"目标在地面"**，这个假设在城市/楼顶/空中目标上会失效
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3. 厂商那个黑盒测试软件显示的**表3 内容是否与我方编码一致** —— 若一致，
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即交叉验证通过，可直接确认 `protocol.py` 的编码已对齐 docx 权威规约
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## 5. 阶段2：拿已知真值评估精度
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前提：阶段1 确认表4 会出。
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### 5.1 静态精度
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- 让一个人/车站在**已知 GPS 坐标**处（手机 GPS 或 RTK，误差记下来），锁定它。
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- 采集 ≥60 组表4，看坐标**聚类半径**与**是否跳变**。
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- 判据：静态目标下聚类半径应远小于后续控制用的 `stop_radius_m`（现 5m）。
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若静态抖动就有好几米，飞行场景不可用。
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### 5.2 相对高度敏感性扫描（本设备特有，无激光必须做）
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因为**没有激光测距**，吊舱只能靠"目标在画面里的位置 + 我喂的相对高度 + 假设
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目标贴地"去反推水平距离。这意味着：**相对高度的误差会被几何放大成水平误差。**
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做法：固定同一个目标，把 `--rel-alt` 依次打成 `30 / 50 / 80 / 120 m`，
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每档采 60 组，画出水平误差随高度的变化。
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| 现象 | 判读 |
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|---|---|
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| 水平误差随高度线性放大 | 印证"目标贴地假设"，此假设已知且可控 |
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| 误差与高度无关地跳动 | 另有误差源（视场标定、姿态零点），需要厂商参数 |
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| 某个高度档误差突然爆炸 | 该档附近可能超出解算有效范围，飞行高度要避开 |
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**这一节的结论要回去更新部署文档 §10 的"待向厂商确认"条目。**
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## 6. 阶段3（可选）：动态姿态一致性
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前两阶段通过后，把 yaw 打成匀速绕圈（`--yaw-rate 30`）、pitch 小幅摆动，
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验证动态姿态下解算是否自洽：
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- 目标真实静止时，表4 解算出的坐标**是否跟着姿态漂**；
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- 姿态到 -179°/+179° 跨越时有没有符号/回绕 bug（`_to_s16` 已 clamp，但要验证吊舱侧）；
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- 姿态更新速率与吊舱解算的相位关系（要不要加大 `--rate`）。
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排优先级：**阶段1 > 阶段2 > 阶段3**。阶段3 做不做取决于前两步结论是否已经足够决策。
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## 7. 参数已敲定(2026-09-29)
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四个参数全部做成命令行参数(不写死),默认值即为本次拍板结果:
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| 参数 | 敲定值 | 理由 |
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|---|---|---|
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| 静态经纬度 | **北纬 39.9042° / 东经 116.4074°** | 不填 0/0,防止吊舱侧"经纬度无效"直接拒解算 |
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| 相对高度 | **50 m** | 典型作业高度。阶段2 再扫 `--rel-alt 30/80/120` 做敏感性分析 |
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| 发送频率 | **20 Hz** | 规格 1~60Hz 的中段。脚本已加守卫,越界直接拒绝启动 |
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| 时戳策略 | 默认**真实 UTC 递增**,`--freeze-time` 做对照组 | 隔离"是不是时间不递增导致吊舱不理我"这个变量 |
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> `--abs-alt` 未指定时自动取 `--rel-alt`(即假设起飞点海拔 0),避免 abs=0/rel=50
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> 这种不合物理的组合吊舱看不懂。
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## 8. `sim_fc.py`（已实现 · 2026-09-29）
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主体：`utils/pod_bridge/sim_fc.py` 单测：`utils/tests/pod_bridge/sim_fc_test.py`
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（21 个用例，纯软注入 fake serial，无需硬件；全量回归 372 passed）
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```
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python -m pod_bridge.sim_fc <port> [options]
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位置参数:
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port 串口设备（默认 /dev/ttyAMA0）
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可选:
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--baud 115200
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--rate 20 表3 发送频率 Hz（规格 1~60，越界拒绝启动）
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--seconds 60 运行时长，0 = 一直跑到 Ctrl+C
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--lat <deg> 载机纬度（默认 39.9042）
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--lon <deg> 载机经度（默认 116.4074）
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--abs-alt <m> 绝对高度（默认取 --rel-alt，即假设起飞点海拔 0）
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--rel-alt <m> 相对高度（默认 50）
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--roll --pitch --yaw <deg> 静态姿态（默认 0）
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--yaw-rate <dps> 阶段3 用：方位匀速推进，360° 自动回绕
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--speed <m/s> 地速 >0 时位置沿 --yaw 方向匀速直线推进
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--freeze-time 时戳冻结在启动时刻（对照实验）
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--detect {person,drone} 顺带发 目标识别开(0x07)
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--auto-lock 在 0x07 后追加 0x0F + 0x10（须配合 --detect）
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--motor-on 先发 开电机(0x27)
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--unlock-on-exit 退出前发 0x0E 停止跟踪
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--json <path> 同时落一份原始采样 JSON（含逐帧 east/north 偏移）
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--quiet 不打印每秒进度，只在结束输出汇总
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退出码（便于脚本串测）:
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0 = 收到 表4 且经纬度有效（Q1 通过） 1 = 完全未收到 表4
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2 = 收到 表4 但经纬度恒为 0 3 = 串口链路错误 / 参数非法
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```
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### 8.1 上机就跑（用户已敲定的默认值）
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```bash
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cd utils
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mkdir -p ~/pod_logs
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python -m pod_bridge.sim_fc /dev/ttyAMA0 \
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--detect person --auto-lock --seconds 60 \
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--json ~/pod_logs/phase1.json
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```
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> ⚠ **`--json` 后面的路径是「输出产物」，不是预置输入文件**——仓库里没有、
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> 也不该有 `phase1.json`，它只有在脚本跑完后才会被写出来。用相对路径会落在
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> 当前工作目录（`utils/`），建议直接给绝对路径（如上 `~/pod_logs/`），
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> 免得跑完找不到。
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要在台架上跑阶段2 的高度扫描时，改 `--rel-alt` 重跑即可
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（`30 / 50 / 80 / 120` 各一次，`--json` 分别落盘后做聚类对比）。
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### 8.1.1 `--json` 落盘内容（跑完会得到什么）
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顶层三个键：
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| 键 | 内容 |
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|---|---|
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| `args` | 本次运行的全部命令行参数（复现用） |
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| `summary` | 汇总：帧计数/频率、首次锁定与首次表4 时刻、经纬度均值与 σ、相对我方的 east/north 偏移与散布、表4 高度 vs 喂入高度 |
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| `samples` | 逐帧表4 原始采样：`{t_s, lat, lon, abs_alt_m, rel_alt_m, east_m, north_m, locked}` |
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实测拿到后，把这份 JSON 和终端汇总一起回传即可做阶段2 的聚类/散布分析。
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**注意**：`samples` 为空即代表本次没收任何表4（对应退出码 1）。
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### 8.2 行为约定（实现已满足）
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1. **单进程收发一体**——独占串口，同进程发 表3、收 表2-2/表4；
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2. 下行统计在热路径不打印，只在结束时输出**一张汇总表**（帧计数、实测频率、
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首次锁定/首次表4 时刻、经纬度均值与 σ、相对我方的 east/north 偏移与散布、
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表4 相对高度是否 ≈ 喂入值）；
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3. `--json` 落盘逐帧原始数据，供阶段2 做散点/聚类分析；
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4. `Ctrl+C` 优雅退出仍打印汇总，可选发 `0x0E` 解锁；
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5. 零新依赖（仅 `pyserial`），沿用 `pod_serial.py` 的非阻塞轮询；
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6. **顺带回环自检**：若收到自己发的 表3 帧，提示 TX/RX 疑似短接。
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### 8.3 自动给出的三条判读提示（人工不用自己算）
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- 表4 相对高度 ≈ 喂入的载机高度 → 判定吊舱**假设"目标在地面"**，并警告该假设
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对空中/楼顶目标失效（回答 §4.4 第 2 条）；
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- 未收到表4 时按可能性排序列出原因，直接指向下一动作；
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- 出现回环帧时提示查接线。
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## 9. 风险与已知的坑
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1. **串口独占**（最容易踩）：阶段实验期间不要同时开 `listen_pod.py` /
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`pod_console.py` / `bridge.py`。要"边喂边看仪表盘"就得先给 `sim_fc.py`
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自己加面板，而不是并行两个进程。
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2. **假数据被当真**：本脚本只走串口、不碰 PX4，**绝不能**与真实 offboard
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同时接入同一飞控。台架阶段物理断开飞控连线最保险。
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3. **闭环误解**：阶段1~3 全是**开环观测**，不产生任何控制输出。别指望它验证
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控制律 —— 那是之后飞起来的事。
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4. **无激光是硬约束**：表2-2 的激光字段恒 0（厂商确认），任何依赖它的判据都无效。
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这也是为什么本实验要专门替吊舱把高度喂进去。
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5. **`--auto-unlock` 仍然别贸然开**：本实验只是**测量**它的前置条件（表4 是否存在
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与其频率），不等于批准启用。启用与否仍按 §10.1 的次序：先确认表4 在发，再谈 SEC。
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## 10. 结论的落点（做完写回哪里）
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| 结论 | 落到哪个文件 |
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|---|---|
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| Q1 是否输出表4 | `docs/树莓派4B部署注意事项.md` §10 —— 删掉/回答"待向厂商确认"条目 |
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| Q2 表4 频率 | `utils/config/pod_bridge.json` → `guidance.target_stale_ms`、§10.1 的 SEC 建议值 |
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| Q3 丢失行为 | §8 / §10.1 的目标丢失判据（补第二判据） |
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| 高度假设的证据 | §10 "无激光如何解算高度"小节 |
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| 静态精度 | 决定是否敢把 `stop_radius_m` 从 5m 往下调 |
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