Add quadrant photodiode sensor (without noises) #81

TomokiMochizuki · 2024-01-04T10:04:16Z

概要

Add quadrant photodiode sensor (without noises)

Issue

関連する issue

詳細

Add quadrant photodiode sensor

このPRではノイズ特性については模擬していない．
- ノイズ特性の模擬は別PRで行う予定．

検証結果

[注意] 以下のシミュレーション結果は意図的にレーザー径を参照値に一致させたときの結果を示している

理由:
- レーザー径が変化すると理論的に位置決定精度が悪化してしまうため
- 位置決定精度の悪化に対応するアルゴリズムは別PRで実装予定

実際の変位と四分割センサを用いて観測した変位

四分割センサの出力値

実際の変位と位置決定値との差

影響範囲

XX系の動作がガラッと変わる，とか．

補足

何かあれば

注意

関連する Projects が存在する場合，それの紐付けを行うこと
Assignees を設定すること
可能ならば Reviewers を設定すること
可能ならば priority ラベルを付けること

s2e-ff/src/components/aocs/laser_emitter.hpp

s2e-ff/data/initialize_files/components/quadrant_photodiode_sensor.ini

s2e-ff/src/components/aocs/quadrant_photodiode_sensor.cpp

s2e-ff/src/components/aocs/quadrant_photodiode_sensor.hpp

s2e-ff/src/components/aocs/quadrant_photodiode_sensor.cpp

s2e-ff/data/initialize_files/components/quadrant_photodiode_sensor.ini

200km · 2024-01-05T09:11:18Z

s2e-ff/src/components/aocs/quadrant_photodiode_sensor.hpp

+   * @brief Type of the quadrant photodiode sensor output value
+   */
+  typedef enum {
+    VOLTAGE_HORIZONTAL = 0,  //!< Value corresponding to the horizontal displacement


yAxisDirectionに修正されていますが、スタイルガイドに準拠するなら、kYAxisDirectionが正しいと思います。

200km · 2024-01-05T09:45:05Z

全体を通してのコメントです。今回実装されたQPDセンサは、「QPDという光学素子 + 位置を出すための計算」ということで、最終出力は「センサ面内のレーザーの当たった位置情報」になっています。この場合、QPDセンサと素子名をダイレクトに使った命名は違和感があります。例えば、サンセンサを「フォトダイオードセンサ」、STTをCCDセンサと呼んでいるような感じです。

そしてこの命名の違和感により、コード内の細かな部分の違和感につながっているような気がします。

この種のセンサの呼び方の共通認識があるわけではないので難しいところですが、InPlanePositionSensorWithQpdのような命名が適切な気がします。もっと短くて適切な命名があればそちらでも良いとは思います。

…z_axis_list

TomokiMochizuki · 2024-01-05T10:04:53Z

全体を通してのコメントです。今回実装されたQPDセンサは、「QPDという光学素子 + 位置を出すための計算」ということで、最終出力は「センサ面内のレーザーの当たった位置情報」になっています。この場合、QPDセンサと素子名をダイレクトに使った命名は違和感があります。例えば、サンセンサを「フォトダイオードセンサ」、STTをCCDセンサと呼んでいるような感じです。

そしてこの命名の違和感により、コード内の細かな部分の違和感につながっているような気がします。

この種のセンサの呼び方の共通認識があるわけではないので難しいところですが、InPlanePositionSensorWithQpdのような命名が適切な気がします。もっと短くて適切な命名があればそちらでも良いとは思います。

承知しました．
後ほど少し考えさせていただきます．

TomokiMochizuki · 2024-01-05T11:28:15Z

全体を通してのコメントです。今回実装されたQPDセンサは、「QPDという光学素子 + 位置を出すための計算」ということで、最終出力は「センサ面内のレーザーの当たった位置情報」になっています。この場合、QPDセンサと素子名をダイレクトに使った命名は違和感があります。例えば、サンセンサを「フォトダイオードセンサ」、STTをCCDセンサと呼んでいるような感じです。

そしてこの命名の違和感により、コード内の細かな部分の違和感につながっているような気がします。

この種のセンサの呼び方の共通認識があるわけではないので難しいところですが、InPlanePositionSensorWithQpdのような命名が適切な気がします。もっと短くて適切な命名があればそちらでも良いとは思います。

こちらですが，QpdSensorPositioningSystem, QpdSensorSystemとかはいかがでしょう？

200km · 2024-01-05T11:59:23Z

提案ありがとうございます。QpdPositioningSensorとかQpdPositioningSｙｓtemがしっくりくる気がします。あとは、PROBA-3の例に倣って、QpdLlsとかもありな気もします。

TomokiMochizuki · 2024-01-05T14:59:11Z

提案ありがとうございます。QpdPositioningSensorとかQpdPositioningSｙｓtemがしっくりくる気がします。あとは、PROBA-3の例に倣って、QpdLlsとかもありな気もします。

位置の観測はセンサというよりかはシステムな気がするのでQpdPositioningSystemとしました．

200km · 2024-01-05T20:42:03Z

sun sensorやstar sensorなどと同じような感じなので、systemとまでいうほどではない気がしますけどね。
sun sensorもフォトダイオード複数使って太陽方向決めたりするので、ほぼ同じような構成、仕組み、規模間な気がしています。

200km · 2024-01-05T20:46:38Z

Systemは、複数のQpdPositioningSensorやLaser距離計を使って、位置・姿勢6自由度全て推定する場合など、もう少し規模が大きい場合に使った方がしっくりくる気がしますね。

TomokiMochizuki · 2024-01-06T01:28:13Z

Systemは、複数のQpdPositioningSensorやLaser距離計を使って、位置・姿勢6自由度全て推定する場合など、もう少し規模が大きい場合に使った方がしっくりくる気がしますね。

では、QpdPositioningSensorにします

s2e-ff/src/components/aocs/qpd_positioning_sensor.cpp

200km · 2024-01-07T21:40:48Z

s2e-ff/data/initialize_files/components/qpd_positioning_sensor.ini

+
+// It is required to have a position calculation converter based on the output values of the quadrant sensors.
+// The following file contains the arrays required to determine the position displacements.
+// reference_ratio_y_axis_list : List of `qpd_sensor_output_y_axis_V / qpd_sensor_output_sum_V` at each point on the y-axis.


[NITS] この内容はCSVファイルの方に書かれているべきではないでしょうか？

s2e-coreを見ても基本的に，CSVファイルはTableとしてしか使用していないので，iniファイルで詳細な説明はしたほうがいいと判断しました．

逆にiniファイルに書いているものもないとは思います。他の人にとってサンプルとなり得るcsvファイル自体に書かれていた方がユーザー目線では使いやすいかなと思います。
他のs2e-coreに揃えるということなら、iniファイルよりもクラス説明自体に書くことが自然ということになります。

200km · 2024-01-07T21:42:06Z

s2e-ff/data/initialize_files/components/qpd_sensor_csv_files/qpd_sensor_reference.csv

@@ -0,0 +1,802 @@
+displacement[m],reference_ratio_y_axis_list,reference_ratio_z_axis_list


[NITS] iniの方に書かれている説明を読んでも、referenceという命名が適切な理由がやはりよくわかりませんでした。ただのratioやvoltage_ratioではダメなんですかね？

位置変動に対するセンサの出力値は衛星間距離が異なると変化してしまうので、衛星間距離がどういう値の時のvoltage_ratioを使用しているのかを表現する必要があり、こういう表記になっていますが、referenceは不適切かもしれません。

衛星間距離自体も測れるわけではないので、sumの電圧で情報をとっているんですよね？

とりあえずreferenceはどういう意味かわからないので他のものが良いと思います。最終的には、documentを書いてそこで丁寧に説明してください。

四分割センサでは衛星間距離は計算できないものとしています。

このテーブルにあるdisplacement[m]衛星間距離ということではなく、y軸方向, z軸方向の変位の真値を表していて、その真値の時に各voltage_ratioがどのような値をとるのかを示すために置いています。

200km · 2024-01-07T21:42:54Z

s2e-ff/data/initialize_files/components/qpd_positioning_sensor.ini

+// the y-z plane in the component coordinate system. 
+// The x-axis is the direction normal to the plane of sensitivity of the quadrant photodiode sensor.
+// The output values of this quadrant photodiode sensor is listed as follows:
+// qpd_sensor_output_y_axis_V  :  This value changes corresponding to the displacement in the y-axis direction. 


[NITS] iniファイルに出力の情報が書かれていてもあまり意味がない気がしています。書くべきは、Get関数などが定義されているクラスのhppファイルではないでしょうか？

hppファイルにも記載しています

s2e-ff/s2e-ff/src/components/aocs/qpd_positioning_sensor.hpp

Lines 87 to 89 in 388fdd4

double qpd_sensor_output_y_axis_V_; //!< Quadrant photodiode sensor output value corresponding to the y-axis direction [V]

double qpd_sensor_output_z_axis_V_; //!< Quadrant photodiode sensor output value corresponding to the y-axis direction [V]

double qpd_sensor_output_sum_V_; //!< Quadrant photodiode sensor output value corresponding to the sum of the light intensity [V]

ここで記載しているのは、iniファイル内でvoltage_ratioの説明をするときにあったほうが便利だからです．

s2e-ff/s2e-ff/data/initialize_files/components/qpd_positioning_sensor.ini

Lines 19 to 22 in 388fdd4

// It is required to have a position calculation converter based on the output values of the quadrant sensors.

// The following file contains the arrays required to determine the position displacements.

// reference_ratio_y_axis_list : List of `qpd_sensor_output_y_axis_V / qpd_sensor_output_sum_V` at each point on the y-axis.

// reference_ratio_z_axis_list : List of `qpd_sensor_output_z_axis_V / qpd_sensor_output_sum_V` at each point on the z-axis.

では、別で書いているように全てheaderファイルに書くようにしましょう。複数の部分に書かれていたら、今後の編集でどちらか一つだけ書き換えられて、もう一方が書き換えられないということが起きやすいと思います。
どうしてもiniに情報を書きたいなら、headerファイルを見てくださいとか参照を使う方が良いと思います。

200km · 2024-01-07T21:43:22Z

s2e-ff/data/initialize_files/components/qpd_positioning_sensor.ini

+// reference_ratio_z_axis_list : List of `qpd_sensor_output_z_axis_V / qpd_sensor_output_sum_V` at each point on the z-axis.
+qpd_sensor_file_directory = ../../data/initialize_files/components/qpd_sensor_csv_files/
+
+qpd_sensor_radius_m = 3.9e-3


[NITS]iniに書くべきコメントは、どちらかというとここら辺のパラメータ設定の意味だと思います。

s2e-ff/src/components/aocs/qpd_positioning_sensor.cpp

200km

残りはコメントやdocument関連のコメントだけなので、approveします。

TomokiMochizuki requested a review from 200km as a code owner January 4, 2024 10:04

TomokiMochizuki removed the request for review from 200km January 4, 2024 10:04

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TomokiMochizuki requested a review from 200km January 4, 2024 10:08

200km reviewed Jan 4, 2024

View reviewed changes

Tomoki added 12 commits January 5, 2024 09:59

create laser emitter

c0d6786

add quadrant photodiode sensor

25ffa7a

update ff_components

4bfd537

fix qpd sensor

a76b351

fix clang-format

d936f38

add characteristics of the laser emitter

50d995b

add function to get laser beam radius

b12a584

add function to calculate QPD sensor output values

6a7bc14

add qpd_semsor_reference.csv

4287c90

enable to determine position displacement with qpd sensor

3f8d16b

fix name of functions and variables

89a7668

fix small

f417847

TomokiMochizuki force-pushed the feature/add_qpd_sensor branch from 104ee66 to f417847 Compare January 5, 2024 01:01

Tomoki added 4 commits January 5, 2024 10:17

fix comment

559c2de

fix functions

ca830a8

fix enum

461b9fc

remove qpd_horizontal_direction_c and qpd_vertical_direction_c

dc36110

TomokiMochizuki requested a review from 200km January 5, 2024 04:01

create InitializeLaserEmitter

335c724

TomokiMochizuki force-pushed the feature/add_qpd_sensor branch from a567049 to 335c724 Compare January 5, 2024 06:00

Tomoki added 4 commits January 5, 2024 15:49

use GaussianBeamBase

8d81a1d

fix small

889c23b

simplify function: DeterminePositionDisplacement

c2ecd1d

rename function

87de6c1

add comment

bd73c38

200km reviewed Jan 5, 2024

View reviewed changes

Tomoki added 2 commits January 5, 2024 18:37

fix enum

3009874

fix comment

25bb1d5

add comment to explain reference_ratio_y_axis_list / reference_ratio_…

c57c9f1

…z_axis_list

TomokiMochizuki requested a review from 200km January 5, 2024 10:00

rename sensor

388fdd4

TomokiMochizuki force-pushed the feature/add_qpd_sensor branch from 97daabc to 388fdd4 Compare January 6, 2024 01:34

200km reviewed Jan 7, 2024

View reviewed changes

fix based on the comment

d3a80d3

TomokiMochizuki requested a review from 200km January 8, 2024 01:52

Tomoki added 4 commits January 9, 2024 15:27

fix small

b522c60

fix comment

ce4c94d

rename variables

eeeb016

fix comment

94f96e4

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Tomoki added 2 commits January 10, 2024 16:05

remove QpdObservedPositionDirection

7d73315

add sensitivity coefficient

1dd9947

TomokiMochizuki merged commit a1ca8b5 into develop Jan 10, 2024
8 checks passed

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		@@ -0,0 +1,802 @@
		displacement[m],reference_ratio_y_axis_list,reference_ratio_z_axis_list

	double qpd_sensor_output_y_axis_V_; //!< Quadrant photodiode sensor output value corresponding to the y-axis direction [V]
	double qpd_sensor_output_z_axis_V_; //!< Quadrant photodiode sensor output value corresponding to the y-axis direction [V]
	double qpd_sensor_output_sum_V_; //!< Quadrant photodiode sensor output value corresponding to the sum of the light intensity [V]

	// It is required to have a position calculation converter based on the output values of the quadrant sensors.
	// The following file contains the arrays required to determine the position displacements.
	// reference_ratio_y_axis_list : List of `qpd_sensor_output_y_axis_V / qpd_sensor_output_sum_V` at each point on the y-axis.
	// reference_ratio_z_axis_list : List of `qpd_sensor_output_z_axis_V / qpd_sensor_output_sum_V` at each point on the z-axis.

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