reference_signal.py

reference_signal은 Loran-c signal을 기반으로 하는 Loran-c chain들의 reference 신호들을 생성하는 기능을 가진 API이다. API에 사용된 라이브러리는 numpy만이 사용되었다.(matplotlib또한 로드 되지만, '데이터 중간 확인용'으로 사용되었고, proto-type 버전 이후 삭제 될 예정) 본 API에서 사용되는 Loran-c는 아래의 그림과 같으며, 이를 활용하여 reference signal을 생성한다. 본 API는 크게 다음의 기능을 가진다.

gen_master_signal(phase_code, **kwargs)

• Details

  • Loran-c chain에서 주국(master station)에서 전송하는 Loran-c reference signal을 생성하는 함수이다.

  • 각 Loran-c signal은 1ms의 간격으로 총 8개의 신호가 전송되고, 마지막 신호 이후 1ms의 시간을 두고서, Loran-c 신호가 한번 더 전송된다.

  • 본 함수를 통해 생성되는 signal들은 100MHz의 sampling frequency를 갖고 생성된다. (필요에 따라 down-sampling 후 사용 가능)

  • 본 함수에는 phase_code, 1개의 keyword argument를 포함한다.

    • phase_code 는 총 9개의 단일 문자로 이루어져있고, 본 문자는 '+', '-', 'dummy'로 이루어져있다.

    • '+', '-' 는 master reference signal을 구성하고 있는, Loran-c 신호들의 위상을 결정한다. '+' 의 경우, $0$ radian 의 위상을, '-' 의 경우 $\pi$ radian 의 위상을 가진다.

    • 'dummy' 는 코드 내에서 사용되는 인자로 임의로 핸들링 하지 않아도 된다.

    • phase_code의 default 값은 ['+', '+', '+', '+', '+', '+', '+', '+', '+', '+']

  • phase_code는 따로 설정하지 않는다면, default 값으로 적용된다.

  • return 값은 3개로, timespace, master_window, master_window_e 이다.

    • timespace : 시간 정보를 저장

    • master_window : Loran-c 신호 정보를 저장

    • master_window_e : Envelope 신호 정보를 저장

• Example; Default

import reference_signal as rs
timespace, master_window, master_window_e = rs.gen_master_signal()

• Exmaple; Plot result : Default

• Example; with phase_code=['+', '+', '-', '-', '+', '-', '+', '-', 'dummy', '+']

import reference_signal as rs

# GRU-A master phase-code
pc = ['+', '+', '-', '-', '+', '-', '+', '-', 'dummy', '+']

timespace, master_window, master_window_e = rs.gen_master_signal(phase_code=pc)

• Example; plot result : with GRI-A Master Phase code

• Plot code(Default)

import matplotlib.pyplot as plt

fig, (loran_c, envelope, together) = plt.subplots(3, 1, figsize=(30,15), sharex=True)
plt.suptitle("Master Reference Signal\ndefault", fontsize=30)

# Loran-c signal at master reference signal
loran_c.plot(timespace, master_window, 'k', label='loran_c pulse\nat slave reference signal')

loran_c.set_ylabel("Normalized Amplitude", fontsize=15)
loran_c.legend(loc='upper right')

# Envelop signal at master reference signal
envelope.plot(timespace, master_window_e, 'tomato', label='Envelop pulse\nat slave reference signal')

envelope.set_ylabel("Normalized Amplitude", fontsize=15)
envelope.legend(loc='upper right')

# Loran-C and Envelop signal at master reference signal
together.plot(timespace, master_window, 'k', label='loran_c pulse\nat slave reference signal')
together.plot(timespace, master_window_e, 'tomato', label='Envelop pulse\nat slave reference signal')

together.set_xlabel("time($10^{-2}\mu s$)", fontsize=15)
together.set_ylabel("Normalized Amplitude", fontsize=15)
together.legend(loc='upper right')

plt.show()

gen_slave_signal(phase_code, **kwargs)

• Details

  • Loran-c chain에서 주국(master station)에서 전송하는 Loran-c reference signal을 생성하는 함수이다.

  • 각 Loran-c signal은 1ms의 간격으로 총 8개의 신호가 전송된다.

  • 본 함수를 통해 생성되는 signal들은 100MHz의 sampling frequency를 갖고 생성된다. (필요에 따라 down-sampling 후 사용 가능)

  • 본 함수에는 phase_code, 1개의 keyword argument를 포함한다.

    • phase_code 는 총 8개의 단일 문자로 이루어져있고, 본 문자는 '+', '-' 로 이루어져있다.

    • '+', '-' 는 master reference signal을 구성하고 있는, Loran-c 신호들의 위상을 결정한다. '+' 의 경우, $0$ radian 의 위상을, '-' 의 경우 $\pi$ radian 의 위상을 가진다.

    • phase_code의 default 값은 ['+', '+', '+', '+', '+', '+', '+', '+', '+']

  • phase_code는 따로 설정하지 않는다면, default 값으로 적용된다.

  • return 값은 3개로, timespace, slave_window, slave_window_e 이다.

    • timespace : 시간 정보를 저장

    • slave_window : Loran-c 신호 정보를 저장

    • slave_window_e : Envelope 신호 정보를 저장

• Example; Default

import reference_signal as rs

timespace, slave_window, slave_window_e = rs.gen_master_signal()

• Example; plot result : Default

• Example; with phase_code=['+', '+', '+', '+', '+', '-', '-', '+']

import reference_signal as rs

# GRU-A master phase-code
pc = ['+', '+', '+', '+', '+', '-', '-', '+']

timespace, master_window, master_window_e = rs.gen_master_signal(phase_code=pc)

• Example; plot result : with GRI-A Slave Phase code

• Plot code(Default)

import matplotlib.pyplot as plt

fig, (loran_c, envelope, together) = plt.subplots(3, 1, figsize=(30,15))

# Loran-c signal at slave reference signal
loran_c.plot(timespace, loran_c, 'k', label='loran_c pulse\nat slave reference signal')

# Envelop signal at slave reference signal
envelop.plot(timespace, envelope, 'tomato', label='Envelop pulse\nat slave reference signal')

# Loran-C and Envelop signal at slave reference signal
together.plot(timespace, loran_c, 'k', label='loran_c pulse\nat slave reference signal')
together.plot(timespace, envelope, 'tomato', label='Envelop pulse\nat slave reference signal')

plt.title("Slave Reference Signal")
plt.ylabel("Normalized Amplitude")
plt.xlabel("time($10^{-2}\mu s$)")
plt.legend(loc='upper right')
plt.show()

gen_ref_window_by_id(id, amp_ratio)

• Details

  • Loran-c chain 의 reference signal을 생성하는 함수이다.

  • 본 함수에서 구현된 Loran-c chain은 아래와 같다.

    • 7430 China North Sea Chain

      • Master : Roncheng

      • Xray : Xuancheng / Emission-Delay : 13,459.7

      • Yankee : Helong / Emission-Delay : 30,852.32

    • 8390 China East Sea Chain

      • Master : Xuancheng

      • Xray : Raoping / Emission-Delay : 13,795.52

      • Yankee : Roncheng / Emission-Delay : 31,459.70

    • 9930 East Asia Chain

      • Mater : Pohang

      • Whiskey : Kwang Ju / Emission Delay : 11,946.97

      • Zulu : Ussuriisk / Emission Delay : 54,162.44

      • Palman : Incheon / Emission Delay : 813452

  • 구현되지 않은 id 입력시 id error occured를 출력하며, 구현된 chain만 reference chain 생성이 가능하다.

  • 본 함수로 부터 생성되는 reference signal들은 Phase Code Interval(PCI)에 따른 길이를 가지고 있다.

  • 이때 사용되는 phase_code는 다음과 같다.

    구분	Master Station	Secondary Station
    GRI A	+ + - - + - + - +	+ + + + + - - +
    GRI B	+ - - + + + + + -	+ - + - + + - -

  • 본 함수를 통해 생성되는 reference signal은 100MHz의 sampling-frequency를 가진다.

  • 본 함수는 gen_master_signal()과 gen_slave_signal()을 각각 호출하며, master/slave reference signal을 생성시키고, emission-delay에 따라서 master/slave signal을 배치하여 reference signal을 생성한다.

  • 이때의 emission-delay는 각 chain별로 저장되어 있는 emission-delay를 사용한다.

  • 대부분의 chain의 전송시에는 물리적 한계로 인해, master와 slave 간 출력 차이가 존재한다. 이를 구현하고자 임의의 amplitude 값을 설정하였다. amplitude값은 사용자에 따라 조정할 수 있다.

  • gen_ref_window_by_id()는 id, amp_ratio 2개의 key argument를 가진다.

    • id 는 chain number를 구분한다. 현재(2022.05.11)는 7430, 8390, 9930 chain의 reference signal 생성만 가능하다.

    • amp_ratio는 master와 slave 들의 출력 세기를 조절하는 기능을 가지고 있다.

      • 현재는 임의로 선정한 값(reference들을 참고하여 선정된 값)이 설정되어 있다.

      • 주국(master station) 과 종국(slave station)의 갯수만큼 list형태로 값이 입력되어야 함

        • Example) 주국 1개, 종국 2개 -> 3개의 값 입력

      • 현재 설정되어 있는 amplitude는 다음과 같다.

        • 7430 : amp_ratio = [0.7, 0.3, 0.2]

        • 8390 : amp_ratio = [0.7, 0.3, 0.2]

        • 9930 : amp_ratio = [0.7, 0.2, 0.15, 0.3]

  • amp_ratio를 따로 설정하지 않는다면 default값인 0으로 설정되고, 각 chain별 임의로 설정된 값으로 amp_ratio가 설정된다.

  • return 값은 4개로, timespace, signal, signal_e, id_chain 이다.

    • timespace : 시간 정보를 저장

    • signal : Loran-c 신호 정보를 저장

    • signal_e : Envelope 신호 정보를 저장

    • id_chain : Chain의 이름을 저장

• Example; 9930

import reference_signal as rs

timespace, signal, signal_e, id_chain = rs.gen_ref_window_by_id(id=9930)

• Example; Plot result : 9930 chain

• Example; 8390

import reference_signal as rs

timespace, signal, signal_e, id_chian = rs.gen_ref_window_by_id(id=8390)

• Exmaple; Plot reuslt : 8390 chain

• Example; 7430

import reference_signal as rs

timespace, signal, signal_e, id_chian = rs.gen_ref_window_by_id(id=7430)

• Exmaple; Plot reuslt : 7430 chain

• Plot code : 9930 chain

import reference_signal as rs
import matplotlib.pyplot as plt

timespace, signal, signal_e, id_chain = rs.gen_ref_window_by_id(id=9930)

fig, (loran_c, envelope, all_sig) = plt.subplots(3, 1, figsize=(30,15))
plt.suptitle("9930 Loran-c chain\nReference siganl", fontsize=30)

loran_c.plot(timespace, signal, 'k', label="Loran-c signal")
loran_c.legend(loc='upper right')
loran_c.set_ylabel("Normalized amplitude", fontsize=18)

envelope.plot(timespace, signal_e, 'orangered', label="envelope signal")
envelope.legend(loc='upper right')
envelope.set_ylabel("Normalized amplitude", fontsize=18)

all_sig.plot(timespace, signal, 'k', label="loran-c signal")
all_sig.plot(timespace, signal_e, 'orangered', label='envelope signal')
all_sig.set_ylabel("Normalized amplitude", fontsize=18)
all_sig.set_xlabel("time($10^{-2}\mu s$)", fontsize=18)
all_sig.legend(loc='upper right')

plt.show()