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既にある NMEA のログから、どの衛星が強く受信できているかをプロットしてみる。

ファイルを指定して png を書き出すコードを node で書いた。かなり量の多いログでも中間結果を見ながら生成できるようにしてある。

グラフの見方

上下左右が方角。右まわりに上から北・東・南・西

中心からの距離が仰角。中心が真上(90°)で、円周上が水平線(0°)

SNR によって色がついている。

自宅の状況

GPS の GSV しかとっていないので、このプロットにはGLONASSやQZSSは含まれていない。

南西向きの窓際にアンテナがあるため、そのあたりのSNRが大きくなる。

北極・南極の上空は衛星の軌道がない。北半球に住んでいる場合、このプロットのように北極上空にあたる部分に空白ができる。

決まった数の衛星が決まった軌道で飛んでいるので、空全体で見ると塗りつぶされないところは多い。

コード

#!/usr/bin/env node

const GPS = require("gps");
const fs = require("fs");
const readline = require("readline");
const { createCanvas, loadImage } = require('canvas');

const WIDTH = 1000;
const HEIGHT = 1000;
const PADDING = 50;

const PLOT_RADIUS = (WIDTH - PADDING * 2) / 2;

const canvas = createCanvas(WIDTH, HEIGHT);
const ctx = canvas.getContext('2d');
ctx.fillStyle = "#ffffff";
ctx.fillRect(0, 0, 1000, 1000);

ctx.translate(WIDTH / 2, HEIGHT / 2);

ctx.strokeStyle = "#999999";
ctx.lineWidth = 2;
ctx.beginPath();
ctx.arc(0, 0, PLOT_RADIUS, 0, 2 * Math.PI);
ctx.stroke();

ctx.beginPath();
ctx.moveTo(0, -PLOT_RADIUS);
ctx.lineTo(0, +PLOT_RADIUS);
ctx.moveTo(-PLOT_RADIUS, 0);
ctx.lineTo(+PLOT_RADIUS, 0);
ctx.stroke();

ctx.font = "20px sans-serif";
ctx.fillStyle = "#666666";
ctx.textAlign = "center";
ctx.textBaseline = "bottom";
ctx.fillText("0°", 0, -PLOT_RADIUS - 5);

ctx.textAlign = "left";
ctx.textBaseline = "middle";
ctx.fillText("90°", PLOT_RADIUS + 5, 0);

ctx.textAlign = "center";
ctx.textBaseline = "top";
ctx.fillText("180°", 0, PLOT_RADIUS + 5);

ctx.textAlign = "right";
ctx.textBaseline = "middle";
ctx.fillText("270°", -PLOT_RADIUS - 5, 0);

ctx.textAlign = "left";
ctx.textBaseline = "bottom";
for (let ele of [75, 60, 45, 30, 15]) {
	const r = elevationToRadius(ele);
	ctx.strokeStyle = "#dddddd";
	ctx.lineWidth = 2;
	ctx.beginPath();
	/*
	ctx.moveTo(r, 0);
	ctx.lineTo(r, 10);
	*/
	ctx.arc(0, 0, r, 0, Math.PI * 2);
	ctx.stroke();
	ctx.fillText(ele, 2, -r-2);
}

const gps = new GPS();

function elevationToRadius(e) {
	return PLOT_RADIUS * (1 - e / 90);
}

function writeToPng() {
	const out = fs.createWriteStream("test.png");
	const stream = canvas.createPNGStream();
	stream.pipe(out);
	out.on('finish', () =>  console.log('The PNG file was created.'));
}

//const prns = new Set();
let count = 0;
gps.on('data', function(parsed) {
	if (parsed.type !== "GSV") return;
	for (let sat of parsed.satellites) {
		if (sat.snr === null) continue;
		// prns.add(sat.prn);
		// console.log(Array.from(prns.keys()));
		const hue = (1 - (sat.snr / 40)) * 240;
		const x = Math.cos(sat.azimuth / 180 * Math.PI - Math.PI / 2) * elevationToRadius(sat.elevation);
		const y = Math.sin(sat.azimuth / 180 * Math.PI - Math.PI / 2) * elevationToRadius(sat.elevation);

		ctx.fillStyle = `hsla(${hue}, 100%, 50%, 0.5)`;
		// ctx.fillRect(x-1, y-1, 3, 3);
		ctx.beginPath();
		ctx.arc(x, y, 3, 0, 2 * Math.PI);
		ctx.fill();

		if (count % 100000 === 0) {
			writeToPng();
		}

		count++;
	}
});


const stream = fs.createReadStream("./log.log", "utf8");

const reader = readline.createInterface({ input: stream });
reader.on("line", (data) => {
	const nmea = data.substring("[2020-01-09T09:33:05.622] [DEBUG] default - ".length);
	if (/^\$GPGSV/.test(nmea)) {
		gps.update(nmea);
	}
});
reader.on("close", () => {
	console.log('done');
	writeToPng();
});
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  3. NMEA ログから衛星のスカイビューを生成する

そういえば作ってあった。いろいろ説明が不足しているが C のコードを吐く機能がある。そのうちなんとかしたい。

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Sパラメータは「ある基準インピーダンスのとき」のパラメータなので、50Ωとか75Ωとか、基準が決まっていないといけない。Sパラを表記するときには基準インピーダンスの表記も必須。

Zパラメータの場合はSパラメータ+基準インピーダンスの情報を含んでいる。ZパラメータはSパラメータの基準インピーダンスの逆数(基準アドミッタンス)が0の場合と考えることもできる。「じゃあ最初からZパラメータで示したほうがよくない?」という気がするが、基準に0を使っているので「Zパラメータでは表現できない」というケースがあり、万能ではない。0除算が発生しないSパラメータはどんな回路でも必ず存在するが、Zパラメータはそうとは限らない。

出力インピーダンスはどれ?

Sパラだけではわからない。さらに前の信号源インピーダンスが影響する

Zパラメータの意味

2ポートの場合のZパラメータの意味は以下の通り

  • : 端子2を開放したときの、端子1から見たインピーダンス
  • : 端子1を開放したときの、端子2から見たインピーダンス
  • : 端子1を開放したときの、開放端電圧と端子2の流入電流との比
  • : 端子2を開放したときの、開放端電圧と端子1の流入電流との比

ref.

https://www2-kawakami.ct.osakafu-u.ac.jp/osakafu-content/uploads/sites/407/Lecture_Data/Electric_Circuit_II/01_Lecture/02_lecture_electric_circuit_II.pdf
https://home.hiroshima-u.ac.jp/amakawa/files/amakawa_S-parameter_20180528_1.pdf

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