base_agent/uas/model/state.py

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
装备状态基类 + 各域子类
─────────────────────────────────────────────────────────────────
BaseState         公共状态基类（dataclass）
├── AircraftState 飞行器状态
├── GroundState   地面车辆/机器狗状态
└── RadarState    雷达状态
─────────────────────────────────────────────────────────────────
"""

from __future__ import annotations

import copy
import dataclasses
from dataclasses import dataclass, field
from enum import Enum
from typing import Any, Dict, List


# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
# 飞行阶段枚举
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────

class FlightPhase(Enum):
    GROUND   = "GROUND"    # 地面停放
    TAKEOFF  = "TAKEOFF"   # 起飞滑跑
    CLIMB    = "CLIMB"     # 爬升
    CRUISE   = "CRUISE"    # 巡航
    DESCENT  = "DESCENT"   # 下降
    APPROACH = "APPROACH"  # 进近
    LAND     = "LAND"      # 着陆


# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
# 公共状态基类
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────

@dataclass
class BaseState:
    """
    装备公共状态基类

    每次 step(dt) 后生成新的状态快照，不可变（frozen 语义）。
    子类通过新增字段扩展特有状态。
    """

    # ── 时间 ──────────────────────────────────────────────────────
    timestamp:     float          = 0.0      # 仿真绝对时刻（秒）
    elapsed_time:  float          = 0.0      # 自启动累计时长（秒）

    # ── 位置 ──────────────────────────────────────────────────────
    latitude:      float          = 0.0      # 纬度（度，WGS-84）
    longitude:     float          = 0.0      # 经度（度，WGS-84）
    altitude:      float          = 0.0      # 高度（米，MSL）

    # ── 姿态 ──────────────────────────────────────────────────────
    heading:       float          = 0.0      # 航向角（度，真北顺时针）
    pitch:         float          = 0.0      # 俯仰角（度，抬头为正）
    roll:          float          = 0.0      # 横滚角（度，右滚为正）

    # ── 速度 ──────────────────────────────────────────────────────
    speed:         float          = 0.0      # 地速（m/s）
    acceleration:  float          = 0.0      # 切向加速度（m/s²）

    # ── 生命周期 ──────────────────────────────────────────────────
    lifecycle:     str            = "CREATED"  # LifecycleState.value

    # ── 扩展 ──────────────────────────────────────────────────────
    extra:         Dict[str, Any] = field(default_factory=dict)

    sub_states: List["BaseState"] = None

    # ── 属性 ──────────────────────────────────────────────────────
    @property
    def position(self) -> tuple:
        return (self.latitude, self.longitude, self.altitude)

    # ── 序列化 ────────────────────────────────────────────────────

    def to_dict(self) -> Dict[str, Any]:
        return dataclasses.asdict(self)

    @classmethod
    def from_dict(cls, d: Dict[str, Any]) -> "BaseState":
        valid = {f.name for f in dataclasses.fields(cls)}
        return cls(**{k: v for k, v in d.items() if k in valid})

    def copy_with(self, **kwargs) -> "BaseState":
        obj = copy.copy(self)
        for k, v in kwargs.items():
            setattr(obj, k, v)
        return obj

    def __repr__(self) -> str:
        return (f"{self.__class__.__name__}("
                f"t={self.timestamp:.1f}s, "
                f"pos=({self.latitude:.4f},{self.longitude:.4f},"
                f"{self.altitude:.0f}m), "
                f"hdg={self.heading:.1f}°, "
                f"spd={self.speed:.1f}m/s, "
                f"lc={self.lifecycle})")


# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
# 飞行器状态
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────

@dataclass
class AircraftState(BaseState):
    """飞行器完整状态"""

    # ── 飞行阶段 ──────────────────────────────────────────────────
    phase:           str   = FlightPhase.GROUND.value

    # ── 飞行动力学 ────────────────────────────────────────────────
    airspeed:        float = 0.0    # 空速（m/s）
    vertical_speed:  float = 0.0    # 垂直速度（m/s，上升为正）
    bank_angle:      float = 0.0    # 坡度角（度）
    turn_rate:       float = 0.0    # 转弯角速度（°/s）

    # ── 燃油 ──────────────────────────────────────────────────────
    fuel_remaining:  float = 0.0    # 剩余油量（升/千克）
    fuel_percent:    float = 100.0  # 剩余油量百分比

    # ── 航线进度 ──────────────────────────────────────────────────
    route_progress:  float = 0.0    # 航线完成进度（0.0~1.0）
    segment_index:   int   = -1     # 当前航段索引

    # -- 风向
    wind_direction: float = 0.0
    wind_speed:     float = 0.0

# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
# 地面装备状态（车辆 / 机器狗）
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────

@dataclass
class GroundState(BaseState):
    """地面装备状态（车辆 / 机器狗通用）"""

    # ── 地形 ──────────────────────────────────────────────────────
    slope_deg:       float = 0.0    # 当前坡度（度）
    road_type:       str   = "road" # road / offroad / track

    # ── 运动 ──────────────────────────────────────────────────────
    is_stopped:      bool  = True   # 是否静止
    odometer_m:      float = 0.0    # 里程计（米）

    # ── 电量（机器狗）────────────────────────────────────────────
    battery_percent: float = 100.0  # 电量百分比

    # ── 航线进度 ──────────────────────────────────────────────────
    route_progress:  float = 0.0
    segment_index:   int   = -1


# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
# 雷达状态
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────

@dataclass
class RadarState(BaseState):
    """雷达装备状态"""

    # ── 扫描 ──────────────────────────────────────────────────────
    current_azimuth:   float      = 0.0    # 当前扫描方位角（度）
    scan_elevation:    float      = 0.0    # 当前扫描仰角（度）
    scan_cycles:       int        = 0      # 累计扫描圈数

    # ── 跟踪 ──────────────────────────────────────────────────────
    is_tracking:       bool       = False  # 是否处于跟踪模式
    tracked_count:     int        = 0      # 当前跟踪目标数
    tracked_targets:   List[str]  = field(default_factory=list)

    # ── 工作状态 ──────────────────────────────────────────────────
    is_transmitting:   bool       = False  # 是否发射
    power_output_kw:   float      = 0.0    # 当前发射功率（kW）