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Python
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# -*- coding: utf-8 -*-
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"""
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装备参数基类 + 各域子类
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─────────────────────────────────────────────────────────────────
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EquipmentParams 公共参数基类（dataclass）
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├── AircraftParams 飞行器专有参数
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├── GroundVehicleParams 地面车辆专有参数
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├── RobotDogParams 机器狗专有参数
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└── RadarParams 雷达专有参数
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所有参数类支持：
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validate() → 校验合法性，返回错误列表
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to_dict() → 序列化为字典
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from_dict(d) → 从字典反序列化（classmethod）
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copy_with(**kwargs) → 返回修改了指定字段的副本
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─────────────────────────────────────────────────────────────────
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"""
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from __future__ import annotations
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import copy
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import dataclasses
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import uuid
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from dataclasses import dataclass, field
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from enum import Enum
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from typing import Any, Dict, List, Optional, Type, TypeVar
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from uas.model.constants import WAYPOINT_CAPTURE_RADIUS
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from uas.model.sensor_noise import SensorNoiseParams
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from uas.model.wind import WindField
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T = TypeVar("T", bound="EquipmentParams")
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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# 装备类型枚举
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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class ModelType(Enum):
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AIRCRAFT = "aircraft"
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MANNED_AIRCRAFT = "manned_aircraft"
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UAV = "controller"
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GROUND_VEHICLE = "ground_vehicle"
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ROBOT_DOG = "robot_dog"
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RADAR = "radar"
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CUSTOM = "custom"
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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# 公共参数基类
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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@dataclass
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class EquipmentParams:
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"""
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装备公共参数基类
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||
所有装备类型均包含这些字段。
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子类通过新增 dataclass 字段扩展特有参数，无需修改基类。
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"""
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# ── 标识 ──────────────────────────────────────────────────────
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equipment_id: str = field(
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default_factory=lambda: str(uuid.uuid4())[:8]
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)
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name: str = "未命名装备"
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model_type: ModelType = ModelType.CUSTOM
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description: str = ""
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# ── 物理参数 ──────────────────────────────────────────────────
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weight_kg: float = 0.0 # 重量（千克）
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# ── 运动参数 ──────────────────────────────────────────────────
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max_speed: float = 0.0 # 最大速度（m/s）
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min_speed: float = 0.0 # 最小速度（m/s，0=可静止）
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acceleration: float = 0.0 # 最大加速度（m/s²）
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deceleration: float = 0.0 # 最大减速度（m/s²，正值）
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# ── 扩展元数据 ────────────────────────────────────────────────
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extra: Dict[str, Any] = field(default_factory=dict)
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# ── 校验 ──────────────────────────────────────────────────────
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def validate(self) -> List[str]:
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"""校验参数合法性，返回错误信息列表（空=合法）"""
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errors = []
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if self.weight_kg < 0:
|
||
errors.append(f"weight_kg 不能为负: {self.weight_kg}")
|
||
if self.max_speed < 0:
|
||
errors.append(f"max_speed 不能为负: {self.max_speed}")
|
||
if self.min_speed < 0:
|
||
errors.append(f"min_speed 不能为负: {self.min_speed}")
|
||
if self.min_speed > self.max_speed and self.max_speed > 0:
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||
errors.append(
|
||
f"min_speed({self.min_speed}) > max_speed({self.max_speed})"
|
||
)
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if self.acceleration < 0:
|
||
errors.append(f"acceleration 不能为负: {self.acceleration}")
|
||
if self.deceleration < 0:
|
||
errors.append(f"deceleration 不能为负: {self.deceleration}")
|
||
return errors
|
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||
# ── 序列化 ────────────────────────────────────────────────────
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def to_dict(self) -> Dict[str, Any]:
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"""序列化为字典（含枚举值转字符串）"""
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d = dataclasses.asdict(self)
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# 枚举转字符串
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if "model_type" in d:
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||
d["model_type"] = self.model_type.value
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return d
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@classmethod
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def from_dict(cls: Type[T], d: Dict[str, Any]) -> T:
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"""从字典反序列化"""
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d = dict(d)
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if "model_type" in d and isinstance(d["model_type"], str):
|
||
d["model_type"] = ModelType(d["model_type"])
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||
# 过滤掉子类不认识的字段
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||
valid_fields = {f.name for f in dataclasses.fields(cls)}
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filtered = {k: v for k, v in d.items() if k in valid_fields}
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return cls(**filtered)
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||
def copy_with(self: T, **kwargs) -> T:
|
||
"""返回修改了指定字段的副本"""
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obj = copy.copy(self)
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for k, v in kwargs.items():
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||
if hasattr(obj, k):
|
||
setattr(obj, k, v)
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||
else:
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raise AttributeError(
|
||
f"{self.__class__.__name__} 没有参数字段: {k}"
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)
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return obj
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def get(self, key: str, default: Any = None) -> Any:
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"""按字段名读取参数值"""
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return getattr(self, key, default)
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def set(self, key: str, value: Any) -> None:
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||
"""按字段名设置参数值（运行时动态配置）"""
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||
if not hasattr(self, key):
|
||
raise AttributeError(
|
||
f"{self.__class__.__name__} 没有参数字段: {key}"
|
||
)
|
||
setattr(self, key, value)
|
||
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def __repr__(self) -> str:
|
||
return (f"{self.__class__.__name__}("
|
||
f"id={self.equipment_id}, "
|
||
f"name={self.name}, "
|
||
f"type={self.model_type.value})")
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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# 飞行器专有参数
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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@dataclass
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class AircraftParams(EquipmentParams):
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"""飞行器专有参数（兼容有人机 / 无人机）"""
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model_type: ModelType = ModelType.AIRCRAFT
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# ── 飞行包线 ──────────────────────────────────────────────────
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max_altitude: float = 15000.0 # 最大飞行高度（米）
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min_altitude: float = 0.0 # 最小飞行高度（米）
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||
max_climb_rate: float = 50.0 # 最大爬升率（m/s）
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||
max_descent_rate: float = 30.0 # 最大下降率（m/s，正值）
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||
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||
# ── 机动参数 ──────────────────────────────────────────────────
|
||
min_turn_radius: float = 500.0 # 最小转弯半径（米）
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||
max_bank_angle: float = 60.0 # 最大坡度角（度）
|
||
max_pitch_angle: float = 30.0 # 最大俯仰角（度）
|
||
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||
# ── 燃油参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
fuel_capacity: float = 5000.0 # 油箱容量（升/千克）
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||
fuel_consumption_rate: float = 10.0 # 巡航油耗（升/秒）
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||
# ── 载荷参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
payload_capacity_kg: float = 0.0 # 最大载荷（千克）
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||
wingspan_m: float = 0.0 # 翼展（米）
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||
# -- 风向
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||
wind_direction: float = 0.0
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||
wind_speed: float = 0.0
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||
wind_field: Optional[WindField] = WindField()
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||
sensor_noise: Optional[SensorNoiseParams] = None
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||
waypoint_capture: float = WAYPOINT_CAPTURE_RADIUS
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||
seed: int = 0
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||
def validate(self) -> List[str]:
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||
errors = super().validate()
|
||
if self.max_altitude < self.min_altitude:
|
||
errors.append(
|
||
f"max_altitude({self.max_altitude}) < "
|
||
f"min_altitude({self.min_altitude})"
|
||
)
|
||
if self.min_turn_radius <= 0:
|
||
errors.append(
|
||
f"min_turn_radius 必须为正: {self.min_turn_radius}"
|
||
)
|
||
if self.max_climb_rate <= 0:
|
||
errors.append(
|
||
f"max_climb_rate 必须为正: {self.max_climb_rate}"
|
||
)
|
||
if self.fuel_capacity < 0:
|
||
errors.append(f"fuel_capacity 不能为负: {self.fuel_capacity}")
|
||
if self.fuel_consumption_rate < 0:
|
||
errors.append(
|
||
f"fuel_consumption_rate 不能为负: {self.fuel_consumption_rate}"
|
||
)
|
||
return errors
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@dataclass
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class MannedAircraftParams(AircraftParams):
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"""有人机专有参数（F-22 / J-20 等）"""
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||
model_type: ModelType = ModelType.MANNED_AIRCRAFT
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||
# ── 人员参数 ──────────────────────────────────────────────────
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crew_count: int = 1 # 机组人数
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max_g_force: float = 9.0 # 最大过载（g）
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ejection_seat: bool = True # 是否有弹射座椅
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# ── 航电参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
radar_range_km: float = 200.0 # 机载雷达探测距离（km）
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irst_range_km: float = 90.0 # 红外搜索跟踪距离（km）
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||
rwr_enabled: bool = True # 雷达告警接收机
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@dataclass
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||
class UAVParams(AircraftParams):
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||
"""无人机专有参数"""
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model_type: ModelType = ModelType.UAV
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||
# ── 任务参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
endurance_hours: float = 24.0 # 续航时间（小时）
|
||
communication_range: float = 500_000.0 # 通信距离（米）
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||
autonomous_level: int = 3 # 自主等级（1~5）
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return_on_lost_link: bool = True # 失联自动返航
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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# 地面车辆专有参数
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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@dataclass
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||
class GroundVehicleParams(EquipmentParams):
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||
"""地面车辆专有参数"""
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model_type: ModelType = ModelType.GROUND_VEHICLE
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# ── 地形参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
max_slope_deg: float = 30.0 # 最大爬坡角度（度）
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||
ground_clearance_m: float = 0.3 # 最小离地间隙（米）
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max_ford_depth_m: float = 0.8 # 最大涉水深度（米）
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||
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||
# ── 机动参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
min_turn_radius: float = 5.0 # 最小转弯半径（米）
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||
track_width_m: float = 2.5 # 车辆宽度（米）
|
||
length_m: float = 5.0 # 车辆长度（米）
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|
||
# ── 动力参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
fuel_capacity_l: float = 300.0 # 燃油容量（升）
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||
fuel_consumption_lph: float = 20.0 # 油耗（升/小时）
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||
|
||
def validate(self) -> List[str]:
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||
errors = super().validate()
|
||
if self.max_slope_deg <= 0 or self.max_slope_deg > 90:
|
||
errors.append(
|
||
f"max_slope_deg 越界: {self.max_slope_deg}"
|
||
)
|
||
if self.min_turn_radius <= 0:
|
||
errors.append(
|
||
f"min_turn_radius 必须为正: {self.min_turn_radius}"
|
||
)
|
||
return errors
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||
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# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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||
# 机器狗专有参数
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||
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
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@dataclass
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||
class RobotDogParams(EquipmentParams):
|
||
"""机器狗专有参数"""
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model_type: ModelType = ModelType.ROBOT_DOG
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# ── 腿部参数 ──────────────────────────────────────────────────
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leg_count: int = 4 # 腿数
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max_step_height_m: float = 0.3 # 最大步高（米）
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stride_length_m: float = 0.5 # 步幅（米）
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||
max_slope_deg: float = 45.0 # 最大爬坡角度（度）
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||
# ── 负载参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
payload_kg: float = 20.0 # 最大负载（千克）
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||
battery_capacity_wh: float = 1000.0 # 电池容量（Wh）
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power_consumption_w: float = 500.0 # 运行功耗（W）
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||
# ── 感知参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
lidar_range_m: float = 50.0 # 激光雷达探测距离（米）
|
||
camera_fov_deg: float = 120.0 # 摄像头视场角（度）
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||
|
||
def validate(self) -> List[str]:
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||
errors = super().validate()
|
||
if self.leg_count not in (4, 6):
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||
errors.append(f"leg_count 应为 4 或 6: {self.leg_count}")
|
||
if self.max_step_height_m <= 0:
|
||
errors.append(
|
||
f"max_step_height_m 必须为正: {self.max_step_height_m}"
|
||
)
|
||
if self.payload_kg < 0:
|
||
errors.append(f"payload_kg 不能为负: {self.payload_kg}")
|
||
return errors
|
||
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||
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||
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
|
||
# 雷达专有参数
|
||
# ─────────────────────────────────────────────────────────────────
|
||
|
||
@dataclass
|
||
class RadarParams(EquipmentParams):
|
||
"""雷达专有参数"""
|
||
model_type: ModelType = ModelType.RADAR
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||
|
||
# ── 探测参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
detection_range: float = 300_000.0 # 最大探测距离（米）
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||
min_detection_range: float = 100.0 # 最小探测距离（米）
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||
altitude_coverage: float = 30_000.0 # 高度覆盖（米）
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# ── 扫描参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
scan_angle_deg: float = 360.0 # 扫描角度范围（度）
|
||
scan_rate_deg_s: float = 6.0 # 扫描速率（度/秒）
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||
beam_width_deg: float = 1.5 # 波束宽度（度）
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||
# ── 电磁参数 ──────────────────────────────────────────────────
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||
frequency_band: str = "X" # 频段（X/S/L/C/Ka）
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peak_power_kw: float = 100.0 # 峰值功率（kW）
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||
pulse_width_us: float = 1.0 # 脉冲宽度（μs）
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||
# ── 跟踪参数 ──────────────────────────────────────────────────
|
||
max_track_targets: int = 100 # 最大同时跟踪目标数
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||
track_update_rate: float = 1.0 # 跟踪更新率（Hz）
|
||
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||
def validate(self) -> List[str]:
|
||
errors = super().validate()
|
||
if self.detection_range <= 0:
|
||
errors.append(
|
||
f"detection_range 必须为正: {self.detection_range}"
|
||
)
|
||
if self.scan_rate_deg_s <= 0:
|
||
errors.append(
|
||
f"scan_rate_deg_s 必须为正: {self.scan_rate_deg_s}"
|
||
)
|
||
if self.frequency_band not in ("X", "S", "L", "C", "Ka", "Ku"):
|
||
errors.append(
|
||
f"未知频段: {self.frequency_band}"
|
||
)
|
||
return errors |