altos: Shrink Pa to altitude table
authorKeith Packard <keithp@keithp.com>
Fri, 21 Sep 2012 11:29:17 +0000 (13:29 +0200)
committerKeith Packard <keithp@keithp.com>
Fri, 21 Sep 2012 11:29:17 +0000 (13:29 +0200)
This improves the computation of the table enough that errors from a
470 entry table are almost all < 0.5m.

Signed-off-by: Keith Packard <keithp@keithp.com>
src/util/make-altitude-pa

index 190b36fcf4a92bee0780255ca7747314c709c004..eae5ebe9fcea84d81fb2b60e1bd317ee6dca7b93 100644 (file)
@@ -29,10 +29,10 @@ const real LAYER0_BASE_PRESSURE = 101325;
 
 /* lapse rate and base altitude for each layer in the atmosphere */
 const real[NUMBER_OF_LAYERS] lapse_rate = {
 
 /* lapse rate and base altitude for each layer in the atmosphere */
 const real[NUMBER_OF_LAYERS] lapse_rate = {
-       -0.0065, 0.0, 0.001, 0.0028, 0.0, -0.0028, -0.002
+       -0.0065, 0.0, 0.001, 0.0028, 0.0, -0.0028, -0.002,
 };
 const int[NUMBER_OF_LAYERS] base_altitude = {
 };
 const int[NUMBER_OF_LAYERS] base_altitude = {
-       0, 11000, 20000, 32000, 47000, 51000, 71000
+       0, 11000, 20000, 32000, 47000, 51000, 71000,
 };
 
 
 };
 
 
@@ -54,7 +54,7 @@ real altitude_to_pressure(real altitude) {
 
    /* calculate the base temperature and pressure for the atmospheric layer
       associated with the inputted altitude */
 
    /* calculate the base temperature and pressure for the atmospheric layer
       associated with the inputted altitude */
-   for(layer_number = 0; layer_number < NUMBER_OF_LAYERS - 1 && altitude > base_altitude[layer_number + 1]; layer_number++) {
+   for(layer_number = 0; layer_number < NUMBER_OF_LAYERS - 2 && altitude > base_altitude[layer_number + 1]; layer_number++) {
       delta_z = base_altitude[layer_number + 1] - base_altitude[layer_number];
       if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
          exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION * delta_z
       delta_z = base_altitude[layer_number + 1] - base_altitude[layer_number];
       if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
          exponent = GRAVITATIONAL_ACCELERATION * delta_z
@@ -113,7 +113,7 @@ real pressure_to_altitude(real pressure) {
    /* calculate the base temperature and pressure for the atmospheric layer
       associated with the inputted pressure. */
    layer_number = -1;
    /* calculate the base temperature and pressure for the atmospheric layer
       associated with the inputted pressure. */
    layer_number = -1;
-   do {
+   while (layer_number < NUMBER_OF_LAYERS - 2) {
       layer_number++;
       base_pressure = next_base_pressure;
       base_temperature = next_base_temperature;
       layer_number++;
       base_pressure = next_base_pressure;
       base_temperature = next_base_temperature;
@@ -130,8 +130,9 @@ real pressure_to_altitude(real pressure) {
          next_base_pressure *= pow(base, exponent);
       }
       next_base_temperature += delta_z * lapse_rate[layer_number];
          next_base_pressure *= pow(base, exponent);
       }
       next_base_temperature += delta_z * lapse_rate[layer_number];
+      if (pressure >= next_base_pressure)
+             break;
    }
    }
-   while(layer_number < NUMBER_OF_LAYERS - 1 && pressure < next_base_pressure);
 
    /* calculate the altitude associated with the inputted pressure */
    if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
 
    /* calculate the altitude associated with the inputted pressure */
    if (lapse_rate[layer_number] == 0.0) {
@@ -148,20 +149,9 @@ real pressure_to_altitude(real pressure) {
       altitude = base_altitude[layer_number]
                       + coefficient * (pow(base, exponent) - 1);
    }
       altitude = base_altitude[layer_number]
                       + coefficient * (pow(base, exponent) - 1);
    }
-
    return altitude;
 }
 
    return altitude;
 }
 
-real feet_to_meters(real feet)
-{
-    return feet * (12 * 2.54 / 100);
-}
-
-real meters_to_feet(real meters)
-{
-    return meters / (12 * 2.54 / 100);
-}
-
 /*
  * Values for our MS5607
  *
 /*
  * Values for our MS5607
  *
@@ -174,14 +164,15 @@ real meters_to_feet(real meters)
 
 typedef struct {
        real m, b;
 
 typedef struct {
        real m, b;
-       int m_i, b_i;
 } line_t;
 
 } line_t;
 
+/*
+ * Linear least-squares fit values in the specified array
+ */
 line_t best_fit(real[] values, int first, int last) {
        real sum_x = 0, sum_x2 = 0, sum_y = 0, sum_xy = 0;
        int n = last - first + 1;
        real m, b;
 line_t best_fit(real[] values, int first, int last) {
        real sum_x = 0, sum_x2 = 0, sum_y = 0, sum_xy = 0;
        int n = last - first + 1;
        real m, b;
-       int m_i, b_i;
 
        for (int i = first; i <= last; i++) {
               sum_x += i;
 
        for (int i = first; i <= last; i++) {
               sum_x += i;
@@ -197,9 +188,10 @@ line_t best_fit(real[] values, int first, int last) {
 real   min_Pa = 0;
 real   max_Pa = 120000;
 
 real   min_Pa = 0;
 real   max_Pa = 120000;
 
-/* Target is an array of < 2000 entries */
-int pa_sample_shift = 3;
-int pa_part_shift = 3;
+/* Target is an array of < 1000 entries */
+int pa_sample_shift = 2;
+int pa_part_shift = 6;
+int pa_part_mask = (1 << pa_part_shift) - 1;
 
 int num_part = ceil(max_Pa / (2 ** (pa_part_shift + pa_sample_shift)));
 
 
 int num_part = ceil(max_Pa / (2 ** (pa_part_shift + pa_sample_shift)));
 
@@ -211,6 +203,10 @@ real sample_to_altitude(int sample) = pressure_to_altitude(sample_to_Pa(sample))
 
 int part_to_sample(int part) = part << pa_part_shift;
 
 
 int part_to_sample(int part) = part << pa_part_shift;
 
+int sample_to_part(int sample) = sample >> pa_part_shift;
+
+bool is_part(int sample) = (sample & pa_part_mask) == 0;
+
 real[num_samples] alt = { [n] = sample_to_altitude(n) };
 
 int seg_len = 1 << pa_part_shift;
 real[num_samples] alt = { [n] = sample_to_altitude(n) };
 
 int seg_len = 1 << pa_part_shift;
@@ -219,18 +215,22 @@ line_t [num_part] fit = {
        [n] = best_fit(alt, n * seg_len, n * seg_len + seg_len - 1)
 };
 
        [n] = best_fit(alt, n * seg_len, n * seg_len + seg_len - 1)
 };
 
-int[num_samples/seg_len + 1]   alt_part;
+real[num_samples/seg_len + 1]  alt_part;
+real[dim(alt_part)]            alt_error = {0...};
 
 
-alt_part[0] = floor (fit[0].b + 0.5);
-alt_part[dim(fit)] = floor(fit[dim(fit)-1].m * dim(fit) * seg_len + fit[dim(fit)-1].b + 0.5);
+alt_part[0] = fit[0].b;
+alt_part[dim(fit)] = fit[dim(fit)-1].m * dim(fit) * seg_len + fit[dim(fit)-1].b;
 
 for (int i = 0; i < dim(fit) - 1; i++) {
        real    here, there;
        here = fit[i].m * (i+1) * seg_len + fit[i].b;
        there = fit[i+1].m * (i+1) * seg_len + fit[i+1].b;
 
 for (int i = 0; i < dim(fit) - 1; i++) {
        real    here, there;
        here = fit[i].m * (i+1) * seg_len + fit[i].b;
        there = fit[i+1].m * (i+1) * seg_len + fit[i+1].b;
-       alt_part[i+1] = floor ((here + there) / 2 + 0.5);
+#      printf ("at %d mis-fit %8.2f\n", i, there - here);
+       alt_part[i+1] = (here + there) / 2;
 }
 
 }
 
+real round(real x) = floor(x + 0.5);
+
 real sample_to_fit_altitude(int sample) {
        int     sub = sample // seg_len;
        int     off = sample % seg_len;
 real sample_to_fit_altitude(int sample) {
        int     sub = sample // seg_len;
        int     off = sample % seg_len;
@@ -239,7 +239,7 @@ real sample_to_fit_altitude(int sample) {
        real i_v;
 
        r_v = sample * l.m + l.b;
        real i_v;
 
        r_v = sample * l.m + l.b;
-       i_v = (alt_part[sub] * (seg_len - off) + alt_part[sub+1] * off) / seg_len;
+       i_v = (round(alt_part[sub]) * (seg_len - off) + round(alt_part[sub+1]) * off) / seg_len;
        return i_v;
 }
 
        return i_v;
 }
 
@@ -249,27 +249,41 @@ real total_error = 0;
 
 for (int sample = 0; sample < num_samples; sample++) {
        real    Pa = sample_to_Pa(sample);
 
 for (int sample = 0; sample < num_samples; sample++) {
        real    Pa = sample_to_Pa(sample);
-       real    meters = pressure_to_altitude(Pa);
+       real    meters = alt[sample];
 
        real    meters_approx = sample_to_fit_altitude(sample);
        real    error = abs(meters - meters_approx);
 
 
        real    meters_approx = sample_to_fit_altitude(sample);
        real    error = abs(meters - meters_approx);
 
+       int     part = sample_to_part(sample);
+
+       if (error > alt_error[part])
+               alt_error[part] = error;
+
        total_error += error;
        if (error > max_error) {
                max_error = error;
                max_error_sample = sample;
        }
        total_error += error;
        if (error > max_error) {
                max_error = error;
                max_error_sample = sample;
        }
-#      printf ("       %7d,    /* %6.2f kPa %5d sample approx %d */\n",
-#              floor (meters + 0.5), Pa / 1000, sample, floor(sample_to_fit_altitude(sample) + 0.5));
+       if (false) {
+               printf ("       %8.1f %8.2f %8.2f %8.2f %s\n",
+                       Pa,
+                       meters,
+                       meters_approx,
+                       meters - meters_approx,
+                       is_part(sample) ? "*" : "");
+       }
 }
 
 }
 
-printf ("/*max error %f at %7.3f%%. Average error %f*/\n", max_error, max_error_sample / (num_samples - 1) * 100, total_error / num_samples);
+printf ("/*max error %f at %7.3f kPa. Average error %f*/\n",
+       max_error, sample_to_Pa(max_error_sample) / 1000, total_error / num_samples);
 
 printf ("#define NALT %d\n", dim(alt_part));
 printf ("#define ALT_SHIFT %d\n", pa_part_shift + pa_sample_shift);
 
 printf ("#define NALT %d\n", dim(alt_part));
 printf ("#define ALT_SHIFT %d\n", pa_part_shift + pa_sample_shift);
+printf ("#ifndef SATURATE\n#define SATURATE(x) (x)\n#endif\n");
 
 for (int part = 0; part < dim(alt_part); part++) {
        real kPa = sample_to_Pa(part_to_sample(part)) / 1000;
 
 for (int part = 0; part < dim(alt_part); part++) {
        real kPa = sample_to_Pa(part_to_sample(part)) / 1000;
-       printf ("%9d, /* %6.2f kPa */\n",
-               alt_part[part], kPa);
+       printf ("SATURATE(%9d), /* %6.2f kPa error %6.2fm */\n",
+               round (alt_part[part]), kPa,
+               alt_error[part]);
 }
 }