23-EFT.WP.Metrology.PathCorrection v1.0 | 第11章 环境感知与修正合成（RefCond/传感器融合）

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第11章 环境感知与修正合成（RefCond/传感器融合）

一句话目标：将多源环境数据（气象/电离层/温度等）融合成一致的 RefCond 与场 n_eff(f,x)/修正函数 corr_env(x; RefCond)，驱动路径积分并产出可审计的环境分项与不确定度。

I. 范围与对象

1. 输入
   • 观测源：地面/塔台气象站 {T,P,RH}、探空/再分析/数值预报（met_3D(t,x)）、GNSS TEC/电离层格网、链路端温度/应变 {temp_profile}、设备内环境传感。
   • 几何与路径：gamma(ell)、站点位置与高度、视线仰角与方位。
   • 频率与体制：f/lambda、载体（自由空间/光纤/电缆）与段类型标签。
   • 先验与约束：RefCond0（默认/标准大气）、物理范围、质量标注策略。
2. 输出
   • 统一参考条件 RefCond(t) 与场函数 n_eff(f,x; RefCond) 或差分 delta n_eff(x)，以及路径级修正 corr_env(x; RefCond)。
   • 分项环境时延：T_tropo, T_iono, T_TCD 等，以及组合修正 T_env = T_tropo + T_iono + T_TCD (+ …)。
   • 数据质量与不确定度：u_env、覆盖度/新鲜度指标与标签。
3. 适用范围与边界
   跨介质路径（自由空间段、光纤/电缆段）在同一执行图中由统一环境层服务；与仪器处理内延迟无交叉（见《EFT.WP.Metrology.Instrument v1.0》）。

II. 名词与变量

• RefCond = {T,P,RH,TEC,model_tag,ver,ts_src}，用于解释 n_eff(f,x) 与 corr_env(x; RefCond)。
• met_3D(t,x)：三维气象场；iono_2D(t,lat,lon)：电离层 TEC 场；temp_profile(x,t)：沿线温度。
• n_eff(f,x)：统一有效折射率或群指标；自由空间用 n_phi ≈ 1 + N*1e-6 或其近似，光纤用 n_g(f,T)。
• corr_env(x; RefCond)：把观测/模型投影到路径的环境修正算子，unit = "s"（投影到时延）或无量纲（投影到 n_eff）。
• W：融合权重矩阵/核；H：观测算子；R：观测噪声协方差；Q：先验误差。
• 新鲜度/覆盖：age(src), cov(x)；窗口：Delta_t（时间）、Delta_x（空间）。

III. 公设 P811-*

• P811-1（统一参考） 任一路径修正必须声明 RefCond，并由其唯一确定环境参数解释与映射。
• P811-2（可融合） 多源数据在物理一致的状态空间中融合：state = {T,P,RH,TEC,temp_profile,…}，以观测算子 H 把观测映射到状态。
• P811-3（路径投影） 环境修正以路径测度表达：corr_env(x; RefCond) 通过 ( ∫_{gamma(ell)} · d ell ) 投影到 T_arr。
• P811-4（分段可加） 在小扰动与弱耦合假设下，环境分项对到达时的一阶贡献可线性相加：T_env ≈ ∑ T_part。
• P811-5（两口径一致） 任何由环境引起的 T_arr 变化，需在 T_form1/T_form2 两口径上同网格评估并记录 delta_form。
• P811-6（可追溯与新鲜度） 融合使用的源、权重、窗口与版本必须落盘；age(src) ≤ Delta_t 为强制契约。
• P811-7（失败可回退） 覆盖不足或一致性失败时，回退到先验 RefCond0 与经验模型，并上调不确定度。

IV. 最小方程 S811-*

• S811-1（差分投影近似）
  当 n_eff = n_eff^0 + δ n_eff，到达时差分
  ΔT_arr ≈ ( 1 / c_ref ) * ( ∫_{gamma} δ n_eff( f, x ; RefCond ) d ell )。
  check_dim( ΔT_arr ) = "[T]"。
• S811-2（自由空间对流层项）
  由第5章得到 T_tropo = T_hydro + T_wet，在融合后的 met_3D 上对仰角 elev 采用映射函数 M(elev)：
  T_tropo(elev) = T_z * M(elev)，T_z 为天顶延迟（干/湿分离），unit = "s"。
• S811-3（电离层项）
  T_iono ≈ K * TEC / f^2（见第6章），融合后的 TEC 投影到路径仰角 elev：
  TEC_slant = TEC_v * M_iono(elev)（M_iono 为电离层映射），T_iono = K * TEC_slant / f^2。
• S811-4（光纤温漂项）
  T_TCD = ( ∑ L_i * ( dn_g/dT |_i + n_g |_i * alpha_L |_i ) * ΔT_i ) / c_ref（见第8章），其中 ΔT_i 来自 temp_profile 融合。
• S811-5（融合估计）
  采用加权最小二乘/卡尔曼形式：
  x_hat = arg min_x ( ( z - H x )^T R^{-1} ( z - H x ) + ( x - x0 )^T Q^{-1} ( x - x0 ) )。
  若在线滤波：x_{k|k} = x_{k|k-1} + K_k ( z_k - H x_{k|k-1} )，K_k = P_{k|k-1} H^T ( H P_{k|k-1} H^T + R )^{-1}。
• S811-6（空间插值）
  对离散站点 {x_j}，以核 K(d) = exp( - d^2 / (2 l^2) ) 或反距离权 w_j ∝ d_j^{-p} 构成 Interp(x)，并记录插值误差上界 u_interp（见第10章 S810-7）。
• S811-7（组合与两口径）
  T_env = T_tropo + T_iono + T_TCD (+ …)；
  delta_form_env = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ ( n_eff^0 + δ n_eff ) d ell ) - ( ∫ ( ( n_eff^0 + δ n_eff ) / c_ref ) d ell ) |。
• S811-8（不确定度传播）
  u_env^2 = J_env V_state J_env^T + u_interp^2 + u_model^2，其中 J_env = ∂ T_env / ∂ state，V_state 为融合后状态协方差（见附录E）。

V. 计量流程 M80-11

1. 就绪：登记源清单与质量标签：{met stations, NWP/reanalysis, GNSS TEC, temp sensors, device env}；统一到 tau_mono 与坐标系（见第3章与 TimeBase/Sync）。
2. 清洗与一致性：范围/突变/邻近站点 buddy-check；剔除冲突站并记录 tags（见《EFT.WP.Methods.Cleaning v1.0》）。
3. 时空对齐：设窗口 {Delta_t, Delta_x}；对每源做 Interp_time 与 Interp_space，给出 u_interp。
4. 状态融合：构建 state = {T,P,RH,TEC,temp_profile,…} 与 H,R,Q；按 S811-5 求 x_hat 与协方差 V_state。
5. 构建 RefCond：RefCond ← synthesize( x_hat, model_tag, ver, sources.hash, ts_src )，并固定到本次解的上下文。
6. 路径投影：将 x_hat 投影到 gamma(ell)：
   • 自由空间：生成 n_eff(f,x) 或 T_tropo/T_iono；
   • 光纤/电缆：生成段级 ΔT_i，计算 T_TCD。
7. 两口径评估：在积分网格上同步计算 T_form1/T_form2 与 delta_form_env（见第10章）。
8. 合成与发布：T_env = T_tropo + T_iono + T_TCD (+ …)；与几何/仪器分项合成到 T_corr（见第12章）。
9. 落盘：
   manifest.path.env = { RefCond, sources:{list,hash,age,cov}, T_env, parts:{T_tropo,T_iono,T_TCD}, delta_form_env, u:{u_env,u_interp,u_model}, policy:{Delta_t,Delta_x,fusion}, tags }。
10. 监测：面板滚动 age 与 cov、各分项残差与漂移指标，触发告警与回退策略。

VI. 契约与断言（C80-111x）

• C80-1111 新鲜度：max(age(src)) ≤ Delta_t（建议地面气象 ≤ 10 min，TEC ≤ 15 min，temp_profile ≤ 1 min）。
• C80-1112 覆盖度：cov(gamma) ≥ cov_min（路径积分采样点上有效覆盖率，建议 ≥ 0.8）。
• C80-1113 一致性：多源同变量在重叠区域的差值 ≤ thr_consistency（如 |ΔT| ≤ 2 K、|ΔP| ≤ 500 Pa、|ΔTEC| ≤ 3 TECU），超限标注 inconsistent 并降权。
• C80-1114 两口径差：delta_form_env ≤ tol_Tarr；超限标注 form_mismatch。
• C80-1115 量纲校核：check_dim( corr_env ) 与分项单位一致；禁止无量纲与量纲混用。
• C80-1116 回退必显式：若回退到 RefCond0/经验模型，必须写入 tags.rollback 与增大的 u_env。
• C80-1117 版本与来源：RefCond.ver 与 sources.hash 必填；缺失标注 trace_missing 并拒绝发布。
• C80-1118 边界条件：插值外推禁止；遇 out_of_domain 必须扩域或回退。

VII. 实现绑定 I80-*

• I80-111 build_env_state(sources, policy) -> { state_hat, V_state, RefCond, u_interp, tags }
  不变量：V_state 半正定，RefCond 可追溯。
• I80-112 project_env_to_path(state_hat, gamma, f_or_lambda, medium_tags) -> { delta_n_eff(ell) or T_parts }
• I80-113 apply_env_correction(ds, RefCond) -> ds'（对观测或中间结果附加环境修正与标签）。
• I80-114 fuse_sources(z_list, H, R, Q, x0) -> { x_hat, V_state, W }
• I80-115 assess_env_contracts(payload, rules) -> report
• I80-116 emit_path_manifest_env(payload, policy) -> manifest.path.env

VIII. 交叉引用

• 对流层/电离层/光纤分项模型：见第5、6、8章。
• 射线路径与积分网格：见第9、10章。
• 两口径清洗与一致性：见《EFT.WP.Methods.Cleaning v1.0》。
• 时基与发布：见《EFT.WP.Metrology.TimeBase v1.0》《EFT.WP.Metrology.Sync v1.0》。
• 与仪器分项合成与发布：见第12章。

IX. 质量与风控

• SLO：p95( |error(T_env)| ) ≤ 0.5 ns（自由空间 10–50 km）/≤ 0.2 ns（室内光纤）；p99 上调一档。
• 健康度：age、cov、delta_form_env、一致性残差分布常驻面板；异常进入审计队列。
• 回退矩阵：优先级 live sensors → regional models → climatology → RefCond0，每降一级放大 u_env 与 guardband。
• 变更管理：源版本/权重策略变更需同步更新 RefCond.ver 并记录对 T_env 的影响（A/B 样例）。

小结

• 本章给出环境数据到路径修正的融合与投影框架，形成可重复、可审计的 RefCond、corr_env(x; RefCond) 与 T_env。
• 产出最小键：
  manifest.path.env = { RefCond, T_env, parts:{T_tropo,T_iono,T_TCD}, delta_form_env, u:{u_env,u_interp,u_model}, sources:{list,hash,age,cov}, policy, tags }。
• 与第5–10、12章及 TimeBase/Sync/Cleaning/Instrument 卷联动，可在跨介质链路上稳定提供环境主项修正与不确定度控制。