23-EFT.WP.Metrology.PathCorrection v1.0 | 第15章 用例与参考实现

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第15章 用例与参考实现

一句话目标：以三个代表性链路（GNSS 风格自由空间、White Rabbit/光纤往返、城域 NLOS 微波）给出从建模→修正→发布的端到端可执行路径，包含 P/S/M/I/C 对照与 manifest.path 样例。

I. 范围与对象

1. 覆盖三类典型路径：
   • GNSS 风格自由空间路径（地面站↔卫星）；
   • White Rabbit/光纤链路（往返对称与微不对称修正）；
   • 城域 NLOS 微波链路（多径抑制与到达时一致化）。
2. 输出：每用例的 T_parts, T_corr, u/U, contracts.*, tags 与 manifest.path.* 片段。
3. 共同约束：两口径并行、RefCond 显式、check_dim 通过；跨卷引用遵循固定写法。

II. 名词与变量

1. 共用：gamma(ell), L_gamma, n_eff(f,x), c_ref, T_arr, delta_form, tol_Tarr, RefCond, u(x), U = k * u_c。
2. 用例特有：
   • GNSS：elev, mapping(elev), TEC, clk_tx/rx（时钟偏差字段仅落盘，计算见 TimeBase/Sync 卷）。
   • WR/光纤：RTT, T_fixed（设备固定延迟和）、Δasym（发送/接收与波长不对称项）、n_g(f,T)。
   • NLOS 微波：h(t), T_mpath, specular_k, RAKE/SAGE 标签与抑制门限。

III. 公设 P815-*

• P815-1（端到端一致口径） 三用例均以 T_arr = T_geom + T_med + T_inst + T_proc 分解并两口径并行（见第2、10章）。
• P815-2（参考条件可追溯） RefCond 必含温度/压力/湿度或 TEC/电缆温度谱等数据源与版本。
• P815-3（不确定度发布） 仅在 delta_form ≤ tol_Tarr 且 u_num 入账后发布 U（见第13章）。
• P815-4（回退有界） 数据缺失时按第14章回退矩阵执行并放大 U 与 guardband。
• P815-5（单位校核） 用例中每一进入方程量需声明 unit/dim 并经 check_dim。

IV. 最小方程 S815-*

• S815-1（通用到达时两口径）
  T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫_{gamma} n_eff d ell ) + T_inst + T_proc；
  T_arr = ( ∫_{gamma} ( n_eff / c_ref ) d ell ) + T_inst + T_proc；
  delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |。
• S815-2（GNSS 风格自由空间分项）
  T_med = T_tropo + T_iono，T_tropo = T_hydro + T_wet；
  T_iono ∝ TEC / f^2（见第6章），仰角映射 M(elev) 作用于地表天顶延迟。
• S815-3（WR/光纤一向解算）
  T_one = 0.5 * ( RTT - T_fixed ) + Δasym + T_env，
  其中 T_env = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_g(f,T) d ell ) - T_ref（相对参考条件，见第8章）。
• S815-4（NLOS 多径抑制）
  设直达项 p0 与镜面簇 {p_k}：观测 h(t) = ∑ a_k δ( t - τ_k ) + n(t)；
  估计 T_mpath = f( {τ_k, a_k}, policy ) 并生成抑制后到达时 T_arr' = T_arr - T_mpath（见第7章）。
• S815-5（不确定度合成）
  三用例统一采用 u_c^2 = J V_x J^T + u_num^2 或 MC 分位（见第13章），U = k * u_c。

V. 计量流程 M80-15（三用例共框）

• 就绪：装配 G=(V,E) 执行图与策略；绑定数据源与 RefCond。
• 建模：按用例选择 model_troposphere/model_ionosphere/model_fiber/estimate_multipath 等模块。
• 两口径积分：integrate_path(n_eff, gamma, c_ref) 产出 {T_form1,T_form2,delta_form}。
• 合成：compose_path_correction(parts) 聚合 T_geom/T_med/T_inst/T_proc。
• 不确定度：propagate_gum/propagate_mc 得到 U 与 guardband。
• 校核：assert_path_contracts(ds, rules) 执行 C80-*；不通过则回退或重算。
• 落盘与发布：emit_path_manifest(results, policy) 写入 manifest.path 与 manifest.path.rt；推送面板。

VI. 契约与断言（C80-15xx）

• C80-1501 GNSS：age(TEC) ≤ Δt_TEC，age(met) ≤ Δt_met，M(elev) 使用声明版本；delta_form ≤ tol_Tarr。
• C80-1502 WR/光纤：|Δasym| ≤ asym_max；u(T_one) 含 u(RTT), u(T_fixed), u(Δasym), u_env；环回校准版本可追溯。
• C80-1503 NLOS：specular_k ≤ K_max；residual_p95 ≤ thr_res；抑制策略与门限落盘。
• C80-1504 三用例共同：check_dim(T_arr) = "[T]"；U/g 与风险参数一致；发布前 contracts.pass = true。

VII. 实现绑定 I80-15*

• I80-151 run_case_gnss(obs, met, TEC, geom, policy) -> {T_parts, T_corr, u, manifest}
  内部调用：model_troposphere, model_ionosphere, solve_ray(如需), integrate_path, compose_path_correction, propagate_*, assert_path_contracts, emit_path_manifest。
• I80-152 run_case_wr(fiber, rtt, fixed, temp_profile, cable_spec, policy) -> {T_one, T_parts, u, manifest}
  内部调用：model_fiber, calibrate_loopback, regress_inst, integrate_path（可选验证），propagate_*。
• I80-153 run_case_nlos(obs, geom, dem, policy) -> {T_mpath, T_corr, tags, u, manifest}
  内部调用：estimate_multipath(method∈{RAKE,specular-fit,SAGE}), solve_ray(NLOS 折射可选), integrate_path, compose_path_correction, propagate_*。
• 不变量：non_decreasing(ell)；delta_form ≤ tol_Tarr；RefCond 与 method 落盘；trace_id 幂等。

VIII. 交叉引用

IX. 质量与风控（用例级 SLO 建议）

• GNSS：p95(|map_residual|) ≤ 1.5 ns，p99(delta_form) ≤ tol_Tarr，age(TEC) ≤ 30 min。
• WR/光纤：p95(|T_one_error|) ≤ 0.3 ns，tau_ripple_p2p ≤ 0.1 ns，温度漂移在线系数 |k_T| 受控。
• NLOS：p95(|T_mpath|) ≤ 3 ns（经抑制后残差），specular_k ≤ 3，告警 alarm.mpath 触发回退。
• 回退策略：源中断或契约失败时，分别回退至 model/气候/参考，并按第13章上调 U 与 guardband。

小结

• 本章给出三条“可跑通”的参考链路，复用前述 P/S/M/I/C 体系，产出统一的 manifest.path。
• 与第2–14章的模型与契约闭环后，整卷可直接作为工程蓝本落地。

用例A：GNSS 风格自由空间路径修正（示例指引）

I. 输入：obs = {elev, f, r_tx, r_rx, ts}, met = {T,P,RH}，TEC 栅格/射线映射，RefCond，policy。

II. 核心步骤

• T_tropo = model_troposphere(met,elev,f,model)；
• T_iono = model_ionosphere(TEC,f,mapping)；
• T_med = T_tropo + T_iono；
• T_geom（几何/相对论次要项可按需求并入）；
• 两口径积分与 delta_form 校核（对折射可选 solve_ray）。

III. 发布片段（manifest.path 示例）

{

"TraceID":"gnss-2025-09-02T10:00:00Z-001",

"gamma.hash":"...e3b9",

"RefCond":{"met.ver":"gpt3w-2025.08","tec.ver":"igsg-2025.09","ts":"2025-09-02T10:00:00Z"},

"T_parts":{"T_geom":0.000067321,"T_tropo":0.000007842,"T_iono":0.000001235,"T_inst":0.000000300},

"T_form":{"form1":0.000076698,"form2":0.000076699,"delta_form":1.2e-12,"tol_Tarr":5e-12},

"u":{"u_c":8.5e-10,"U":1.7e-9,"nu_eff":56,"method":"MC","u_num":{"u_q":2.0e-12,"u_form":7.0e-13}},

"contracts":{"freshness":true,"form_ok":true,"units_ok":true},

"tags":["gnss","free-space","mapping=VMF3"]

}

【面板占位：delta_form_p99、age(TEC)、U、map_residual 走时序曲线】

用例B：White Rabbit/光纤链路往返对称修正（示例指引）

I. 输入：RTT, T_fixed, temp_profile(x,t), cable_spec, Δasym（SFP/波长不对称估计），RefCond。

II. 核心步骤

• 设备回环/互连给出 T_fixed 与部分 T_inst（见第12章）；
• 温度场驱动 model_fiber(temp,f,cable_spec) 得 T_env；
• 一向延迟 T_one = 0.5*(RTT - T_fixed) + Δasym + T_env；
• 两口径对光纤段做验证性积分与 delta_form 记录。

III. 发布片段（manifest.path 示例）

{

"TraceID":"wr-2025-09-02T10:05:00Z-042",

"RefCond":{"T0":293.15,"cable_spec":"G652D","ver":"lab-1.4"},

"fiber":{"L_gamma":10_000,"n_g_model":"Sellmeier+thermo","temp_profile.hash":"...a71"},

"T_parts":{"T_one":0.000050312,"T_env":1.8e-10,"Delta_asym":-2.5e-10,"T_inst":3.2e-10},

"T_form":{"form1":0.0000503123,"form2":0.0000503122,"delta_form":1.1e-13,"tol_Tarr":1e-12},

"u":{"u_c":2.2e-10,"U":4.4e-10,"method":"GUM","u_num":{"u_q":3e-13,"u_form":6e-14}},

"contracts":{"loopback_traceable":true,"asym_bound_ok":true,"form_ok":true},

"tags":["white-rabbit","fiber","symmetry-correction"]

}

【面板占位：RTT、T_one、temp_coeff_drift、tau_ripple】

用例C：城域 NLOS 微波多径抑制与到达时一致化（示例指引）

I. 输入：obs(t)（脉冲响应/相关函数）、geom（站点与遮挡）、dem、f、policy（抑制门限/最大簇数）。

II. 核心步骤

• estimate_multipath(obs,geom,method="specular-fit") -> {τ_k,a_k}；
• 计算 T_mpath 并对 T_arr 做抑制：T_arr' = T_arr - T_mpath；
• 若需要，solve_ray 求非均匀大气折射路径；
• 两口径与 delta_form 在线监控，残差进入 map_residual 指标。

III. 发布片段（manifest.path 示例）

{

"TraceID":"nlos-2025-09-02T10:12:30Z-207",

"geom":{"los":false,"specular_k":2,"dem.hash":"...19f"},

"T_parts":{"T_geom":0.000003941,"T_med":0.000000992,"T_mpath":-2.8e-09,"T_inst":6.0e-10},

"T_form":{"form1":0.0000049322,"form2":0.0000049322,"delta_form":3.0e-12,"tol_Tarr":1e-11},

"u":{"u_c":1.9e-09,"U":3.8e-09,"method":"MC","q":[-2.0e-09,4.1e-09]},

"contracts":{"specular_k<=3":true,"residual_p95_ok":true,"form_ok":true},

"tags":["microwave","NLOS","multipath-suppression","SAGE"]

}

【面板占位：specular_k、residual_p95、delta_form、SLI_latency】

P/S/M/I 对照与检查清单（摘录）

• P815-* ↔ 用例统一口径与回退守则；
• S815-* ↔ 用例方程（GNSS/WR/NLOS 特有式）；
• M80-15 ↔ 三用例共用流程；
• I80-151/152/153 ↔ 三用例一键入口；
• C80-1501/1502/1503/1504 ↔ 用例级契约；
• 运行时字段与两口径断言由第10、13、14章复用，不重复实现。

小结

• 三个用例贯穿本卷方法学，从几何/介质/仪器建模到两口径积分、MC/GUM 不确定度与运行时面板，实现可落地与可审计。
• 产出最小键（合并视图）：
  manifest.path = { TraceID, gamma.hash, RefCond, T_parts, T_form:{form1,form2,delta_form,tol_Tarr}, u:{u_c,U,nu_eff,method,u_num|q}, contracts.*, tags, signature }。
• 读者可直接基于 I80-151/152/153 接口接入实际数据源，复现面板与合规判定。