41-EFT.WP.Comms.Navigation v1.0 | 第1章 导读与范围

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第1章 导读与范围

I. 场景与目标

• 覆盖场景：车载与路侧协同（GNSS/5G AOA/IMU 融合）、室内定位（UWB TDOA/TWR、Wi‑Fi FTM、视觉/里程计）、UAV（室外/林下多径）、工业 RTLS（多楼层/复杂金属环境）。
• 总目标：建立以路径项→到达时/频→几何→融合→计量/反演为主线的统一口径，形成跨频段/跨平台可复用的观测—参数映射 y = M(θ) 与实现绑定 Ixx-*。
• P10-1（范围公设）：任一通信/导航观测均可表示为沿显式路径 gamma(ell) 的传播与时钟/几何耦合的可测函数，其统计性质由数据契约与误差预算完全指定。

II. 主线与观测栈总式

1. S10-1（观测栈总式）：
   y = h(x, θ, ν; x_design) + ε，其中：
   • x 为状态（p_WB, v_WB, q_WB 等），θ 为参数（几何/时钟/信道），ν 为装置/环境扰动；
   • x_design 为设计变量（布设/频段/协议）；
   • ε ~ 𝒟(0, Σ_y) 为观测噪声（可为稳健混合）。
2. 到达时两口径（必须二选一并固定）：
   • 常量外提：T_arr = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )
   • 一般口径：T_arr = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )
     均须显式声明路径 gamma(ell) 与测度 d ell。
3. 典型通道：TOA/TDOA/AOA/FOA/RSS/CarrierPhase，多径/NLOS 以等效偏置与方差并入 Σ_y 或引入离群掩码。
4. 几何与可观测性：以 H = ∂h/∂x、F = H^T Σ_y^{-1} H 衡量信息度；GDOP/PDOP/HDOP 作为部署与运行时指标。

III. 本卷结构与数据契约概览

1. 结构概览：
   • 第2章统一术语/符号/计量；
   • 第3–4章给出传播与各观测方程（S3x-* / S4x-*）与路径/测度声明；
   • 第5–6章覆盖布设与同步；
   • 第7–9章描述动力学建模与鲁棒清洗；
   • 第10章建立测量矩阵 J = ∂y/∂θ 与实验设计；
   • 第11章仿真栈与合成数据；
   • 第12章接口与实现绑定；
   • 第13章案例库。
2. 数据契约（跨卷固定字段）：
   • unit_system:"SI"，references:["volume vX.Y: anchor"]；
   • 到达时字段：convention、delta_form、gamma(ell)、d_ell；
   • 误差预算卡：通道不确定度、协方差 Σ_y、覆盖因子与合成规则；
   • 禁用中文符号：phi(x,t), Xi(x,t), T_arr, n_eff, T_trans 等一律反引号包裹。
3. M1-1（阅读与复用指南）：
   • 选定场景与通道，生成 Dataset/Pipeline/Error‑Budget 三卡；
   • 依据第3–4章选定 convention 与路径分段；
   • 用第10章生成 J, Σ_y 并评估 cond(F) 与 D/A/E‑optimal 方案；
   • 以第12章接口 I12-* 运行反演与融合；
   • 将结果回写到第13章案例库与误差预算卡。

IV. 统一常量与度量基线

• 常量：c_ref = 299792458.0，k_B（热噪声需要时），载频 f_c；时钟状态 b_t（偏置）、\dot b_t（漂移），必要时引入二阶项 \ddot b_t。
• 坐标/姿态：世界系 W、载体系 B、基站系 S；姿态以 q_WB 或 R_WB（右手系）表示；方向单位向量 n̂。
• 冲突名强制：T_fil（张力）与 T_trans（透射系数）不可混用；n（数密度）与 n_eff（有效折射率）严格区分。
• 量纲与单位：所有公式需通过 check_dim；表格/字段必须给出 SI 单位列；角度以 rad，频率以 Hz，功率以 dBm 或 W（注明换算）。

V. 可检预言与评估指标

• 预言 1（同步—TOA 协变）：在等带宽与 SNR 下，增加共同视角/差分时间会将 var(T_arr) 按 ~ (1/N_ref) 下降，映射到 σ_ρ = c_ref · σ_{T_arr}。
• 预言 2（GDOP 最优几何）：固定测距方差下，GDOP 于近正多边形锚点布设取得局部最小，cond(F) 同时下降。
• 预言 3（多频融合）：跨频 ω 的 W_coh(ω) 权重融合可使 tr(F) 超过任一单频段上界，表现为位置后验椭球体积缩小。
• 预言 4（FOA 垂直可观测性提升）：引入 FOA 后，对高度的 Fisher 子矩阵对角元素增大，缓解 2D→3D 退化。
• 预言 5（鲁棒清洗增益）：稳健混合似然或 M‑估计去除 NLOS_flag 后，NEES 与 NIS 通过率上升并趋近理论覆盖度。
• 评估指标：GDOP/PDOP/HDOP、RMSE/CEP/PEB/SEB、NEES/NIS、LOO/WAIC（模型比较）、pass@coverage（覆盖度）。

VI. 跨卷引用与本章锚点

• 跨卷引用（固定写法）：见《EFT.WP.Core.Metrology v1.0》Ch.1–3,5（量纲/单位/不确定度）；见《EFT.WP.Core.Equations v1.1》Ch.2 S20-*（路径/测度与两种到达时口径）；见 配套白皮书《能量丝》 第2章 S/P（路径与传播核）。
• 本章锚点：P10-1；S10-1；M1-1。

VII. 小结
本章确立了通信与导航融合的统一问题表述与执行主线，以两种 T_arr 口径和显式路径/测度为基，贯通观测建模、几何与同步、融合估计与计量设计，并以数据契约与接口 I12-* 保证跨平台复用与可审计性。后续章节按此主线展开可直接落地于不同场景与设备栈。