41-EFT.WP.Comms.Navigation v1.0 | 第13章 案例库：GNSS/UWB/5G/Wi Fi/Acoustic/多传感

目录 ／ 文档-技术白皮书 ／ 41-EFT.WP.Comms.Navigation v1.0

第13章 案例库：GNSS/UWB/5G/Wi Fi/Acoustic/多传感

I. 目标与范围

• 提供多场景端到端参考实现（数据→清洗/去嵌→观测构造→融合→评估→设计建议），覆盖 GNSS/UWB/5G/Wi-Fi/Acoustic 及其与 IMU/里程计/视觉 的多传感融合。
• 公式/符号/定义统一英文并用反引号；凡涉及到达时，必须沿用既定 T_arr 口径并显式记录 gamma(ell) 与测度 d ell。

II. 通用数据契约与管线

• S130-1（案例数据卡·必填）
• unit_system: "SI"
• case_id: "<gnss|uwb|5g|wifi|acoustic|multisensor>"
• scene_tag: "<indoor|urban|highway|forest|factory|campus|UAV_outdoor>"
• anchors:
• - {id: "...", p_S: [x,y,z], array: "<ULA|URA|omni>", cal: "<file|hash>"}
• arrival_time:
• convention: "pulled_const|integrand"
• delta_form: "c_ref^-1 * ∫ n_eff dℓ" # or "∫ (n_eff/c_ref) dℓ"
• gamma: "piecewise: free|fixture|substrate|device|environment"
• d_ell: "m"
• channels:
• y_channels: ["TOA","TDOA","AOA","FOA","RSS","CP","IMU","WHEEL","VO"]
• Σ_y: "<block-diagonal or sparse>"
• cal_bundle:
• deembed: {scheme: "OSLT|TRL", refs: ["blank","substrate-only"]}
• sync: {cov_clock: {bb:"<s^2>", bd:"<s^2/s>", dd:"<s^2/s^2>"}}
• robust:
• nlos_flag: "<bool|score>"
• mixture: {pi_los: "<0..1>", mu_nlos: "<per-channel>", Sigma_nlos: "<blocks>"}
• priors:
• P0: "<state prior>", Qc: "<process PSD>", sync_cov: "<bb,bd,dd>"
• S130-2（清洗与去嵌）：相位解缠 φ(ω) 与群延迟 τ_g；路径去嵌固定 T_arr^{(k≠segment)}；非对称与漂移建模写入 cal_bundle。
• S130-3（观测与雅可比）：按第4章构造 y 与 H；按第10章生成 J,B,Σ_y。
• S130-4（融合与鲁棒）：第8章 EKF/UKF/PF/FG 框架；第9章再加权/膨胀与可切换约束。
• S130-5（评估与设计）：NEES/NIS、ATE/RPE/CEP/PEB/SEB、GDOP/PDOP/HDOP/VDOP、信息度与 D/A/E-optimal 设计建议。
• M13-1（数据卡→清洗）：导入数据卡→去嵌/解缠→同步并入→异常分段不确定度注入 Σ_y。
• M13-2（清洗→观测/矩阵）：生成 y,H 与 J,B,Σ_y；记录 arrival_time 四字段。
• M13-3（观测→融合）：按选择的融合模式运行并输出 {x̂,P} 或 {traj,cov}。
• M13-4（融合→评估/设计）：一致性/覆盖率与误差预算→输出设计建议与改进清单。

III. 案例 A：GNSS（多频/载波相位）

• S130-6（通道与要点）：TOA/FOA/CarrierPhase；双频电离层改正、整周模糊度 N 固定与双差。
• S130-7（清洗与同步）：卫星钟/电离层/对流层改正；共视法对齐参考钟。
• S130-8（融合）：CP 强约束 + TOA/FOA 辅助；整周失败退回浮点解并放大不确定度。
• S130-9（评估）：PDOP/VDOP 与高度可观测性；NEES/NIS、ATE。
• 输出：{x̂(t), cov(t), N_hat, status} 与设计建议（增加仰角覆盖/改进共视/多频权重）。

IV. 案例 B：UWB（室内 TDOA/TWR）

• S130-10（通道）：TDOA/TWR 为主，AOA 选配。
• S130-11（清洗）：CIR 解读、超时延与 τ_rms 筛选；NLOS 再加权。
• S130-12（融合）：ES-EKF/FG；地面约束与行人/车载运动模型。
• S130-13（评估）：HDOP 与覆盖热力图；CEP/PEB。
• 输出：锚点最小集与冗余设计、TWR 轮次与占空建议。

V. 案例 C：5G（AOA/OTDOA/PRS）

• S130-14（通道）：AOA + (TOA/TDOA)；阵列/波束成形与 AOA 校准。
• S130-15（同步）：PTP/gPTP + fronthaul；DL/UL 非对称 b_asym 表修正。
• S130-16（融合）：AOA 切向约束 + T(D)OA 径向约束；FOA 提升垂向信息度。
• S130-17（评估）：城市峡谷多径下 GDOP/HDOP 与鲁棒核对比。
• 输出：基站布设（高度/方位）与参考同步配置建议。

VI. 案例 D：Wi-Fi（FTM/RTT + RSS）

• S130-18（通道）：TOA (FTM/RTT) 与 RSS；AP 时钟与协议差异。
• S130-19（清洗）：RSS Rician K 与对数方差门控；室内地图/遮挡表。
• S130-20（融合）：TOA 为主、RSS 辅助；弱几何区引入 AOA 或视觉。
• S130-21（评估）：PDOP/HDOP 与室内多层覆盖；CEP。
• 输出：AP 选址与信道配置（带宽/占空/功率）。

VII. 案例 E：Acoustic（TOA/AOA/FOA）

• S130-22（通道）：水声/空腔近场，强色散与温度剖面影响 n_eff(ω)。
• S130-23（清洗）：多径峰分解与相干窗限制，群延迟偏差修正 Δτ ≃ (1/c_ref) ∫ (∂ n_eff/∂ω) dℓ。
• S130-24（融合）：与 IMU/VO 融合以抑制长时漂移。
• S130-25（评估）：PEB/SEB 与水层/房腔模型敏感性。
• 输出：换能器布设与带宽分配建议。

VIII. 案例 F：多传感（GNSS+5G+UWB+IMU+VO）

• S130-26（策略）：依据 scene_tag 自动选择通道权重与鲁棒核；FOA + AOA 提升垂向与航向可观测性。
• S130-27（图优化）：IMU 预积分因子 + 多通道观测因子 + 可切换约束；滚动关键帧与 Schur 边缘化。
• S130-28（SBC/基准）：以第11章生成合成集与 truths，检查覆盖率与一致性。
• 输出：跨平台配置包与设计配额（频段/时隙/功率/锚点数）。

IX. 统一输出与报告模板

• S130-29（报告结构）
• case_report:
• summary: {...}
• trajectory: {x_hat: "...", cov: "...", metrics: {ATE:"...", CEP:"...", PEB:"..."}}
• geometry: {DOP_maps: "...", worst_points: "...", advice: "..."}
• sync: {cov_clock: "...", residuals: "..."}
• robustness: {AUC:"...", ECE:"...", drops:"..."}
• design: {x_design*: "...", covθ*: "...", quotas: {band:"...", dwell:"...", anchors:n}}
• reproducibility: {scripts:"...", env:"...", anchors:["S130-*","M13-*","I13-*"], hash:"..."}
• M13-5（报告生成）：汇总 metrics/DOP/coverage/consistency 与实验设计建议；导出 repro_bundle。

X. 实现绑定（接口原型）

• I13-1 load_case_card(path) -> {data, meta}
• I13-2 clean_and_deembed(data, cal_bundle) -> {clean, Σ_y, weights}
• I13-3 build_channels(clean, config) -> {y, H, J, B, Σ_y}
• I13-4 run_fusion(mode, y, H, Σ_y, priors) -> {x̂, P or traj, cov}
• I13-5 evaluate(traj, truths, dop_maps) -> {metrics, coverage}
• I13-6 recommend_design(metrics, F) -> {x_design*, quotas}
• I13-7 emit_case_report(all_artifacts) -> {report.yaml, repro_bundle}

XI. 质量门（本章适用）

• Q1 口径一致：所有涉及 T_arr 的案例同时包含 convention/delta_form/gamma(ell)/d_ell。
• Q2 单位/量纲：s/Hz/rad/m/dBm/W 等 SI/工程单位齐全，check_dim 通过。
• Q3 协方差一致性：清洗/再加权/删失的变更同步反映到 Σ_y 块与图/滤波结构。
• Q4 一致性与覆盖：NEES/NIS 与 pass@coverage 接近标称；报告最差点位与缓解动作。
• Q5 可复现：repro_bundle 完整；含脚本/参数/环境/锚点与哈希，可一键重放。

XII. 跨卷引用与本章锚点

1. 跨卷引用（固定写法）：见本卷第3–10章（传播/观测/几何/同步/动力学/融合/计量链）与第11章（仿真栈）。
2. 本章锚点：
   • 最小方程：S130-1—S130-29
   • 流程：M13-1—M13-5
   • 接口：I13-1—I13-7

XIII. 小结
本章给出覆盖 GNSS/UWB/5G/Wi-Fi/Acoustic/多传感 的端到端复现范式与报告模板，将数据契约、去嵌与口径、同步与鲁棒、融合与设计贯通；配合第11章合成基准与第10章信息度指标，为跨场景部署、方法比较与工程落地提供可审计、可复现的标准流程。