08-EFT.WP.Core.Sea v1.0 | 第1章 采集与设备谱

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第1章 采集与设备谱

I. 设备分层与命名

1. 设备分层
   • sensing head（传感头）：sensor，将物理量映射为电信号 x(t)。
   • front-end（调理前端）：增益/偏置/滤波，参数 A_gain、B_bias、C_offset、H(f)。
   • digitizer（模数化）：ADC_bits、ENOB、fs、DR。
   • timebase（时钟与同步）：clock_id、sync_ref、offset、skew、J、tau_mono、ts。
   • host/io（主机与通道）：chan、cap、q_len、fmt、manifest。
2. 命名约定
   • 设备标识：sid，型号：model，序列号：serial，标定号：cal_id。
   • 量纲与单位由 Core.Metrology 统一；变量与公式一律英文与纯文本，内联以反引号包裹。
   • 路径与到达时锚点：gamma(ell)、d ell、n_eff(x,t)、c_ref、T_arr。

II. 身份与最小字段集（v1.0 最小必填）

1. 身份与版本
   • sid（string），model（string），serial（string），cal_id（string），fw_rev（string），hw_rev（string）。
   • schema_ver（string），sea_rev（string，e.g. "v1.0"），created_ts（ts），updated_ts（ts）。
2. 采样与量化
   • fs（float），fs_nom（float），fs_max（float），ADC_bits（int），ENOB（float），DR（float）。
   • Delta_t（float，window），t0（tau_mono），t1（tau_mono），window_fn（string）。
3. 调理与滤波
   A_gain（float），B_bias（float），C_offset（float），H_ref（string or id），f_c（float），BW（float）。
4. 时钟与同步
   clock_id（string），sync_ref（string），offset（float），skew（float），J（float）。
5. 环境与修正
   RefCond（dict：temp、hum、press），corr_model（string），corr_params（dict）。
6. 质量与缺失
   q_score（float ∈ [0,1]），m（int ∈ {0,1}），drift（float），notes（string）。
7. 序列化与清单
   fmt（enum in {"jsonl","csv","parquet","nc","tfrecord"}），compress（string|None），manifest（dict），tags（list[string]）。

III. 公设 P81-*（设备与采集）

• P81-1 唯一性公设
  sid 在系统域内唯一；同一 sid 不可同时绑定多个 serial 或 cal_id。
• P81-2 标定不变公设
  标定映射 cal_id 确定后视为不可变；任何参数变更必须生成新的 cal_id 并在 manifest 追溯。
• P81-3 时钟守恒公设
  设备本地时间满足 ts_i(t) = alpha_i * tau_mono + beta_i；alpha_i=skew、beta_i=offset 的估计须附带不确定度 u(alpha_i)、u(beta_i)。
• P81-4 抗混叠公设
  若信号最高含能频率 f_max 已知，则 fs >= 2 * f_max；否则必须提供 H(f) 抗混叠指标与残余混叠估计。
• P81-5 到达时一致公设
  delta_form = | ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell ) - ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell ) |。任意使用 T_arr 的结果必须同时给出 gamma(ell)、d ell、c_ref、n_eff 并报告两口径差异
• P81-6 可追溯公设
  任何导出数据必须可追溯到 sid/model/serial/cal_id、fs、H(f)、RefCond、schema_ver。

IV. 最小方程 S81-*（设备域基础关系）

1. S81-1 标定映射（一次仿射形）
   • x_phys(t) = A_gain * ( x_raw(t) - C_offset ) + B_bias。
   • 若存在环境修正：x_corr(t) = corr_env( x_phys(t); RefCond )。
2. S81-2 通带能量保持（理想调理）
   ∫ |X(f)|^2 df ≈ ∫ | H(f) * X(f) |^2 df，积分区间限于 |f| <= BW。
3. S81-3 动态范围与饱和判据
   DR = ( x_max - x_min ) / noise_floor；饱和当 |x_raw| >= x_sat，则强制 q_score ↓ 且置 m=0 于受影响窗口。

V. 采集流程 Mx-1（注册→标定→采样→清单）

• register_sensor(model, serial, meta) 获取 sid，写入 schema_ver、sea_rev。
• load_calibration(sid, cal_id) 绑定标定；将 A_gain/B_bias/C_offset/H_ref/RefCond 入库。
• configure_sampling(sid, fs, gain) 设置 fs 与前端参数；校验 fs 与 BW、H(f) 的一致性。
• sync_clocks([sid], method="ptp", ref=sync_ref)；measure_skew_offset([sid], window) 生成 alpha_i/beta_i 与不确定度。
• 采样与调理：采集 x_raw(t)；filter_apply(x_raw, H_ref)；apply_calibration 得 x_phys(t)；必要时 apply_env_correction 得 x_corr(t)。
• 质量与缺失：计算 q_score 与 m；若 q_score < q_min 或 m=0，触发 raise_alert。
• 落盘与清单：serialize(data, fmt, compress)，export_manifest(data)；清单须包含 sid/model/serial/cal_id/fs/H_ref/RefCond/clock_id/offset/skew/J/schema_ver。
• 通道与背压：按 chan/cap/q_len 输出至上游管线；若发生拥塞，回传 bp（见《Core.Threads》第3章）。

VI. 设备能力包络与约束

1. 采样与频谱
   • fs ∈ (0, fs_max]，BW <= fs/2，f_c 选择满足目标带宽与群时延约束。
   • 窗函数 window_fn 与 Delta_t 影响频率分辨率与泄漏，固定在清单中。
2. 量化与动态范围
   • ENOB <= ADC_bits；当 ENOB < ENOB_min 时须降低 BW 或调整 A_gain。
   • DR 受 A_gain 与 noise_floor 共同约束，避免饱和与量化台阶同时发生。
3. 时钟与同步
   |skew| <= skew_max，|offset| <= offset_max，J <= J_max；不满足即标记 q_score 降级并触发校准。

VII. 清单结构（manifest 最小键集）

• identity: {sid, model, serial, cal_id, fw_rev, hw_rev}
• acquisition: {fs, fs_nom, fs_max, ADC_bits, ENOB, DR, Delta_t, window_fn}
• conditioning: {A_gain, B_bias, C_offset, H_ref, f_c, BW}
• timing: {clock_id, sync_ref, offset, skew, J, t0, t1}
• environment: {RefCond, corr_model, corr_params}
• quality: {q_score, m, drift}
• io: {fmt, compress, chan, cap, q_len}
• version: {schema_ver, sea_rev, created_ts, updated_ts}

VIII. 质量标记与告警策略

1. q_score 计算建议
   • 组成项：带外能量比、噪声底、饱和率、时钟稳定度、丢包率。
   • 归一化到 [0,1]，权重在 manifest 记录为 {w_band, w_noise, w_sat, w_clk, w_loss}。
2. 缺失与降级
   • 窗口级缺失置 m=0；导出统计报告需显式 approx independence 或说明窗口重叠比例。
   • 连续 K 个窗口 q_score < q_min 触发 raise_alert(kind="drift") 与重标定建议。

IX. 兼容性与跨卷接口

1. 与《Core.Threads》
   • 设备采集节点作为 thr 参与 G=(V,E)；输出 chan 需声明 cap/q_len 与背压闭环策略。
   • 超时与重试参见《Core.Threads》第5章；到达时 T_arr 的计算与对齐使用 enforce_arrival_time_convention。
2. 与《Core.Metrology》
   propagate_uncertainty 生成 u(x) 与 U = k * u_c；量纲检查 check_dim(expr) 必通过。
3. 与《Core.DataSpec》
   字段字典与枚举域复用其注册表；bind_to_parameters(ds, params) 用于将 RefCond/fs/H_ref 等参数落库。
4. 与《Core.Equations》
   路径与介质参数取值遵循其 S 系列；T_arr 两口径必须给出 delta_form。

X. 实现指引与合规等级

• Sea/Basic：完成 P81-1…P81-4、S81-1，提供 Mx-1 全流程与最小清单。
• Sea/Full：追加 P81-5…P81-6、S81-2、S81-3，不确定度与到达时两口径报告齐备。
• Sea/RT：在 Sea/Full 基础上满足实时通道与背压闭环、在线 q_score、滚动落盘与追踪。