08-EFT.WP.Core.Sea v1.0 | 第9章 质量与漂移监测

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第9章 质量与漂移监测

I. 目标与范围

• 定义 q_score 的分解与聚合口径，覆盖完整性、连续性、新鲜度、幅度与噪声、同步与到达时一致性等维度，并以统一记号输出可落盘与可告警的质量指标。
• 给出漂移 drift 的基线建模、检测统计与多尺度监测方法，联动 I80-7 quality_metrics/monitor_drift/raise_alert 与第2、3、4、5、7、8章的量化、同步、滤波、频谱与到达时模型。

II. 观测对象与窗口

1. 窗口定义
   • Delta_t：质量评估窗口长度；[t0, t1) 为单个窗口在 tau_mono 上的区间。
   • N：窗口内采样点数；now_ts：审计时刻（ts）。
2. 基础字段
   • m ∈ {0,1}：missingness mask；x(t)：已标定信号；fs_nom：名义采样率。
   • A_gain, B_bias, C_offset, DR, ENOB：来自设备与标定（第1、2章）。
   • alpha, beta, J：时钟 skew/offset/jitter（第3章）；H(f) 与 tau_g(H)（第4章）。
   • S_xx(f)：PSD；BW, f_c：带宽与截止（第5章）。
   • T_arr, delta_form：到达时与两口径差异（第8章）。

III. 公设 P89-*（质量与监测）

• P89-1 掩码优先公设
  任何统计或特征计算均以 m 为权，未观测样本不参与或以缺失处理。
• P89-2 时钟一致公设
  所有质量与漂移评估在 tau_mono 上完成；审计与发布在 ts 上记录。
• P89-3 维度可分公设
  q_score 可分解为若干子分数 s_i ∈ [0,1] 的加权聚合；低分子项应施以放大惩罚。
• P89-4 基线可回溯公设
  漂移判断需对比带版本号的基线 baseline@version；基线的来源、时间窗与样本量必须可追溯。
• P89-5 口径一致公设
  若 q_score 使用到 T_arr 或 H(f)，必须指明 c_ref, gamma(ell), d ell, H(f) 的版本与口径。

IV. 最小方程 S89-*（质量维度与子分数）

1. S89-1 完整性与新鲜度
   • comp = ( 1 / N ) * ∑_t m(t)。
   • fresh = exp( - ( now_ts - t1 ) / tau_fresh )。
   • s_comp = comp，s_fresh = min(1, fresh)。
2. S89-2 连续性与间隙
   • 设排序时间 tau_i，名义间隔 Delta_nom = 1 / fs_nom，gap_i = max( 0, tau_i - tau_{i-1} - Delta_nom )。
   • max_gap = max_i gap_i，s_cont = exp( - max_gap / tau_gap )。
3. S89-3 幅度与削顶
   • clip_rate = ( 1 / N ) * |{ t | |x(t)| >= DR_lim }|。
   • s_clip = exp( - alpha_clip * clip_rate )。
4. S89-4 噪声与带内 SNR（频域法）
   • 设信号带 [f_lo, f_hi] ⊆ [0, BW]，噪声带 [f_n1, f_n2] 位于止带。
   • P_sig = ( ∫_{f_lo}^{f_hi} S_xx(f) d f )，P_noise = ( ∫_{f_n1}^{f_n2} S_xx(f) d f )。
   • SNR_dB = 10 * log10( P_sig / P_noise )；s_snr = 1 / ( 1 + exp( - k_snr * ( SNR_dB - thr_snr ) ) )。
5. S89-5 同步与群时延补偿质量
   • s_sync = exp( - |beta| / beta_thr ) * exp( - |alpha - 1| / alpha_thr ) * exp( - J / J_thr )。
   • s_fe = exp( - |tau_g(H) - tau_g_ref| / tau_fe_thr )。
6. S89-6 到达时一致性
   s_toa = exp( - delta_form / eps_form )（若不涉及 T_arr，可置 s_toa = 1）。
7. S89-7 质量聚合（几何型）
   • 设权重 w_i >= 0 且 ∑ w_i = 1，S = { s_comp, s_cont, s_fresh, s_clip, s_snr, s_sync, s_fe, s_toa }。
   • q_score = exp( ∑_i w_i * ln( s_i ) )，并裁剪至 [0,1]。

V. 漂移度量与检验

1. 位置与尺度漂移
   • Delta_med = median_cur - median_base；z_robust = Delta_med / MAD_base。
   • r_sigma = sigma_cur / sigma_base；r_gain = A_gain_cur / A_gain_base；r_bias = B_bias_cur - B_bias_base。
2. 分布漂移（有界统计优先）
   • Jensen–Shannon 距离：JSD(p,q) = 0.5 * D_KL( p || m ) + 0.5 * D_KL( q || m )，m = 0.5 * ( p + q )。
   • D_KL( p || q ) = ∑_b p_b * ln( p_b / q_b )，分类或分箱概率 p_b, q_b 需加 eps 平滑。
   • Kolmogorov–Smirnov：KS = sup_x | F_p(x) - F_q(x) |（一维数值）。
3. 频谱形状漂移
   • Delta_PSD = ( ∫_{0}^{BW} | S_xx_cur(f) - S_xx_base(f) | d f ) / ( ∫_{0}^{BW} S_xx_base(f) d f )。
   • 带能量比变化：BER = ( P_sig_cur / P_noise_cur ) / ( P_sig_base / P_noise_base )。
4. 速率与时间基漂移
   fs_hat = ( N - 1 ) / ( tau_{N-1} - tau_0 )；drift_fs = | fs_hat - fs_nom | / fs_nom。
5. 合成漂移指标（无量纲）
   • D = w_loc * | z_robust | + w_scale * | ln( r_sigma ) | + w_shape * JSD_norm + w_spec * Delta_PSD + w_rate * drift_fs；JSD_norm = JSD / ln(2)。
   • drift_flag = 1( D >= thr_drift )。

VI. 控制图与时间平滑

• EWMA（指数加权移动平均）
  S_t = lambda * x_t + ( 1 - lambda ) * S_{t-1 }；z_t = ( S_t - mu_0 ) / sigma_0；触发阈值 |z_t| >= L。
• CUSUM（累积和）
  C_t^+ = max( 0, C_{t-1}^+ + x_t - ( mu_0 + k ) )，C_t^- = max( 0, C_{t-1}^- + ( mu_0 - k ) - x_t )；若 C_t^+ >= h 或 C_t^- >= h 则告警。
• 建议
  对低信噪与稀疏样本采用 EWMA；对微小均值漂移采用 CUSUM；控制图输入可取 z_robust、ln(r_sigma)、Delta_PSD 等。

VII. 质量门限与处置矩阵

1. 判定规则
   q_score >= q_pass 判定为通过；q_degrade <= q_score < q_pass 判定为降级；q_score < q_degrade 判定为不合格。
2. 处置动作
   • s_sync 低：执行 I80-2 sync_clocks；必要时重测 alpha, beta, J。
   • s_clip 低：降低 A_gain 或提升 DR；必要时调整 H(f)。
   • s_snr 低：扩展平均、改变窗函数或调整带宽；必要时检查屏蔽与接地。
   • s_toa 低：复核 gamma(ell), c_ref 与 n_eff（第8章），校正 T_fe（第4章）。
   • 漂移持续：触发重标定或基线再训练，版本递增 baseline@version+1。

VIII. 执行流程 Mx-9（质量与漂移闭环）

• 取窗口 [t0, t1) 与 manifest，加载 baseline@version。
• 计算基础统计：comp, fresh, max_gap, clip_rate, SNR_dB, alpha/beta/J, tau_g(H)。
• 生成子分数 S = { s_comp, s_cont, s_fresh, s_clip, s_snr, s_sync, s_fe, s_toa }，按 S89-7 聚合得 q_score。
• 生成漂移统计：z_robust, r_sigma, JSD_norm, Delta_PSD, drift_fs，合成 D 与 drift_flag。
• 依据 VII 的门限与处置矩阵，必要时调用 I80-7 raise_alert(kind,payload)；记录 action_taken。
• 落盘：更新清单与监控（第7章），包含 {q_score, S, D, drift_flag, baseline_version, actions}。
• 自适应：若 q_score 连续 K_pass 窗口稳定且 drift_flag=0，允许缓慢更新基线（EWMA 或滑窗再估）。

IX. 接口绑定与字段建议

• I80-7 quality_metrics(data:any) -> dict
  输出建议：{"comp":..., "fresh":..., "max_gap":..., "clip_rate":..., "SNR_dB":..., "s_comp":..., "s_cont":..., "s_fresh":..., "s_clip":..., "s_snr":..., "s_sync":..., "s_fe":..., "s_toa":..., "q_score":...}。
• I80-7 monitor_drift(baseline:any, current:any, fields:list[str]) -> dict
  输出建议：{"z_robust":..., "r_sigma":..., "JSD_norm":..., "Delta_PSD":..., "drift_fs":..., "D":..., "drift_flag":...}。
• I80-7 raise_alert(kind:str, payload:dict) -> None
  kind ∈ {"quality_degrade","drift_detected","sync_fault","clipping","snr_low","toa_inconsistency"}；payload 携带窗口与版本信息。
• I80-8 export_manifest(data:any) -> dict
  增补字段：{"q_score":..., "S":..., "D":..., "drift_flag":..., "baseline_version":..., "c_ref":..., "H_rev":..., "toa_delta_form":...}。

X. SLI 与运行指标（对接《Core.Threads》与第7章）

1. 数据质量 SLI
   • Quality.PassRate = mean( 1( q_score >= q_pass ) )
   • Quality.P95 = P95( q_score )
   • Quality.StaleRatio = mean( 1( fresh < fresh_min ) )
   • Drift.AlertRate = mean( drift_flag )
2. 观测窗口与告警节流
   使用 SLA_window 聚合；对同类告警应用退避与合并，避免风暴。

XI. 默认参数与建议值

• w = {comp:0.20, cont:0.15, fresh:0.10, clip:0.10, snr:0.20, sync:0.10, fe:0.10, toa:0.05}。
• q_pass = 0.80，q_degrade = 0.60；tau_fresh = 5 * Delta_t；tau_gap = 2 * Delta_t；alpha_clip = 8。
• thr_snr = 20 dB，k_snr = 0.25；beta_thr = 200 us，alpha_thr = 50 ppm，J_thr = 50 us。
• 漂移阈：thr_drift = 1.0；控制图：lambda = 0.2，L = 3，k = 0.5 * sigma_0，h = 5 * sigma_0。

XII. 跨章互锁与追溯

• 与第2章：ENOB/DR 约束 s_clip 与 s_snr 的上界；量化噪声进入 P_noise。
• 与第3章：alpha/beta/J 决定 s_sync 与 drift_fs；所有时序在 tau_mono 上评估。
• 与第4章：H(f) 与 tau_g(H) 给出 s_fe；滤波改变 S_xx(f) 的能量分布。
• 与第5章：频谱估计口径决定 P_sig/P_noise 与 Delta_PSD 的稳定性。
• 与第7章：manifest 与入湖策略依据本章字段进行门控与回溯。
• 与第8章：delta_form 直接进入 s_toa 与告警 toa_inconsistency。