gps/soc/software/gps_measurement_python/output/DOPPLER_ESKF_ANALYSIS.md

Doppler WLS -> ESKF model sonuçları

Monte Carlo seed sayısı: 20; ilk 5 saniye RMS metriklerinden çıkarıldı. 50 Hz tracking, önceki alpha=0.05 Doppler IIR, 5 Hz dört-state velocity WLS, fusion adapter'ın 2/2/3 m/s ENU sigma tabanları, TDK profiliyle 100 Hz IMU propagation ve 3-DOF %99.9 NIS kapısı modellenmiştir.

Sonuç tablosu

Senaryo	Yol	ESKF RMS (m/s)	Dynamic RMS	WLS RMS	Accept (%)	95% cov. (%)	Exclude (%)
steady_cruise	Önceki sabit IIR	0.182	-	0.068	100.0	100.0	0.0
steady_cruise	Ham Doppler + ESKF	0.190	-	0.416	100.0	100.0	0.0
steady_cruise	Adaptif IIR + ESKF	0.182	-	0.068	100.0	100.0	0.0
steady_cruise	Ham + robust WLS + ESKF	0.190	-	0.416	100.0	100.0	0.0
airliner_maneuver	Önceki sabit IIR	0.416	0.438	0.440	100.0	99.7	0.0
airliner_maneuver	Ham Doppler + ESKF	0.190	0.179	0.416	100.0	100.0	0.0
airliner_maneuver	Adaptif IIR + ESKF	0.194	0.189	0.135	100.0	100.0	0.0
airliner_maneuver	Ham + robust WLS + ESKF	0.190	0.179	0.416	100.0	100.0	0.0
aggressive_maneuver	Önceki sabit IIR	0.942	0.919	1.178	100.0	55.9	0.0
aggressive_maneuver	Ham Doppler + ESKF	0.190	0.186	0.416	100.0	100.0	0.0
aggressive_maneuver	Adaptif IIR + ESKF	0.200	0.197	0.171	100.0	100.0	0.0
aggressive_maneuver	Ham + robust WLS + ESKF	0.190	0.186	0.416	100.0	100.0	0.0
low_cn0_airliner	Önceki sabit IIR	0.419	0.443	0.485	100.0	99.7	0.0
low_cn0_airliner	Ham Doppler + ESKF	0.251	0.242	1.317	100.0	100.0	0.0
low_cn0_airliner	Adaptif IIR + ESKF	0.206	0.203	0.338	100.0	100.0	0.0
low_cn0_airliner	Ham + robust WLS + ESKF	0.251	0.242	1.317	100.0	100.0	0.0
single_satellite_outliers	Önceki sabit IIR	0.495	0.478	1.146	100.0	97.7	0.0
single_satellite_outliers	Ham Doppler + ESKF	0.257	0.229	1.451	100.0	100.0	0.0
single_satellite_outliers	Adaptif IIR + ESKF	0.356	0.312	1.154	100.0	100.0	0.0
single_satellite_outliers	Ham + robust WLS + ESKF	0.191	0.179	0.418	100.0	100.0	2.9
clock_drift_steps	Önceki sabit IIR	0.416	0.438	0.440	100.0	99.7	0.0
clock_drift_steps	Ham Doppler + ESKF	0.190	0.179	0.416	100.0	100.0	0.0
clock_drift_steps	Adaptif IIR + ESKF	0.194	0.189	0.135	100.0	100.0	0.0
clock_drift_steps	Ham + robust WLS + ESKF	0.190	0.179	0.416	100.0	100.0	0.0
gps_gap_recovery	Önceki sabit IIR	0.397	0.413	0.431	100.0	99.9	0.0
gps_gap_recovery	Ham Doppler + ESKF	0.208	0.192	0.417	100.0	100.0	0.0
gps_gap_recovery	Adaptif IIR + ESKF	0.208	0.197	0.129	100.0	100.0	0.0
gps_gap_recovery	Ham + robust WLS + ESKF	0.208	0.192	0.417	100.0	100.0	0.0
mixed_flight_faults	Önceki sabit IIR	0.940	0.913	1.515	100.0	60.4	0.0
mixed_flight_faults	Ham Doppler + ESKF	0.224	0.209	1.498	100.0	100.0	0.0
mixed_flight_faults	Adaptif IIR + ESKF	0.295	0.275	0.838	100.0	99.9	0.0
mixed_flight_faults	Ham + robust WLS + ESKF	0.221	0.206	1.013	100.0	100.0	1.9

Bulgular

• Sabit hızda pre-IIR ESKF RMS'i 0.182 m/s, ham yol 0.190 m/s. Yani pre-IIR sakin durumda daha düzgün çıktı veriyor; ESKF ham gürültüyü zaten 0.416 m/s WLS RMS'ten bu seviyeye indiriyor.
• Airliner manevrasında sabit IIR 0.416 m/s ve %0.0 NIS ret oranı verirken ham yol 0.190 m/s ve %0.0 ret verdi. Konservatif adapter tabanları rejection'ı sınırlasa bile covariance'ın temsil etmediği IIR gecikmesi fused velocity'de dinamik hata bırakır.
• Düşük C/N0 manevrasında sabit/ham/adaptif RMS sırasıyla 0.419, 0.251, 0.206 m/s oldu. Adaptif yol bu sentetik koşulda gürültü/gecikme uzlaşmasını sağladı; gerçek eşikler kart verisi ister.
• Tek uydu burst'ünde raw WLS RMS 1.451 m/s, robust leave-one-out ile 0.418 m/s. ESKF son RMS farkı daha küçük; çünkü mevcut residual covariance inflation aggregate hatayı zaten zayıflatıyor. Robust kapı yine de hatalı kanalı bütün epoch'u reddetmeden ayırır.
• Common clock-drift step raw velocity RMS'ini bozmadı; clock-drift state RMS'i 0.269 m/s. Dördüncü WLS bilinmeyeni ortak frekans hatasını üç hız bileşeninden ayırıyor.

Mimari kararı

• ESKF açıkken uygulanan ana yol: 20 ms ham Doppler snapshot -> kanal validity/outlier kontrolü -> 5 Hz robust velocity WLS + gerçek covariance -> adapter tabanları -> ESKF. Sabit alpha=0.05 temporal IIR yalnız PPS drift-predictor yolunda kalır.
• ESKF yalnız 3D aggregate velocity gördüğü için tek uydu hatasını sonradan teşhis edemez. Per-satellite robust gate/FDE WLS öncesinde kalmalıdır.
• Standalone GPS speed, PPS aiding veya ESKF kapalı build için ayrı, yavaş filtrelenmiş Doppler çıktısı tutulabilir. Aynı filtered değeri hem code aiding hem ESKF velocity için kullanmak uygun değildir.
• Adaptif IIR mümkündür; modelde C/N0 sakin-state alpha'sını, düşük geçiren IMU navigation acceleration ise dynamic alpha'yı seçer. Ancak ESKF'li ana yol için ham ölçüm daha sade ve gecikmesizdir.

Model sınırları

• Sonuçlar sentetik hata büyüklüklerine koşulludur; kartta yüzde kazanç iddiası değildir.
• Uydu geometrisi sabit sekiz-kanal local LOS modelidir. Satellite velocity/clock düzeltmelerinin doğru yapıldığı varsayılmıştır.
• ESKF, bu soruya etki eden [velocity, accel-bias] alt sistemine indirgenmiştir; attitude, lever-arm ve tam position cross-covariance modellenmemiştir.
• Tam firmware'deki position update'in velocity/accel-bias cross-covariance üzerinden sağlayabileceği kısmi recovery bu azaltılmış modelde yoktur. Bu nedenle uzun NIS-ret zincirinin mutlak büyüklüğü değil, pre-IIR'in gecikme ve ret mekanizması karar girdisidir.
• Carrier loop gürültüsü C/N0 sigma yasasıyla üretilmiştir. Gerçek correlation, oscillator phase noise ve cycle slip dağılımları kart loguyla kalibre edilmelidir.
• Robust WLS'nin 3.5 sigma, en az altı uydu ve bütün tek-kanal leave-one-out seçimi C implementasyonuyla aynıdır. RTL değişmez; raw/filtered ayrımı firmware'dedir.