gps/soc/software/fusion/README.md

# GPS / IMU ESKF fusion

Bu klasör Genesys2 kartından UART ile alınan GPS WLS konumlarını ve PMOD SPI
üzerindeki TDK ICM-4268x veya ST LSM6DSOX ölçümlerini Python'da işler. Filtre
15 hata durumlu bir ESKF'dir: ENU konum/hız, quaternion tutum, ivmeölçer biası
ve jiroskop biası. Kartın durağan olduğu deneyde zero-velocity update (ZUPT)
uygulanır ve GPS innovation değerlerine aykırı-ölçüm kapısı konur.

Bare-metal ürün firmware'i ana dizinden iki profille üretilebilir:

```sh
# TDK + GPS + ESKF (varsayılan GPS_ESKF_ENABLE=1)
make FPGA_BOARD=genesys2 APP=gps_system \
  GPS_ESKF_ENABLE=1 IMU_SENSOR=tdk fpga-mcs

# GPS-only; IMU/ESKF kapalı, WLS/Doppler/PPS açık
make FPGA_BOARD=genesys2 APP=gps_system \
  GPS_ESKF_ENABLE=0 fpga-mcs
```

Firmware ve UART kayıt aracının varsayılan hızı `460800` baud'dur. İki profil
aynı MCS/BIN çıktı yolunu kullandığı için ikinci build ilk dosyanın üzerine
yazar.

## Güncel durum ve devralma notu (2026-07-16)

Bu bölüm yeni bir geliştirme oturumunun nereden devam edeceğini tek yerde
özetler. Aşağıdaki Python model ve bare-metal C uygulaması aynı problemi çözer,
fakat aynı program değildir:

### Asenkron IMU/GPS düzeltmesi ve sentetik oran matrisi

Önceki prototipte 52 Hz ST akışından yalnız yaklaşık 250 ms'de bir ham örnek
seçiliyordu. Bu inertial downsampling değildir: kısa gyro hareketi iki seçilen
örneğin arasında kalınca değişen gravity vektörü görülüyor, dönüş görülmüyor ve
yanlış yatay ivme entegre ediliyordu. Linux C hızlı-eğim testinde bu yol 8.169 m
tepe yatay hata ve 1.554 m/s kalıcı hız üretti.

Bu seçim katmanı kaldırıldı. Artık her raw sample kendi timestamp'iyle işlenir;
ardışık accel/gyro örnekleri midpoint mechanization ile entegre edilir. GPS,
IMU'dan bağımsız bir position observation'dır. WLS yalnız geçerli olduğunda
ölçüm epoch'unda uygulanır; epoch iki IMU sample'ı arasındaysa input lineer
interpolate edilir, update sonrası kalan IMU geçmişi current-time horizon'a
replay edilir. Ana döngü IMU kuyruğunu WLS'den önce ve sonra tamamen boşaltır.

`async_rate_matrix_test.c` aynı üretim C kaynaklarına 52 Hz timestamp'li IMU,
100/200/1000 ms GPS, 73/310 ms delivery delay, farklı eksenlerde ivmelenme ve
fren, yaw dönüşü ve 10--18 s GPS outage verir. Sonuçlar sırasıyla 0.172/0.180/
0.389 m yatay RMSE ve outage sırasında 0.634/0.671/0.822 m tepe hatadır; üçünde
de GPS recovery kabul edilmiş, false ZUPT ve NIS reject sıfırdır. Tam GPS'siz
koşu da kendine konum feed etmeden yerel dead-reckoning yapar: global origin
false kalır, kovaryans büyür ve 25 s sonunda 3.674 m drift oluşur. Bu drift
gizlenmez; mutlak konumun IMU-only durumda gözlenememesinin beklenen sonucudur.

`gps_reacquisition_test.c`, canlı UART'ta görülen kötü ilk GPS fix'i senaryosunu
ENU'da 80/40/-170 m başlangıç ofsetiyle tekrarlar. Hard NIS kapısı tek başına
sonraki doğru fix'leri sürekli reddettiği için fusion engine zaman tabanlı bir
position reacquisition uygular: son başarılı position fusion üzerinden yedi
saniye timeout geçtikten ve en az üç rejected fix kendi içinde devamlı olduktan
sonra yalnız position state resetlenir. Hız, attitude ve IMU bias'ları korunur.
Test 100/200/1000 ms GPS periyotlarında sıfır son hata üretir; ayrı
150/-120/+80 m tek-fix testi aykırı ölçümün reddedildiğini ve state reset
oluşturmadığını doğrular.

Testin `--trace` seçeneği UART'a benzer `IMU ts=...`, `GPS ts=... arrival=...`
satırları üretir. Standart regression komutu:

```sh
make -C soc/software/fusion/tests test
```

`platform_scenario_matrix_test.c` ayrıca stationary/tilt/vibration, yaya,
trafik ışığında duran otomobil ve ani dönüşlü/yüksek ivmeli uçak profillerini;
200/500/1000 ms GNSS ile 19/20/200/300 ms IMU'nun 48 kombinasyonunda çalıştırır.
GNSS dört uydu kullanır, ilk bölümde 5--10 m, sonra 3--5 m sınıfı yatay gürültü,
3 saniye outage ve 2 saniye tutarlı büyük hata içerir. Kısa hata yedi saniyelik
recovery timeout'unu açamaz. 200/300 ms IMU yüksek dinamikteki doğruluk kaybıyla
birlikte açıkça raporlanır; test bunu daha sık IMU varmış gibi gizlemez.

```text
Offline model:
UART GPS + IMU logları -> Python parser -> fixed/adaptive ESKF -> CSV/grafik/harita

Ürün yolu:
GPS position + Doppler velocity --\
                                   -> fusion_engine -> 15-state ESKF -> fused LLH/ENU
TDK veya ST IMU -> imu_sensor ----/
```

### Doppler ESKF'ye nasıl geliyor?

1. Tracking RTL her 20 ms NAV-bit epoch'unda carrier NCO Q7 değerini,
   `ABS_SAMPLE`, remaining code phase ve 20 prompt'un I/Q/WBP toplamlarını
   birlikte latch eder. Payload 20 ms sabit kalır; APB wrapper registered
   synchronizer ve settle süresinden sonra atomik register bankı ile interrupt
   üretir.
2. Firmware coherent mailbox okumasında sequence'i payload öncesi/sonrası
   kontrol eder. Carrier değeri için
   `doppler_hz = carrier_q7/128 - 4092000`, L1 pseudorange-rate için
   `range_rate = -doppler_hz*c/1575420000` kullanılır.
3. Aynı PRN'in 50 Hz snapshot'larında C/N0 `alpha=0.2`, Doppler `alpha=0.05`
   software IIR ile yumuşatılır. RTL ham ölçümü korur; hardware Doppler IIR
   içermez.
4. En az dört uyduyla C/N0-weighted velocity WLS
   `[receiver_vx, receiver_vy, receiver_vz, receiver_clock_drift_mps]`
   state'ini çözer. Her observation'dan satellite LOS velocity çıkarılır,
   broadcast satellite clock drift eklenir. Inverse normal matrix ve post-fit
   residual ECEF velocity covariance'ini üretir.
5. GPS adapter velocity ve 3x3 covariance'i ECEF'ten ENU'ya döndürür,
   kart ölçümüne dayalı minimum `2/2/3 m/s` standard-deviation floor'larını
   uygular ve position ile aynı capture timestamp'ini korur.
6. Fusion engine gecikmiş position ve velocity'yi aynı geçmiş epoch'unda
   uygular. Velocity'nin ayrı 3-DOF `%99.9`, `NIS=16.266` kapısı vardır; bir
   velocity reject aynı epoch'taki kabul edilmiş position update'ini bozmaz.
   Sonra daha yeni IMU history current-time horizon'a kadar replay edilir.

Bu zincirin RTL/register ayrıntısı
`hardware/external/gps/rtl/trck_src/README.md`, bare-metal WLS ve kart
doğrulaması `soc/software/gps_system/README.md` içindedir.

Python tarafındaki giriş noktaları:

- `serial_capture.py`: UART akışını zaman damgalı CSV olarak toplar;
- `fusion_eskf.py`: GPS ve TDK/ST IMU kayıtlarını offline ESKF'de oynatır;
- `compare_eskf_models.py`: sürekli stationary kısıtlı model ile hareketi
  algılayıp ZUPT'yi açıp kapatan adaptif modeli aynı veri üzerinde karşılaştırır;
- `map_player.py`: ham GPS ve düzeltilmiş ESKF noktalarını Linux masaüstü
  penceresinde OpenStreetMap üzerinde zamana göre oynatır;
- `compare_firmware_logs.py` ve `synthetic_firmware_ab.py`: standalone GPS
  firmware A/B ve sentetik WLS bütünlük analizlerini üretir.

Bare-metal ürün mimarisi sürücüden bağımsızdır. `imu_sensor` aktif TDK veya ST
backend'ini seçer, `imu_calibration` SI birimine ve ortak eksen takımına
dönüştürür, `fusion_engine` ise sensör markasını bilmeden motion detector ve
ESKF'yi çalıştırır. IMU ve GPS asenkrondur; ikisi de aynı monotonik CLINT/CPU
tick alanında ölçüm anında damgalanır. GPS WLS geç tamamlanırsa fixed-lag IMU
history replay ile position ve Doppler velocity update'leri atomik olarak
gerçek ölçüm epoch'unda uygulanır.

Doğrulama durumu:

- Linux/GCC sentetik hareket, stationary, ani ivmelenme/fren, dönüş, ZUPT,
  position/velocity NIS rejection, gecikmiş aynı-epoch position+velocity
  replay, ECEF->ENU velocity/covariance dönüşümü, covariance invariantları ve
  ASan/UBSan testleri geçti. Ayrıntılı sonuçlar aşağıdadır.
- STEVAL-MKI217V1 üzerindeki LSM6DSOX'un SPI Mode-0 okuması, 60 saniyelik
  stationary ham veri kaydı ve fiziksel INT1 yolu gerçek Genesys2 kartında
  doğrulandı. 2026-07-16 canlı tekrarında 4084 interrupt'ın tamamı sample'a
  dönüştü; read-fail, queue overflow, unexpected IRQ ve trap sayıları sıfırdı.
  Ölçülen 105.789 Hz hız yapılandırılan 104 Hz ODR ile uyumluydu. Bu, tek
  başına bütünleşik fusion doğrulaması değildir.
- PMOD asynchronous input -> 3FF synchronizer -> PLIC device 11 -> C ISR yolu
  ASIC/Questa simülasyonunda geçti.
- Genesys2 fiziksel sensör interrupt girişi son tasarımda `JB1/V29`, GPS PPS
  çıkışı `JC10/AK28`'dir. Eski `JC9/AK30` dokümantasyonu geçersizdir. STEVAL
  `INT1 -> JB1 -> 3FF synchronizer -> PLIC 11 -> C ISR` yolu gerçek kartta
  kesintisiz sample akışıyla doğrulandı.
- GPS + ST/TDK + ESKF'nin aynı gerçek firmware koşusunda hareketli platform
  testi, Rocket `rdcycle` yük ölçümü, mounting dönüşümü ve sample-loss testi
  henüz tamamlanmadı. Sentetik metre sonuçları gerçek saha accuracy iddiası
  değildir.

Git devralma durumu: aktif branch `tdk_ekf`'dir. Çalışma ağacında GPS/nav-timer
kaynak değişiklikleri ile çok sayıda üretilmiş bitstream, object, simülasyon ve
log dosyası bulunabilir. Yeni oturum önce `git status`, `git diff` ve
`git log --oneline --decorate -5` ile tekrar kontrol etmeli; üretilmiş dosyaları
ayırmadan `git add -A` kullanmamalıdır.

Sonraki ana adımlar:

1. `gps_system` içinde ST veya TDK seçerek GPS + IMU + ESKF UART telemetry'sini
   gerçek karttan toplamak; fused LLH/ENU, hız, motion state, NIS, GPS accept/
   reject, IRQ/sample-loss ve queue sayaçlarını kaydetmek.
2. Stationary -> ani hareket -> sabit hız -> fren -> tekrar stationary testini
   yapmak; hareket sırasında ZUPT'nin kapalı kaldığını doğrulamak.
3. Yeni Doppler-aided firmware'i kartta çalıştırıp `pos_nis`, `vel_nis` ve
   `velocity=accepted/rejected` sayaçlarıyla position-only koşuya karşı A/B
   kayıt almak.
4. PPS için aşağıdaki lock teşhisini tamamlamak.

Prototip montaj notu: STEVAL jumper kablolarıyla serbest durduğu için başlangıç
sensor yönü sabit kabul edilmemelidir. Her açılışta en az iki saniye stationary
gravity/bias başlangıcı yapılmalı; roll/pitch gravity'den bulunmalı ve başlangıç
yaw'ı ayrı bir mutlak gözlem yoksa keyfi referans olarak kalmalıdır. Sensör bir
fusion koşusu başladıktan sonra gövdeye göre yön değiştirirse bunu yalnız
accel/gyro ile araç hareketinden güvenilir biçimde ayırmak mümkün değildir;
hareketli test boyunca sensör geçici de olsa rijitlenmeli veya filtre yeniden
başlatılmalıdır.

### PPS çıkmıyor: lock problemi ve teşhis

Gözlenen belirti GPS konumunun UART'ta gelmesi fakat JC10'da PPS pulse
görülmemesidir. Bu henüz kesinleşmiş bir RTL hatası değildir. Mevcut PPS
tasarımı lock oluşmadan fiziksel çıkışı bilinçli olarak LOW tutar; dolayısıyla
konum çözülmesi tek başına PPS üretildiğini kanıtlamaz.

İlk kabul edilen WLS/PPS commit'i yalnız coarse alignment yapar. Ardından faz
hatası en fazla sekiz adet 125 MHz tracking-clock tick'i, yani 64 ns olan beş
ardışık PI update gerekir. RTL reset release eşiği 256 ns'dir; v2.2 production
software profile'ları tek seyrek WLS sıçraması pulse kaybettirmesin diye
release eşiğini runtime `LOOP_CONFIG` ile 1.024 us yapar. WLS receiver-clock
bias/pseudorange jitter'ı veya epoch capture belirsizliği beş ardışık ölçümde
64 ns acquire koşulunu bozarsa konum gelmeye devam ederken PPS pini LOW
kalabilir.

Firmware ancak WLS başarılı, `solution_valid=true`, PPS referans satırı FDE ile
dışlanmamış ve referans kanalın capture sequence'i sıfır değilse PPS mailbox'a
commit yapar. Bunlardan biri sağlanmazsa PPS daha coarse alignment'a bile
ulaşmaz.

Genesys2 post-route checkpoint kontrolünde `gps_pps` portunun `JC10/AK28`,
LVCMOS33 olarak yerleştiği, sabit 0/1'e bağlanmadığı ve PPS core
`pps_out_p_reg/Q` tarafından sürüldüğü doğrulandı. Canlı ayrım için çalışan
kartta CPU kısa süre durdurulmalı ve önce atomik diagnostic snapshot
istenmelidir. `ACTIVE_SEQUENCE`, faz/integrator/rate ve `PULSE_COUNT` aynı
donmuş snapshot grubundadır; `DIAG_SNAPSHOT` yazılmadan okunurlarsa core
çalışırken bile eski veya reset sıfırı görülebilir:

```gdb
monitor halt
x/wx 0x1002a07c
x/wx 0x1002a000
x/wx 0x1002a004
monitor mww 0x1002a078 1
monitor sleep 10
x/wx 0x1002a004
x/wx 0x1002a048
x/wx 0x1002a05c
x/wx 0x1002a060
x/wx 0x1002a074
monitor resume
```

| Register | Beklenen/yorum |
|---|---|
| `VERSION @ 0x1002a07c` | Production v2.2 için `0x00020200`; farklıysa ELF/bitstream eşleşmesini kontrol edin |
| `CONTROL @ 0x1002a000` | Enable + track açıkken alt bitler genellikle `0x3` |
| `STATUS @ 0x1002a004` | `0x1`: commit/alignment yok; alt bitler `0x7`: aligned fakat lock değil; bit 11 set ve alt bitler `0xf`: locked/valid |
| `ACTIVE_SEQUENCE @ 0x1002a048` | `0`: firmware hiç geçerli PPS commit'i yapmamış; artıyorsa WLS referansları PPS'ye ulaşıyor |
| `PULSE_COUNT @ 0x1002a074` | Artıyorsa RTL pulse üretiyor; sorun JC10/prob/GND tarafındadır |

Sağlıklı ve sticky hata biti olmayan tipik lock durumu `STATUS=0x0000080f`'tir.
`ACTIVE_SEQUENCE` artarken `STATUS` yaklaşık `0x7` kalıyorsa problem pin değil,
lock acquisition/faz jitter'ıdır. `STATUS` lock gösteriyor ve `PULSE_COUNT`
artıyorsa JC10 sinyali JC11 GND referansıyla osiloskop veya logic analyzer'da
ölçülmelidir; pulse saniyede bir yaklaşık 100 ms HIGH'dır.

Erken 2026-07-25 v2.1 canlı Genesys2 ölçümünde `VERSION=0x00020100`,
`CONTROL=0x00000003` ve snapshot `ACTIVE_SEQUENCE=11583` görüldü.
`PULSE_COUNT=314`, PPS core'un resetten beri 314 `pps_out` pulse olayı
oluşturduğunu kanıtladı; post-route top-level yol da sabit LOW değildir.
Bu iki kanıt pinin elektriksel seviyesi için prob ölçümünün yerini tutmaz.
Ölçüm anında lock yoktu. Debugger'ın uzun halt etkisi temizlenip sticky bayraklar
sıfırlandıktan sonra 50 saniye boyunca status hatasız `0x00000007`
(enabled/aligned/tracking, unlocked) kaldı; pulse count artmadı. Üç ayrı
snapshot faz hatası yaklaşık `+1.95 us`, `+1.35 us` ve `-0.58 us` verdi.
Bunların tamamı beş ardışık update için gereken `+/-64 ns` acquire
penceresinden büyüktür.

Aynı koşudaki beş uydulu çözümlerde `GDOP` yaklaşık 17 ve `TDOP` yaklaşık
10.5'ti; ham GPS konum/irtifa da onlarca-yüzlerce metre oynuyordu. Bu zayıf
geometri ve WLS clock-bias gürültüsü, ölçülen mikrosaniye seviyesindeki PPS
faz oynaklığıyla uyumludur. Dolayısıyla mevcut kart bulgusu bir pin veya
APB/CDC kopukluğundan çok timing-observation kalite/lock-gating problemine
işaret eder. Eşik ölçümsüz büyütülmemeli; önce clock-bias/TDOP kalite kapısı,
outlier reddi veya faz gözlemi süzme stratejisi board A/B testiyle
değerlendirilmelidir.

Bu tarihsel v2.1 teşhisinden sonra v2.2 dinamik PI profilleri, Doppler
clock-drift prediction, bounded WLS clock-bias filtresi, 2 s validity
watchdog/30 s state koruma politikası ve fractional capture correction
eklenmiştir. Güncel sentetik ve kart sonuçları
`soc/software/gps_system/README.md` altındaki PPS bölümlerinde, register/RTL
davranışı `hardware/external/gps/rtl/pps/README.md` içinde tutulur.

## Çalıştırma

UART kaydı:

```sh
python3 serial_capture.py --duration 60 --output logs/gps_60s.csv
python3 serial_capture.py --duration 75 --stop-text 'Complete:' \
  --output logs/imu_60s.csv
```

Mevcut logları işleme:

```sh
python3 fusion_eskf.py
```

Sabit-kısıtlı ve hareket-kabiliyetli modelleri aynı kayıt üzerinde
karşılaştırma:

```sh
python3 compare_eskf_models.py \
  --gps logs/gps_live_5min_20260713.csv \
  --imu logs/imu_live_5min_20260713.csv \
  --output output/model_compare_5min
```

Sabit model her IMU penceresinde zero-velocity ve zero-gyro ölçümü uygular.
Hareket-kabiliyetli model bunları sürekli uygulamaz; ivme normu ve gyro
normundan üç ardışık durağan pencere algıladığında etkinleştirir. PMOD testinin
UART çıktısı 500 ms pencere ortalaması olduğundan bu deney durağan gürültü ve
model davranışı karşılaştırmasıdır. Gerçek hareketli kullanım için ham veya
yüksek hızlı IMU örnekleri ile GPS ölçümleri aynı CPU sayacıyla firmware içinde
zaman damgalanmalıdır.

Linux masaüstü OpenStreetMap oynatıcısını açma:

```sh
python3 map_player.py
```

5 dakikalık sabit/adaptif model karşılaştırmasını doğrudan açma:

```sh
python3 map_player.py \
  --comparison output/model_compare_5min_20260713/model_comparison.csv \
  --model adaptive
```

`--model fixed` aynı kaydı sürekli-stationary modelle gösterir.

Pencerede oynat/duraklat, sample sürgüsü, 0.5–4x hız, zoom/pan, ham GPS ve
ESKF izleri bulunur. Tile'lar `output/osm_tile_cache/` altında cache edilir;
ilk açılışta harita tabanı için internet bağlantısı gerekir.

## Deney sınırı

İstenen akışta GPS ve IMU UART logları peş peşe toplandı. Kart durağan olduğu
için iki 0–60 s ekseni offline modellemede üst üste bindirilmiştir. Bu sonuç
durağan bias/noise ve konum kararlılığı deneyidir. Hareketli bir sistemde aynı
ESKF'nin anlamlı olması için GPS ve ham/decimate edilmiş IMU örnekleri aynı
firmware çalışmasında ortak donanım zaman damgasıyla kaydedilmelidir; 500 ms
ortalamalar hızlı dinamiği korumaz.

## Bare-metal C ESKF ve Linux doğrulaması (2026-07-13)

> **Doğrulama durumu:** Bu ESKF/TDK entegrasyonu henüz real hardware üzerinde
> çalıştırılmadı. Kart test sırasında bağlı değildi. Aşağıdaki hareket,
> stationary, accuracy, outlier-rejection ve performans sonuçları Linux/GCC
> ortamında üretim bare-metal C kaynaklarıyla yapılan sentetik testlere aittir.
> Bunlar algoritma/regression doğrulamasıdır; gerçek sensör eksenleri, SPI/INT1,
> IRQ/sample kaybı, 50 MHz Rocket deadline'ı veya gerçek saha GPS doğruluğu için
> donanım kanıtı değildir.

Python modelinden bağımsız olarak aynı algoritma artık `gps_system` içinde
freestanding C ile çalışır. Algoritma katmanı Linux testinde de kartta da aynı
kaynaklardan derlenir; Linux için ayrı veya sadeleştirilmiş bir ESKF kopyası
yoktur.

Temel parçalar:

- `gps_system/src/fusion/eskf.c`: ENU konum/hız, body-to-ENU quaternion, accel bias,
  gyro bias ve 15x15 covariance içeren 15-hata-durumlu ESKF;
- `gps_system/src/fusion/fusion_motion.c`: bootstrap/stationary/moving/candidate
  durum makinesi, filtrelenmiş jerk ve ZUPT izni;
- `gps_system/src/fusion/fusion_engine.c`: başlangıç kalibrasyonu, asenkron IMU/GPS,
  NIS kapısı ve gecikmiş GPS için fixed-lag IMU replay;
- `gps_system/src/fusion/fusion_gps_adapter.c`: WGS-84 LLH/ECEF/ENU dönüşümü ve
  covariance tabanı;
- `gps_system/src/drivers/imu/tdk_icm42688.c`: ICM-42688-P SPI/INT1 sürücüsü;
- `gps_system/src/fusion/navigation_fusion.c`: GPS ve IMU kuyruklarını algoritmaya
  bağlayan üst koordinatör.

### ESKF state ve matematik sınırı

Nominal state aşağıdaki bileşenlerden oluşur:

```text
x = [p_ENU(3), v_ENU(3), q_body_to_ENU(4), b_accel(3), b_gyro(3)]
```

Covariance içinde quaternion'ın dört elemanı doğrudan tutulmaz. Sağ-taraflı
küçük açı hatası kullanılarak hata state'i 15 boyutta kalır:

```text
delta_x = [delta_p(3), delta_v(3), delta_theta(3),
           delta_b_accel(3), delta_b_gyro(3)]
```

IMU propagation'da ölçülen specific force ve angular rate'ten bias çıkarılır.
Quaternion body frame'den ENU frame'e dönüşümü temsil eder. ENU lineer ivmesi
`R(q) * (accel - b_accel) - [0, 0, g]` ile, quaternion ise gyro exponential
map ile ilerletilir. Büyük `dt` değerleri en fazla 20 ms'lik alt adımlara
bölünür. Covariance birinci dereceden error-state transition ve IMU/bias
process noise ile ilerletilir; her işlemden sonra simetrikleştirilir ve
diagonal tabanı uygulanır.

GPS konum residual'ı `r = z_ENU - p_ENU`, innovation covariance'i
`S = P_pp + R_GPS` olarak hesaplanır. `NIS = r^T S^-1 r` değeri 3 DOF için
`16.266236` (%99.9) kapısını aşarsa ölçüm state'e dokunmadan reddedilir.
Kabul edilen update Joseph covariance formunu, quaternion error injection'ı
ve attitude reset Jacobian'ını kullanır.

Default ESKF process/başlangıç değerleri:

| Parametre | Default |
|---|---:|
| Accel noise density | 0.03 m/s2/sqrt(Hz), her eksen |
| Gyro noise density | 0.003 rad/s/sqrt(Hz), her eksen |
| Accel bias random walk | 0.002 m/s2/sqrt(s) |
| Gyro bias random walk | 0.002 deg/s/sqrt(s) |
| İlk yatay/düşey konum sigma | 10 m / 20 m |
| İlk hız sigma | 1 m/s |
| İlk roll-pitch/yaw sigma | 5 deg / 30 deg |
| Gravity | 9.80665 m/s2 |
| Maksimum propagation alt adımı | 20 ms |
| Konum NIS kapısı | 16.266236, 3 DOF %99.9 |

### Innovation rejection, recovery ve katman siniri (2026-07-16)

Standart ESKF position update'i tek basina buyuk ve kalici bir baslangic
ofsetini duzeltemez. GPS--INS residual'i NIS kapisini astiginda olcum state'e
hic uygulanmaz; state GPS'e yaklasmadigi icin sonraki dogru GPS fix'leri de
ayni nedenle sonsuza kadar reddedilebilir. NIS yalniz iki bilgi kaynaginin
tutarsiz oldugunu soyler. GPS'in mi hatali, yoksa ataletsel cozumun mu yanlis
ankrajlandigini matematiksel update tek basina belirleyemez.

Bu nedenle sorumluluk iki katmana ayrilir:

- `eskf.c` innovation, innovation covariance, NIS gate, kabul edilmis Kalman
  correction ve covariance bakimindan dogru position-reset primitive'ini
  icerir. Rejected olcumu gizlice correction'a sokmaz ve NIS'i bypass etmez.
- `fusion_engine.c` sensor gecmisi ve zaman bilgisine sahip supervisor'dur.
  Ardisik rejected GNSS fix'lerinin kendi aralarinda zamansal olarak tutarli
  olup olmadigini izler ve gerekli recovery/reset kararini burada verir.

Mevcut yalın recovery, son başarılı position fusion'dan sonra yedi saniyelik
timeout dolmuşsa, platform harici rest bilgisi ve IMU/GNSS hareket vetolarıyla
duragansa ve en az üç rejected position fix'i kendi arasında zamansal
tutarlıysa yalnız position state ve position covariance'ini GNSS'e yeniden
ankrajlar. Position cross-covariance'lari gecersiz korelasyon tasimamasi icin
sifirlanir; velocity, attitude ve IMU bias state'leri korunur. Hard NIS gate
aktif kalir ve tek aykiri olcum reset uretemez. Bu bir innovation-bypass
workaround'u degil, kontrollu state recovery mekanizmasidir.

PX4 EKF2 de ayni temel ayrimi yapar. Generic `fuseHorizontalPosition()` yalniz
innovation testinden gecen olcumu fuse eder. GNSS'e baslama, quality check,
`time_last_fuse` timeout'u, state reset, fusion stop ve sensor-fault kararlari
ayri GNSS control akisindadir. Otomatik modda baska yatay konum kaynagi yoksa
uzun fusion timeout'undan sonra GNSS'e reset yapilabilir; alternatif aiding
varsa veya dead-reckoning politikasinda GNSS durdurulabilir/fault kabul
edilebilir. Kaynaklar:

- <https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/ekf2/EKF/aid_sources/gnss/gps_control.cpp>
- <https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/ekf2/EKF/position_fusion.cpp>
- <https://docs.px4.io/main/en/advanced_config/tuning_the_ecl_ekf>

Mevcut recovery PX4'teki aiding yoneticisinin sade bare-metal karsiligidir;
nihai mimari hedefi asagidaki acik GNSS aiding durum makinesidir:

```text
DISABLED -> STARTING -> FUSING -> FAULTED/RECOVERING
```

Karar yalniz rejected-candidate suresine degil son basarili position fusion
zamanina baglanmalidir. Uydu sayisi, finite covariance, DOP, WLS integrity ve
alternatif aiding kaynaklari birlikte degerlendirilmelidir. Tam dort uyduda
WLS residual redundancy/chi-square DOF bulunmadigi icin temporal consistency
daha onemlidir. Doppler velocity artik ayri 3-DOF innovation/NIS kapisiyla
fuse edilir; bir velocity reject'i ayni epoch'taki position sonucunu bozmaz.
Henuz ayri bir velocity fusion-timeout/state-reset politikasi yoktur. Yatay
position ve height da barometre gibi ek kaynaklar geldiginde birbirinden
bagimsiz yonetilmelidir.

Baslangic GNSS'i icin mutlak bir dogruluk referansi yoksa tutarli fakat yanlis
bir GNSS kumesini otomatik olarak gercek konumdan ayirmak temel olarak mumkun
degildir. Kisa bir stable-fix/startup-quality penceresi riski azaltir, fakat
spoofing veya tutarli multipath'e karsi tek basina kanit degildir.

### Asenkron veri akışı ve timestamp

IMU ve GPS aynı local monotonic CPU/CLINT tick alanında timestamp edilir.
Filtre `dt` hesabında GPS week/TOW kullanmaz. GPS ölçümü WLS'nin bittiği anda
değil, ölçüm epoch interrupt'ında alınan local tick ile filtreye girer. WLS
geç geldiyse engine son GPS checkpoint'ine dönüp IMU geçmişini gerçek ölçüm
anına kadar oynatır, GPS update'i uygular ve bugüne kadar tekrar ilerler.

Akışın ayrıntısı:

1. TDK INT1 ISR'a girildiğinde `BSP_CLINT_MTIME` hemen okunur.
2. ISR sensörün 14-byte register burst'ünü alır ve yalnız raw integer değerleri
   256-elemanlı SPSC kuyruğa koyar; ISR içinde floating-point ESKF hesabı yoktur.
3. Foreground raw accel/gyro/temp değerlerini SI birimlerine çevirir ve aynı
   local timestamp ile fusion engine'e verir.
4. Her uydu nav-solve event'i yakalandığında local tick event kaydına eklenir.
   Coherent WLS epoch'u için geçerli uydu timestamp'lerinin medyanı seçilir.
5. WLS daha sonra tamamlansa bile GPS mesajı bu ölçüm-epoch timestamp'ini taşır.
6. Foreground önce bekleyen IMU'ları, sonra GPS kuyruğunu tüketir. Gecikmiş GPS
   son checkpoint'ten kendi timestamp'ine kadar IMU replay edilerek uygulanır;
   kalan IMU geçmişi tekrar oynatılarak current state yeniden oluşturulur.

IMU history kapasitesi 2048 örnektir; 500 Hz'de yaklaşık 4.096 s fixed-lag
alanı sağlar. History dolarsa en eski IMU sessizce zaman aralığı kaybettirilerek
atılmaz: checkpoint önce o örnekle ilerletilir, sonra ring buffer'dan çıkarılır.
Gelecek timestamp'li GPS için sekiz-elemanlı sıralı pending queue bulunur;
checkpoint'ten eski ölçüm stale olarak reddedilir.

GPS week/TOW uydu zamanı çözümü ve kanal coherence kontrolü için gereklidir,
ancak ESKF `dt` kaynağı değildir. Bu ayrım WLS computation latency'sinin IMU
zaman eksenini bozmasını önler.

### Başlangıç kalibrasyonu, hareket kararı ve zero update

Engine açılışta doğrudan RUNNING olmaz. Default olarak en az 2 s ve en az 50
quiet IMU örneği ister. Tek örnekte gravity norm hatası 0.30 m/s2'yi veya gyro
normu 2 deg/s'yi aşarsa pencere sıfırlanır. Pencere sonunda her eksende accel
standard deviation 0.12 m/s2, gyro standard deviation 0.15 deg/s altında
olmalıdır. Gravity ortalaması roll/pitch'i, gyro ortalaması ilk gyro bias'ını
verir. Yaw gravity ile gözlenemediği için başlangıçta sıfır referanslı kalır.
Benzer şekilde stationary IMU ile yatay accel bias ve küçük tilt tamamen
ayrılamaz; sonraki GPS/kinematik update'ler bu error-state'leri düzeltir.

IMU motion-state eşikleri tanılama için tutulur, fakat ZUPT yetkisini tek başına
vermez. PX4 ayrımına uygun olarak `fusion_rest_detector` titreşim metriklerini
izler ve dışarıdan gelen `platform_landed` kapısıyla birleşir. Prototipin unarmed
bench modu landed=true başlar; gerçek araç kontrolü bu değeri kendi state'inden
güncellemelidir. Sessiz IMU, landed=false iken sabit hızlı hareketi stationary
ilan edemez.

Motion-state default eşikleri:

| Karar parametresi | Değer |
|---|---:|
| Stationary lineer ivme üst sınırı | 0.15 m/s2 |
| Stationary gyro üst sınırı | 1 deg/s |
| Güçlü hareket accel eşiği | 0.40 m/s2 |
| Güçlü hareket gyro eşiği | 3 deg/s |
| Güçlü hareket jerk eşiği | 4 m/s3 |
| Jerk düşük-geçiren zaman sabiti | 100 ms |
| Stationary hız kapısı | 0.40 m/s |
| Moving hız kapısı | 0.50 m/s |
| Stationary'e dönüş quiet dwell | 1.0 s |
| Zayıf hareket doğrulaması | 3 ardışık IMU örneği |

Güçlü accel/gyro/jerk veya yüksek ESKF hızı motion tanılamasını tek örnekte
moving'e çıkarabilir. ZUPT ve zero-gyro ise yalnız ardışık iki timestamp'li
örnekte dış supervisor `vehicle_at_rest=true` verdiğinde 200 ms periyotla
uygulanır. ZUPT velocity sigma 0.20 m/s'dir. Zero-gyro aynı 200 ms penceredeki
delta-angle toplamından ortalama açısal hız üretir; tek bir örneği bias diye
kabul etmez. Bu politika PX4 EKF2 `ZeroVelocityUpdate`/`ZeroGyroUpdate` ve land
detector katman ayrımının bare-metal karşılığıdır.

Kaynaklar:

- <https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/ekf2/EKF/aid_sources/ZeroVelocityUpdate.cpp>
- <https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/ekf2/EKF/aid_sources/ZeroGyroUpdate.cpp>
- <https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/land_detector/LandDetector.cpp>
- <https://github.com/PX4/PX4-Autopilot/blob/main/src/modules/sensors/vehicle_imu/VehicleIMU.cpp>

GPS motion evidence, ardışık kabul edilmiş ENU konumları arasındaki yatay
displacement için 2 DOF `9.21034` (%99) NIS ve en az 0.50 m/s hız ister. Moving
kararı iki doğrulama ister. Bu metrik GPS position update NIS'inden ayrıdır;
biri hareket-state veto'su, diğeri ölçüm kabul/reject kapısıdır.

GPS adapter ilk valid çözümü ENU origin yapar. WLS covariance yatayda en az
0.50 m, düşeyde en az 1.00 m sigma ile sınırlandırılır; korelasyonlar clamp
edilir ve covariance positive-definite değilse ESKF'ye ulaşmadan reddedilir.

### WLS çıktısı ESKF'ye nasıl besleniyor?

WLS çıktısı ESKF'ye gerçekten beslenmektedir. ESKF yalnız IMU ile serbest INS
çalıştırmıyor; her valid GPS epoch'unda WLS konumu ve WLS measurement
covariance'i ile position update yapıyor. Tam veri yolu şöyledir:

```text
Uydu pseudorange ölçümleri
        |
        v
GPS WLS: konum + ENU covariance + residual/chi-square + validity
        |
        v
gps_fusion_publisher: ortak local CPU timestamp'li GPS mesajı
        |
        v
GPS adapter: LLH -> local ENU, covariance sanitize/floor
        |
        v
ESKF: GPS position innovation + NIS + Kalman update
```

WLS--ESKF sınırındaki alanlar:

| WLS çıktısı | ESKF tarafındaki mevcut kullanım |
|---|---|
| Latitude/longitude/height | ENU position measurement'a çevrilip update'te kullanılır |
| 3x3 ENU covariance | GPS measurement covariance `R_GPS` olarak kullanılır |
| `solution_valid` | False ise GPS update yapılmaz |
| Measurement local timestamp | GPS update fixed-lag replay ile doğru epoch'ta uygulanır |
| `chi_square_ratio` | Mesajda taşınır ve source-quality üretilir; Kalman gain'i şu an sürekli ölçeklemez |
| `hAcc/vAcc` | Mesajda taşınır; ESKF ayrı scalar olarak değil tam 3x3 covariance'i kullanır |
| Residual RMS | Mesajda taşınır fakat ESKF update denkleminde şu an doğrudan kullanılmaz |
| Uydu başına post-fit residual | ESKF'ye tek tek gönderilmez; WLS integrity/FDE katmanında kalır |

Burada iki farklı residual karıştırılmamalıdır:

1. **WLS post-fit pseudorange residual'ı:** Her uydu için ölçülen pseudorange
   ile çözülen geometri/clock modelinin farkıdır. WLS bu residual'lardan
   `sum(weight_i * residual_i^2)`, DOF ve chi-square üretir. Chi-square fail
   olursa `solution_valid=false` olur ve ölçüm ESKF tarafından kullanılmaz.
2. **ESKF GPS--INS innovation residual'ı:** WLS'nin ürettiği ENU konum ile
   ESKF'nin IMU propagation sonucu tahmin ettiği ENU konumun farkıdır:

   ```text
   r_ESKF = p_WLS_ENU - p_INS_ENU
   S = P_ESKF_position + R_GPS_WLS
   NIS = r_ESKF^T * S^-1 * r_ESKF
   ```

   ESKF bu NIS değeri 3 DOF %99.9 kapısını aşarsa upstream WLS valid olsa bile
   GPS ölçümünü ikinci kez reddeder.

Dolayısıyla iki covariance birbirinden farklıdır:

- `P_ESKF`, IMU/INS error-state covariance'idir. IMU noise, gyro/accel bias
  random walk, attitude, geçen `dt` ve önceki update'lerle ESKF içinde
  propagation edilir.
- `R_GPS`, WLS position measurement covariance'idir. Şu anda
  `(A^T * W_absolute * A)^-1` ile uydu geometrisi ve absolute measurement
  weight'lerinden hesaplanıp ENU'ya çevrilir.

WLS post-fit residual büyüklüğü mevcut kodda `R_GPS`'yi sürekli/adaptif olarak
şişirmez. Residual'ın mevcut doğrudan etkisi hard validity/chi-square kapısıdır;
accepted bir ölçümün Kalman ağırlığı esas olarak `P_ESKF` ve WLS'den gelen
`R_GPS` ile belirlenir. İleride absolute uydu sigma modeli gerçek loglarla
kalibre edildikten sonra reduced chi-square tabanlı, sınırlandırılmış bir
covariance inflation eklenebilir. Bunun için threshold'a bölünmüş mevcut
`chi_square_ratio` yerine istatistiksel ölçek olarak
`weighted_residual_sum / DOF` kullanılmalıdır.

Hareket kararıyla ilgili iki koruma sentetik test sonucunda eklendi:

- 200--500 Hz ham örnek farkı doğrudan jerk sayılmıyor; 100 ms zaman sabitli
  düşük-geçiren ivmeden jerk üretiliyor. Böylece stationary IMU noise yanlış
  hareket kararı üretmiyor, 1 m/s2 ani ivme yine ilk örnekte algılanıyor.
- Position-only GPS'in tek/iki gürültülü noktadan çıkardığı `still` kararı,
  yüksek ESKF hızını ezip ZUPT başlatamıyor. GPS `moving` ek veto olarak
  kullanılıyor; stationary hız kapısı 0.40 m/s, moving kapısı 0.50 m/s ile
  histerezisli. Doppler velocity artık ESKF hız state'ini düzeltir, fakat kart
  verisindeki birkaç m/s stationary saçılım nedeniyle doğrudan rest/ZUPT
  kararı olarak kullanılmaz. İleride covariance/NIS'e bağlı çoklu-confirmation
  stop evidence ayrı olarak eklenebilir.

Linux/GCC testlerini çalıştırma:

```sh
cd soc/software/fusion/tests
make clean
make test
make sanitize
make profile
```

`fusion_synthetic_test.c`, üretim kaynaklarıyla şu durumları birlikte sınar:

- bias ve noise içeren stationary başlangıç kalibrasyonu;
- 100/200/500 Hz ve düzensiz local-tick IMU aralıkları;
- ani ivmelenme, sabit hız, ani fren, 90 derece yaw ve tekrar hareket;
- 0.8--1.2 s değişken GPS periodu ve 180--350 ms teslim gecikmesi;
- fixed-lag replay, covariance simetrisi/PSD ve uzun IMU geçmişi;
- iki adet yaklaşık 200 m sınıfı multipath/outlier ve NIS rejection;
- sekiz ayrı deterministic noise/timing seed'i;
- 30 s boyunca 500 Hz stationary IMU ve gecikmiş 1 Hz GPS.

`gps_failure_scenario_test.c`, gerçek `gps_live_5min_20260713.csv` kaydındaki
3.297 Hz ölçüm hızı, 300 ms medyan periyot, 1.803 s maksimum boşluk ve yaklaşık
8.6 m yatay RMS saçılım ölçeğini kullanır. Normal akışın yanında hareket
sırasında 12 s tam kesinti, yüzde 35 rastgele kayıp ve 1.8 s boşluklar, gecikmiş
ölçümlerin toplu dönüşü ve kesinti sonrasında tutarlı fakat 80/-50/30 m hatalı
üç fix senaryoları regression testidir.

### Sentetik hareketli senaryo

Hareketli senaryo 200 Hz IMU ile 60 s sürer. Ground-truth profil şöyledir:

| Zaman | Ground truth hareket |
|---|---|
| 0--5 s | Stationary; ilk 2 s calibration alanı |
| 5--7 s | East yönünde +1.0 m/s2 ani ivmelenme |
| 7--10 s | East yönünde 2.0 m/s sabit hız |
| 10--12 s | East yönünde -1.0 m/s2 fren, tam duruş |
| 12--15 s | Stationary |
| 15--17 s | Yerinde +45 deg/s yaw, toplam 90 deg dönüş |
| 17--19 s | North yönünde +0.8 m/s2 ivmelenme |
| 19--22 s | North yönünde 1.6 m/s sabit hız |
| 22--24 s | North yönünde -0.8 m/s2 fren, tam duruş |
| 24--60 s | Stationary |

Truth son konumu `[east=10 m, north=8 m, up=0 m]` ve son hızı sıfırdır.
Body-frame specific force, truth yaw ile ENU ivmesinin ters rotasyonundan
üretilir; dolayısıyla 90 derece dönüşten sonraki North ivmesi body X eksenine
doğru düşer ve attitude propagation da test edilir.

Sentetik sensör modeli:

| Girdi | Bias / noise |
|---|---|
| Accel bias | `[+0.030, -0.025, +0.060]` m/s2 |
| Gyro bias | `[+0.0010, -0.0007, +0.0009]` rad/s |
| Accel sample noise | Gaussian, 0.025 m/s2 sigma |
| Gyro sample noise | Gaussian, 0.0008 rad/s sigma |
| GPS yatay/düşey noise | 1.2 m / 2.0 m sigma |
| GPS measurement periodu | 0.8--1.2 s deterministic-random |
| WLS/teslim gecikmesi | 180--350 ms |
| GPS outlier | İki epoch'ta `[+150, -120, +80]` m; yaklaşık 208 m 3B |

Outlier GPS mesajları source-valid bırakılır; böylece sadece upstream validity
değil ESKF'nin kendi NIS kapısı gerçekten sınanır. Her GPS farklı gecikmeyle
geldiği için current state'e doğrudan uygulanamaz ve fixed-lag replay yolu her
update'te çalışır. Sekiz seed IMU noise, GPS noise ve GPS period/delay dizisini
değiştirir; aynı seed her çalıştırmada aynı sonucu vererek regression testini
deterministic tutar.

### Sentetik stationary senaryo

İkinci uçtan uca senaryo 30 s boyunca 500 Hz IMU ve 1 Hz GPS kullanır. GPS
250 ms gecikmeli gelir; yatay/düşey sigma 0.8/1.5 m'dir. Accel bias
`[+0.020, -0.015, +0.050]` m/s2, gyro bias
`[+0.0008, -0.0005, +0.0006]` rad/s; sample noise sırasıyla 0.020 m/s2 ve
0.0006 rad/s'dir. Testin amacı yalnız position error değil, yüksek IMU rate'te
ham sample-to-sample noise'un jerk üzerinden sahte `MOVING` üretmediğini ve
20 Hz ZUPT'nin rate'ten bağımsız kaldığını göstermektir.

### Unit-level ve invariant kontrolleri

`eskf_motion_test.c` aşağıdaki kontrolleri ayrıca tek tek yapar:

- düz ve tilt edilmiş stationary gravity propagation;
- normal GPS NIS accept ve büyük outlier reject; reject sonrası state'in
  bit seviyesine yakın değişmemesi;
- Doppler velocity NIS accept/reject; `2/2/3 m/s` konservatif covariance ile
  5 Hz velocity aiding'in sentetik `0.05 m/s2` accel-bias hız sürüklenmesini
  en az `4x` azaltması;
- ani hızlanma/fren, sabit hız sırasında stationary veto ve quiet dwell;
- stationary 500 Hz IMU noise altında false-motion olmaması;
- 100/200/500 Hz ve 3--17 ms düzensiz local-tick `dt` dizileri;
- 300 ms gecikmiş aynı-epoch position+velocity replay sonucunun on-time filtre
  ile position, velocity,
  quaternion, bias, 15x15 covariance ve motion state'te `1e-11` toleransta
  aynı olması;
- future GPS pending, checkpoint'ten eski GPS stale reject;
- GPS kesintisinde 2048-history rollover ve checkpoint'in zaman kaybetmeden
  ilerlemesi;
- LLH--ECEF--ENU round-trip, ECEF velocity/covariance rotasyonu ve covariance
  floor/PD kontrolü;
- IMU/GPS SPSC queue FIFO sırası ve overflow sayaçları.

Uçtan uca acceptance limitleri test kodunun içinde sabittir: hareketli yatay
RMSE `<2.0 m`, düşey RMSE `<2.5 m`, son yatay/düşey hata `<1.5/2.0 m`, son
hız `<0.05 m/s`, constant-velocity false-stationary örneği sıfır, bütün
outlier'lar reject ve covariance PSD olmalıdır. Stationary 500 Hz koşusunda
son yatay/düşey hata `<1/1 m`, son hız `<0.02 m/s` ve false-moving örneği
sıfır olmalıdır. Bunlar gerçek dünya accuracy garantisi değil, regression
fail sınırlarıdır.

Son Linux/GCC `-O2` sonuçları:

| Sentetik koşu | Sonuç |
|---|---:|
| 60 s hareketli yatay/düşey RMSE | 0.925 m / 0.427 m |
| 60 s son yatay/düşey hata | 0.306 m / 0.110 m |
| Moving algılama | 5.005 s, hareket başlangıcından 1 IMU örneği |
| Son duruşu stationary tanıma | 27.505 s, gerçek duruş 24.000 s |
| GPS accept/reject | 56 / 2 |
| Enjekte edilen/reddedilen outlier | 2 / 2 |
| Reddedilen GPS'in state sıçraması | 0.0 m |
| Sekiz seed en kötü yatay RMSE | 0.959 m |
| 30 s / 500 Hz stationary yanlış-moving örneği | 0 |
| 30 s / 500 Hz son hız | 0.0002 m/s |

Baseline hareketli koşuda 58 delayed GPS update için 14,508 IMU örneği replay
edildi; 56 GPS kabul, iki sentetik outlier reject edildi. Toplam 749 rate-limitli
zero update uygulandı. Stationary 500 Hz koşusunda 27 GPS kabul edildi, 560
zero update uygulandı. Final covariance Cholesky tabanlı PSD kontrolünü geçti
ve maksimum symmetry error test çözünürlüğünde sıfırdı.

### Sentetik testin ortaya çıkardığı iki hata

İlk sürümde jerk doğrudan iki ham accel örneğinin farkının `dt`'ye bölünmesiyle
üretiliyordu. 500 Hz'de küçük sample noise bile 4 m/s3 eşiğini sık geçebildiği
için stationary kartın motion state'i chatter edebilirdi. Jerk için 100 ms
low-pass state eklenince 10 s/500 Hz detector testi ve 30 s/500 Hz uçtan uca
test sıfır false-moving ile geçti; 1 m/s2 step yine ilk örnekte moving yaptı.

İkinci ara sürüm, iki position-only GPS örneğinin `STILL` kararına ESKF hızını
ezme yetkisi veriyordu. 1.2 m GPS sigma ile 2 m/s sabit hareketin tek-epoch
displacement'i her zaman istatistiksel olarak güçlü değildir. Bazı seed'lerde
yanlış stationary kararı ZUPT'yi gerçek hareket sırasında açtı; sekiz-seed
testinde yatay RMSE 480 m ve son hata 1 km üzerini görerek regression'ı
yakaladı. Kalıcı düzeltmede GPS-still yüksek ESKF hızını artık geçersiz
kılamaz; GPS-moving yalnız ek veto olur. Düzeltme sonrası sekiz seed'in en kötü
yatay RMSE'si 0.959 m, false-stationary sayısı sıfır oldu.

Bu sonuç GPS Doppler velocity'nin neden değerli olduğunu da gösterir. Position
farkından stationary/moving ayırımı düşük hızda ve kısa periodda zayıftır.
Ürün yolu artık WLS'nin ECEF velocity covariance'ini ENU'ya döndürüp ayrı
velocity measurement update'inde kullanır. Default `2.0/2.0/3.0 m/s`
covariance floor ve 3-DOF `%99.9` NIS gate kartta ölçülen zayıf-geometri
saçılımına karşı konservatiftir. Daha hızlı stop confirmation, bu update'ten
ayrı ve çoklu-epoch istatistiksel kanıt gerektiren sonraki adımdır.

ASan ve UBSan hata vermedi. Sekiz adet 60 s hareketli koşu ile 30 s/500 Hz
stationary koşunun tamamı masaüstünde yaklaşık 0.70 s user CPU süresinde
tamamlandı. `gprof`te sürenin yaklaşık %73'ü covariance dahil ESKF
propagation, %18'i measurement/ZUPT update içindeydi. Bu yüzdeler darboğazı
gösterir; masaüstü süresi 50 MHz Rocket için doğrudan cycle tahmini değildir.
Profil koşusunda fixed-lag replay dahil 111,009 `fusion_engine_push_imu`,
239,075 covariance propagation step ve 30,352 selected measurement/ZUPT
update çağrısı oluştu. Host maksimum RSS yaklaşık 2.6 MB idi; bu değer glibc,
sanitizer/profiler ve process overhead içerdiğinden bare-metal BSS ile aynı
metrik değildir.

Genesys2/RISC-V bare-metal build'i de geçti:

```sh
make FPGA_BOARD=genesys2 fpga-elf-flash-image APP=gps_system \
  GPS_DEBUG=1 GPS_DEBUG_LEVEL=3 \
  TDK_IMU_ODR_HZ=500 GPS_NAV_SOLVE_TIMER_TICKS=50
```

Son ELF boyutu text/data/bss olarak `103840 / 2944 / 204816` bayt, flash
payload `106784` bayt ve CRC32 `0x16dbc828` oldu. Kart bu test sırasında bağlı
olmadığı için SPI interrupt hızı, gerçek Rocket cycle yükü ve UART telemetry
henüz donanım üzerinde ölçülmedi.

Build yeni fusion kaynaklarında compiler warning üretmedi. Linker'ın RAM
imajındaki mevcut `LOAD segment with RWX permissions` uyarısı devam ediyor;
bu ESKF değişikliğine özel değildir fakat ileride linker-script güvenlik/segment
ayrımı çalışmasında ele alınmalıdır.

Kart tekrar bağlandığında sentetik testin yerine geçmeyen şu donanım
doğrulamaları yapılmalıdır:

1. ICM-42688-P `WHO_AM_I=0x47`, gerçek accel/gyro eksen yönleri ve kart mounting
   dönüşümü doğrulanmalı.
2. 100/200/500 Hz seçeneklerinde INT1 IRQ sayısı, sample sayısı, spurious IRQ,
   estimated missed sample ve 256-raw-queue overflow sayaçları izlenmeli.
3. `navigation_fusion_service()` ve tek `eskf_propagate_step()` için Rocket
   `rdcycle` ortalama/maksimum değerleri ölçülmeli; 50 MHz'deki gerçek CPU payı
   bu cycle ölçümünden çıkarılmalı.
4. En az 2 s fiziksel stationary başlangıçta calibration reset sayısı, accel/
   gyro varyansı ve bulunan bias'lar sıcaklıkla birlikte loglanmalı.
5. Elle hareket testinde stationary -> moving çıkış süresi, sabit hızda ZUPT'nin
   kapalı kaldığı ve durduktan sonra candidate -> stationary geçişi doğrulanmalı.
6. GPS WLS ölçüm timestamp'i ile IMU local tick'lerinin aynı CLINT domaininde
   monoton kaldığı; replay/stale/pending/history-overflow sayaçlarının beklenen
   değerlerde olduğu kontrol edilmeli.
7. Fused LLH/ENU, velocity, motion state, NIS, GPS accept/reject ve covariance
   sigma değerleri UART'a kaydedilip fiziksel ground truth veya surveyed nokta
   ile karşılaştırılmalı.

Sentetik test; SPI elektrik bağlantısını, interrupt polarity/clear davranışını,
sensor scale/mounting hatasını, gerçek multipath dağılımını, sıcaklıkla bias
driftini veya 50 MHz timing deadline'ını kanıtlamaz. Buradaki metre sonuçları
gerçek ürün accuracy iddiası değil; bilinen truth ve covariance ile algoritma
tutarlılığı/regression sonucudur.

## Standalone GPS WLS bütünlük çalışması (2026-07-12)

Bu bölüm, standalone GPS konumundaki 20--30 m ve daha büyük sıçramaları
araştırmak için yapılan firmware karşılaştırmasını kaydeder. Karşılaştırılan
eski kaynak commit'i `07ddf29` (`first draft`) idi. Yeni kaynakta residual,
chi-square, covariance, validity, leave-one-out FDE, çalışma süresi ve ISR
tanıları bulunuyordu.

### Karşılaştırma yöntemi

GDB ile çalışan DTIM imajının üzerine başka bir ELF yazıldığında Rocket
I-cache'in eski firmware satırlarını yürütmeye devam ettiği gözlendi. Örneğin
`0x80002f58` adresi eski ELF'te `gps_pps_init`, yeni ELF'te ise
`gps_process_isr_events` içindeydi; access-fault anındaki return address yeni
ELF anlamına uyuyordu. `fence.i` stub'ı çalıştırılması da bu kart/akışta
güvenilir bir hot-load sağlamadı.

Bu nedenle aşağıdaki A/B ölçümlerinde GDB hot-load kullanılmadı:

1. İlgili ELF bootloader formatındaki application flash image'a çevrildi.
2. Image `0x01800000` application flash bölgesine yazıldı.
3. FPGA SRAM aynı bitstream ile yeniden programlandı.
4. Bootloader ELF'i flash'tan DTIM'e kopyaladı; ilk I-cache dolumu ile RAM
   imajının aynı firmware olması sağlandı.
5. İlk konum çözümü acquisition süresinden sonra beklendi.
6. Kart ve anten sabitken 300 saniyelik UART kaydı alındı.

Sapmalar surveyed bir koordinata göre değil, her koşunun kendi medyan
konumuna göre hesaplandı. Bu nedenle aşağıdaki değerler mutlak doğruluktan
çok durağan konum dağılımını/hassasiyetini gösterir. Farklı koşulardaki uydu
sayısı ve DOP ayrıca belirtilmiştir.

### Kullanılan imajlar ve loglar

- Exact eski ELF: `artifacts/firmware_ab/gps_old.elf`
- FDE açık yeni ELF: `artifacts/firmware_ab/gps_new.elf`
- FDE kapalı yeni ELF: `artifacts/firmware_ab/gps_new_fde_off.elf`
- Eski log: `logs/ab_live_old_5min.csv`
- FDE açık yeni log: `logs/ab_live_new_5min.csv`
- FDE kapalı yeni log: `logs/ab_live_new_fde_off_5min.csv`
- Uydu/FDE gruplu sonuç: `output/firmware_ab_live_5min_by_satellites.csv`
- FDE kapalı karşılaştırma: `output/firmware_ab_live_fde_off_5min_by_satellites.csv`
- Analiz programı: `compare_firmware_logs.py`

FDE kapalı ELF SHA-256:

```text
23e2d5be11ab0bf23213c5253b4213277f11e5785d90484c9d624b4fcae944dc
```

FDE kapalı 5 dakika log SHA-256:

```text
c2815c0cf3e7f76dd0a19db9526421355d6699c4bc1edc6407fde496e09bafc8
```

### Canlı A/B sonuçları

| Firmware/çözüm | Kullanılabilir uydu | Örnek | Yatay ort. | Yatay P95 | Yatay maks. | Düşey mutlak ort. | 3B P95 | 3B maks. |
|---|---:|---:|---:|---:|---:|---:|---:|---:|
| Eski firmware | 8 | 485 | 6.01 m | 11.70 m | 20.79 m | 9.60 m | 25.05 m | 38.97 m |
| Yeni, FDE açık, tümü | çoğunlukla 7 | 300 | 9.71 m | 30.34 m | 44.90 m | 16.43 m | 78.95 m | 128.96 m |
| Yeni, FDE açık ama FDE seçilmeyen epoch | 7 | 231 | 6.84 m | 13.41 m | 17.33 m | 10.85 m | 28.03 m | 37.80 m |
| Yeni, FDE tarafından 7'den 6'ya düşürülen epoch | 7 -> 6 | 68 | 19.22 m | 37.09 m | 44.90 m | 34.52 m | 108.30 m | 128.96 m |
| Yeni, FDE compile-time kapalı | 7 | 300 | 8.64 m | 16.74 m | 22.56 m | 14.34 m | 40.90 m | 88.73 m |

DOP medyanları aynı değildi:

| Koşu | HDOP | VDOP |
|---|---:|---:|
| Eski, 8 uydu | 1.222 | 1.991 |
| Yeni, FDE açık | 1.339 | 2.102 |
| Yeni, FDE kapalı | 1.642 | 2.852 |

FDE kapalı koşu daha kötü geometriye rağmen FDE açık toplam sonuçtan daha
kararlıydı. Yatay P95 `30.34 m`den `16.74 m`ye, yatay maksimum `44.90 m`den
`22.56 m`ye ve 3B P95 `78.95 m`den `40.90 m`ye düştü.

### FDE teşhisi ve alınan karar

FDE açık koşuda 300 epoch'un 68'inde (%22.7) leave-one-out FDE uygulandı.
99% chi-square kapısının nominal false-alarm oranı yaklaşık %1 olmalıydı.
Çıkarılan uydu tek bir SVID değildi: SVID 13, 19, 20, 21, 6 ve 29 farklı
epoch'larda seçildi. Bu davranış tek ve sürekli arızalı bir uydudan çok,
measurement sigma/covariance modelinin gerçek tracking gürültüsü ve
multipath'i küçümsemesiyle uyumludur.

FDE açık koşuda exclusion içeren ardışık konum çiftlerinin 3B step ortalaması
`47.40 m`, FDE içermeyen çiftlerde `18.45 m` idi. Bazı kötü FDE seçimleri
integrity-valid olarak işaretlendi. Altı uydu için FDE daha önce sentetik
testte ayrıca engellenmişti; çünkü 6 -> 5 leave-one-out çözümü yalnız bir
residual serbestlik derecesi bırakıp 123 m hatalı bir çözümü geçerli
gösterebilmişti.

Ürün firmware'inde otomatik FDE seçimi şu anda compile-time kapalıdır:

```c
#define GPS_NAV_ENABLE_FDE 0u
```

Full-WLS konumu üretilmeye devam eder. Post-fit residual, chi-square, DOF,
threshold, covariance, hAcc/vAcc ve validity hesapları/logları korunur.
Chi-square fail eden çözüm konum olarak görülebilir fakat `valid=0` olur;
PPS ve sonraki WLS seed'i invalid çözümle güncellenmez.

FDE kapalı koşuda:

- 300/300 epoch'ta `fde=0` ve `fde_trials=0`;
- 235/300 epoch integrity-valid (%78.3);
- ISR overflow, PLIC repeat, drain-limit, coalesced event, satellite loss ve
  period overrun sayaçları sıfır;
- maksimum foreground süresi 288.74 ms;
- maksimum WLS süresi 28.11 ms;
- 1 saniyelik/50 milyon cycle bütçe hiç aşılmadı.

FDE ancak C/N0, tracking variance, URA, elevation ve multipath bileşenlerinden
kalibre edilmiş absolute measurement sigma üretildikten; normalized residual,
solution separation, exclusion uniqueness ve zaman hysteresis'i eklendikten
sonra yeniden açılmalıdır.

## Eski firmware'deki kalıcı 0.2 s TOW faz hatası

### Ölçüm kanıtı

Eski firmware acquisition logunun ilk çözümü 5 uyduyla yapıldı ve bu ilk
epoch'ta bütün TOW değerleri `64620.200 s` idi. SVID 6 daha sonra tracking
kanalı 7'ye bağlandı. Sekiz uydulu 5 dakika kaydında:

- 485 epoch'un 485'i TOW-incoherent idi;
- çoğunluk TOW ile SVID 6 arasındaki fark her epoch'ta tam `-0.200 s` idi;
- ilk epoch: çoğunluk `64634.200`, SVID 6 `64634.000`;
- son epoch: çoğunluk `64933.400`, SVID 6 `64933.200`;
- sonraki subframe/HOW alımları farkı düzeltmedi.

Dolayısıyla hata geçici değildi. SVID 6 çözümde kaldığı sürece uydu konumu
0.2 saniye yanlış epoch için hesaplandı. Bunun alıcı WLS konumuna etkisi uydu
geometrisine bağlıdır; iki firmware medyanı arasındaki 3B fark bu nedenle
mutlak doğruluk ölçümü olarak yorumlanamaz.

Yeni 1 saniyelik koşuların her ikisinde de 300/300 epoch TOW-coherent idi;
`tow_aligned=0` ve `tow_rejected=0` kaldı. Bu, eski hatanın her bootta zorunlu
olmadığını fakat kanal geç katıldığında kalıcı olabildiğini gösterir.

### Kök mekanizma

Mevcut yazılım her tracking kanalı için ayrı TOW state'i yürütüyor:

1. Kanal önce LNAV HOW alanından TOW alıyor.
2. İlk nav-solve interrupt'ında TOW ownership `HOW` kaynağından
   `NAV_SOLVE` kaynağına geçiriliyor.
3. Bundan sonra kanal TOW'u recursively
   `tow += event_count * NAV_SOLVE_TIMER * 20 ms` ile artırılıyor.
4. Ownership geçtikten sonra daha sonraki HOW değerleri TOW'u yeniden
   anchor etmiyor.

Kanalın enable/ilk interrupt sınırında bir tick off-by-one oluşursa bütün
sonraki artışlar doğru miktarda fakat yanlış başlangıçtan yapılır; sabit faz
hatası bu yüzden kalıcı olur. Log, SVID 6'nın geç katıldığını ve hatanın tam
bir eski nav periodu olduğunu kanıtlıyor. İlk yanlış tick'in enable/flag
sıralamasından mı yoksa aynı olayda HOW ve nav-solve işlenmesinden mi geldiği
geçiş anı iki UART dosyası arasındaki kısa boşlukta kaldığı için logdan tek
başına kesinleştirilemiyor. Ancak recursive kanal-bağımsız TOW mimarisinin
hatayı kendi kendine düzeltemediği kesindir.

IS-GPS-200N'e göre HOW içindeki TOW sayacı bir sonraki subframe'in başlangıç
zamanını ifade eder. Kodun `(HOW >> 13) * 6` dönüşümü bu 6 saniyelik değeri
üretir. Kalıcı düzeltme, bu absolute yayın zamanını yalnız ilk başlangıç için
değil sürekli time anchor olarak kullanmalıdır. Referans:
<https://archive.gps.gov/technical/icwg/IS-GPS-200N.pdf>, bölüm 3.3.4 ve
20.3.3.2.

### Uygulanan kalıcı TOW mimarisi

2026-07-12'de kanal başına recursive TOW artışı kaldırıldı ve aşağıdaki
HOW/receiver-sample anchor modeli ürün firmware'ine uygulandı. Snapshot'ta
azınlık TOW'unu çoğunluğa kopyalayan geçici recovery yolu da kaldırıldı:

1. Her geçerli LNAV subframe sonunda kanal için şu anchor saklanır:
   `how_tow`, `how_week`, `how_abs_sample_raw`, düzeltilmiş
   `how_abs_sample` ve anchor-valid bilgisi.
2. HOW TOW bir sonraki subframe başlangıcını gösterdiği ve nav-bits event'i
   alınan subframe'in sonuna karşılık geldiği için bu ikisi aynı zaman
   sınırında anchor edilir. RTL incelemesinde `bit_gen.sv` içindeki
   `absolute_sample_o` değerinin geçerli 20 ms bit sınırında üretildiği ve
   `tracking_wrapper.sv` içindeki `load_sigs` yolunun geçerli/pariteli
   subframe'de `ABS_SAMPLE` ile `REM_CODE_PHASE`'ı birlikte latch ettiği
   doğrulandı.
3. Her nav-solve ölçümünün TOW'u önceki nav-solve TOW'una ekleme yapılarak
   değil, son HOW anchor'ından tekrar hesaplanır:

   ```text
   delta_samples = signed_wrap(nav_abs_sample - how_abs_sample)
   measurement_tow = normalize(how_tow + delta_samples / 16_368_000)
   ```

   `REM_CODE_PHASE` düzeltmesi iki uçta da hesaba katılmalıdır. 32-bit
   `ABS_SAMPLE` farkı signed/wrapped alınmalıdır; anchor 6 saniyede bir
   yenilendiği için wrap belirsizliği oluşmaz.
4. Aynı interrupt'ta hem nav-bits hem nav-solve flag varsa önce HOW anchor
   güncellenir; nav-solve için `delta_samples=0` olur. Eski koddaki koşulsuz
   `+period` off-by-one riski ortadan kalkar.
5. Anchor yaşı, subframe/parity geçerliliği ve finite/range kontrolleri
   zorunlu yapıldı. Geçerli anchor olmayan veya 12 saniyeden eski anchor'a
   sahip kanalın nav-solve ölçümü kabul edilmez.
6. `gps_tow_source` ownership state'i ve
   `gps_advance_tow_from_nav_timer()` kaldırılır. Interrupt count yalnız event
   kaybı tanısı için tutulur, absolute GPS zamanının kaynağı olmaz.
7. Coherent snapshot kontrolü son savunma olarak kalır; fark görülürse epoch
   veya problemli kanal reject edilir. TOW değeri sessizce başka kanalın
   değeriyle değiştirilmez.

Üretim kodu `header/gps/gps_time_anchor.h` ve `src/gps/gps_time_anchor.c` içindedir.
`parse_subframe()` artık TOW state'ini değiştirmez; yalnız HOW TOW değerini
dışarı verir. `gps_time_from_sample_anchor()` her nav-solve için GPS zamanını
son HOW ve iki receiver-sample latch'i arasındaki farktan baştan üretir.

Uygulanan birim testler:

- HOW ile aynı anda gelen ilk nav-solve (`delta=0`);
- 200 ms ve 1 s sonraki nav-solve;
- geç enable edilen kanal;
- bir veya birkaç coalesced/missed interrupt;
- 32-bit `ABS_SAMPLE` wrap;
- GPS week rollover;
- stale HOW anchor;
- aynı coherent epoch'ta bütün kanalların TOW farkının tolerans içinde olması.

Host testleri normal optimizasyonla ve AddressSanitizer/UndefinedBehaviorSanitizer
ile geçti. 50 MHz Rocket ürün build'i de başarılı oldu. Yeni anchor fonksiyonları
ELF'te toplam yaklaşık 264 bayt text alanı kullanıyor; 1 Hz'de kanal başına bir
kez çalıştığı için WLS yanında CPU etkisi ihmal edilebilir düzeydedir.

### Flash-boot donanım doğrulaması

GDB hot-load kullanılmadan yeni ELF application flash bölgesine yazıldı ve
FPGA yeniden programlanarak bootloader üzerinden temiz DTIM/I-cache başlangıcı
yapıldı. Kullanılan dosyalar:

- `artifacts/firmware_ab/gps_new_how_anchor_fde_off.elf`
- `artifacts/firmware_ab/gps_new_how_anchor_fde_off.flash.bin`
- `logs/how_anchor_acquisition.csv`
- `logs/how_anchor_fde_off_5min.csv`
- `output/firmware_ab_how_anchor_fde_off_5min_by_satellites.csv`

ELF SHA-256:

```text
fb1de03aafacf46d95bde375f3f744635472e9893a9aff6f3c3db9a16444c5ce
```

5 dakika log SHA-256:

```text
82b08bd35d4452f92db6af609b2a03db2ff7b8f78443414ca7a0238c3cb603ed
```

Acquisition sırasında bir kanal diğerlerinden altı nav-solve epoch daha geç
katıldı (`seq=8`, diğer kanallar `seq=14`). Buna rağmen ortak ölçüm epoch'unda
bütün kanallar `67640.000 s` TOW üretti; eski yazılımdaki `-0.200 s` kalıcı
faz farkı yeniden oluşmadı.

5 dakikalık sabit anten ölçümü:

| Metrik | Sonuç |
|---|---:|
| NAV çözümü | 300 |
| Kanal zaman ölçümü | 2100 |
| TOW yayılımı P95 | 19 us |
| TOW yayılımı maksimum | 33 us |
| 1 ms üstü TOW epoch'u | 0 |
| `tow_mismatch` / `tow_rejected` | 0 / 0 |
| ISR overflow / PLIC repeat / drain limit | 0 / 0 / 0 |
| Coalesced / lost / period overrun | 0 / 0 / 0 |
| Integrity-valid | 270/300 (%90.0) |
| FDE uygulanması | 0/300 |
| Maksimum foreground / WLS | 290.13 ms / 28.34 ms |
| HDOP / VDOP medyan | 1.511 / 2.407 |
| Yatay ortalama / P95 / maksimum | 8.34 m / 16.36 m / 24.93 m |
| 3B P95 | 32.64 m |

FDE kapalı önceki yeni-firmware koşusu yatay ortalama/P95 olarak
`8.64/16.74 m`, HOW-anchor koşusu `8.34/16.36 m` verdi. Dolayısıyla FDE
kapatılınca full-WLS dağılımı eski firmware'e yakın seviyeye döndü. Eski
firmware 8 uydu ve daha iyi geometriyle `6.01/11.70 m`, yeni koşu çoğunlukla
7 uyduyla `8.34/16.36 m` üretti. Bu farkın tamamı algoritma farkı sayılamaz;
koşuların uydu sayıları/DOP'ları farklıdır ve surveyed ground truth yoktur.
FDE açık yeni koşunun `9.71/30.34 m` toplam sonucu ise belirgin daha kötüydü.

Not: Eski logdaki hata `0.2 ms` değil, `0.2 s = 200 ms` idi. Yeni ölçümdeki
en büyük kanallar arası TOW farkı 33 us, yani 0.033 ms oldu.

### Son savunma

Anchor düzeltmesine rağmen TOW farkı görülürse epoch invalid/reject edilir.
SVID'e özel `+0.2 s` eklenmez ve azınlık TOW'u çoğunluğa kopyalanmaz; böylece
başka kanal veya başka nav periodundaki gerçek zaman hatası gizlenmez.