content(app-G): 补全局部可辨识与时间退化解释
复用实切空间投影,说明有限距离模型中的幅相及未知 rate 消元。给出单有效采样和双采样单帧退化,保留 IP 块内斜率与不同帧时刻的恢复条件。 扩展现有 NumPy 确定性检查;SyncTeX 编译通过,无断引用。例子不替代实际配置验收,不增加 MC。
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@@ -467,6 +467,95 @@ Doppler 部分,由 $\nu_\ell=\nu_{\mathrm{ref}}+\Delta\nu_\ell(\mathbf p)$ 与
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因此,\appref{sec:multiFrameCrb} 的 CP/IP 幅相结构、非负幅度的集中似然、实参数 \gls{fim} 与 Schur 补、实化投影以及 \eqref{eq:A7_real_rank_condition} 的秩判据继续适用;改变的是均值及两角导数的几何映射。结构化 CP 的同星公共相位不能按每块自由复增益消去。SS/MS 比较须保持参考星、源状态、采样与噪声协议相同;单星参考链路的相对系数恒为零,既有 K/U 正交性在相同窄带与幅相假设下仍成立,多星数值损失须重算。
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\paragraph{局部一阶可辨识与时间退化}
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在可见交点横截、角坐标非奇异、有效块幅度为正且噪声协方差正定的工作点,令
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$\boldsymbol\eta=[\alpha,\beta,\nu_{\mathrm{ref}}]^\Tran$。
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将有限距离均值的目标导数和全部幅相、未知参考 rate 导数按
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\eqref{eq:A7_realified_jacobians} 白化并实化为 $\mathbf A,\mathbf B$,则
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\begin{equation}
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\label{eq:G_bearing_local_identifiability}
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\mathcal I_{\mathrm e}\succ0
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\quad\Longleftrightarrow\quad
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\operatorname{rank}(\mathcal P_{\mathbf B}^{\perp}\mathbf A)=3
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\quad\Longleftrightarrow\quad
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\nexists\ \delta\boldsymbol\eta\ne\mathbf0,\ \delta\boldsymbol\psi\in\mathbb R^{\dim\boldsymbol\psi_\mu}:
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\mathbf A\delta\boldsymbol\eta=\mathbf B\delta\boldsymbol\psi.
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\end{equation}
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因此,要检验的是消元后三列的实线性独立性,而非原始角导数或阵列流形是否独立。
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CP-U 的幅度列、同星共享相位列和实值 rate 列须保持原有约束;
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IP-U 可先按逐块复增益投影,再对实值 rate 消元。
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此判据只涉及局部一阶均值变化,不排除相位周期造成的远处分支,也不保证有限样本估计器达到界。
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具体看 IP 的时间导数。设块内有效采样索引为 $n$,帧起点为 $\tau_p$,
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阵列响应在该块冻结,导频已知且不随候选变化。用 $|s_p(n)|^2$ 加权的块内平均记为
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$\langle\cdot\rangle_p$,均值的阵元分量记为 $\mu_{\ell,p,m,n}$。
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消去逐块自由幅相后,参考频移和参考 rate 的导数分量为
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\begin{equation}
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\label{eq:G_bearing_ip_centered_scores}
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\begin{aligned}
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{}[\widetilde{\mathbf J}_{\nu}]_{\ell,p,m,n}
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&=j\big(n-\langle n\rangle_p\big)\mu_{\ell,p,m,n},\\
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[\widetilde{\mathbf J}_{\dot\nu}]_{\ell,p,m,n}
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&=j\left[\tau_p\big(n-\langle n\rangle_p\big)
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+\frac{1}{2}\big(n^2-\langle n^2\rangle_p\big)\right]\mu_{\ell,p,m,n}.
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\end{aligned}
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\end{equation}
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这里采用块内白噪声和 phase-only 模板,逐星有限距离的相对系数及其角导数仍按
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\eqref{eq:G_bearing_window_ols} 计算。块相位消去的是常相位项,不是一般的块内频率斜率。
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空间阵元之间的相位差也不会被一个块相位全部消去。
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一个精确退化例子是每块仅有一个有效时间样本,例如各帧导频只在 $n=0$ 非零。
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取任意互异帧时刻、任意固定星集、可见非切向交点和任意阵列,包括能提供两个角信息的平面阵列。
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IP-U 逐块相位自由且参考 rate 未知,此时 \eqref{eq:G_bearing_ip_centered_scores} 的两列都为零,
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参考频移方向 $\delta\boldsymbol\eta=[0,0,1]^\Tran$ 的有效信息为零。
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即使增加星数或帧数也不能在这一采样协议中恢复参考频移信息。
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对 CP-U,跨帧相位并非自由,不能照搬这一结论。
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另一个例子保留块内时间差:各块只有 $n=0,h$ 两个有效样本,$h>0$,两处导频均非零。
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此时 $n^2=hn$,故逐块有
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\begin{equation}
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\label{eq:G_bearing_two_sample_degeneracy}
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\widetilde{\mathbf J}_{\dot\nu,\ell,p}
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=c_p\widetilde{\mathbf J}_{\nu,\ell,p},
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\qquad c_p=\tau_p+\frac{h}{2}.
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\end{equation}
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若只观测 $\tau_0=0$ 的一帧,则 $c_0=h/2\ne0$。
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取 $\delta\nu_{\mathrm{ref}}=1$、$\delta\dot\nu_{\mathrm{ref}}=-2/h$,保持两角不变,
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两个采样点的时间相位变化均为零。CP-U 和 IP-U 在单帧具有相同的幅相自由度,
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因此两者三维目标 \gls{efim} 都秩亏,无论阵列或多星几何是否能提供角信息。
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这里可辨识的是该帧中点频移的组合,而不是同时未知 rate 时在帧起点定义的参考频移。
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相对频移系数的拟合仍使用预先固定、满列秩的几何节点设计,不将单帧观测误作单节点斜率拟合。
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若 IP 的有效帧有不同起点,式~\eqref{eq:G_bearing_two_sample_degeneracy} 的比例也不同。
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为单独检验时间机制,暂时固定两角,令
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$w_{\ell,p}=\dfrac{2\|\widetilde{\mathbf J}_{\nu,\ell,p}\|_2^2}{\sigma_\ell}>0$,
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其中 $\sigma_\ell$ 为该星噪声复方差。消去块幅相后的频移--rate 信息为
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\begin{equation}
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\label{eq:G_bearing_two_sample_temporal_info}
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\mathbf I_{\nu,\dot\nu}
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=\sum_{\ell,p}w_{\ell,p}
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\begin{bmatrix}1&c_p\\c_p&c_p^2\end{bmatrix},
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\qquad
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I_{\nu,\mathrm e}
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=\sum_{\ell,p}w_{\ell,p}
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-\frac{\left(\sum_{\ell,p}w_{\ell,p}c_p\right)^2}
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{\sum_{\ell,p}w_{\ell,p}c_p^2}.
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\end{equation}
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第二式要求分母非零;若 rate 列为零,直接用实投影判据。
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至少两个正权重块的 $c_p$ 不同即可解除这一时间列的精确比例关系,
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但两角未知时仍须对完整三列执行 \eqref{eq:G_bearing_local_identifiability},不能据此保证整体满秩。
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在固定单位和参数尺度下,帧起点集中在同一个非零 $c_p$ 附近时,参考频移的信息接近零;
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这是病态而非必然秩亏。统一增加噪声复方差只缩放信息,不改变精确秩。
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阵列基线、逐星视线和相对 Doppler 导数决定剩余角信息,不能只凭星数或帧数判定可辨识。
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\paragraph{经纬度误差与完整协方差变换}
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对同一已知高度、分支和 $t_0$,令 $\boldsymbol\xi=h(\boldsymbol\vartheta)$。将星到源单位向量记为 $\mathbf e_r=(\mathbf p_0-\mathbf s_r)/r_r=-\mathbf w_r$,有
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