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验证矩阵与真实数据回放（L4）

承接《验证策略总览》的 MIL/SIL/PIL/HIL 阶梯，本篇补上总览里缺失的关键维度：数据真实度 × 执行载体 的二维矩阵，以及矩阵里性价比最高的空档——真实数据回放评估（L4）。 核心结论：SIL 全过 ≠ 可以直接上真机。合成数据太干净（白噪声、无磁扰、GNSS 不丢星），它验证的是"代码对不对"；"数据真了还稳不稳"必须用真实数据回答，而这层不需要等板子。

1. 为什么 SIL 之后不能直接跳半实物

SIL（PC 上用 gcc 编译真实固件、跑合成轨迹）能抓"算法错、移植错、门限错"这类纯逻辑问题，但它喂的是 ahrs_data_gen 造的合成数据，对真实世界的几个杀手毫无感知：

合成数据假设 真实世界 可能后果
白噪声、参数恒定 MEMS 有色噪声 + 温漂 门限（如 accel 幅值门限 gf=0.3）误触发/漏触发
磁环境理想 电机/金属机架/电流环磁干扰 磁力计有效性检查失效、yaw 被污染
GNSS 始终有效 丢星 / 多径 / fix 等级切换 丢星处理逻辑从未被验证
传感器时间戳完美同步 驱动时序抖动、总线争用 数据同步误差未验
振动可忽略 复合翼 5~20g 振动 加速度计饱和、陀螺 g 敏感未验

这些在合成数据里根本不存在，所以 SIL 的收敛结论不能外推到真机。

2. 数据真实度 × 执行载体：把"验证手段"拆成两个维度

很多人把"真实数据"和"真板"绑在一起想（"等板子回来用真实数据仿真"），其实它们是两个独立的维度：

验证矩阵：数据真实度 × 执行载体

PC 上跑（gcc） 真板 H743 上跑（Keil AC5）
合成数据 SIL：验证算法/移植/门限（已做） PIL：验证编译器差异/FPU/栈深度（样片后）
真实数据 回放评估 L4：验证真实噪声/磁扰/丢星下的鲁棒性（★ 现在可做） HIL：验证驱动时序/安装误差/整机精度（样片+转台）

关键洞察：右上象限（真实数据 + PC）不需要板子。借一块现成 IMU 模块（或 MTi 开发板）录数据，转成标准格式，喂给现有的 PC 验证链就能跑——样片回来前即可回答"真实环境下算法还灵不灵"。

3. 完整验证链路（七步，不能跳）

① MATLAB 算法参考（oracle）→ ② C 移植 + 等价性对拍 → ③ SIL（gcc 全轨迹）
→ ④ 真实数据回放评估（L4）→ ⑤ PIL（真板+仿真数据）→ ⑥ HIL（真板+真实数据/转台）
→ ⑦ 地面/装机试验 + 与原飞控或商用模块并行比对 → 保守首飞

每一步验证的对象不同：

步 手段 验证对象 能抓的典型问题
① MATLAB eskf15_ref.m 参考实现 算法设计 F/H 不自洽、协方差坍缩（见踩坑实录）
② MEX / Simulink S-Function 包 C 逐拍对拍 代码移植 索引错、符号错、单双精度差
③ gcc 编固件跑合成轨迹 长时收敛 高机动发散、门限参数
④ 真实数据 + PC 回放 数据鲁棒性 真实噪声下门限不适配、磁干扰、丢星
⑤ 真板 + 仿真数据 编译器/CPU Keil vs gcc 浮点差异、硬件 FPU、栈溢出
⑥ 真板 + 真实激励/转台/温箱 整机 驱动时序、IMU 安装误差、最终精度
⑦ 地面/装机试验 + 并行比对 装机集成 与既有航姿源交叉验证，保守切换

4. L4 回放评估工具链（本项目落地）

三段式：板载记录 → 格式转换 → PC 回放。

① ins_logger（固件，HAL-free）→ ② raw2sim.py → ③ replay_eval.m
   帧=magic+t_us+25×float32      CSV/帧流 → sim_data.bin 同款    MATLAB 参考回放+指标
   25 float 布局与 sim_data.bin   缺真值自动进自洽性模式          有真值→RMS 判定
   行完全同构，导出即转换                                       无真值→自洽性指标
  • ins_logger（Core/Src|Inc/ins_logger.c|h）：线性缓冲满即停，帧布局与 PC SIL 的 sim_data.bin 行逐列同构，因此录出来的数据无需中间格式直接进转换层。默认关闭，main.c 挂两处钩子即可。
  • raw2sim.py：接受任意 IMU 模块导出的 CSV，或 ins_logger 二进制流；输出 sim_data.bin 同款布局（int32 N + float32 dt + N×25）；可选气压通道单独出 .baro.bin。缺真值时数据被标记为"自洽性模式"。
  • replay_eval.m：
  • 有真值（转台/MTi-3/已知运动）→ 标准 RMS 判定（att<2°、pos<3m、vel<0.5m/s）；
  • 无真值（手晃/装机盲采）→ 5 项自洽性指标：
指标 含义 关注点
accel gate 触发率 |‖a‖−g|>0.3 的占比 过高→机动段多/门限不适配
mag 有效通过率 幅值±30% + 磁倾角检查 过低→磁干扰环境，需重标定或加 gate
GNSS innovation RMS gpos vs 估计位置 过高→丢星/坐标系不一致
静止段漂移 静止时姿态变化率 应 <0.5°/s 量级
NaN 计数 数值健康 必须为 0

录制姿势建议（从便宜到贵）：静止 30~60s → 手晃/绕轴慢转 → 装机地面推油门 → 转台/已知运动。

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