docs(vd960Loop): 自动分频(Auto Frequency Selection)技术分析与开发计划
- 现状盘点: set_flp_level/loopFreq_Level 已具备, 缺检测/决策/软切换 - 物理层: 四档频率表, 66/76nF 仅 7.3% 间隔(不均匀), 注入锁定才是真敌人 - 干扰检测: 差拍抖动/慢拍/冻结占比 → 干扰度 D (复用 §10 健康度) - 时机策略: A上电/B运行中/C混合(推荐) 三方案 + 切换时序与安全约束 - 频率规划: 8+ 线圈共享 4 档的复用策略 + 邻道协调卡点 - 开发计划: 6 阶段 25+ 任务 (硬件标定→检测→决策→软切换→整合→现场) - 5 个决策点待用户拍板 (方案/初始档位/切换代价/邻道协调/范围)
This commit is contained in:
wangfq
@@ -0,0 +1,245 @@
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# vd960Loop 自动分频（Auto Frequency Selection）技术分析与开发计划
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> 分析日期：2026-08-25
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> 场景：高速公路，每条车道 4 个线圈（前后串行），相邻车道也有线圈
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> 目标：检测到干扰时，四通道各自独立调节 4 档电容频率（33/43/66/76nF）错开干扰源
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## 0. 现状盘点
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| 能力 | 状态 | 说明 |
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| 硬件切换 | ✅ 已具备 | 每通道 2 个 GPIO（FLPA1/2…FLPD1/2），2bit 编码 4 档电容 |
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| 基础软件 | ✅ 已具备 | `set_flp_level(loop_num, freq_level)` 已实现（storage.c:117） |
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| 配置字段 | ✅ 已具备 | `Loop_Cng_Unit.loopFreq_Level`（2bit），flash 持久化，协议字段 freq_level 已定义 |
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| 频率测量 | ✅ 已具备 | CAPVD ∝ 周期，上报实际频率（main.c 转换公式） |
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| 干扰检测 | ❌ 缺失 | 无"自动判断有干扰"的逻辑 |
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| 切换决策 | ❌ 缺失 | 无"切哪档、何时切"的逻辑 |
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| 切换时序 | ❌ 缺失 | 切档会打断检测，无软切换/基线重建流程 |
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| 频率规划 | ❌ 缺失 | 无多线圈错频分配策略 |
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**结论：硬件和基础软件齐了，缺的是"自动"三件套：检测 → 决策 → 软切换。**
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## 1. 物理层分析：四档频率与错频裕量
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### 1.1 四档频率（L₀≈59μH 时）
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| 档位 | 电容 | 频率 | 相对上一档间隔 |
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| 00 高频 | 33nF | ~114.1 kHz | — |
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| 01 中高 | 43nF | ~100.0 kHz | 14.1 kHz（14.1%） |
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| 10 中低 | 66nF | ~80.7 kHz | 19.3 kHz（19.3%） |
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| 11 低频 | 76nF | ~75.2 kHz | **5.5 kHz（7.3%）** ⚠ |
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⚠ **关键发现：四档电容间隔不均匀（+30%/+53%/+15%），66nF 与 76nF 之间频率间隔只有 7.3%**。f ∝ 1/√C，这个比例与线圈 L 无关（恒为 √(76/66)=1.073）。若按行业惯例"相邻线圈频率差 ≥10%"要求，**66/76 这一对不达标**。
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### 1.2 但真正的敌人不是"差拍大不大"，而是"注入锁定"
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错频抑制串扰的物理机制分两层：
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1. **异频耦合 → 差拍**：本道 f1、邻道 f2，互感耦合产生 |f1−f2| 差拍。本道 10ms tick 采样，奈奎斯特 50Hz：
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- 差拍 >50Hz（如 5.5kHz）：欠采样 → 随机高频抖动 → **IIR（τ≈32ms）天然压住**，无害
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- 差拍 <50Hz（近频）：慢拍，可穿透 IIR → 有害
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- 差拍 →0（同频）：注入锁定，最危险
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2. **同频/近频 → 注入锁定**：f1≈f2 时振荡器互相牵引，频率被拉偏、相位锁定，CAPVD 出现慢周期扰动，直接污染检测。
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**结论：错频目标不是"差拍尽量大"，而是"避免同档/近档导致注入锁定"。** 只要相邻线圈不同档（≥1 档间隔，即 ≥7.3% 频率差），差拍欠采样抖动可被滤波抑制。**7.3% 的最小档间隔对避免注入锁定足够，但余量偏小**，规划时优先避免 66/76 相邻组合。
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### 1.3 串扰方向性（衔接上一轮分析）
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- 错频配置下串扰为差拍抖动（正负交替，无稳定极性）
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- 单极性串扰只在同频/近频耦合时出现（错误配置）
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- 负向串扰进滑动平均会污染基线（真实危害）
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## 2. 信号层：干扰检测算法（"怎么知道有干扰"）
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### 2.1 干扰特征（候选）
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| 特征 | 检测量 | 灵敏度 | 可靠性 |
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| **差拍抖动** | 无车时窗口内 variation 峰谷差/σ（复用 §10 健康度） | 高（差拍泄漏直接可见） | 高 |
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| **注入锁定慢拍** | CAPVD 出现 0.5~50Hz 周期性扰动（相邻样本差分谱） | 中 | 高（最隐蔽也最危险） |
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| **基线冻结频率** | 无车时 dev ≥ 4×dlt_ORG 的次数/占比（§10 冻结占比） | 中 | 高 |
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| **误触发率** | 无车误触发计数（单位时间） | 低（需要时间累积） | 中（最终后果指标） |
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### 2.2 检测窗口约束（关键）
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- **干扰检测必须在"本道无车"窗口做**——有车时 CAPVD 大变化是正常信号，不能当干扰
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- 但邻道车经过时差拍增强（邻道线圈被车扰动）→ 检测窗口应**包含"本道无车 + 邻道有车"时段**（无需知道邻道状态，本道无车时抖动超阈值即视为干扰）
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- 复用 §10 健康度框架：无车窗口峰谷差 > 阈值 × 连续 N 窗 → 判定"干扰存在"
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### 2.3 干扰度评分（量化）
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干扰度 D = α·(抖动能量超标度) + β·(冻结占比) + γ·(误触发率归一化)
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D > D_HIGH → 需切换
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D > D_MID → 可疑，加强监测
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阈值需现场标定（"待现场验证"），初值建议：无车窗口峰谷差 > 2× 正常噪声底（即 §10 健康度的漂移速率超基线 2 倍）。
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## 3. 调节时机策略（核心决策点）
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### 方案 A：上电自适应（一次性探测）
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上电 → 各通道稳定期 → 分频探测（每档测 ~5s 噪声底）→ 选最优组合 → 固化 → 正常检测
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| 维度 | 评价 |
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| 实现 | 简单，无运行中切换风险 |
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| 探测时长 | 4 通道 × 4 档 × 5s = 80s（交错并行可压到 ~20-30s）|
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| 缺点 1 | 探测期无检测功能（几十秒）|
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| 缺点 2 | **邻道可能未同时上电**，探测结果基于不完整邻居信息 |
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| 缺点 3 | 现场后期新增设备（护栏、新线圈、改造）不响应 |
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### 方案 B：运行中自适应（动态切换）
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运行中持续监测干扰度 D → 超阈值 → 软切换（无车时执行）→ 切换后评估（改善则保持，恶化则回滚）
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| 维度 | 评价 |
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| 实现 | 复杂，需软切换 + 回滚 |
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| 响应 | 实时适应现场变化 |
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| 风险 | 切换期间通道短暂不可用；切换震荡（需防抖：限次、评估、回滚）|
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| 硬约束 | **必须有车才能切**（防丢检测）；切换后重建基线 |
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### 方案 C：混合策略（推荐）
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上电探测建立初始分配（快速） + 运行中事件触发复测（慢速、保守） + 回滚保护
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- 上电：扫描选档（几十秒，覆盖"邻道未上电"风险用保守选档：选次优但间隔安全的档）
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- 运行中：干扰度 D 超阈值 或 定时（如每小时）复测 → 软切换 + 评估回滚
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- 切换频率限制：1 小时内最多 N 次（防震荡）
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**切换时机细节（任何方案都需要）：**
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前置条件: 该通道无车(VD_FLAG=0) 且 无脉冲输出中 且 非安全复位中
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执行序列: 挂起检测 → GPIO 切档 → 等待振荡稳定(~100ms, 实测标定) → 重建基线(稳定期 128样本≈1.3s) → 恢复检测
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安全约束: 切换期间继电器保持原状态; 四通道交错切换(防同时切换电源跌落)
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> 切换期间该通道约 1.5s 不可用——**这是方案取舍的核心代价，需用户确认可接受**。
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## 4. 频率规划：4 档怎么分给 8+ 个线圈
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### 4.1 冲突定义
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场景：每车道 4 线圈（前后）+ 相邻车道 4 线圈。冲突组合：
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- **同车道前后相邻**：线圈间距 ~几米，磁耦合强
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- **左右相邻车道最近线圈**：跨车道间距，耦合中等
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- 斜向/隔一档：耦合弱，可复用
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### 4.2 复用策略（蜂窝式频率规划）
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同车道 4 线圈: 档位 1-2-3-4 顺序错开（每线圈独立档）
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相邻车道错相位: 车道 2 用 2-3-4-1 循环 → 左右最近线圈档位差 ≥1
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优先避免: 66/76（7.3% 间隔）相邻组合；同档复用距离 ≥2 个线圈位
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### 4.3 关键矛盾：车检器不知道邻道的档位
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无通信前提下可选：
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| 方案 | 做法 | 评价 |
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| **现场配置基准**（推荐起步） | 协议/拨码设置每通道初始档位，各车道按约定错相位 | 简单可靠，依赖施工规范；为后续自动调整提供基准 |
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| **盲探测避让** | 扫描各档时测抖动能量，避开"差拍落入危险区"的档 | 不需邻道信息，但只能"避开坏的"不能"选最优" |
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| **差拍频率反推** | 从抖动频谱估计 f_beat，反推邻道档位 | 理论可行，工程复杂（欠采样谱估计），暂缓 |
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**建议：初始档位现场配置（保证基本错频）+ 自动扫描避让（动态优化）+ 复用规则（防同档相邻）。**
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## 5. 工程约束与风险清单
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| 项 | 约束/风险 | 对策 |
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| 检测中断 | 切换 ~1.5s 不可用 | 无车才切；交错切换；切换评估回滚 |
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| 安全 | 有车时切档丢检测 → 砸车风险 | **硬约束：VD_FLAG=0 才可切**；继电器保持 |
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| 看门狗 | 探测/切换流程不能阻塞主循环 | 全部状态机化，单步 ≤50ms |
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| 基线 | 换档后 CAPVD 跳变 | 重建基线 + 稳定期（现有机制复用）|
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| 灵敏度 | 换档后阈值变化？ | **归一化红利：SensTable 是相对量（×Origin/65536），换档后 Origin 变了但相对阈值不变，灵敏度自动保持** ✓ |
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| 持久化 | 新档位掉电丢失 | 写回 flash loopFreq_Level |
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| 切换震荡 | 频繁切换 | 限次（1h≤N）、评估回滚、Hysteresis |
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| 电源 | 多通道同时切电容冲击 | 交错切换 |
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| 协议联动 | 运行中档位变化后台未知 | 新增自动分频状态上报（含当前档位/干扰度/切换事件）|
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| 测试 | 无真实串扰环境难验证 | 实验室双线圈对测 + 工装注入模拟干扰 + 现场实测 |
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## 6. 开发计划
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### 阶段 0：硬件标定（前置，依赖实验室/现场）
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- [ ] 0.1 实测四档频率、切换 GPIO 到频率稳定的时间（示波器）
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- [ ] 0.2 标定振荡稳定等待时间（切档 → CAPVD 有效）
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- [ ] 0.3 两线圈对测：同档/相邻档/隔档的差拍形态与注入锁定距离
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- [ ] 0.4 标定干扰检测阈值初值（正常噪声底、抖动超标倍率）
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- 输出：参数表（写回代码宏）
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### 阶段 1：干扰检测模块（先会"看病"，不切换）
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- [ ] 1.1 新建 `freq_monitor.c/h`：无车窗口抖动能量统计（复用 §10 峰谷差逻辑）
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- [ ] 1.2 注入锁定慢拍检测（相邻样本差分谱，0.5~50Hz 能量）
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- [ ] 1.3 干扰度评分 D（抖动 + 冻结占比 + 误触发）
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- [ ] 1.4 检测状态机：正常/可疑/干扰（带防抖、去程）
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- [ ] 1.5 协议上报：干扰状态字段（可选，先本地 PRINT）
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- [ ] 1.6 gcc 隔离单测（模拟差拍/锁定/车辆信号，验证不误报）
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- 验证：模拟数据注入，检测准确率；实车现场对比人工判断
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### 阶段 2：选档决策（freq_planner）
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- [ ] 2.1 候选档评估：每档噪声底 + 避让规则（差拍危险区）+ 复用约束（同车道不重复）
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- [ ] 2.2 决策状态机：保持/切换/回滚（带 Hysteresis + 限次）
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- [ ] 2.3 持久化：新档位写 flash
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- [ ] 2.4 单测：给定干扰特征序列 → 期望档位序列
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### 阶段 3：软切换执行（freq_switch）
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- [ ] 3.1 切档状态机：挂起检测 → GPIO 切档 → 等待稳定 → 重建基线 → 恢复
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- [ ] 3.2 与 vd1_task 集成（切档期间跳过检测、继电器保持）
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- [ ] 3.3 四通道交错切换调度
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- [ ] 3.4 切换前后 CAPVD 突变防护（切档瞬间不进入 IIR）
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- [ ] 3.5 单测：状态机全路径 + 异常分支（切换中有车进入 → 中止/回滚）
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### 阶段 4：自适应策略整合（混合方案）
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- [ ] 4.1 上电分频探测流程（4 通道交错扫描，~30s）
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- [ ] 4.2 运行中事件触发复测（干扰度超阈值）
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- [ ] 4.3 定时复测（如 1h，可配置）
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- [ ] 4.4 切换评估：切后 5 分钟干扰度对比，恶化回滚
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- [ ] 4.5 切换限次 + 防震荡
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### 阶段 5：协议/后台联动 + 现场验证
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- [ ] 5.1 协议新增：自动分频状态（当前档位/干扰度/切换事件），版本 bump
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- [ ] 5.2 vd960DBN 解析同步（若走 0xC0 传感帧或独立命令）
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- [ ] 5.3 现场测试方案：双车道对测、邻道干扰注入、长期稳定性（一周）
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- [ ] 5.4 devlog/产品文档同步
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## 7. 需要用户拍板的决策点
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1. **切换时机**：方案 A（仅上电）/ B（仅运行中）/ C（混合，推荐）？
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2. **初始档位来源**：现场配置基准（拨码/协议）vs 全自动扫描？（建议：配置基准 + 自动避让）
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3. **切换代价**：每通道 ~1.5s 检测中断，可接受？（有车不切，只影响无车时段，实际影响很小）
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4. **邻道协调**：相邻车道是否也是自家车检器？能否约定统一的错相位配置规范？
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5. **范围**：v1 只做"干扰检测 + 手动/半自动提示"（后台建议换档），v2 再做全自动？还是一次到位？
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