Mond-Referenzstation

MODELLED. Unter den angegebenen Annahmen (die Konstellation, ihr Signal-in-Space-Fehler, die Vermessungsgenauigkeit der Station, die Korrekturlatenz und die Quantisierung der Verbindung, jeweils eine Eingabe, die mit ihrer öffentlichen Quelle oder als ILLUSTRATIVE gekennzeichnet ist) liefert das Modell die unten stehenden Werte. Sie sind keine Aussage über die Leistung eines realen Systems. Kshana ist nicht mit einer Behörde verbunden und von keiner unterstützt und erhebt keinen TRL- oder Heritage-Anspruch. Nur beratend.

Zweck#

Öffentliche Unterlagen beschreiben eine Mond-Südpol-Referenzstation, die einen lunaren Navigationsdienst überwacht, lokale Differenzialkorrekturen berechnet, eine Mondzeitreferenz auf einer Atomuhr führt und einen Laser-Retroreflektor sowie einen VLBI-Sender für das Mond-Bezugssystem trägt (die Klasse, die öffentlich für ESAs Konzept NovaMoon beschrieben ist; Quellen unten). Kshana modelliert jedes Teil bereits einzeln. Diese Studie setzt sie zu einer einzigen reproduzierbaren, offenen Analyse zusammen, was eine solche Station unter öffentlichen Annahmen leisten könnte, und registriert sie vorab, damit sie an veröffentlichten Ergebnissen und schließlich an Flugergebnissen bewertet werden kann.

Ausführen#

kshana scenarios/lunar-station-coverage.toml     # about 6 s in a release build

oder run_toml aus Python, WebAssembly oder run_scenario des MCP-Servers mit kind = "lunar-station-coverage".

Abdeckungs- und Genauigkeitskarte (lunar-station-coverage)#

Für eine Differenzial-Referenzstation an einem bekannten Standort am Südpol: an jedem Nutzerpunkt eines Ringgitters von 80° S bis zum Pol und über die Region, über einen Tag von Epochen und Monte-Carlo-Versuche, der Perzentil-Positionsfehler mit und ohne Korrektur (3D, horizontal, vertikal), die Verfügbarkeit mit einem Grund für jede nicht verfügbare Epoche, die Abdeckung gegenüber einem vor dem Lauf angegebenen Schwellenwert, DO-229E-Schutzgrenzen, der Abdeckungsradius je Azimutsektor sowie das Budget der Korrekturverbindung an der Station und am ungünstigsten Punkt. Keine neue Physik: Es durchläuft die getesteten Funktionen von lunar-differential-pnt und reduziert sich bei einem Punkt, einer Epoche und einem Versuch genau auf diese Art.

Eingaben#

Ausgaben#

Jedes numerische Feld trägt eine Einheit und eine Herkunftsklasse im units-Block des Ergebnisses (geprüft durch tests/field_units_global.rs). Der Regionsblock: availability, coverage_fraction, corrected_p_3d_m, corrected_p_h_m, corrected_p_v_m, uncorrected_p_3d_m, improvement_factor, hpl_max_m, vpl_max_m, hpl_below_alert_fraction, worst_point; coverage_radius_km je 30°-Azimutsektor; points[] je Punkt; und budget_at_station_and_at_edge.

Was die Prüfungen aussagen können und was nicht#

• tests/lunar_station_coverage_reference.rs: die Reduktion auf lunar-differential-pnt, die Nullbasislinien- und Vermessungs-Untergrenzen, Monotonie, Gründe für Nichtverfügbarkeit, Determinismus, die Arbeitsbegrenzung. Diese zeigen, dass der Durchlauf das Modell ist, das er zu durchlaufen vorgibt.
• tests/lunar_station_numpy_oracle.rs: eine unabhängige numpy-Neuberechnung der Arithmetik an exportierten Fällen, vor ihrem Lauf vorregistriert. Positionen und Perzentile erreichten ihre Zielwerte; die Stationskorrekturen verfehlten ihre durch Rundung in doppelter Genauigkeit (festgehalten, mit ihren Zahlen, in tests/fixtures/lunar_station/PREREGISTRATION.md).
• Keine von beiden prüft das Modell. Das Fehlermodell, die Dekorrelation erster Ordnung, die Modelle für Vermessung, Alterung und Quantisierung und jeder Schwellenwert sind die eigenen dieses Projekts oder ILLUSTRATIVE.

Geländehorizont-Masken#

MODELLED. Ein optionaler Abschnitt [terrain] (src/lunar_terrain.rs) gibt der Station und jedem Nutzerpunkt einen eigenen azimutabhängigen Horizont, im 0,36-Skyline-Tabellenformat (Zeilen [azimuth_deg, elevation_deg], linear im Azimut mit Umbruch bei 360°). Ein Satellit zählt an einem Standort, wenn er sowohl mask_deg als auch den Horizont in seinem Azimut überschreitet; eine Epoche, in der der Horizont an einem Punkt weniger als vier Satelliten übrig lässt, wo die flache Maske vier ergibt, wird als unavailable.terrain_masked gemeldet (user_lt4 behält seine flache Bedeutung). Zwei Quellen, bei Angabe beider als punktweises Maximum kombiniert:

• ein angegebenes Profil, station_horizon oder user_horizon (an jedem Nutzerpunkt angewendet), jeweils mit einer erforderlichen Kennzeichnung source;
• ein Horizont, per Ray-Marching über ein polares DEM (dem_path) gewonnen: Großkreise der Mondkugel mit exakter Krümmung, von einer angegebenen Masthöhe (Standard 2 m), alle azimuth_step_deg (Standard 1°), bis max_range_km (Standard 150 km) oder zum Gitterrand. Das Repository bindet einen Ausschnitt des gemeinfreien polaren LRO-LOLA-Produkts LDEM_75S_240M ein, 5 × 5 blockmittelwert-neuabgetastet auf 1200 m und etwa ±420 km vom Pol (data/lunar-dem/NOTICE.md: Quell-URL, SHA-256, Lizenz, Schritte für Ausschnitt und Neuabtastung);
• oder, anstelle von dem_path, eine DEM-Kachel nach Breite und Länge (dem_tile_path) im Textformat realdata::lola_dem (ein Kopf lat_min lat_max lon_min lon_max n_lat n_lon, dann die Höhen in Metern über der mittleren Kugel, zeilenweise), auf dieselbe Weise per Ray-Marching ausgewertet, wobei der Breitenabstand die Standardschrittweite bestimmt. Der Bericht gibt Pfad, SHA-256 und Ausdehnung der Kachel wieder (terrain.dem_tile). Eine aus dem eingebundenen Ausschnitt neuabgetastete Kachel gibt der Station den eigenen Horizont des Ausschnitts bis auf 0,22° (tests/lunar_station_terrain.rs). Es wird keine Kachel eingebunden.

Dieselben Masken gelten für das Gitter moonlight-service-volume (terrain, user_horizon und dem_path; ein Gitterpunkt außerhalb des DEM behält die flache Maske und wird gezählt). Ohne den Abschnitt ist jedes Dokument byteidentisch mit einem Lauf ohne ihn.

Prüfungen: Das Ray-Marching reproduziert geschlossene Horizonte (die Absenkung der nackten Kugel, ein Krater in einem Plateau vom Zentrum aus und abseits davon, ein gerasterter Kegel gegenüber dem analytischen Kegel); der eingebundene Ausschnitt ist wie die Quelle ausgerichtet (Shackleton- und Haworth-Böden tief, das Malapert-Massiv hoch); ein unabhängiger numpy-Ray-Cast auf dem Ausschnitt, vorregistriert (tests/fixtures/lunar_terrain/PREREGISTRATION.md), stimmt an fünf Standorten auf 5.5e-10 Grad überein, was die Arithmetik prüft, nicht das Gelände. Es wurde keine veröffentlichte Horizont- oder Beleuchtungszahl für den Pol reproduziert, daher bleibt die Zeile MODELLED (Register-Zeile "Lunar terrain horizon masks from a stated profile or a polar DEM").

scenarios/lunar-station-coverage-terrain.toml lässt die mitgelieferten Eingaben auf einem 2°-Gitter mit 100 Versuchen und dem DEM-Horizont an jedem Standort laufen. Der Stationsstandort (89° S, 0° E) hat einen höchsten Horizont von etwa 4,0°, unterhalb der 5°-Maske, sodass das Gelände an der Station nicht bindet; an den Nutzerpunkten beträgt der flächengewichtete Mittelwert des höchsten Horizonts jedes Punkts 9,7° und der größte 26,3°. Gegenüber denselben Eingaben mit der flachen Maske steigt der korrigierte p95-3D-Fehler der Region von 16,3 m auf 18,6 m und die größte HPL von 480 m auf 62 km. Die Verfügbarkeit der Region steigt von 91,9 % auf 93,0 %: Eine Epoche ist nicht verfügbar, wenn ein Punkt einen Satelliten verwendet, den die Station nicht sieht, und ein Horizont, der diesen Satelliten vor dem Punkt verbirgt, kann die Epoche verfügbar machen.

Einschränkungen#

1. Gelände und Horizontmaskierung: in 0,36 behandelt, mit Grenzen. Horizontmasken je Standort aus einem angegebenen Profil oder dem eingebundenen LOLA-DEM-Ausschnitt sind modelliert (oben). Was bleibt: Der eingebundene Ausschnitt hat 1200 m je Pixel, sodass Relief unterhalb von etwa einem Kilometer geglättet wird und Blockmittelwerte scharfe Gipfel senken; ein Strahl, der den Ausschnitt verlässt (etwa 420 km vom Pol), endet dort; es gibt keine Beugung, keinen Gelände-Mehrwegeempfang und keine teilweise Verdeckung; Standortpositionen für die Entfernungsmessung bleiben auf der mittleren Kugel bei den angegebenen Höhen (das DEM legt nur den Horizont fest); der Horizont ist nicht gegen eine externe Zahl validiert. Der Export-Standort je Satellit von moonlight-service-volume wird wie ein Gitterpunkt maskiert: Mit einem Abschnitt terrain trägt jede Exportzeile clears_terrain und der Bericht den Horizont des Standorts (export_site_terrain); die Antennen-In-Beam-Zählungen zählen weiterhin jede Verbindung, die die flache Maske überschreitet.
2. Mehrwegeempfang und Empfängerhardware: in 0,36 als Opt-in behandelt, mit Grenzen. Ein Abschnitt [receiver] (src/lunar_receiver.rs) fügt am Nutzer und an der Station elevationsabhängigen Mehrwegeempfang a + b exp(-el / el0) hinzu (die Funktionsform von DO-229; auf dem Mond ist jeder Wert ILLUSTRATIVE), wobei der Mehrwegeempfang der Station optional ein Gauß-Markov-Prozess erster Ordnung über die Epochen ist, dazu Early-minus-Late-DLL-Coderauschen aus C/N0 und kanalweise Zwischenkanal-Biases. Was bleibt: Variationen von Antennenphasenzentrum und Gruppenlaufzeit sind nicht modelliert; keine Mondmessung legt die Mehrwegewerte fest; der Budgetblock der Korrekturverbindung enthält die Empfängerterme nicht.
3. Wachstum des Ephemeridenfehlers über die Latenz: in 0,36 als Opt-in behandelt, mit Grenzen. orbit_err_growth_m_per_s fügt dem Bahnfehler der Rundsendung ein lineares Wachstum mit dem Alter hinzu (Entfernung 1-Sigma rate x latency / sqrt(3)), zusätzlich zur Reprojektion des eingefrorenen Fehlers; lineares Wachstum ist der Term erster Ordnung eines propagierten Zustandsfehlers (bei 600 s auf 1 % gegen die interne Zweikörperpropagation geprüft). Was bleibt: Keine öffentliche Quelle gibt eine Mond-Wachstumsrate an (ILLUSTRATIVE); keine Struktur in Flugrichtung/radial; der Budgetblock der Korrekturverbindung verwendet das eingefrorene Modell. Der K5-Nachtrag (tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS03.md, allein vorregistriert) lässt K5 bei 0,001, 0,01 und 0,1 m/s laufen: Er schlägt in jedem Fall fehl (369,8 m, 2315 m, 22797 m gegenüber einem Zielwert von 1,5 m), wie vor dem Lauf angegeben.
4. Lösungsstil (Filter, Höhenbedingung, drei Satelliten): ein Opt-in in 0,36, mit Grenzen. Ein Abschnitt [solution] (src/lunar_solution.rs) fügt eine Höhen-Pseudomessung, damit ein Minimum von drei Satelliten und ein gewichtetes Kleinste-Quadrate-Fenster für statische Nutzer über Epochen (eine gemeinsame Position, eine Uhr je Epoche) hinzu, das an die Stelle eines Filters tritt. Was bleibt: Es behandelt die Fehler der Epochen als unabhängig und mittelt daher schneller herunter als zeitlich korrelierte Fehler es täten; es gilt nur für statische Nutzer; es gibt keinen dynamischen Filter, keine Trägerphase und keine Auflösung der Mehrdeutigkeit; die Fallspur (trace_case) zeigt die Momentaufnahme-Arithmetik. Der Nachtrag zu veröffentlichten Behauptungen mit diesem Modus ist tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS06.md (allein vorregistriert). Mit einer Höhenbedingung von 1 m, drei Satelliten und einem Fenster von 6 Epochen (ILLUSTRATIVE Einstellungen) sinkt der korrigierte p95-3D-Fehler von R300 von 280,6 m auf 2,11 m (horizontal 0,90 m, nicht bewertet); K1 bis K5 schlagen weiterhin fehl und K6 besteht, 1 von 6 wie im aufgezeichneten Lauf. Die Unabhängigkeitsannahme des Fensters begünstigt es.

Vergleich mit veröffentlichten Behauptungen#

MODELLED. Ein Vergleich dieses Modells, unter den öffentlichen Annahmen ausgeführt, mit den Behauptungen der Quellen. Es ist keine Aussage über die Leistung eines realen Systems.

• Quellen S1 bis S5 (Titel, URL, Abrufdatum, SHA-256, Lizenz): tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md.
• Jede numerische Behauptung, mit ihrer Seite und den angegebenen Annahmen zitiert und als vergleichbar, teilweise vergleichbar oder nicht vergleichbar eingestuft: tests/fixtures/lunar_station_published/CLAIMS.md. Keine Behauptung ist vollständig vergleichbar, weil keine Quelle ein Perzentil oder die Bahnelemente der Satelliten angibt.
• Zielwerte, Fälle und Eingaben, vor dem Lauf allein eingecheckt (Revision 2, 05bf9a19), und der aufgezeichnete Lauf: tests/fixtures/lunar_station_published/PREREGISTRATION.md. Der Befund ist in tests/lunar_station_published_oracle.rs festgeschrieben.

1 von 6 Zielwerten wird bestanden. Die Ursache ist die Geometrie. Keine Quelle veröffentlicht die Bahnelemente der Konstellation. Mit den internen ILLUSTRATIVE Elementen teilen sich ein Nutzer und die Station vier Satelliten oberhalb von 5 Grad nur in 8 % (300 km) und 6 % (600 km) der Epochen, bei nahezu singulärer Geometrie: Das unkorrigierte p95 beträgt 3,8 km, wo die Quellen < 10 m nennen. Die eigenen Simulationen der Quellen verwendeten einen Filter, eine Höhenbedingung und drei Satelliten in gemeinsamer Sicht, die dieses Momentaufnahme-Modell nicht hat. Der Lauf reproduziert die Behauptungen auf diesen Elementen daher nicht, und er ist kein Beleg dafür, dass die Behauptungen falsch sind. Das Bestehen von K6 ist ein Verhältnis zweier von der Geometrie dominierter Zahlen und sagt nichts über die Dekorrelation aus. Ein veröffentlichter Satz der Elemente der Konstellation würde unter denselben Zielwerten als zweiter, datierter Lauf bewertet.

Vorregistrierte Vorhersage#

Eine vorregistrierte Vorhersage, eingefroren bei Commit c05dac1d auf den Eingaben der öffentlichen Quellen, mit ihrem Bewertungsprotokoll: docs/predictions/lunar-reference-station.md. Sie ist eine Vorhersage, keine Validierung, und jede Zahl darin wird vom unveröffentlichten Elementesatz der Konstellation aus vier Satelliten dominiert (die verwendeten Elemente sind ILLUSTRATIVE): über die Region ab 80 Grad S Verfügbarkeit 8,2 %, korrigiert p95 3D 280 m, unkorrigiert 3,8 km. MODELLED; tests/prediction_frozen.rs schlägt fehl, wenn sich ein eingefrorenes Byte bewegt.

Zeitlabor der Station#

Ob das miniRAFS der Station, auf LTC gesteuert und dann freilaufend oder neu gesteuert, innerhalb von 1, 10 und 100 ns bleibt: der optionale Block [time_lab] von lunar-time-budget (scenarios/lunar-station-time-lab.toml). Das miniRAFS erreicht 1 ns nach 2,8 s, 10 ns nach 377 s und 100 ns nach 10,5 h; das Ziel der Quelle im Nanosekundenbereich wird zitiert, nicht übernommen. MODELLED. Modell, Ausgaben, die Tabelle der Zeit bis zum Schwellenwert für vier Uhrenklassen und der Vergleich mit den Quellen: docs/lunar-station/time-lab.md.

Stationsgeodäsie#

Wie stark ein Retroreflektor und ein VLBI-Funkfeuer am Stationsstandort das Mond-Bezugsdatum über die fünf archivierten Retroreflektor-Anordnungen hinaus verengen: die optionalen Eingaben extra_reflectors und extra_beacons von lunar-llr-datum (scenarios/lunar-station-geodesy-baseline.toml und -with-station.toml). Cramér-Rao-Schranken für einen reduzierten Parametersatz auf einem ILLUSTRATIVE Zeitplan und Standort: Das 1-Sigma der Translationsnorm sinkt von 0,0185 m auf 0,0102 m (Verhältnis 0,551), der Maßstab von 0,00178 auf 0,00063 ppm. MODELLED. Methode, Vorbehalte (ein Standort am Südpol sieht die Erde tief oder gar nicht) und die vollständige Helmert-Tabelle: docs/lunar-station/geodesy.md.

Quellen#

Jede Quelle nach Titel, Kennung und Herausgeber, mit Abrufdatum und Lizenz. URLs, SHA-256-Hashes und Hinweise, wo die Quellen voneinander abweichen, stehen im Register, tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md. Es wird keine Quelldatei weiterverbreitet. Personennamen sind absichtlich weggelassen.