Kuun vertailuasema

MODELLED. Esitettyjen oletusten (tähdistö, sen signaalin avaruusvirhe, aseman kartoitustarkkuus, korjausviive ja linkin kvantisointi, kukin syöte, jonka julkinen lähde tai merkintä ILLUSTRATIVE on ilmoitettu) mukaan malli antaa alla olevat luvut. Ne eivät ole väite minkään todellisen järjestelmän suorituskyvystä. Kshana ei ole minkään viraston yhteydessä eikä sen tukema, eikä se esitä TRL- tai lentoperintöväitettä. Vain ohjeellinen.

Tarkoitus#

Julkinen aineisto kuvaa kuun etelänavan vertailuaseman, joka valvoo kuun navigointipalvelua, laskee paikallisia differentiaalikorjauksia, ylläpitää kuun aikareferenssiä atomikellolla ja kantaa laser-retroreflektoria ja VLBI-lähetintä kuun koordinaatistoa varten (ESA:n NovaMoon-konseptista julkisesti kuvattu luokka; lähteet alla). Kshana mallintaa jo jokaisen osan erikseen. Tämä tutkimus yhdistää ne yhdeksi toistettavaksi, avoimeksi analyysiksi siitä, mitä tällainen asema voisi tehdä julkisten oletusten mukaisesti, ja ennakkorekisteröi sen, jotta se voidaan pisteyttää julkaistuja tuloksia vastaan ja lopulta lentotuloksia vastaan.

Aja se#

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

tai run_toml Pythonista, WebAssemblystä tai MCP-palvelimen kutsulla run_scenario arvolla kind = "lunar-station-coverage".

Kattavuus- ja tarkkuuskartta (lunar-station-coverage)#

Differentiaaliselle vertailuasemalle tunnetussa etelänapa-asemapaikassa: jokaisessa käyttäjäpisteessä rengasruudukossa leveysasteelta 80° S napaan ja alueen yli, vuorokauden epookkien ja Monte Carlo -kokeiden yli lasketaan prosenttipisteittäin korjattu ja korjaamaton paikkavirhe (3D, vaaka, pysty), saatavuus ja syy jokaiselle ei-saatavalle epookille, kattavuus ennen ajoa ilmoitettua kynnystä vastaan, DO-229E-suojaustasot, kattavuussäde atsimuuttisektoreittain sekä korjauslinkin budjetti asemalla ja pahimmassa pisteessä. Ei uutta fysiikkaa: se pyyhkäisee skenaariolajin lunar-differential-pnt testattuja funktioita ja palautuu tähän lajiin täsmälleen yhdessä pisteessä, yhdellä epookilla ja yhdellä kokeella.

Syötteet#

Tulosteet#

Jokaisella numeerisella kentällä on yksikkö ja alkuperäluokka tuloksen lohkossa units (tarkistaa tests/field_units_global.rs). Aluelohko: 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 jokaista 30° atsimuuttisektoria kohti; points[] pistettä kohti; ja budget_at_station_and_at_edge.

Mitä tarkistukset voivat ja eivät voi kertoa#

• tests/lunar_station_coverage_reference.rs: palautuminen lajiin lunar-differential-pnt, nollapituisen peruslinjan ja kartoituksen lattiat, monotonisuus, ei-saatavuuden syyt, determinismi, työmäärän suoja. Nämä osoittavat, että pyyhkäisy on se malli, jota se väittää pyyhkäisevänsä.
• tests/lunar_station_numpy_oracle.rs: riippumaton numpy-uudelleenlaskenta aritmetiikasta viedyillä tapauksilla, ennakkorekisteröity ennen ajoa. Paikat ja persentiilit täyttivät kynnyksensä; aseman korjaukset eivät täyttäneet kynnyksiään kaksoistarkkuuden pyöristyksen vuoksi (kirjattu lukuineen tiedostoon tests/fixtures/lunar_station/PREREGISTRATION.md).
• Kumpikaan ei tarkista mallia. Virhemalli, ensimmäisen kertaluvun dekorrelaatio, kartoitus-, vanhenemis- ja kvantisointimallit sekä jokainen kynnys ovat tämän projektin omia tai ILLUSTRATIVE.

Maaston horisonttimaskit#

MODELLED. Valinnainen osio [terrain] (src/lunar_terrain.rs) antaa asemalle ja jokaiselle käyttäjäpisteelle oman atsimuutista riippuvan horisontin versiossa 0,36 olevassa siluettitaulukkomuodossa (rivit [azimuth_deg, elevation_deg], lineaarinen atsimuutissa ja kierto kohdassa 360°). Satelliitti lasketaan paikalla, kun se ohittaa sekä kynnyksen mask_deg että horisontin atsimuutissaan; epookki, jonka horisontti jättää alle neljään satelliittiin pisteessä, jossa tasainen maski antaa neljä, raportoidaan merkinnällä unavailable.terrain_masked (user_lt4 säilyttää tasaisen merkityksensä). Kaksi lähdettä, yhdistettynä pisteittäisenä maksimina, kun molemmat on annettu:

• ilmoitettu profiili, station_horizon tai user_horizon (sovelletaan jokaisessa käyttäjäpisteessä), kullakin pakollinen tunniste source;
• napa-DEM:n yli säteenseurannalla laskettu horisontti (dem_path): Kuun pallon isoympyrät tarkalla kaarevuudella, ilmoitetusta mastokorkeudesta (oletus 2 m), jokaisella askeleella azimuth_step_deg (oletus 1°), etäisyyteen max_range_km asti (oletus 150 km) tai ruudukon reunaan. Repositorio sisältää julkisen alueen LRO LOLA -napatuotteen LDEM_75S_240M rajauksen, 5 × 5 lohkokeskiarvolla uudelleenpoimittuna tarkkuuteen 1200 m ja noin ±420 km navasta (data/lunar-dem/NOTICE.md: lähde-URL, SHA-256, lisenssi, rajaus- ja uudelleenpoimintavaiheet);
• tai kohdan dem_path sijaan leveys-/pituuspiiri-DEM-laatta (dem_tile_path) tekstimuodossa realdata::lola_dem (otsikko lat_min lat_max lon_min lon_max n_lat n_lon, sitten korkeudet metreinä keskipallon yläpuolella, rivijärjestyksessä), jonka horisontti lasketaan samalla tavalla; leveysasteväli määrää oletusaskeleen. Raportti toistaa laatan polun, SHA-256:n ja ulottuvuuden (terrain.dem_tile). Mukana toimitetusta rajauksesta uudelleenpoimittu laatta antaa asemalle rajauksen oman horisontin tarkkuudella 0,22° (tests/lunar_station_terrain.rs). Mitään laattaa ei ole mukana.

Samoja maskeja sovelletaan ruudukkoon moonlight-service-volume (terrain, user_horizon ja dem_path; DEM:n ulkopuolinen ruudukkopiste säilyttää tasaisen maskin ja lasketaan). Ilman osiota jokainen asiakirja on tavu tavulta identtinen ajon kanssa, jossa sitä ei ole.

Tarkistukset: säteenseuranta toistaa suljetun muodon horisontit (paljaan pallon dippi, kraatteri tasangolla sen keskipisteestä ja sen ulkopuolelta, rasteroitu kartio analyyttistä kartiota vastaan); mukana toimitettu rajaus on suunnattu lähteen mukaisesti (Shackletonin ja Haworthin pohjat matalalla, Malapertin massiivi korkealla); rajauksella tehty riippumaton numpy-säteenseuranta, ennakkorekisteröity (tests/fixtures/lunar_terrain/PREREGISTRATION.md), täsmää tarkkuuteen 5.5e-10 astetta viidessä paikassa, mikä tarkistaa aritmetiikan, ei maastoa. Mitään julkaistua napahorisontti- tai valaistuslukua ei ole toistettu, joten rivi pysyy tasolla MODELLED (kirjanpitorivi ”Lunar terrain horizon masks from a stated profile or a polar DEM”).

scenarios/lunar-station-coverage-terrain.toml ajaa mukana toimitetut syötteet 2° ruudukolla ja 100 kokeella sekä DEM-horisontilla jokaisessa paikassa. Aseman paikan (89° S, 0° E) korkein horisontti on noin 4,0°, alle 5° maskin, joten asemalla maasto ei rajoita; käyttäjäpisteissä kunkin pisteen korkeimman horisontin pinta-alapainotettu keskiarvo on 9,7° ja suurin 26,3°. Samoilla syötteillä ja tasaisella maskilla verrattuna alueen korjattu p95 3D-virhe nousee arvosta 16,3 m arvoon 18,6 m ja suurin HPL arvosta 480 m arvoon 62 km. Alueen saatavuus nousee arvosta 91,9 % arvoon 93,0 %: epookki ei ole saatavilla, kun piste käyttää satelliittia, jota asema ei näe, ja horisontti, joka piilottaa tuon satelliitin pisteeltä, voi tehdä epookista saatavilla olevan.

Rajoitukset#

1. Maasto ja horisonttimaskaus: käsitelty versiossa 0,36, rajoituksin. Paikkakohtaiset horisonttimaskit ilmoitetusta profiilista tai mukana toimitetusta LOLA-DEM-rajauksesta on mallinnettu (yllä). Mitä jää: mukana toimitettu rajaus on 1200 m pikseliä kohti, joten noin kilometriä pienempi reliefi tasoittuu pois ja lohkokeskiarvot madaltavat teräviä huippuja; säde, joka poistuu rajauksesta (noin 420 km navasta), päättyy siihen; diffraktiota, maaston aiheuttamaa monitie-etenemistä tai osittaista peittoa ei ole; paikkojen sijainnit etäisyysmittauksessa pysyvät keskipallolla ilmoitetuilla korkeuksilla (DEM asettaa vain horisontin); horisonttia ei ole validoitu ulkoista lukua vastaan. Lajin moonlight-service-volume satelliittikohtainen vientipiste maskataan kuin ruudukkopiste: osiolla terrain jokainen vientirivi kantaa kentän clears_terrain ja raportti paikan horisontin (export_site_terrain); antennin keilan sisäiset laskurit laskevat edelleen jokaisen linkin, joka ohittaa tasaisen maskin.
2. Monitie-eteneminen ja vastaanottimen laitteisto: käsitelty versiossa 0,36 valinnaisena, rajoituksin. Osio [receiver] (src/lunar_receiver.rs) lisää korkeuskulmasta riippuvan monitie-etenemisen a + b exp(-el / el0) käyttäjälle ja asemalle (DO-229-funktiomuoto; Kuussa jokainen arvo on ILLUSTRATIVE), aseman monitie-etenemisen valinnaisesti ensimmäisen kertaluvun Gauss–Markov-prosessina epookkien yli, aikainen-miinus-myöhäinen DLL-koodikohinan C/N0:sta sekä kanavakohtaiset kanavienväliset harhat. Mitä jää: antennin vaihekeskipisteen ja ryhmäviiveen vaihtelua ei mallinneta; mikään kuun mittaus ei kiinnitä monitie-etenemisen arvoja; korjauslinkin budjettilohko ei sisällä vastaanotintermejä.
3. Efemeridivirheen kasvu viiveen aikana: käsitelty versiossa 0,36 valinnaisena, rajoituksin. orbit_err_growth_m_per_s lisää lähetetyn ratavirheen lineaarisen kasvun iän mukana (etäisyyden 1-sigma rate x latency / sqrt(3)) jäädytetyn virheen uudelleenprojektion päälle; lineaarinen kasvu on edenneen tilavirheen ensimmäisen kertaluvun termi (tarkistettu tarkkuuteen 1 % arvolla 600 s repositorion kahden kappaleen etenemistä vastaan). Mitä jää: mikään julkinen lähde ei anna kuun kasvunopeutta (ILLUSTRATIVE); ei radan suuntaista/radiaalista rakennetta; korjauslinkin budjettilohko käyttää jäädytettyä mallia. K5-lisäys (tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS03.md, ennakkorekisteröity yksin) ajaa K5:n arvoilla 0,001, 0,01 ja 0,1 m/s: se epäonnistuu jokaisessa tapauksessa (369,8 m, 2315 m, 22797 m kynnystä 1,5 m vastaan), kuten ennen ajoa ilmoitettiin.
4. Ratkaisutyyli (suodatin, korkeusrajoite, kolme satelliittia): valinnainen versiossa 0,36, rajoituksin. Osio [solution] (src/lunar_solution.rs) lisää korkeuden pseudomittauksen, sen kanssa kolmen satelliitin vähimmäismäärän sekä staattisen käyttäjän painotetun pienimmän neliösumman ikkunan epookkien yli (yhteinen paikka, kello kutakin epookkia kohti), joka korvaa suodattimen. Mitä jää: se käsittelee epookkien virheitä riippumattomina, joten se keskiarvoistuu nopeammin kuin ajassa korreloituneet virheet; se on vain staattiselle käyttäjälle; dynaamista suodatinta, kantoaallon vaihetta tai kokonaislukuepävarmuuden ratkaisua ei ole; tapausjälki (trace_case) näyttää hetkellisen aritmetiikan. Tämän tilan sisältävä julkaistujen väitteiden lisäys on tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS06.md (ennakkorekisteröity yksin). Kun korkeusrajoite on 1 m, satelliitteja kolme ja ikkuna 6 epookkia (ILLUSTRATIVE-asetukset), R300:n korjattu p95 3D-virhe putoaa arvosta 280,6 m arvoon 2,11 m (vaaka 0,90 m, ei pisteytetty); K1–K5 epäonnistuvat edelleen ja K6 läpäisee, 1 kohdasta 6 kuten kirjatussa ajossa. Ikkunan riippumattomuusoletus suosii sitä.

Vertailu julkaistuihin väitteisiin#

MODELLED. Tämän mallin vertailu, ajettuna julkisten oletusten mukaisesti, lähteiden esittämiin väitteisiin. Se ei ole väite minkään todellisen järjestelmän suorituskyvystä.

• Lähteet S1–S5 (otsikko, URL, hakupäivä, SHA-256, lisenssi): tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md.
• Jokainen numeerinen väite sivunumeron ja ilmoitettujen oletusten kanssa siteerattuna ja luokiteltuna vertailukelpoiseksi, osin vertailukelpoiseksi tai ei vertailukelpoiseksi: tests/fixtures/lunar_station_published/CLAIMS.md. Mikään väite ei ole täysin vertailukelpoinen, koska mikään lähde ei ilmoita persentiiliä eikä satelliittien ratalementtejä.
• Kynnykset, tapaukset ja syötteet, tallennettu yksin ennen ajoa (versio 2, 05bf9a19), ja kirjattu ajo: tests/fixtures/lunar_station_published/PREREGISTRATION.md. Havainto on kiinnitetty testissä tests/lunar_station_published_oracle.rs.

Kynnyksistä läpäistään 1 / 6. Syy on geometria. Mikään lähde ei julkaise tähdistön ratalementtejä. Repositorion ratalementeillä, jotka ovat ILLUSTRATIVE, käyttäjä ja asema jakavat neljä satelliittia yli 5° vain 8 %:ssa (300 km) ja 6 %:ssa (600 km) epookeista, lähes singulaarisella geometrialla: korjaamaton p95 on 3,8 km, kun lähteet esittävät < 10 m. Lähteiden omissa simulaatioissa käytettiin suodatinta, korkeusrajoitetta ja kolmea satelliittia yhteisessä näkyvyydessä, joita tällä hetkellisellä mallilla ei ole. Ajo ei siksi toista väitteitä noilla ratalementeillä, eikä se ole todiste siitä, että väitteet olisivat väärin. K6:n läpäisy on kahden geometrian hallitseman luvun suhde eikä kerro mitään dekorrelaatiosta. Julkaistu tähdistön ratalementtijoukko pisteytettäisiin samoilla kynnyksillä toisena, päivättynä ajona.

Ennakkorekisteröity ennuste#

Ennakkorekisteröity ennuste, jäädytetty commitissa c05dac1d julkisten lähteiden syötteillä, pisteytysprotokollineen: docs/predictions/lunar-reference-station.md. Se on ennuste, ei validointi, ja jokaisen sen luvun määrää neljän satelliitin tähdistön julkaisematon ratalementtijoukko (käytetyt alkiot ovat ILLUSTRATIVE): alueella 80° S saatavuus 8,2 %, korjattu p95 3D 280 m, korjaamaton 3,8 km. MODELLED; tests/prediction_frozen.rs epäonnistuu, jos yksikin jäädytetty tavu muuttuu.

Aseman aikalaboratorio#

Pysyykö aseman miniRAFS, ohjattuna LTC:hen ja sen jälkeen vapaasti käyvänä tai uudelleenohjattuna, rajoissa 1, 10 ja 100 ns: lajin lunar-time-budget valinnainen lohko [time_lab] (scenarios/lunar-station-time-lab.toml). miniRAFS saavuttaa arvon 1 ns ajassa 2,8 s, arvon 10 ns ajassa 377 s ja arvon 100 ns ajassa 10,5 h; lähteen nanosekuntitason tavoite siteerataan, ei omaksuta. MODELLED. Malli, tulosteet, aikaan kynnykselle -taulukko neljälle kelloluokalle ja vertailu lähteisiin: docs/lunar-station/time-lab.md.

Aseman geodesia#

Kuinka paljon yksi retroreflektori ja yksi VLBI-majakka aseman paikalla tiukentavat kuun koordinaatiston datumia viiden arkistoidun retroreflektoriryhmän lisäksi: lajin lunar-llr-datum valinnaiset syötteet extra_reflectors ja extra_beacons (scenarios/lunar-station-geodesy-baseline.toml ja -with-station.toml). Cramer–Rao-rajat vähennetylle parametrijoukolle aikataululla ja paikalla, jotka ovat ILLUSTRATIVE: translaatiovektorin normin 1-sigma pienenee arvosta 0,0185 m arvoon 0,0102 m (suhde 0,551), mittakaava arvosta 0,00178 arvoon 0,00063 ppm. MODELLED. Menetelmä, varaumat (etelänapa-asema näkee Maan matalalla tai ei lainkaan) ja koko Helmert-taulukko: docs/lunar-station/geodesy.md.

Lähteet#

Jokainen lähde otsikon, tunnisteen ja julkaisijan mukaan sekä hakupäivä ja lisenssi. URL-osoitteet, SHA-256-tiivisteet ja huomautukset siitä, missä lähteet ovat eri mieltä, ovat rekisterissä tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md. Lähdetiedostoja ei jaeta edelleen. Henkilönimet on jätetty tarkoituksella pois.