Validatiestatus

Over toleranties. “Getoetst” betekent hieronder dat een kalibratietest bevestigt dat de gesimuleerde statistiek binnen een afgedwongen drempel overeenkomt met de referentierelatie, momenteel 20–25% relatieve fout (gemiddeld over seeds) voor de relaties van Allan en het ruisbudget. De mediaan van de waargenomen overeenstemming is vaak veel nauwer (enkele procenten), maar de gegarandeerde grens is de drempel, niet de mediaan. Waar een getal als "~2%" voorkomt, is het een typische waarneming, niet de afgedwongen tolerantie. Zie Beweringen tegenover werkelijkheid.

De promotieregel#

Een rij van de machinaal gecontroleerde verificatiematrix (src/verification.rs) is alleen VALIDATED wanneer een referentie die onafhankelijk is van Kshana met de implementatie overeenkomt binnen een tolerantie die is vastgelegd voordat de vergelijking wordt uitgevoerd, in een test die in de gate draait. Deze sectie is de enige plaats waar de regel is opgeschreven; de matrix, de tekst per rij en de release notes verwijzen ernaar.

De geaccepteerde soorten onafhankelijke referentie#

Twee verdere maatstaven beslissen de grensgevallen. Beide zijn aangenomen voor release 0,30.

• P1, een gepubliceerde uitgewerkte waarde. Een gepubliceerde uitgewerkte waarde, berekend uit dezelfde gesloten vorm die de rij implementeert, telt als een gepubliceerde referentievector wanneer de publicatie onafhankelijk is van Kshana en de vergelijking een vermelde tolerantie vastlegt. De waarde moet als getal in de publicatie staan afgedrukt (een van een grafiek afgelezen waarde telt alleen als de leesonzekerheid binnen de vermelde tolerantie valt), en de test moet Kshana haar laten berekenen uit de invoer van de publicatie; een constante vergelijken met het document waaruit ze is overgenomen is een transcriptiecontrole, niet P1.
• P2, een onafhankelijke numerieke bibliotheek. Een onafhankelijke numerieke bibliotheek zoals numpy of LAPACK (het Linear Algebra PACKage) die een eenduidig gedefinieerde grootheid uit de lineaire algebra op vermelde invoer herberekent, telt als een onafhankelijke bibliotheek. De bibliotheek moet de decompositie-, inversie-, oplos- of kleinstekwadratenstap met haar eigen algoritme uitvoeren, op invoer die met de fixture is vastgelegd; de getoetste bewering is dan de lineaire algebra op die invoer, niet de fysieke grootheden van een representatief scenario. Een script dat een scalaire gesloten vorm opnieuw evalueert met numpy-rekenkunde is een tweede implementatie van onszelf, niet P2.

Voorwaarden die voor elke soort gelden: de onafhankelijke referentie is niet geschreven, uitgevoerd of gepubliceerd door dit project (de eigen reeks artikelen van deze repository is dus niet onafhankelijk ervan); de tolerantie staat in de test en is vastgesteld vóór de eerste vergelijking; een datagestuurde test die wordt overgeslagen wanneer haar openbare gegevens ontbreken, meldt dat bij het overslaan.

Wat niet meetelt#

• Onze eigen tweede implementatie: een tweede codepad in deze crate (ReferenceImpl), of een script in deze repository dat dezelfde gesloten vorm opnieuw evalueert.
• Overeenstemming met onze eigen eerdere uitvoer: goldens, regressiepins, snapshots of een tabel uit de eigen artikelen van dit project.
• Een transcriptie van de constanten van een bron: een coëfficiënt, voorinstelling, datasheetcijfer of parameterblad controleren aan het document waaruit het is overgenomen.
• Een ontwerpkeuze: een toewijzing, weging, drempel, alarmlimiet of representatief scenario. Voor een keuze bestaat geen externe referentie.
• Een interne identiteit: een numerieke integraal tegenover zijn eigen analytische vorm, een round trip, een inversie, een eigenschaps- of monotoniciteitstest.
• Een integratierun tegen een echte host (IntegrationRun): een plugin laden in een echte Signal K-server of OpenCPN, of de uitvoer van een echte gate voeden aan een TCP-afnemer, en controleren dat de host de invoer accepteert en de verwachte status toont. Het toont aan dat de koppeling werkt. De host is geen onafhankelijke referentie voor enige waarde die de integratie meedraagt, dus er is niets externs om mee te vergelijken en zo'n rij (de rij maritieme integraties) is MODELLED, niet VALIDATED. IntegrationRun is een eigen soort referentie, alleen toegestaan op MODELLED rijen: integration_run_only_on_modelled_rows in src/verification.rs faalt als een VALIDATED rij die draagt, en validated_rows_require_an_external_oracle eist al dat elke VALIDATED rij ExternalDataset is.
• Aannemelijkheid op echte invoer: echte gegevens die alleen als invoer worden gebruikt, met beweringen over de ordegrootte in plaats van een vergelijking met een externe waarde.
• Een tolerantie die is gekozen nadat de vergelijking was gezien.

Hoe de regel wordt afgedwongen#

Elke VALIDATED rij geeft in validated_oracle_basis() in src/verification.rs aan op welke soort ze rust (Measured, Library, Reference, P1 of P2), de onafhankelijke bron (aangehaald uit de eigen referentietekst van de rij) en de ene test die de vergelijking draagt. De unittests naast de tabel falen wanneer een VALIDATED rij niet of tweemaal is aangegeven, wanneer een aangifte een rij noemt die niet VALIDATED is, wanneer de aangegeven bron niet die is die de referentietekst van de rij noemt of Kshana zelf is, wanneer de aangegeven test niet een test is die de rij aanhaalt, of wanneer een P2-rij geen onafhankelijke numerieke bibliotheek noemt. tests/verification_rows_declare_an_oracle_basis.rs eist vervolgens dat de aangegeven test op schijf bestaat als een echte #[test] die niet wordt genegeerd. Wat de machine niet kan controleren, is of de genoemde test vergelijkt met de aangegeven bron; dat blijft een menselijke lezing. Aantallen per soort worden hier niet getypt: de tabel is de bron.

Bestaande VALIDATED rijen opnieuw onderzocht onder de regel#

De regel is toegepast op de bestaande rijen en op toekomstige promoties.

• P1-rijen genoemd door het validatieonderzoek van 0,30, elk ondersteund: Linkbudget in één richting (de designcontroletabel van JPL Pub 82-76 voor Galileo X-band, opnieuw opgebouwd uit de regels tot op 4.6e-3 dB vrijeruimteverlies); Bandbegrensde gesloten vormen voor elk afstandsmetingssignaal (90,3 procent hoofdlobvermogen en de gepubliceerde coherente early-late-jitter); Maximale Doppler van een navigatiesatelliet in een lage baan om de aarde (de gepubliceerde cijfers van Xona Pulsar X1 en Iridium); Maximale Doppler die een stilstaande gebruiker ziet van een LEO- of MEO-baan (Table 1 van het Pulsar-artikel, 20 waarden); Doppler die een grondontvanger moet verwerken van een LEO-navigatiesatelliet (dezelfde gepubliceerde cijfers van een gevlogen baan). Elke publicatie is onafhankelijk van Kshana, drukt haar getallen af, en de test vermeldt zijn tolerantie.
• Verdere rijen die op P1 rusten, gevonden bij het heronderzoek, elk ondersteund: Ontwerpafweging voor afstandsmetingscodes (de gepubliceerde −23,9 dB Gold-kruiscorrelatie); Maancoördinatentijd (Ashby en Patla 2024, wiens controle van de maansnelheid tegen DE440 een bibliotheekcontrole is); Spectrale vermogensdichtheden van L-bandsignalen in gesloten vorm (Q-waarden van Kaplan en Hegarty); Eerste-orde ionosferische vertraging per band (de groepsvertragingsverhouding uit IS-GPS-200); Wereldgemiddelde gewichten van de signal-in-space-afstandsfout (de tabel van Montenbruck, Steigenberger en Hauschild 2018).
• P2-rijen genoemd door het onderzoek, elk ondersteund: Fisher-informatie en Cramér–Rao-waarneembaarheid (numpy eigh/inv); Identificeerbaarheid van de maandatum; Gekoppelde ijk van maanreferentiestelsel en tijdschaal; Autonome pijplijn voor foutwaarneembaarheid in een vrij netwerk (numpy/SciPy-SVD, singular value decomposition). Elk herberekent een eenduidig gedefinieerde grootheid uit de lineaire algebra op vastgelegde invoer met een ander algoritme dan de Jacobi-eigenwaardeoplosser van Kshana.
• Verdere rijen die op P2 rusten, gevonden bij het heronderzoek, elk ondersteund: Afleiding van prioriteiten met MCDA (multi-criteria decision analysis) (de eigenvector van AHP, analytic hierarchy process, door SciPy/LAPACK; de tabel Random Index die het ook reproduceert is een transcriptie en telt niet mee); Variantie van het doorlopen bij klok-holdover (SciPy expm van de uitgebreide matrix van Van Loan); Realisatie van het maanreferentiestelsel (een Umeyama-oplossing met numpy-SVD); CRPA-bundelvorming (controlled reception pattern antenna) (complexe oplossing met LAPACK); Kernel voor het ARAIM-beschermingsniveau op de maan (de LU-inverse van RTKLIB met SciPy-kwantielen); Consistentie van maanframe en -dynamica tussen aanbieders (een numpy-SVD-kleinstekwadratenfit van drie gepubliceerde efemeriden).
• Gemarkeerd in de eerste ronde, opnieuw onderbouwd in ronde 2 van de run van 0,30. Drie rijen werden gemarkeerd als niet ondersteund door de geschreven regel. Elke rust nu op een vergelijking die is vooraf vastgelegd voordat haar fixture werd opgehaald, zodat geen rij is gemarkeerd; een unittest naast validated_oracle_basis() legt de (nu lege) lijst vast.
  • Integriteit (RAIM/ARAIM/SBAS). De aangehaalde tests bevestigden vroeger alleen aannemelijkheid op echte geometrie van de IGS (International GNSS Service). De rij rust nu op drie bibliotheekreferenties: de ARAIM-solution-separation met meerdere hypothesen uit het Airborne Design Document v4.2 tegenover Stanford MAAST voor ARAIM 2 (270 echte gevallen, slechtste VPL-verschil 2.2e-3 m tegenover 0,05 m); snapshot-RAIM-detectie en -uitsluiting tegenover RTKLIB raim_fde (2016 van 2016 beslissingen identiek) met het beschermingsniveau voor de helling; en de SBAS DO-229E L1-beschermingsniveaus tegenover Stanford MAAST op echte WAAS-uitzendingen (2868 paren binnen 1.6e-5 m). De rij zegt duidelijk dat de functies met uniforme sigma raim::araim_raim en raim::araim_dual_raim niet conform het ADD zijn en dat de SBAS-vergelijking met dubbele frequentie op L5 een bevinding is.
  • Planeetposities door het zonnestelsel uit de Keplerelementen van JPL Standish. De drempel achteraf van tweemaal de nominale fout is vervangen door een vooraf vastgelegde drempel: RMS hoogstens het cijfer uit Table 8.10.1 van de Explanatory Supplement per planeet en component, tegenover JPL Horizons DE441, met de splitsing van de aarde en de ICRF-rotatie gedekt.
  • Lichttijd tussen hemellichamen in het zonnestelsel. De lichttijdsolver wordt nu vergeleken met de lichttijden van Horizons binnen 1e-6 s op DE441-posities, een vooraf vastgelegde drempel die de positiedrempel niet overneemt.
• MODELLED rijen die de twee beleidsregels bevorderbaar maken (alleen via de rij-voor-rij-run van 0,30, nooit door deze tekst): onder P1 de grens voor emitterlokalisatie met TDOA/FDOA (time and frequency difference of arrival), de koppeling van de relativistische klokgang aan het frame, de synchronisatiemaskers van ITU-T (Telecommunication Standardization Sector) (alleen voor maskerwaarden die de aanbevelingen als getallen afdrukken; de overgenomen knikpunten die aan zichzelf zijn gecontroleerd tellen niet mee) en de grens voor 5G-positiebepaling in niet-terrestrische netwerken (alleen als een gepubliceerd uitgewerkt cijfer wordt gevonden); onder P2 blindheid van integriteit voor gemeenschappelijke modus, het scalaire MHSS-beschermingsniveau voor tijdsynchronisatie (multiple-hypothesis solution separation) en de GLS-witmaking (generalised least squares). De twee benchmarkrijen voor timing-integriteit (de classificator voor het Stanford-integriteitsdiagram en de scorer voor integriteitsdekking) zijn regelgebaseerde classificatie, geen lineaire algebra, dus P2 bereikt ze niet; ze hebben een onafhankelijk hulpmiddel nodig, en het enige dat is gevonden (gLAB) heeft een niet-commerciële licentie.
• Consistentie met eerdere weigeringen. De Vallado-controle van de rij voor lanceervensters zou nu onder P1 kwalificeren als haar test het afgedrukte uitgewerkte voorbeeld berekent; het plan van 0,30 bevordert haar in plaats daarvan via Orekit. De crossovertabel voor maantijd per klokklasse blijft MODELLED: de tabel die ze reproduceert komt uit het eigen artikel van dit project, dat niet onafhankelijk is.

Status: witte FM en random-walk-FM getoetst; veroudering gemodelleerd en eruit gekalibreerd; flicker-FM gemodelleerd en getoetst (standaard uit in de aangehaalde scenario's).

Maturiteit: de cijfers van de optische klok zijn het doel gericht op de ruimte op grondhardware -- er is nog nooit een optische strontiumklok gevlogen. Laboratorium-Sr-klokken halen 4.8e-17 (Oelker et al. 2019, Nature Photonics). De cijfers van de CSAC komen van een commercieel onderdeel dat in gebruik is.

Relaties: Riley, NIST SP 1065, Eq. 67 -- witte FM sigma_y^2(tau)=h0/(2 tau); random-walk-FM sigma_y^2(tau)=(2 pi^2/3) h_-2 tau, gelijkwaardig aan q_rw*tau/3 voor een frequentie-Wienerproces met diffusie q_rw.

Pack 2 — inertiële dead-reckoning (quantum inertiële meeteenheid)#

Eerlijke inkadering: het voordeel van koude atomen is langetermijnbiasstabiliteit (~2600x lager), die bij een lange GNSS-uitval domineert via 0,5bT^2. De kortetermijnruis is vergelijkbaar (quantum ~22 tegenover klassiek ~20 ug/sqrtHz) — de quantumsensor wint de marathon, niet de sprint. Maturiteit: versnellingsmeters met koude atomen zijn laboratorium-/vroeg, navigatiekwaliteit-kwarts is in gebruik (JRC122785).

Pack 3 — tijdoverdracht (optisch tegenover radiofrequent (RF), optische verbinding tussen satellieten)#

Eerlijke inkadering: het optische cijfer is een synchronisatiedoel op picosecondeniveau in een baan (niet gevlogen). De terrestrische optische laboratoriumondergrens is ~1 fs (veel beter); een goed ontworpen microgolfverbinding (de microgolfverbinding (MWL) van ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), ~0,3 ps) kan met optisch wedijveren, dus de basislijn "RF = 0,5 ns" is specifiek gewone TWSTFT. De omzetting naar afstand is eenwegs (afstand = cdt); tweewegs/heen-en-terug halveert dat (afstand = cdt/2).

Pack 4 — hybride fusie (sluitstuk)#

Voegt Pack 1 (klok), Pack 2 (inertie) en Pack 3 (tijdoverdracht) samen tot één PNT-suite (positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie). De suite moet ZOWEL de tijdsynchronisatie (< specificatie voor tijdsynchronisatie) ALS de positie (< specificatie voor positie) binnen de grenzen houden; pnt_holdover_s is de tijd tot een van beide wordt overschreden. Optionele optische tijdoverdracht via een verbinding tussen satellieten (ISL) zet de klok tijdens de uitval opnieuw gelijk (alleen ondersteuning voor tijd — de positie wordt niet opnieuw gelijkgezet, want tijdoverdracht geeft tijd, geen positie).

Resultaat: de volledige quantumsuite houdt volledige PNT vol door een uitval van 1,8 h; de volledig klassieke suite is positiebeperkt (de IMU van navigatiekwaliteit overschrijdt als eerste). Optische ISL-tijdoverdracht houdt zelfs de klassieke KLOK vergrendeld, waardoor de inertiële sensor de zwakke schakel van de klassieke suite wordt — het kernargument voor quantum-inertie en optische tijdsynchronisatie samen.

Geometrie — GNSS-beschikbaarheid uit banen#

Eerlijke kadrering: dit is een deterministische geometrielaag (cirkelvormige banen, bolvormige aarde met gemiddelde straal 6371 km, zuivere zichtlijn). Ze stelt de beschikbaarheid en de geometrische positienauwkeurigheid (verdunning van precisie × een representatief budget voor afstandsfouten) vast uit echte geometrie, geen navigatieoplossing met nauwkeurige efemeride. De referentie orbit-gnss-challenged.toml plaatst een ruimtevaartuig binnen de GNSS-schil: het houdt slechts ~59% van de dag een positiebepaling vast, de kwantumklok houdt door elk gat heen een tijdsynchronisatieoplossing van 5 ns aan (beschikbaarheid 1,0), terwijl de chipschaalklok ~0,73 haalt.

Numerieke (Cowell-)propagator en krachtenmodel#

De numerieke propagator (src/propagator.rs) integreert een hiërarchisch krachtenmodel (src/forces.rs) met de adaptieve integratoren (src/integrator.rs). Elke term hieronder is getoetst aan analytische waarheid of aan een met de hand afgeleide gesloten vorm; de verstoringen staan standaard uit, zodat de vrijgegeven golden-bestanden onaangetast blijven. Het samengestelde model is ook gecontroleerd tegen een ander hulpmiddel: tests/numerical_cowell_propagator_reference.rs voert 11 LEO- en GTO-gevallen (geostationaire transferbaan) uit, 275 uurlijkse epochs, tegenover de DormandPrince853-propagator van Orekit 12,2, en de conservatieve lagen (tweelichamen → J2–J6 → zon/maan → kogelvormige SRP) komen overeen tot op ten hoogste 0,08 m over 24 h (VALIDATED in de matrix); de weerstandslaag is alleen gekarakteriseerd (333 m) en blijft MODELLED.

Eerlijke reikwijdte: de vrijgegeven standaardwaarden van ForceModel integreren het zonale veld. Het tesserale EGM2008-veld van hoge graad (src/gravity_sh.rs, graad/orde 70), de vaste-aarde-, oceaan- en atmosferische getijden (src/tides.rs) en de Lense–Thirring-term voor frame-dragging zijn nu geïmplementeerd en samengevoegd in het krachtenmodel voor het fitten van een nauwkeurige efemeride (src/precise_od.rs, zie hieronder). Het tesserale veld is ook een optionele term van het Cowell-ForceModel (propagator::Geopotential, standaard uit), getoetst aan Orekit 12,2 HolmesFeatherstoneAttractionModel tot graad/orde 70 (6 gevallen over 24 h, slechtste |Δr| 0,036 m; tests/cowell_tesseral_orekit_oracle.rs). Er bestaan twee veldevaluatoren: de historische acceleration (sferische partiële afgeleiden; geldig tot graad ~180 weg van de polen; uitvoer vastgelegd) en acceleration_hf (gemodificeerde voorwaartse kolom van Holmes–Featherstone 2002, gradiënt zonder 1/cos φ; geldig tot graad 2190 op elke breedte). EGM2008 tot 2190 wordt tijdens de run geladen (from_gfc_file, scripts/fetch_egm2008.sh, niet meegeleverd). acceleration_hf komt overeen met Orekit 12,2 tot 7.3e-17 m/s² op acht punten tot en met graad 2190; het blijft MODELLED omdat pyshtools de vooraf vastgelegde drempel nabij de pool miste (een mpmath-controle legt de fout bij pyshtools; xval/high-degree-gravity/). Een baan van 24 h 200×200 komt overeen met Orekit tot 0,13 m, maar de vooraf vastgelegde gevoeligheidscontrole voor graad 70 werd gemist (0,73 m < 1 m), zodat de graden 71–200 in de baan slechts zijn gekarakteriseerd en niet getoetst (xval/cowell-tesseral-200-orekit/). De thermosferische dichtheid van NRLMSISE-00 (NRLMSISE: Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter Radar Extended atmosphere model) is overgezet (src/nrlmsise00.rs: bit-identiek aan de C-port in het publieke domein op 720 punten, binnen 1.9e-6 relatief van pymsis, de 17 gepubliceerde testgevallen gereproduceerd; tests/nrlmsise00_reference.rs) en is een optionele laag voor weerstandsdichtheid (forces::DensityModel, ForceModel::drag_density; de standaard blijft het statische Vallado-model). Dit toetst de port, niet de nauwkeurigheid van het model tegenover gemeten dichtheid. De zon en maan van DE440 (DE: Development Ephemeris) vormen een optionele efemeridelaag (ForceModel::with_ephemeris). De schaduw van SRP bij een afgeplatte aarde volgens WGS-84 is optioneel (ForceModel::srp_shadow) en komt overeen met de verlichtingsverhouding van Orekit 12,2 binnen 7.4e-9 over 2400 geometrieën (tests/srp_oblate_shadow_orekit_oracle.rs); de variant met randverduistering heeft geen externe onafhankelijke referentie (MODELLED). De weerstandslaag van NRLMSISE-00 komt overeen met de eigen NRLMSISE-00-weerstand van Orekit 12,2 over 24 h tot 0,03 m bij een weerstandsverplaatsing tot 142 km (tests/drag_tier_orekit_oracle.rs, VALIDATED onder de gedeelde conventies). Een controle met GMAT (General Mission Analysis Tool) blijft een vervolgstap.

Getijden op de geopotentiaal (src/tides.rs)#

Tijdsafhankelijke correcties ΔC̄_nm, ΔS̄_nm op de Stokes-coëfficiënten (IERS Conventions 2010, Chapter 6), getoetst aan de eigen gepubliceerde getallen van de conventies, niet aan een ander hulpmiddel.

Manoeuvres en trajectontwerp (src/maneuver.rs)#

Eerlijke reikwijdte: geen trajectoptimalisator, geen Lambert-takken met meerdere omlopen en een synthetisch coplanair-cirkelvormig heliocentrisch model (geen planetaire DE-efemeride, dus een GMAT-controle van de Aarde–Mars-C3 is niet uitgevoerd).

Baanbepaling (OD) (src/orbit_determination.rs, src/batch_ls.rs)#

| Batch-OD met range-rate / az-el en een elevatiemasker | modelled (externe vergelijking, één vooraf vastgelegde drempel gemist) | tests/od_tracking_measurements_reference.rs: 8 scenario's tegenover de batch-kleinste-kwadraten van Orekit 12,2 met aangepaste ogenblikkelijke geometrische metingen; zichtbare sets identiek, meetwaarden binnen 5.8e-8 m / 6.3e-10 m/s / 1.4e-13 rad, toestandsovergangsmatrix binnen 1.2e-14, ruisbehepte toestanden binnen 1,74 cm en RMS per type binnen 2.7e-4; de vooraf vastgelegde ruisvrije drempel van ≤ 1 cm voor de toestand wordt gemist bij 2 van 4 scenario's (1,46 en 1,74 cm; de eigen schatting van Orekit ligt zo ver van zijn gesimuleerde referentie, die van kshana binnen 1e-8 m). Zie xval/od-measurements-orekit/RESULTS.md. |

Eerlijke reikwijdte: de didactische OD gebruikt vaste inertiale stations, een topocentrisch frame voor een bolvormige aarde en ogenblikkelijke geometrische metingen (geen lichttijd, aberratie, refractie of aardrotatie); de toestandsovergangsmatrix van het range-rate-/hoekpad is variationeel (met RK4 geïntegreerd met analytische tweelichamen- + J2-partiële afgeleiden), niet in gesloten vorm; er is geen sequentieel filter voor range-rate of hoeken. Het pad met alleen afstanden behoudt zijn Jacobiaan met eindige differenties. (De engine voor het fitten van een efemeride met alle krachten hieronder heeft een eigen variationele toestandsovergangsmatrix.)

Toetsing van het krachtenmodel door efemeridefitting (src/precise_od.rs)#

Een nauwkeurige schatter met batch-kleinste-kwadraten op positiewaarnemingen met alle krachten: het tesserale EGM2008-geopotentiaal (geëvalueerd in het aardvaste frame via de CIO-reductie) samengesteld met de zon/maan als derde lichaam, SRP, weerstand, GR (algemene relativiteitstheorie) volgens Schwarzschild/Lense–Thirring en de getijden hierboven, gefit aan een reeks inertiale positiebepalingen met een Jacobiaan van de variationele toestandsovergangsmatrix. Getoetst op synthetische gegevens, waarbij de referentie de eigen integrator van Kshana is, zodat elk residu van de schatter komt en niet van de dynamica.

Eerlijke reikwijdte: de synthetische golf gebruikt nominale aardoriëntatieparameters (EOP: UT1 (Universal Time 1, tijd van de aardrotatie) ≈ TT (Terrestrial Time), geen poolbeweging): exact voor zelfherstel, omdat hetzelfde model de boog genereert en fit. De toetsingen met datasets van instanties leggen echte finals2000A-EOP en SP3/SPK-referentie (SPK: planetaire efemeridekernel) bovenop deze engine via de CIO-frameketen (src/eop.rs, tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs).

Echte nauwkeurige banen van instanties (tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs)#

Zwaartekrachtkaart / alt-PNT-navigatie (src/gravimeter.rs, src/mapmatch.rs, src/particle_filter.rs, src/altpnt/terrain.rs)#

Eerlijke reikwijdte: het zwaartekrachtveld is van lage graad + synthetische mascons, niet de volledige coëfficiëntenset van EGM2008/EIGEN (EIGEN: European Improved Gravity model of the Earth by New techniques); het magnetische kanaal rust op het gladde IGRF-hoofdveld plus synthetische mascons voor korstanomalieën (een echte hoogfrequente korstkaart is een vervolgstap); het CI-terreinveld voor de benchmarks van de navigatiepositiebepaling is het zelfstandige synthetische DEM, terwijl de .hgt-lezer zelf nu in CI is getoetst aan een vastgelegde echte SRTM-v3-tegel (hierboven); de echte tegels met volledige resolutie blijven met #[ignore] afgeschermd. Een Monte-Carlo van de representatiefout van de kaart blijft een vervolgstap. Alle drie de navigators zijn nu aangesloten op de scenario-engine met kind= (gravity-map, terrain-nav, combined-altpnt).

Foutmodel voor INS / IMU: toetsing aan datasheets (src/inertial/)#

Het stochastische foutmodel van de IMU is getoetst aan gepubliceerde specificaties van fabrikantdatasheets / datasets, nooit aan een waarde die Kshana zelf heeft voortgebracht. De brug van een specificatie in veldeenheden naar het ruismodel in SI (International System of Units) is de standaardidentificatie met de Allan-deviatie (Riley, NIST SP 1065 §5; IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952): de random-walk-coëfficiënt N is de overlappende ADEV afgelezen bij τ = 1 s op de helling τ⁻¹ᐟ², en de coëfficiënt voor biasinstabiliteit is het vlakke Allan-plateau (tests/imu_allan_spec.rs, hermetisch: geen download).

Eerlijke reikwijdte: dit toetst het stochastische foutmodel aan Allan-coëfficiënten uit datasheets. De voertuigdataset KF-GINS van i2Nav-WHU (WHU: Wuhan University) wordt gebruikt als afzonderlijke, door data afgeschermde controle: de losjes gekoppelde EKF met gesloten lus voor foutstaten en met het hefboomarmmodel voor GNSS is een VALIDATED rij van de verificatiematrix (Losjes gekoppelde GNSS/INS-EKF met hefboomarm op de KF-GINS-dataset), vergeleken met het C++-referentietraject van KF-GINS onder drempels die vóór de run zijn vastgelegd. Hij draait alleen waar de dataset wordt aangeleverd (KSHANA_KFGINS_DIR); zonder dataset draaien de synthetische lader en de hefboomarmtests. De strak gekoppelde varianten en de varianten met draaggolffase worden door die rij niet gedekt (de rij voor strak gekoppelde GNSS/INS met draaggolffase is MODELLED).

Deep-space- en Mars-PNT: D0-fundament (src/body.rs, src/mars_frame.rs, src/ephem_provider.rs, src/radiometric.rs, src/timescales.rs)#

De eerste mijlpaal van de navigatie-engine voor de diepe ruimte: de op de aarde gerichte kern wordt gegeneraliseerd naar een willekeurig centraal lichaam, met Mars-dynamica, een naad voor efemeridelevering, tijd op submicroseconde-niveau en de primitieven voor lichttijd en relativistische vertraging. Elk bestaand aardscenario is byte-identiek: de golden-bestanden voor reproduceerbaarheid tussen platforms (tests/cross_platform_golden.rs, tests/golden.rs) slagen ongewijzigd zonder regeneratie, afgedwongen per commit.

Radiometrische waarneembare grootheden voor de diepe ruimte en CCSDS Tracking Data Message: D1 (src/radiometric.rs, src/ccsds_tdm.rs)#

De tweede mijlpaal van de navigatie-engine voor de diepe ruimte: het model van waarneembare grootheden dat de D0-kernel voor lichttijd/relativistische vertraging omzet in de werkelijke grootheden die een volgpassage van het Deep Space Network (DSN) of ESTRACK (European Space Tracking network) rapporteert: afstand, Doppler met één, twee of drie wegen, coherente transponder-turn-around, regeneratieve/PN-afstandsmeting (PN: pseudoruis), Δ-DOR (DOR: differentiële enkelwegafstandsmeting) en de voortplantingsmedia, plus de CCSDS-invoer en -uitvoer (Consultative Committee for Space Data Systems) 503.0-B Tracking Data Message (TDM) die een standaard volgbestand van een ruimtevaartinstantie inleest en uitgeeft. Eerlijke reikwijdte: dit zijn exacte geometrische modellen volgens de conventies van Moyer / CCSDS; de meetruis is de door de aanroeper aangeleverde sigma per waarneming en zit niet in het model ingebakken. Het reproduceren van een specifieke echte volgpassage vereist echte TDM-gegevens plus de oplosser voor baanbepaling in de diepe ruimte: dat is D2, niet D1. Alles hieronder is additief (de golden-bestanden voor reproduceerbaarheid zijn ongewijzigd; zelfde SHA, geen regeneratie).

Gereduceerd-dynamische OD voor de diepe ruimte: D2 (src/deepspace_od.rs, src/clock_state.rs, src/mars_atmos.rs)#

De derde mijlpaal van de navigatie-engine voor de diepe ruimte: de schatter die de radiometrische waarneembare grootheden van D1 omzet in een herstelde baan: een numeriek robuust Square-Root Information Filter (SRIF) met gereduceerd-dynamische empirische versnellingen, een klok aan boord met drie toestanden, een weerstandsmodel voor Mars en de radiometrische meetpartiëlen die afstand/Doppler met de filtertoestand verbinden, van begin tot eind gesloten door een synthetisch herstel van baanbepaling in een lage Marsbaan (LMO). Eerlijke reikwijdte: het herstel is een synthetische gesloten lus (referentie en filter delen dezelfde Mars-propagator en de waarnemingen zijn hetzelfde geometrische model van waarneembare grootheden dat het filter inverteert, plus geïnjecteerde Gaussische ruis): het toetst de schattermachinerie, niet de absolute getrouwheid van het krachtenmodel van Mars; de externe kruiscontrole van DE-kwaliteit is de door een kernel afgeschermde crate xval/anise-mars-od (D0.8b). Alles hieronder is additief (de golden-bestanden voor reproduceerbaarheid zijn ongewijzigd; zelfde SHA, geen regeneratie).

Scenario voor PNT in de diepe ruimte en fusie van één weg + twee wegen: D3 (src/mars_pnt.rs, src/deepspace_od.rs)#

De vierde mijlpaal van de navigatie-engine voor de diepe ruimte: een uitvoerbaar Mars-PNT-productscenario dat het Marslichaam / -frame van D0, de radiometrische waarneembare grootheden van D1 en de gereduceerd-dynamische OD van D2 bundelt in één scenariosoort mars-pnt. Het modelleert een kleine relayconstellatie in de stijl van MARCONI die een signaal in de ruimte met één weg (aan de klok gekoppeld) uitzendt en een link met twee wegen (coherent, klokvrij) naar een station voor de diepe ruimte doorgeeft, en navigeert drie referentiegebruikers (Marsoverdracht, orbiter in een lage Marsbaan, vast oppervlaktepunt) met de gezamenlijke fusieschatter van D3.1 voor één weg + twee wegen: een SRIF met twaalf toestanden dat het gereduceerd-dynamische baan-/empirische blok van D2 uitbreidt met een klok aan boord met drie toestanden. Eerlijke reikwijdte: elke kwaliteitsmaat is de formele covariantiegrens van de schatter (1σ / 3σ positie per epoch) en de behaalde RMS tegenover een synthetische gesloten-lusreferentie (referentie en filter delen dezelfde Marsdynamica en hetzelfde geometrische model van waarneembare grootheden, plus geïnjecteerde Gaussische ruis): een gesimuleerde navigatiekwaliteitsmaat, GEEN beschermingsniveau voor de luchtvaart met certificering en GEEN beweringen over vluchten (geen gecertificeerd foutmodel, geen integriteitsbewaking, geen echte volggegevens). Alles hieronder is additief (de golden-bestanden voor reproduceerbaarheid zijn ongewijzigd; zelfde SHA, geen regeneratie).

Maancoördinatentijd: relativistische klokgang aarde–maan (src/lunar_time.rs)#

Een tijdschaal voor maancoördinatentijd (LTC/TCL (TCL: Temps-Coordonnée Lunaire, de Franse naam van Lunar Coordinate Time)) vereist de seculiere snelheid waarmee een klok op het maanoppervlak loopt ten opzichte van een klok op het aardgeoïde (TT). src/lunar_time.rs berekent die vanuit eerste principes: een eerste post-Newtoniaanse identiteit die het verschil in eigenpotentiaal (de conventionele geoïdepotentiaal W0 = L_G·c² ≈ 6.26369e7 m²/s² van IAU L_G min de eigenpotentiaal GM_moon/R_moon ≈ 2.822e6 m²/s² van het maanoppervlak) en de kinetische term (Doppler van de tweede orde) −<v²>/2c² uit de geocentrische maansnelheid (met eindige differenties afgeleid uit de maanreeks van Montenbruck-Gill in src/ephem.rs) optelt. De dominante term van de eigenpotentiaal geeft ≈ 57,5 µs/dag, de kinetische term ≈ −0,5 µs/dag, samen een totaal van ≈ 57 µs/dag. Het scenario lunar-time-offset rapporteert deze snelheid, de opgebouwde LTC−TT-offset over een horizon en ondersteunt een minimaal ensemble met inverse variantie (een maan-papierklok); omzettingen TT↔LTC keren heen en terug tot < 1 ns/dag.

Geodetische VLBI op de maan: vertraging in het nabije veld voor een aardbasislijn die een maanbaken waarneemt (src/lunar_vlbi.rs)#

Een waarneembare grootheid van geodetische VLBI (very-long-baseline interferometry) voor twee grondstations op aarde (een basislijn) die een signaal met één weg van een zender van NovaMoon-klasse op het maanoppervlak waarnemen. De maan staat in het nabije veld en is geen vlakke golf, dus de geometrische vertraging is het exacte verschil van twee afstanden tau_geom = (|r2 − r_B| − |r1 − r_B|)/c en niet de projectie op het hemelvlak. De volledige waarneembare grootheid voegt het verschil in klokoffset van de stations en een gedifferentieerde Shapiro-term voor de aardpotentiaal toe (hergebruikt uit src/radiometric.rs). Stations worden in geocentrische inertiale (GCRS-)coördinaten geplaatst via src/frames.rs + src/cio.rs; het baken via src/ephem.rs (geocentrische maan) + src/lunar.rs (selenografisch→MCMF (MCMF: Moon-centred, Moon-fixed)) + src/lunar_frame.rs (IAU-2015 ME lichaamsgebonden→inertiaal). Het scenario lunar-vlbi bemonstert de vertraging, de snelheid ervan met eindige differenties en de correctie voor het nabije veld over een passage.

De onafhankelijke referentie is de Δ-DOR-waarneembare grootheid voor een vlakke golf delta_dor uit dezelfde codebase in src/radiometric.rs: in de limiet van het verre veld (een synthetisch baken op 1e15 m) moet de geometrische vertraging tot op machineprecisie samenvallen met −(B·ŝ_B)/c = delta_dor(r_B, [0,0,0], B); op werkelijke maanafstand is de correctie voor het nabije veld door golffrontkromming niet nul (tientallen tot honderden µs). De bakenpartiëlen dtau/dr_B = ((r_B−r2)/|r_B−r2| − (r_B−r1)/|r_B−r1|)/c (en de stationspartiëlen) worden geverifieerd met een centraal eindig verschil (relatieve fout < 1e-5).

Gezamenlijke multitechniek-OD + klok op de maan: gesimuleerd herstel in gesloten lus (src/lunar_combination.rs)#

Een batch-kleinste-kwadratenfit voor één epoch (momentopname) (crate::batch_ls::gauss_newton_qr, sinds 0,30 een Householder-QR-stap) die de technieken geodetische VLBI, radiometrische/lokale maanafstandsmeting en afstandsmeting tussen satellieten fuseert op een GESIMULEERD maannetwerk om gezamenlijk de 3D-positie van een station op het maanoppervlak, de positie per satelliet van een kleine constellatie en de klokoffset van elk object te herstellen. De waarneembare grootheden zijn: (1) geodetische VLBI-vertragingen van de aardbasislijn naar het maanstation dat als baken wordt behandeld (hergebruik van src/lunar_vlbi.rs, geocentrisch inertiaal): de kerntechniek; (2) geocentrische radiometrische afstanden van aardstation→satelliet (die de constellatie multilateren vanuit de goed gespreide aardstations) en lokale maanafstanden station↔satelliet (Euclidische MCI-afstand (Moon-centred inertial) plus de gedifferentieerde klokterm); (3) afstanden tussen satellieten (zelfde vorm); plus één pseudowaarneming voor klokssynchronisatie van het station die de anders niet waarneembare gemeenschappelijke klokoffset verankert. De toestandsvector is [station_pos(3), {sat_pos(3)}×N_sat, station_clk, {sat_clk}×N_sat]. Er is geen propagatie met een krachtenmodel in de oplosser: de satellieten zijn vaste, onderscheiden, illustratieve punten op een representatieve maanbaan; dit is een bewust zuivere momentopnamefit. Intern worden posities geschaald en klokken geschat in afstandsequivalente meters zodat de normaalmatrix in f64 goed geconditioneerd blijft; de VLBI- en maanafstanden zijn gemiddeld verwijderd rond de nominale geometrie zodat de Jacobiaan met eindige differenties niet onder catastrofale cancellation lijdt. Het scenario lunar-joint-od-clock voert de oplossing uit met en zonder de VLBI-legs op dezelfde seed/referentie en rapporteert beide oplossingen plus de verbeteringsfactor voor de waarneembaarheid van het station.

Het belangrijkste eerlijke resultaat: lokale maanafstandsmeting vanaf een polair station naar een handvol satellieten die allemaal naar één kant van de hemel staan, laat de positie van het station zwak waargenomen in één richting, dus de oplossing met alleen afstanden is slecht geconditioneerd en de herstelde 3D-fout van het station is groot (of de oplossing convergeert niet). Het toevoegen van de VLBI-vertragingen van de aardbasislijn maakt de volledige 3D-positie van het station waarneembaar en de herstelde stationsfout zakt naar het meterniveau. De test vlbi_restores_station_observability stelt dat de stationsfout met VLBI duidelijk (≥5×) kleiner is dan de fout met alleen afstanden op dezelfde geïnjecteerde referentie: het herstellen door VLBI van de anders niet waarneembare richting van het station is het punt van de fase.

De onafhankelijke referentie is interne consistentie: een geïnjecteerde referentietoestand (station ~50 m/as, satellieten ~30 m/as, klokken ~1e-7 s, met een geseede jitter per component) wordt via hetzelfde geometriemodel dat de oplosser inverteert omgezet in synthetische waarneembare grootheden, geseede Gaussische ruis wordt toegevoegd (illustratieve standaardwaarden: VLBI σ ≈ 1e-11 s, afstand σ ≈ 0,1 m, ISL σ ≈ 0,1 m; gewichten 1/σ²), en de schatter moet de geïnjecteerde referentie binnen de ruis herstellen vanuit een beginschatting van nullen. Een Monte-Carlo-gemiddelde NEES Δxᵀ(HᵀWH)Δx over seeds (formal_covariance_nees) ligt binnen een losse band rond n_params, een controle op realisme van de covariantie.

Realisatie van het lunaire referentiestelsel: 7-parameter-Helmert-datumfit (src/lunar_frame_realise.rs)#

Waar src/lunar_frame.rs de oriëntatie van het maanlichaam volgens IAU 2015 WGCCRE toepast (een voorwaarts model), schat (realiseert) deze module een lunair referentiestelsel uit een netwerk van geschatte puntcoördinaten die aan een datum zijn gekoppeld. De schattingskern is een klassieke gelijkvormigheidstransformatie met 7 parameters (Helmert), drie translatie-, drie kleinehoekrotatie- en één schaalparameter, die punten p_i (geschat frame) afbeeldt op q_i (datumframe) als q_i = t + (1 + s)·R(θ)·p_i, waarbij R(θ) = rz(θz)·ry(θy)·rx(θx) is opgebouwd uit crate::precession::{rx, ry, rz, matmul, mat_vec}. De zeven parameters [tx, ty, tz, θx, θy, θz, s] worden geschat uit ≥ 3 niet-collineaire puntparen met gewogen kleinste kwadraten via crate::batch_ls::gauss_newton: het voorwaartse model voorspelt elke q_i uit zijn p_i en legt alle drie componenten van alle punten plat tot de vector van waarneembare grootheden, de waargenomen datumcoördinaten vormen z, de gewichten zijn 1/σ² en de oplossing start vanuit x0 = zeros. Rotatiehoeken worden geschat in µrad en schaal in ppb zodat de Jacobiaan met eindige differenties goed geschaald blijft bij de grootte van de coördinaten op het maanoppervlak (~1.7e6 m). Een kleine icrf_orientation_tie stelt de gerealiseerde kleine rotatie samen via de oriëntatie van lichaam naar ICRF van IAU (transpose(crate::lunar_frame::icrf_to_iau_moon(jd_tdb))) en geeft de resterende kleinehoekoffset van het gerealiseerde frame rond de ICRF-assen terug: een bewust eenvoudige wijziging van de uitdrukkingswijze van het frame, geen onafhankelijke schatting van de maanpool.

De onafhankelijke referentie is interne consistentie: een bekende Helmert-transformatie (translatie ~tientallen m, rotatie ~µrad, schaal ~1e-7) wordt geïnjecteerd in een goed gespreid synthetisch puntnetwerk (gevarieerde selenografische breedte/lengte → MCMF, sommige punten op hoogte), geseede Gaussische ruis wordt toegevoegd en de fit moet de geïnjecteerde parameters herstellen. Op ruisvrije gegevens is het herstel tot ~machineprecisie (translatie < 1e-6 m, rotatie < 1e-9 rad, schaal < 1e-12); met ruis van een meter liggen de herstelde parameters binnen enkele × de formele σ en ligt de post-fit-RMS-residu nabij het ruisniveau. Het scenario lunar-frame-realisation rapporteert het herstelde datum, de herstelfout per parameter tegenover de geïnjecteerde referentie, de post-fit-RMS van het residu en de oriëntatiekoppeling aan ICRF van de gerealiseerde rotatie.

Servicevolume voor lunaire navigatie: DOP / dekking / beschikbaarheid + gegeneraliseerd lunair ARAIM-PL (src/lunar_service.rs)#

Deze module combineert reeds gebouwde onderdelen tot een analyse van het servicevolume van lunaire navigatie: zij doorloopt een selenografisch breedte-/lengteraster over een tijdshorizon tegen een illustratieve lunaire-baanconstellatie van het type Moonlight / LCNS op basis van openbare bronnen (LCNS: Lunar Communications and Navigation Services) en rapporteert DOP, dekking en beschikbaarheid, plus een gegeneraliseerde lunaire ARAIM-beschermingsniveau-envelop. De twee hergebruiken zijn dragend en expliciet. De DOP-geometrie is de VALIDATED kern (tegen gnss_lib_py) crate::orbit::dop — service_dop is slechts een elevatiemaskerfilter plus die kern, en een test stelt de identiteit vast (service_dop is gelijk aan een directe orbit::dop op dezelfde zichtbare posities). Integriteit hergebruikt de lunaire ARAIM-machinerie van LunaNet LNIS (LunaNet Interoperability Specification) crate::lunar::lunar_araim (σ_URE ≈ 30 m, P_sat ≈ 1e-4); lunar_protection_level generaliseert het bestaande beschermingsniveau voor de zuidpool naar een willekeurig punt op het oppervlak, en een test stelt vast dat het teruggaat op het geval van de zuidpool (op de zuidpool met dezelfde geometrie en hetzelfde budget geeft het exact het bestaande resultaat van lunar::lunar_araim tot op < 1e-9).

De constellatieparameters zijn een illustratieve benadering van publieke beschrijvingen door ESA van de systeemklasse (≈ 4 satellieten in elliptische bevroren maanbanen die dekking van de zuidpool bevoordelen, met de apoluun boven het zuidelijk halfrond; 4 is de standaard van de bibliotheek en de meegeleverde moonlight-service-volume.toml stelt 8 in omdat het beschermingsniveau er minstens 6 in zicht nodig heeft). Ze zijn niet de echte efemeride van Moonlight/LCNS en impliceren geen verbondenheid, goedkeuring, vluchtervaring, certificering of TRL. De samenstelling (dekking / beschikbaarheid / integriteit) is MODELLED: een relayset met cirkelvormige/elliptische Kepler-banen (geen met differentiële correctie bepaalde efemeride van LCNS / NRHO (bijna-rechtlijnige haloconfiguratie) van 9:2), een maan met gemiddelde rotatie (geen fysieke libratie / precesserende pool) en gepubliceerde integriteitsparameters van LunaNet LNIS. Ze toont de methode van het servicevolume, geen operationeel beschikbaarheidsgetal. Deterministisch (zuivere geometrie; geen toeval). Het scenario moonlight-service-volume rapporteert het dekkingspercentage, de omhullenden van het aantal zichtbare satellieten en van PDOP, de HPL/VPL-omhullende over het volume en de beschikbaarheid van het beschermingsniveau tegenover de alarmgrens.

Lunaire differentiële PNT: opheffing van de gemeenschappelijke modus + residu dat met de basislijn groeit + DGNSS-beschermingsniveaus (src/lunar_dpnt.rs)#

Een lunair analogon van DGNSS (differentiële satellietnavigatie) / SBAS: een referentiestation van NovaMoon-klasse op een bekende selenografische locatie berekent differentiële correcties per satelliet uit een illustratieve constellatie van de klasse Moonlight / LCNS uit publieke bronnen, en een rondtrekkende gebruiker op een basislijn daarvandaan past ze toe zodat de fouten in de uitgezonden efemeride in de gemeenschappelijke modus wegvallen. Elke satelliet i heeft een geïnjecteerde gemeenschappelijke 3D-baanfoutvector e_i en een gemeenschappelijke klokfout c_i. Het pseudoafstandsresidu van het referentiestation is de correctie −e_i · û_ref,i + c_i; de ruwe fout van de gebruiker is −e_i · û_user,i + c_i; de gecorrigeerde fout van de gebruiker is hun verschil −e_i · (û_user,i − û_ref,i). De klokterm c_i valt exact weg (hij is identiek in beide waarnemingen) en de baanterm valt terug op de projectie op het verschil van de twee eenheidsvectoren langs de zichtlijn, die → 0 gaat naarmate de basislijn → 0 (de ondergrens van ruimtelijke decorrelatie) en ongeveer lineair groeit met de basislijn. De gecorrigeerde afstandsfouten per satelliet worden via de geometrie van de gebruiker afgebeeld door een kleine, afhankelijkheidsarme momentopname met gewogen kleinste kwadraten (toestand [x, y, z, clock] via crate::orbit::invert4; een constante afstandsbias wordt door de klokonbekende opgenomen in plaats van de positiebepaling te bederven) om de positiefout van de gebruiker te geven. Het beschermingsniveau van de gebruiker hergebruikt de machinerie voor het SBAS-beschermingsniveau van DO-229E (crate::sbas::sbas_protection_level, K-factoren voor Precision-Approach) met de differentiële residu-σ als 1σ-foutbudget van elke satelliet.

NovaMoon wordt alleen als systeemklasse genoemd (een publieke beschrijving van een lunair referentiestation); de constellatie hergebruikt de illustratieve crate::lunar_service::LunarConstellation uit publieke bronnen. Dit zijn illustratieve parameters om de differentiële methode te beproeven, geen echte efemeride, en ze impliceren geen verbondenheid, goedkeuring, vluchtervaring, certificering of TRL. Het scenario lunar-differential-pnt rapporteert de positiefout van de gebruiker met en zonder correcties, de reductiefactor, de curve van de fout tegen de basislijn en het beschermingsniveau. In de standaardconfiguratie is de gecorrigeerde fout van de gebruiker bij een basislijn van 50 km ≈ 0,008 m tegenover ≈ 24 m ongecorrigeerd (een reductie van ~3000×), en ≈ 0 bij een basislijn van nul.

De onafhankelijke referentie is interne consistentie: het wegvallen van de gemeenschappelijke modus is een exacte algebraïsche identiteit (met noise = 0, gecorrigeerde fout < 1e-6 m bij een basislijn van nul; de klokterm valt bij elke basislijn tot op machineprecisie weg), het residu groeit monotoon met de basislijn en het beschermingsniveau is hetzelfde DO-229E-algoritme waaraan de SBAS-stack is vastgelegd. Het residu van ruimtelijke decorrelatie is een geometrisch model van de eerste orde, geen gefit decorrelatiemodel uit echte lunaire volging.

Lunaire interoperabiliteitsexport: met LunaNet/IOAG afgestemde CCSDS OEM + KIF met formaatcontrole heen en terug (src/lunar_interop.rs)#

Het lunaire referentiestelsel, de lunaire tijdschaal en de lunaire efemeride worden geëxporteerd in op LunaNet/IOAG afgestemde (IOAG: Interagency Operations Advisory Group), op CCSDS gebaseerde uitwisselingsvormen. Deze fase verzint geen eigen berichtformaat: zij hergebruikt de bestaande CCSDS-OEM-zender (OEM: Orbit Ephemeris Message) 2,0 en -parser van de crate (crate::oem::OemFile::to_oem_string / crate::oem::parse_oem) en de envelop van het Kshana Interchange Format (crate::interchange::Envelope), opnieuw getagd voor de lunaire context. export_lunar_oem zet de OEM-REF_FRAME op het lunaire lichaamsstelsel van IAU 2015 WGCCRE (MOON_ME gemiddelde aarde of MOON_PA hoofdas), TIME_SYSTEM op de lunaire tijdschaal (LTC / TCL / UTC) en CENTER_NAME op MOON, over een voorbeeld van een illustratieve, uit openbare bronnen afkomstige efemeride van LCNS-klasse (posities uit crate::lunar_service::LunarSat::position_mci, snelheid door centraal eindig verschil). export_lunar_time_metadata levert een op LunaNet/IOAG afgestemde lunaire tijdsbeschrijving (schaal-id, seculiere snelheid in µs/dag uit crate::lunar_time::lunar_rate_breakdown, de gepubliceerde band van 56–59 µs/dag, referentieoppervlak) die via serde_json heen en weer wordt omgezet. export_kif_lunar verpakt de OEM, de beschrijving en het stelsellabel in de bestaande KIF-envelop met het eerlijkheidslabel MODELLED.

De onafhankelijke referentie is de controle van heen-en-terugomzetting en velden. Omdat oem.rs beide richtingen levert, wordt de OEM via crate::oem::parse_oem heen en weer omgezet (terug naar een gelijk segment, met behoud van lunair stelsel, lunaire tijd en aantal toestanden) en onafhankelijk gecontroleerd door oem_conformance. Die controleert of elk vereist CCSDS/LunaNet-headertrefwoord aanwezig is, of REF_FRAME een lunair MOON_*-token bevat en TIME_SYSTEM niet leeg is, of de META_START … META_STOP-omlijsting klopt en of de regels met positie- en snelheidsgegevens goed gevormd zijn. Het resultaat is een gestructureerde pass plus de lijst van aanwezige en ontbrekende velden, zodat een kapotte export (bijvoorbeeld met een weggevallen TIME_SYSTEM) wordt opgemerkt en bij naam genoemd. De tijdmetadata worden via parse_lunar_time_metadata heen en weer omgezet, en de KIF-envelop via Envelope::parse naar gelijke artefacten met het label MODELLED.

Gepreregistreerde voorspellingen#

Een gepreregistreerde voorspelling is een MODELLED resultaat dat is vastgelegd voordat er gegevens bestaan om het aan te toetsen, waarbij tegelijk het beoordelingsprotocol wordt vastgelegd. Het is geen validatie en voegt geen registerrij toe. Elke voorspelling staat in docs/predictions/, met de vastgelegde invoer, het resultaat en hun SHA-256-hashes, en tests/prediction_frozen.rs faalt zodra een vastgelegde byte verandert; een gewijzigde aanname wordt beantwoord met een nieuwe, gedateerde voorspelling naast de oude, nooit door de oude te bewerken.

Representativiteit van de demonstratie en register van hiaten tot vlucht (src/representativeness.rs)#

Een simulatieresultaat is alleen bruikbaar als bewijs als het op zijn gezicht vermeldt waaraan het verankerd is, wat het aanneemt en wat het nog scheidt van een vluchtsysteem. Het representativiteitsregister maakt dat een volwaardige, machinaal gecontroleerde uitvoer: een Representativeness-record bevat de externe Anchors van de demonstratie, de gemodelleerde aannames, de Gaps tot vlucht (elk met de fase of activiteit die het zou sluiten) en de TRL-band waarvoor het representatief is. Het is de tegenhanger per resultaat van de verificationmatrix op mogelijkhedenniveau.

De onafhankelijke referentie is een verzameling invarianten in gesloten vorm, afgedwongen door representativeness::tests: een Validated-record moet minstens één ExternalDataset-anker vermelden (een simulatie kan niet aan zichzelf worden getoetst); een Modelled-record moet minstens één hiaat tot vlucht vermelden en mag geen representatieve TRL-band boven 4 claimen (rijping daarboven vraagt hardware- of vluchtbewijs, dat is een hiaat en geen simulatieresultaat); de TRL-band moet goed gevormd zijn; en een PartnerOwned-record mag niets beweren. Deze invarianten maken de discipline "representativiteit onderbouwd en resterende hiaten richting vlucht duidelijk benoemd" operationeel.

Uniform bewijs voor de afweging tussen kwantum en klassiek (src/qtrade.rs)#

Elk toepassingsgebied van kwantum-PNT beantwoordt dezelfde vraag op dezelfde manier: leg één vergelijkingskader vast (scenario + seed + engineversie), stuur een kwantumkandidaat en een klassieke basislijn door één neutraal codepad, beoordeel ze op gemeenschappelijke kwaliteitsmaten en rapporteer — met een betrouwbaarheidsinterval en een eerlijk label getoetst/uit een model berekend — waar kwantum wint en waar niet. TradeEvidence geeft dat antwoord één vorm, zodat de verticalen voor tijdsynchronisatie, navigatie en anomaliedetectie alle hetzelfde reproduceerbare, eerlijk gelabelde object leveren. Het implementeert geen enkele afweging opnieuw: de getallen per kwaliteitsmaat komen uit de bestaande engines (quantum_trade, crossover en de verticale modules); dit is het contract plus de omhulling voor reproduceerbaarheid en representativiteit, gebouwd op het representativiteitsregister en de verificatielabels.

De onafhankelijke referentie bestaat uit identiteiten voor voordeel en winnaar in gesloten vorm plus een getrouwe omhulling van de bestaande afwegingsuitvoer. qtrade::tests: de voordeelverhouding heeft de juiste polariteit (zo georiënteerd dat >1 altijd betekent dat de kwantumzijde beter is, zowel voor holdover waarbij hoger beter is als voor foutmaten waarbij lager beter is); een bewijsobject gebouwd uit een echt quantum_trade::TradeResult reproduceert zijn voordeelverhoudingen; oneerlijk bewijs wordt afgewezen (een Modelled-representativiteit zonder hiaat, of een Validated-kwaliteitsmaat waarvan het afwegingsrecord geen extern anker heeft); JSON is deterministisch en bevat de velden voor kader, seed, engine, kwaliteitsmaat en representativiteit.

Bibliotheek van foutmodellen voor kwantumapparaten (src/quantum_devices.rs)#

Eén plek die de kwantum-PNT-apparaten ontsluit waartussen de demonstrator afweegt — optische klokken, klokken met gevangen ionen en kwikionen, klassieke referentieklokken, de koudeatoominterferometer en tijdoverdrachtsverbindingen — elk als een DeviceCard met zijn belangrijkste specificatie en een representativiteitsrecord. De meeste apparaatfysica wordt hergebruikt (klokstabiliteiten uit holdover::QuantumClockClass en clock_state::ClockClass; de koudeatoominterferometer uit quantum_trade/crossover; klassieke optische en RF-verbindingen uit timetransfer_adv). Het enige echt nieuwe model is de tijdoverdrachtsverbinding met verstrengeling of enkele fotonen, waarvan de timingprecisie door shotruis wordt begrensd: σ_t ≈ jitter/√(R·τ) in de gedetecteerde coïncidentiesnelheid R en integratietijd τ, verslechterd door een donkertellingsstraf √(1 + dark/R) en naar onderen begrensd door een onvermijdelijke systematische fout.

De onafhankelijke referentie bestaat uit de hergebruikte, gepubliceerde klok- en CAI-coëfficiënten plus identiteiten voor shotruis en verlies in gesloten vorm. quantum_devices::tests: de volgorde van de hergebruikte klokstabiliteiten klopt (optisch rooster < kwikion < CSAC in σ_y(1 s)); de precisie van de verstrengeling verbetert als 1/√τ (4× integratie halveert σ) wanneer shotruis de grens bepaalt; de gedetecteerde coïncidentiesnelheid daalt met een factor 10 per 10 dB verbindingsverlies; donkertellingen verslechteren de precisie monotoon; de systematische ondergrens begrenst de precisie naar onderen; elke apparaatkaart is een geldig Modelled-representativiteitsrecord.

Vertrouwde kwantumtijdsynchronisatie — keten van begin tot eind, beveiligde verspreiding, anomalie en afweging (src/timetransfer_chain.rs)#

Het scenario quantum-time-transfer stelt de tijdsynchronisatieketen samen die een kwantum-PNT-demonstrator nodig heeft: een eindgebruikerstijdbudget van begin tot eind (uitloopfout van de referentieklok en timingprecisie van de verbinding kwadratisch gecombineerd) voor een kwantumketen (optische-roosterklok + verstrengelings- of enkelefotonverbinding) tegenover een klassieke keten (CSAC + RF-tweewegverbinding); een beschermingsniveau voor tijdsynchronisatie (TPL, hergebruikt uit tpl) dat de niet-gedetecteerde tijdfout begrenst; een beveiligingskwaliteitsmaat voor vertragings- en replay-aanvallen 1 − P_md bij een vermeld vals-alarmpercentage (hergebruikt uit detection); een detectiekans voor klokanomalieën plus CUSUM-latentie (cumulatieve som) voor wijzigingsdetectie; en de vergelijking tussen kwantum en klassiek als eerlijk qtrade::TradeEvidence met een representativiteitsrecord en hiaten tot vlucht.

De onafhankelijke referentie is een kwadratisch budget in gesloten vorm over hergebruikte, afzonderlijk getoetste kernels (ADEV tegen Stable32/NIST; de TPL-grens; detection::analytic_pd/analytic_pmd). timetransfer_chain::tests: de kwantumprecisie verbetert met de integratietijd; de kwantumketen kan de precisiekwaliteitsmaat winnen en verliezen (eerlijk — geen universele winst; een zeer verliesgevende verbinding keert het resultaat om); het beschermingsniveau is eindig en positief; de beveiligingskwaliteitsmaat ligt in [0.1] en groeit met de aanvalsvertraging; de detectiekans voor anomalieën is monotoon in de grootte van de fout; en het afwegingsbewijs is intern eerlijk (is_honest()).

GNSS-vrije kwantumnavigatie (src/quantum_nav_od.rs)#

Het scenario quantum-gnss-free-nav vergelijkt dead reckoning tijdens een GNSS-uitval met een kwantum-inertiaalbudget (een koudeatoominterferometer als versnellingsmeter, hergebruikt uit inertial::quantum_imu/quantum_trade, waarvan de CAI-witteruisondergrens is getoetst tot op ~2 ordes van grootte van Freier et al. 2016) tegenover een klassieke INS van navigatiekwaliteit. Het rapporteert de groei van de positiefout over de uitloop, de holdovertijd tot een positiedrempel en de afweging tussen kwantum en klassiek als eerlijk qtrade::TradeEvidence. De waarneembaarheid wordt eerlijk vermeld: zonder externe positiebepaling tijdens de uitval is de bias van de versnellingsmeter niet waarneembaar, dus de positiefout groeit onbegrensd (≈ ½·bias·t² plus een term voor random walk van de snelheid); een kwantumsensor met lagere bias vertraagt die groei maar dicht de kloof niet — alleen een externe positiebepaling doet dat.

De onafhankelijke referentie bestaat uit de hergebruikte inertiaalbudgetten (QuantumNavBudget/ClassicalInsBudget, beide een implementatie van de trait PositionDrift) plus driftidentiteiten in gesloten vorm. quantum_nav_od::tests: het kwantumbudget verslaat het klassieke over een lange uitval (lagere fout, langere holdover); de fout groeit bij beide met de duur van de uitval (de waarneembaarheidskloof); het voordeel hangt af van de uitval en is geen constante winstfactor (de kwantumcurve wordt bij korte uitloop door ruis bepaald en bij lange uitloop door bias); het afwegingsbewijs is intern eerlijk.

Fout- en anomaliedetectie voor kwantum-PNT-systemen (src/quantum_faults.rs)#

Het scenario quantum-anomaly-detect definieert een gelabelde catalogus van kwantum-PNT-fouten (klokfrequentiesprong, drift, verlies van lock; sensorbiasstap, uitval), beoordeelt een detectiestatistiek op nominale tegenover foutieve vensters en rapporteert het onderscheidend vermogen van de detector als ROC-AUC en als minimaal detecteerbare fout bij een vast vals-alarmpercentage. De invalshoek kwantum tegenover klassiek: een stabielere kwantumklokreferentie verlaagt de monitorruis σ, zodat kleinere fouten worden gedetecteerd — uitgevoerd als eerlijk qtrade::TradeEvidence met een representativiteitsrecord.

De onafhankelijke referentie is een AUC in gesloten vorm voor de gaussische detectiestatistiek (nominaal N(0,σ), fout N(μ,σ) ⇒ AUC = Φ(μ/(σ√2))), gecontroleerd tegen de extern getoetste eval_stats::bootstrap_auc_ci (getoetst tegen scikit-learn) en de analytische drempels van detection. quantum_faults::tests: de analytische AUC komt overeen met bekende waarden (0,5 bij μ=0, →1 voor grote μ/σ, monotoon); het empirische bootstrap-AUC-interval omvat de gesloten vorm; de kwantummonitor heeft een hogere AUC en een kleinere minimaal detecteerbare fout; het voordeel verdwijnt voor enorme fouten (beide detecteren perfect — geen universele marge); de catalogus heeft vijf gelabelde klassen; de afweging is intern eerlijk.

Normcontrole — uitwisselingsformaten, linkbudget en integriteit (controles tegen een externe onafhankelijke referentie)#

Deze normen worden getoetst door de letterlijke uitgewerkte voorbeelden en referentiewaarden te reproduceren die in de normen zelf zijn gepubliceerd (of in een onafhankelijke referentie-implementatie), niet door Kshana's eigen heen-en-terugomzetting. Het reproduceren van het eigen annexvoorbeeld van een norm is de sterkste beschikbare controle op een parser van een uitwisselingsformaat.

GNSS-normen — status van de externe onafhankelijke referentie en de resterende hiaten, eerlijk benoemd:

Tijdsynchronisatie voor netwerken, spectrum, het zonnestelsel, constellaties, campagnes en LEO-PNT#

De mogelijkheden die in de lijn 0,28 zijn toegevoegd, worden rij voor rij beoordeeld in de gegenereerde VERIFICATION-MATRIX.md; deze sectie vat samen welke ervan een externe onafhankelijke referentie hebben. Een rij is alleen VALIDATED met een onafhankelijke externe referentie; al het overige is MODELLED.

Uitvoer die weergave is en geen bewijs, heeft tests maar geen matrixrij: de uitwisselingsexports (CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON, STK-efemeride (Systems Tool Kit), SigMF (Signal Metadata Format)), elk teruggelezen door een validator die is geschreven op basis van de specificatie van het formaat (tests/interop_formats.rs, 13 tests; zie INTEROP.md); de animaties (tests/animation.rs: byte-identieke herhaalde runs, exacte framenaantallen, goed gevormde SVG (Scalable Vector Graphics), geen extern adres in de HTML-speler (HyperText Markup Language)); en het runrapport (tests/advanced_report.rs, tests/advanced_report_cli.rs: elk meegeleverd scenario rapporteert zonder lege sectie of plaatsvervangende waarde, de labels komen overeen met de matrix, en de vastgelegde opdracht reproduceert result.json en het rapport byte voor byte).

Werkingsgebied#

Elk pakket wordt over zijn vermelde invoergebied beproefd door tests/scenario_coverage.rs, dat bevestigt dat elke numerieke uitvoer eindig is (geen NaN/Inf (NaN: not a number)) en begrensd. De tabel toont per pakket het geteste invoerbereik, het verwachte uitvoergedrag en de dekkende test.

De rijen voor flicker-FM en fusiebias dichten twee specifieke realismehiaten: de ruistermen staan standaard uit maar beïnvloeden aantoonbaar de uitvoer wanneer ze zijn ingeschakeld, en het gezamenlijke fusiefilter hangt er niet van af dat biases op nul staan — het convergeert ook met een realistische restbias van koudeatoomklasse.

Bekende beperkingen#

• Kwantum- en klassieke runs gebruiken nu onafhankelijke RNG-seeds (random-number generator) (klassieke seed = seed + 0x9e3779b97f4a7c15), zodat hun ruisrealisaties ongecorreleerd zijn — hersteld na beoordeling.
• holdover_s is segmentbewust: uitvaltijdlijnen worden bij heropname van GNSS gesplitst in aaneengesloten segmenten en de gerapporteerde waarde is de slechtste (kortste) uitloop daarover. Ze blijft begrensd door de resolutie van het tijdraster (een ondergrens).
• Her-synchronisatie van ISL-tijdoverdracht modelleert de resterende onzekerheid van de verbinding als verse jitter met gemiddelde nul per meetstap plus herverankering op het ingestelde interval.

Beweringen en werkelijkheid — snelle naslag#

De checklist van een vijandige beoordelaar. Voor elke term die als meer kan worden gelezen dan hij is: wat Kshana vandaag doet en waar de echte versie op de roadmap staat.

Kruiscontroles met artikelen over lunaire PNT (regressiebewijs, geen matrixrijen)#

De lunaire/cislunaire suite (de mogelijkheden "Lunar & cislunar" en "Lunar PNT suite" in de README) heeft haar beweringen uit gepubliceerde artikelen onafhankelijk gecontroleerd in tests/validate_p*.rs, elk tegen een onafhankelijke referentie uit een andere implementatie:

• footprint van baanzenden en -opvangen tegen scipy.special.j1 (Cephes-Bessel J1);
• DOP van de geometrie van oppervlaktebakens tegen een onafhankelijke NumPy-oplossing van (HᵀH)⁻¹;
• groei van de voorspellingsfout van UT1/EOP-persistentie tegen een NumPy-herparsing van dezelfde letterlijke IERS-rijen uit finals2000A;
• vlakke familie van retrograde banen op grote afstand tegen de NASA/JPL Three-Body Periodic Orbit Database;
• budget voor RF-afstandsmetingsprecisie tegen een referentie vanuit eerste beginselen.

Fixtures en scripts voor onafhankelijke-referentiegeneratoren staan onder tests/fixtures/{p1_footprint,lunar_service,eop_prediction,rf_ranging_precision,dro_family_jpl,p2_independent_dop}/. Ze versterken het bewijs achter mogelijkheden die in de machinaal gecontroleerde matrix (src/verification.rs) MODELLED blijven; het zijn regressiecontroles en geen nieuwe VALIDATED matrixrijen, dus ze veranderen zelf het machinaal gecontroleerde matrixaantal niet. Dat aantal wordt hier niet herhaald, omdat een met de hand overgetypte kopie ervan afdrijft: de actuele verdeling is de gegenereerde kop van VERIFICATION-MATRIX.md, die gen_validation_artifacts schrijft op basis van verification_matrix() en die tests/verification_artifacts_doc_sync.rs vastpint.