Księżycowa stacja referencyjna

MODELLED. Przy podanych założeniach (konstelacja, jej błąd sygnału w przestrzeni kosmicznej, dokładność pomiaru stacji, opóźnienie korekt i kwantyzacja łącza, każde jako dane wejściowe oznaczone publicznym źródłem lub jako ILLUSTRATIVE) model daje poniższe wartości. Nie są one stwierdzeniem o działaniu żadnego rzeczywistego systemu. Kshana nie ma powiązań z żadną agencją ani jej poparcia i nie składa żadnych deklaracji dotyczących TRL ani dziedzictwa lotniczego. Wyłącznie doradczo.

Cel#

Materiały publiczne opisują księżycową stację referencyjną przy biegunie południowym, która monitoruje księżycową usługę nawigacyjną, oblicza lokalne korekty różnicowe, utrzymuje księżycowy wzorzec czasu na zegarze atomowym oraz niesie retroreflektor laserowy i nadajnik VLBI dla księżycowego układu odniesienia (klasa publicznie opisana dla koncepcji NovaMoon ESA; źródła poniżej). Kshana modeluje już każdy z tych elementów osobno. To badanie składa je w jedną odtwarzalną, otwartą analizę tego, co taka stacja mogłaby osiągnąć przy publicznych założeniach, i rejestruje ją wstępnie, aby można ją było ocenić względem opublikowanych wyników, a ostatecznie względem wyników lotnych.

Uruchom#

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

lub run_toml z Pythona, WebAssembly albo run_scenario serwera MCP z kind = "lunar-station-coverage".

Mapa pokrycia i dokładności (lunar-station-coverage)#

Dla różnicowej stacji referencyjnej w znanym miejscu w pobliżu bieguna południowego: w każdym punkcie użytkownika na siatce pierścieniowej od 80° S do bieguna i w całym regionie, w ciągu doby epok i prób Monte Carlo: percentylowy błąd położenia skorygowany i nieskorygowany (3-D, poziomy, pionowy), dostępność z przyczyną dla każdej niedostępnej epoki, pokrycie względem progu podanego przed przebiegiem, poziomy ochrony DO-229E, promień pokrycia na sektor azymutu oraz bilans łącza korekt na stacji i w najgorszym punkcie. Bez nowej fizyki: przegląda przetestowane funkcje lunar-differential-pnt i redukuje się dokładnie do tego rodzaju w jednym punkcie, jednej epoce i jednej próbie.

Wejścia#

Wyniki#

Każde pole liczbowe ma jednostkę i klasę pochodzenia w bloku units wyniku (sprawdzane przez tests/field_units_global.rs). Blok regionu: 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 na sektor azymutu 30°; points[] na punkt; oraz budget_at_station_and_at_edge.

Co sprawdzenia mogą, a czego nie mogą powiedzieć#

• tests/lunar_station_coverage_reference.rs: redukcja do lunar-differential-pnt, dolne granice zerowej bazy i pomiaru, monotoniczność, przyczyny niedostępności, determinizm, ogranicznik pracy. Pokazują one, że przegląd jest modelem, który twierdzi, że przegląda.
• tests/lunar_station_numpy_oracle.rs: niezależne ponowne obliczenie arytmetyki w numpy na wyeksportowanych przypadkach, zarejestrowane wstępnie przed uruchomieniem. Położenia i percentyle spełniły swoje progi; korekty stacji chybiły swoich z powodu zaokrągleń podwójnej precyzji (zapisane, wraz z liczbami, w tests/fixtures/lunar_station/PREREGISTRATION.md).
• Żadne z nich nie sprawdza modelu. Model błędu, dekorelacja pierwszego rzędu, modele pomiaru, starzenia i kwantyzacji oraz każdy próg są własnością tego projektu albo ILLUSTRATIVE.

Maski horyzontu terenu#

MODELLED. Opcjonalna sekcja [terrain] (src/lunar_terrain.rs) nadaje stacji i każdemu punktowi użytkownika własny horyzont zależny od azymutu, w formacie tabeli linii horyzontu z 0,36 (wiersze [azimuth_deg, elevation_deg], liniowo względem azymutu z zawinięciem przy 360°). Satelita liczy się w danym miejscu, gdy przekracza zarówno mask_deg, jak i horyzont w swoim azymucie; epoka, w której horyzont pozostawia mniej niż cztery satelity w punkcie, gdzie płaska maska daje cztery, jest zgłaszana jako unavailable.terrain_masked (user_lt4 zachowuje swoje płaskie znaczenie). Dwa źródła, łączone jako ich maksimum punktowe, gdy podano oba:

• podany profil, station_horizon lub user_horizon (stosowany w każdym punkcie użytkownika), każdy z wymaganą etykietą source;
• horyzont wyznaczony metodą marszu promienia po biegunowym DEM (dem_path): koła wielkie sfery księżycowej z dokładną krzywizną, od podanej wysokości masztu (domyślnie 2 m), co azimuth_step_deg (domyślnie 1°), do max_range_km (domyślnie 150 km) lub krawędzi siatki. Repozytorium zawiera wycinek publicznego produktu biegunowego LRO LOLA LDEM_75S_240M (domena publiczna), przepróbkowany metodą średnich blokowych 5 × 5 do 1200 m i obejmujący około ±420 km od bieguna (data/lunar-dem/NOTICE.md: adres źródłowy, SHA-256, licencja, kroki wycinania i przepróbkowania);
• lub, zamiast dem_path, kafel DEM szerokości/długości geograficznej (dem_tile_path) w formacie tekstowym realdata::lola_dem (nagłówek lat_min lat_max lon_min lon_max n_lat n_lon, następnie wysokości w metrach nad średnią sferą, wierszami), przeszukiwany promieniem w ten sam sposób, przy czym odstęp szerokości geograficznej ustala krok domyślny. Raport powtarza ścieżkę, SHA-256 i zasięg kafla (terrain.dem_tile). Kafel przepróbkowany z dołączonego wycinka daje stacji własny horyzont wycinka z dokładnością 0,22° (tests/lunar_station_terrain.rs). Żaden kafel nie jest dołączony.

Te same maski dotyczą siatki moonlight-service-volume (terrain, user_horizon i dem_path; punkt siatki poza DEM zachowuje płaską maskę i jest liczony). Bez tej sekcji każdy dokument jest identyczny bajt po bajcie z przebiegiem bez niej.

Sprawdzenia: marsz promienia odtwarza horyzonty w postaci zamkniętej (zaniżenie horyzontu nagiej sfery, krater na płaskowyżu od jego środka i poza nim, rasteryzowany stożek względem stożka analitycznego); dołączony wycinek ma orientację jak źródło (dna Shackleton i Haworth nisko, masyw Malapert wysoko); niezależne przeszukiwanie promieniem w numpy na wycinku, zarejestrowane wstępnie (tests/fixtures/lunar_terrain/PREREGISTRATION.md), zgadza się do 5.5e-10 deg w pięciu miejscach, co sprawdza arytmetykę, a nie teren. Nie odtworzono żadnej opublikowanej wartości horyzontu biegunowego ani oświetlenia, więc wiersz pozostaje MODELLED (wiersz rejestru „Maski horyzontu terenu Księżyca z podanego profilu lub biegunowego DEM”).

scenarios/lunar-station-coverage-terrain.toml uruchamia dołączone dane wejściowe na siatce 2° ze 100 próbami i horyzontem DEM w każdym miejscu. Miejsce stacji (89° S, 0° E) ma najwyższy horyzont około 4,0°, poniżej maski 5°, więc na stacji teren nie ogranicza; w punktach użytkownika średnia ważona powierzchnią najwyższego horyzontu każdego punktu wynosi 9,7°, a największa 26,3°. W porównaniu z tymi samymi danymi wejściowymi i płaską maską skorygowany błąd 3-D p95 regionu rośnie z 16,3 m do 18,6 m, a największy HPL z 480 m do 62 km. Dostępność regionu rośnie z 91,9 % do 93,0 %: epoka jest niedostępna, gdy punkt używa satelity, którego stacja nie widzi, a horyzont zasłaniający ten satelita przed punktem może uczynić epokę dostępną.

Ograniczenia#

1. Teren i maskowanie horyzontu: uwzględnione w 0,36, z ograniczeniami. Maski horyzontu dla poszczególnych miejsc z podanego profilu lub dołączonego wycinka DEM LOLA są modelowane (powyżej). Pozostaje: dołączony wycinek ma 1200 m na piksel, więc rzeźba poniżej około kilometra jest wygładzona, a średnie blokowe obniżają ostre szczyty; promień opuszczający wycinek (około 420 km od bieguna) kończy się tam; nie ma dyfrakcji, wielodrogowości od terenu ani częściowego przesłonięcia; położenia miejsc do pomiarów odległości pozostają na średniej sferze na podanych wysokościach (DEM ustala wyłącznie horyzont); horyzont nie jest zwalidowany względem zewnętrznej wartości. Miejsce eksportu dla poszczególnych satelitów z moonlight-service-volume jest maskowane jak punkt siatki: z sekcją terrain każdy wiersz eksportu zawiera clears_terrain, a raport horyzont miejsca (export_site_terrain); zliczenia anteny w wiązce nadal uwzględniają każde łącze, które przekracza płaską maskę.
2. Wielodrogowość i sprzęt odbiornika: uwzględnione w 0,36 jako opcja, z ograniczeniami. Sekcja [receiver] (src/lunar_receiver.rs) dodaje zależną od elewacji wielodrogowość a + b exp(-el / el0) u użytkownika i na stacji (postać funkcjonalna DO-229; na Księżycu każda wartość jest ILLUSTRATIVE), wielodrogowość stacji opcjonalnie jako proces Gaussa–Markowa pierwszego rzędu w czasie epok, szum kodu DLL typu early-minus-late z C/N0 oraz przesunięcia między kanałami dla każdego kanału. Pozostaje: zmienność środka fazowego anteny i opóźnienia grupowego nie jest modelowana; żaden pomiar księżycowy nie ustala wartości wielodrogowości; blok bilansu łącza korekt nie zawiera składników odbiornika.
3. Wzrost błędu efemeryd w czasie opóźnienia: uwzględniony w 0,36 jako opcja, z ograniczeniami. orbit_err_growth_m_per_s dodaje liniowy wzrost błędu orbity w transmisji wraz z wiekiem (zakres 1-sigma rate x latency / sqrt(3)), oprócz reprojekcji zamrożonego błędu; wzrost liniowy jest składnikiem pierwszego rzędu błędu propagowanego stanu (sprawdzony do 1 % przy 600 s względem propagacji dwóch ciał z drzewa źródeł). Pozostaje: żadne źródło publiczne nie podaje księżycowej szybkości wzrostu (ILLUSTRATIVE); brak struktury wzdłuż toru i promieniowej; blok bilansu łącza korekt używa modelu zamrożonego. Dodatek K5 (tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS03.md, zarejestrowany wstępnie samodzielnie) uruchamia K5 przy 0,001, 0,01 i 0,1 m/s: kończy się niepowodzeniem w każdym przypadku (369,8 m, 2315 m, 22797 m wobec progu 1,5 m), jak podano przed przebiegiem.
4. Styl rozwiązania (filtr, ograniczenie wysokości, trzy satelity): opcja w 0,36, z ograniczeniami. Sekcja [solution] (src/lunar_solution.rs) dodaje pseudopomiar wysokości, minimum trzech satelitów z nim oraz okno ważonych najmniejszych kwadratów dla statycznego użytkownika po epokach (wspólne położenie, zegar na epokę), które zastępuje filtr. Pozostaje: traktuje błędy epok jako niezależne, więc uśrednia się szybciej niż błędy skorelowane w czasie; dotyczy wyłącznie użytkownika statycznego; nie ma filtra dynamicznego, fazy nośnej ani rozwiązywania niejednoznaczności; ślad przypadku (trace_case) pokazuje arytmetykę migawki. Dodatek do opublikowanych twierdzeń z tym trybem to tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS06.md (zarejestrowany wstępnie samodzielnie). Przy ograniczeniu wysokości 1 m, trzech satelitach i oknie 6 epok (ustawienia ILLUSTRATIVE) skorygowany błąd 3-D p95 dla R300 spada z 280,6 m do 2,11 m (poziomy 0,90 m, nieoceniany); K1 do K5 nadal kończą się niepowodzeniem, a K6 przechodzi, 1 z 6 jak w zapisanym przebiegu. Założenie niezależności okna mu sprzyja.

Porównanie z opublikowanymi twierdzeniami#

MODELLED. Porównanie tego modelu, uruchomionego przy publicznych założeniach, z twierdzeniami zawartymi w źródłach. Nie jest to stwierdzenie o działaniu żadnego rzeczywistego systemu.

• Źródła S1 do S5 (tytuł, URL, data pobrania, SHA-256, licencja): tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md.
• Każde twierdzenie liczbowe, zacytowane ze stroną i podanymi założeniami oraz sklasyfikowane jako porównywalne, częściowo porównywalne lub nieporównywalne: tests/fixtures/lunar_station_published/CLAIMS.md. Żadne twierdzenie nie jest w pełni porównywalne, ponieważ żadne źródło nie podaje percentyla ani elementów orbitalnych satelitów.
• Progi, przypadki i dane wejściowe, zatwierdzone samodzielnie przed przebiegiem (rewizja 2, 05bf9a19), oraz zapisany przebieg: tests/fixtures/lunar_station_published/PREREGISTRATION.md. Wynik jest przypięty w tests/lunar_station_published_oracle.rs.

1 z 6 progów zostaje zaliczone. Przyczyną jest geometria. Żadne źródło nie publikuje elementów orbitalnych konstelacji. Przy elementach ILLUSTRATIVE z drzewa źródeł użytkownik i stacja mają wspólne cztery satelity powyżej 5 deg tylko w 8 % (300 km) i 6 % (600 km) epok, przy geometrii bliskiej osobliwej: nieskorygowany p95 wynosi 3,8 km, tam gdzie źródła podają < 10 m. Własne symulacje źródeł używały filtra, ograniczenia wysokości i trzech satelitów we wspólnej widoczności, czego ten model migawkowy nie ma. Przebieg nie odtwarza więc twierdzeń na tych elementach i nie jest dowodem, że twierdzenia są błędne. Zaliczenie K6 jest stosunkiem dwóch wielkości zdominowanych geometrią i nic nie mówi o dekorelacji. Opublikowany zestaw elementów konstelacji zostałby oceniony przy tych samych progach jako drugi, datowany przebieg.

Wstępnie zarejestrowana prognoza#

Wstępnie zarejestrowana prognoza, zamrożona w commicie c05dac1d na danych wejściowych ze źródeł publicznych, z protokołem oceny: docs/predictions/lunar-reference-station.md. Jest to prognoza, a nie walidacja, i każda zawarta w niej wartość jest zdominowana przez nieopublikowany zestaw elementów czterosatelitarnej konstelacji (użyte elementy są ILLUSTRATIVE): w regionie 80 deg S dostępność 8,2 %, skorygowany 3-D p95 280 m, nieskorygowany 3,8 km. MODELLED; tests/prediction_frozen.rs kończy się niepowodzeniem, jeśli jakikolwiek zamrożony bajt się zmieni.

Laboratorium czasu stacji#

Czy miniRAFS stacji, sterowany do LTC, a następnie swobodnie biegnący lub ponownie sterowany, mieści się w 1, 10 i 100 ns: opcjonalny blok [time_lab] w lunar-time-budget (scenarios/lunar-station-time-lab.toml). miniRAFS osiąga 1 ns po 2,8 s, 10 ns po 377 s i 100 ns po 10,5 h; nanosekundowy cel źródła jest zacytowany, a nie przyjęty. MODELLED. Model, wyniki, tabela czasu do progu dla czterech klas zegarów i porównanie ze źródłami: docs/lunar-station/time-lab.md.

Geodezja stacji#

O ile jeden retroreflektor i jeden radiolatarnia VLBI w miejscu stacji zacieśniają księżycowy układ odniesienia ponad pięć zarchiwizowanych układów retroreflektorów: opcjonalne dane wejściowe extra_reflectors i extra_beacons w lunar-llr-datum (scenarios/lunar-station-geodesy-baseline.toml i -with-station.toml). Granice Cramera–Rao dla zredukowanego zbioru parametrów na harmonogramie i w miejscu ILLUSTRATIVE: norma przesunięcia 1-sigma spada z 0,0185 m do 0,0102 m (stosunek 0,551), skala z 0,00178 do 0,00063 ppm. MODELLED. Metoda, zastrzeżenia (miejsce w pobliżu bieguna południowego widzi Ziemię nisko lub wcale) i pełna tabela Helmerta: docs/lunar-station/geodesy.md.

Źródła#

Każde źródło według tytułu, identyfikatora i wydawcy, z datą pobrania i licencją. Adresy URL, skróty SHA-256 i uwagi o miejscach, w których źródła się różnią, znajdują się w rejestrze, tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md. Żaden plik źródłowy nie jest redystrybuowany. Nazwiska osób pominięto celowo.