Stan walidacji

O tolerancjach. „Sprawdzone względem niezależnego wzorca” poniżej oznacza, że test kalibracyjny stwierdza, iż symulowana statystyka zgadza się z relacją wzorcową w granicach wymuszanej bramki, obecnie błędu względnego 20–25% (uśrednionego po ziarnach) dla relacji Allana i budżetu szumów. Mediana zaobserwowanej zgodności jest często znacznie ciaśniejsza (kilka procent), ale gwarantowaną granicą jest bramka, a nie mediana. Tam, gdzie pojawia się wartość taka jak „~2%”, jest to typowa obserwacja, a nie wymuszana tolerancja. Zob. Twierdzenia a rzeczywistość.

Reguła awansu#

Wiersz sprawdzanej maszynowo macierzy weryfikacji (src/verification.rs) jest VALIDATED tylko wtedy, gdy wyrocznia niezależna od Kshana zgadza się z implementacją w granicach tolerancji podanej przed wykonaniem porównania, w teście uruchamianym w bramce. Ta sekcja jest jedynym miejscem, w którym reguła jest zapisana; macierz, opisy poszczególnych wierszy i uwagi do wydań odsyłają do niej.

Akceptowane rodzaje wyroczni#

Dwa dalsze standardy rozstrzygają przypadki graniczne. Oba przyjęto dla wydania 0,30.

• P1, opublikowana wartość rozwiązana. Opublikowana wartość rozwiązana, obliczona z tej samej postaci zamkniętej, którą implementuje wiersz, liczy się jako opublikowany wektor wzorcowy, gdy publikacja jest niezależna od Kshana, a porównanie przypina podaną tolerancję. Wartość musi być wydrukowana w publikacji jako liczba (wartość odczytana z wykresu liczy się tylko wtedy, gdy niepewność odczytu mieści się w podanej tolerancji), a test musi sprawić, by Kshana obliczyła ją z danych wejściowych publikacji; porównanie stałej z dokumentem, z którego ją skopiowano, jest kontrolą transkrypcji, a nie P1.
• P2, niezależna biblioteka numeryczna. Niezależna biblioteka numeryczna, taka jak numpy lub LAPACK (Linear Algebra PACKage), ponownie obliczająca jednoznacznie zdefiniowaną wielkość algebry liniowej na podanych danych wejściowych, liczy się jako niezależna biblioteka. Biblioteka musi wykonać krok rozkładu, odwrócenia, rozwiązania lub najmniejszych kwadratów własnym algorytmem, na danych wejściowych zatwierdzonych wraz z fikstury; sprawdzonym twierdzeniem jest wtedy algebra liniowa na tych danych, a nie fizyczne wielkości scenariusza reprezentatywnego. Skrypt, który ponownie oblicza skalarną postać zamkniętą za pomocą arytmetyki numpy, jest naszą własną drugą implementacją, a nie P2.

Warunki obowiązujące dla każdego rodzaju: wyrocznia nie jest napisana, uruchamiana ani publikowana przez ten projekt (seria artykułów tego repozytorium nie jest więc od niego niezależna); tolerancja znajduje się w teście i została ustalona przed pierwszym porównaniem; test zależny od danych, który pomija się, gdy brakuje jego danych publicznych, mówi o tym przy pomijaniu.

Co się nie liczy#

• Nasza własna druga implementacja: druga ścieżka kodu w tym crate (ReferenceImpl) lub skrypt w tym repozytorium, który ponownie oblicza tę samą postać zamkniętą.
• Zgodność z naszym własnym wcześniejszym wynikiem: wzorce złote, przypięcia regresyjne, migawki lub tabela z własnych artykułów tego projektu.
• Transkrypcja stałych z cytowanego źródła: sprawdzanie współczynnika, ustawienia wstępnego, wartości z karty katalogowej lub arkusza parametrów względem dokumentu, z którego je skopiowano.
• Wybór projektowy: alokacja, ważenie, próg, limit alarmowy lub scenariusz reprezentatywny. Dla wyboru nie ma zewnętrznej prawdy.
• Tożsamość wewnętrzna: całka numeryczna względem własnej postaci analitycznej, obieg w obie strony, odwrócenie, test własności lub monotoniczności.
• Przebieg integracyjny z rzeczywistym hostem (IntegrationRun): załadowanie wtyczki do rzeczywistego serwera Signal K lub OpenCPN albo podanie wyniku rzeczywistej bramki konsumentowi TCP i sprawdzenie, że host przyjmuje dane wejściowe i pokazuje oczekiwany stan. Pokazuje to, że połączenia działają. Host nie jest wyrocznią dla żadnej wartości, którą niesie integracja, więc nie ma niczego zewnętrznego do porównania, a taki wiersz (wiersz integracji morskich) jest MODELLED, a nie VALIDATED. IntegrationRun jest odrębnym rodzajem wyroczni, dozwolonym tylko w wierszach MODELLED: integration_run_only_on_modelled_rows w src/verification.rs kończy się niepowodzeniem, jeśli wiersz VALIDATED go zawiera, a validated_rows_require_an_external_oracle już wymaga, aby każdy wiersz VALIDATED był ExternalDataset.
• Wiarygodność na rzeczywistych danych wejściowych: rzeczywiste dane użyte wyłącznie jako dane wejściowe, z asercjami co do skali, a nie porównaniem z wartością zewnętrzną.
• Tolerancja dobrana po zobaczeniu porównania.

Jak reguła jest egzekwowana#

Każdy wiersz VALIDATED deklaruje w validated_oracle_basis() w src/verification.rs, na jakim rodzaju się opiera (Measured, Library, Reference, P1 lub P2), niezależne źródło (zacytowane z własnego tekstu wyroczni wiersza) oraz jeden test, który niesie porównanie. Testy jednostkowe obok tabeli kończą się niepowodzeniem, gdy wiersz VALIDATED nie jest zadeklarowany lub jest zadeklarowany dwa razy, gdy deklaracja wskazuje wiersz, który nie jest VALIDATED, gdy zadeklarowane źródło nie jest tym, które wskazuje tekst wyroczni wiersza, lub jest samym Kshana, gdy zadeklarowany test nie jest tym, który wiersz cytuje, albo gdy wiersz P2 nie wskazuje żadnej niezależnej biblioteki numerycznej. tests/verification_rows_declare_an_oracle_basis.rs wymaga następnie, aby zadeklarowany test istniał na dysku jako rzeczywisty #[test], który nie jest ignorowany. Maszyna nie może sprawdzić, czy wskazany test porównuje z zadeklarowanym źródłem; pozostaje to odczytem przez człowieka. Liczności według rodzaju nie są tu wpisane: źródłem jest tabela.

Istniejące wiersze VALIDATED ponownie zbadane według reguły#

Regułę zastosowano zarówno do istniejących wierszy, jak i do przyszłych awansów.

• Wiersze P1 wskazane przez badanie walidacyjne 0,30, każdy poparty: Jednokierunkowy bilans łącza (tabela kontroli projektu JPL Pub 82-76 dla pasma X Galileo, złożona ponownie z pozycji składowych do 4.6e-3 dB tłumienia w wolnej przestrzeni); Zamknięte postaci z ograniczonym pasmem dla dowolnego sygnału pomiaru odległości (90,3 procent mocy listka głównego i opublikowany jitter koherentnego detektora early-late); Maksymalny Doppler satelity nawigacyjnego na niskiej orbicie okołoziemskiej (opublikowane wartości Xona Pulsar X1 i Iridium); Maksymalny Doppler widziany przez nieruchomego użytkownika z orbity LEO lub MEO (Tabela 1 z artykułu o Pulsar, 20 wartości); Doppler, który musi obsłużyć odbiornik naziemny z satelity nawigacyjnego LEO (te same opublikowane wartości z orbity rzeczywiście latanej). Każda publikacja jest niezależna od Kshana, drukuje swoje liczby, a test podaje swoją tolerancję.
• Dalsze wiersze oparte na P1, znalezione w ponownym badaniu, każdy poparty: Kompromis projektowy kodu pomiaru odległości (opublikowana korelacja wzajemna Golda −23,9 dB); Księżycowy czas współrzędnych (Ashby i Patla 2024, których kontrola prędkości Księżyca względem DE440 jest sprawdzeniem Library); Zamknięte postaci widmowych gęstości mocy sygnału w paśmie L (wartości Q Kaplana i Hegarty'ego); Opóźnienie jonosferyczne pierwszego rzędu na pasmo (stosunek opóźnień grupowych z IS-GPS-200); Globalnie uśrednione wagi błędu zasięgu sygnału w przestrzeni (tabela Montenbrucka, Steigenbergera i Hauschilda 2018).
• Wiersze P2 wskazane przez badanie, każdy poparty: Informacja Fishera i obserwowalność Cramér–Rao (numpy eigh/inv); Identyfikowalność księżycowego datum; Sprzężony wskaźnik układu odniesienia i skali czasu Księżyca; Autonomiczny potok obserwowalności uszkodzeń w sieci swobodnej (numpy/SciPy SVD, rozkład według wartości osobliwych). Każdy ponownie oblicza jednoznacznie zdefiniowaną wielkość algebry liniowej na zatwierdzonych danych wejściowych innym algorytmem niż solver wartości własnych Jacobiego w Kshana.
• Dalsze wiersze oparte na P2, znalezione w ponownym badaniu, każdy poparty: Wyprowadzenie priorytetów MCDA (multi-criteria decision analysis, wielokryterialna analiza decyzyjna) (wektor własny AHP, analytic hierarchy process, obliczony przez SciPy/LAPACK; tabela Random Index, którą także odtwarza, jest transkrypcją i nie jest liczona); Wariancja dryfu holdover zegara (SciPy expm rozszerzonej macierzy Van Loana); Realizacja księżycowego układu odniesienia (rozwiązanie Umeyamy przez numpy SVD); Kształtowanie wiązki CRPA (controlled reception pattern antenna) (zespolone rozwiązanie LAPACK); Jądro poziomu ochrony księżycowego ARAIM (odwrotność LU z RTKLIB z kwantylami SciPy); Spójność księżycowego układu odniesienia i dynamiki między dostawcami (dopasowanie najmniejszych kwadratów przez numpy SVD trzech opublikowanych efemeryd).
• Oflagowane w pierwszym przejściu, ponownie oparte w rundzie 2 przebiegu 0,30. Trzy wiersze oflagowano jako niepoparte zapisaną regułą. Każdy opiera się teraz na porównaniu zarejestrowanym z góry przed pobraniem jego fikstury, więc żaden wiersz nie jest oflagowany; test jednostkowy obok validated_oracle_basis() przypina (teraz pustą) listę.
  • Integralność (RAIM/ARAIM/SBAS). Cytowane testy dawniej stwierdzały jedynie wiarygodność na rzeczywistej geometrii IGS (International GNSS Service). Wiersz opiera się teraz na trzech wyroczniach bibliotecznych: wielohipotezowym rozdzieleniu rozwiązań ARAIM z Airborne Design Document v4.2 względem Stanford MAAST dla ARAIM 2 (270 rzeczywistych przypadków, najgorsza różnica VPL 2.2e-3 m wobec 0,05 m); detekcji i wykluczania snapshot RAIM względem RTKLIB raim_fde (2016 z 2016 identycznych decyzji) z poziomem ochrony nachylenia; oraz poziomach ochrony SBAS L1 według DO-229E względem Stanford MAAST na rzeczywistych transmisjach WAAS (2868 par w granicach 1.6e-5 m). Wiersz mówi wprost, że funkcje z jednolitym sigma raim::araim_raim i raim::araim_dual_raim nie są zgodne z ADD, a porównanie dwuczęstotliwościowego SBAS L5 jest ustaleniem.
  • Pozycje planet w całym Układzie Słonecznym z elementów keplerowskich JPL Standish. Ustalony po fakcie próg dwukrotności błędu nominalnego zastąpiono progiem zarejestrowanym z góry: RMS co najwyżej wartość z Tabeli 8.10.1 Explanatory Supplement na planetę i składową, względem JPL Horizons DE441, z uwzględnieniem podziału Ziemi i obrotu ICRF.
  • Czas światła między ciałami Układu Słonecznego. Solver czasu światła jest teraz porównywany z czasami światła z Horizons w granicach 1e-6 s na pozycjach DE441, czyli z progiem zarejestrowanym z góry, który nie dziedziczy progu pozycji.
• Wiersze MODELLED, które dwie polityki czynią kwalifikującymi się do awansu (wyłącznie przez wiersz po wierszu przebieg 0,30, nigdy przez ten tekst): w ramach P1 granica geolokalizacji emitera TDOA/FDOA (różnica czasu i częstotliwości przybycia), sprzężenie względnościowego tempa zegara z układem odniesienia, maski synchronizacji ITU-T (Telecommunication Standardization Sector) (tylko dla wartości masek, które Zalecenia drukują jako liczby; przepisane punkty załamania sprawdzane względem siebie się nie liczą) oraz granica pozycjonowania 5G w sieciach nieziemskich (tylko jeśli znajdzie się opublikowaną wartość rozwiązaną); w ramach P2 ślepota integralności w trybie wspólnym, skalarny poziom ochrony czasu MHSS (multiple-hypothesis solution separation) i wybielanie GLS (generalised least squares, uogólniona metoda najmniejszych kwadratów). Dwa wiersze wzorcowe integralności czasu (klasyfikator diagramu integralności Stanforda i oceniacz pokrycia integralności) to klasyfikacja oparta na regułach, a nie algebra liniowa, więc P2 ich nie obejmuje; potrzebują niezależnego narzędzia, a jedyne znalezione (gLAB) ma licencję niekomercyjną.
• Spójność z wcześniejszymi odmowami. Kontrola Vallado dla wiersza okna startowego kwalifikowałaby się teraz w ramach P1, jeśli jej test oblicza drukowany przykład rozwiązany; plan 0,30 awansuje go zamiast tego przez Orekit. Tabela przecięcia czasu księżycowego według klas zegarów pozostaje MODELLED: tabela, którą odtwarza, pochodzi z własnego artykułu tego projektu, który nie jest niezależny.

Status: biała FM i FM błądzenia losowego sprawdzone względem niezależnego wzorca; starzenie obliczone z modelu i skompensowane; migotliwa FM obliczona z modelu i sprawdzona względem niezależnego wzorca (w cytowanych scenariuszach domyślnie wyłączona).

Dojrzałość: wartości zegara optycznego to cel zorientowany na przestrzeń kosmiczną na sprzęcie naziemnym -- żaden optyczny zegar strontowy nie poleciał w kosmos. Laboratoryjne zegary Sr osiągają 4.8e-17 (Oelker i in. 2019, Nature Photonics). Wartości CSAC pochodzą z wdrożonego komercyjnego podzespołu.

Relacje: Riley, NIST SP 1065, równ. 67 -- biała FM sigma_y^2(tau)=h0/(2 tau); FM błądzenia losowego sigma_y^2(tau)=(2 pi^2/3) h_-2 tau, równoważnie q_rw*tau/3 dla procesu Wienera częstotliwości o dyfuzji q_rw.

Pakiet 2 — nawigacja zliczeniowa inercjalna (kwantowa jednostka inercjalna)#

Uczciwe ujęcie: przewaga zimnych atomów to długoterminowa stabilność biasu (~2600x niższa), która dominuje w długiej przerwie w GNSS przez 0,5bT^2. Szum krótkoterminowy jest porównywalny (kwantowy ~22 wobec klasycznego ~20 ug/sqrtHz) — czujnik kwantowy wygrywa maraton, a nie sprint. Dojrzałość: akcelerometry zimnoatomowe są laboratoryjne/wczesne (JRC122785), kwarcowe klasy nawigacyjnej są wdrożone.

Pakiet 3 — transfer czasu (optyczny a radiowy (RF), optyczne łącze międzysatelitarne)#

Uczciwe ujęcie: wartość optyczna jest celem synchronizacji na orbicie na poziomie pikosekund (niepoleciała w kosmos). Naziemny próg laboratoryjny optyki to ~1 fs (znacznie lepszy); dobrze zaprojektowane łącze mikrofalowe (łącze mikrofalowe ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) (MWL), ~0,3 ps) może rywalizować z optycznym, więc punkt odniesienia „RF = 0,5 ns” dotyczy konkretnie zwykłego TWSTFT. Przeliczenie na odległość jest jednokierunkowe (odległość = cdt); dwukierunkowe/w obie strony zmniejsza je o połowę (odległość = cdt/2).

Pakiet 4 — fuzja hybrydowa (zwieńczenie)#

Łączy Pakiet 1 (zegar), Pakiet 2 (inercjalny) i Pakiet 3 (transfer czasu) w jeden zestaw PNT (pozycjonowanie, nawigacja i czas). Zestaw musi utrzymać OBA parametry, czas (< specyfikacja czasu) i pozycję (< specyfikacja pozycji), w granicach; pnt_holdover_s to czas do przekroczenia któregokolwiek z nich. Opcjonalny transfer czasu optycznym łączem międzysatelitarnym (ISL) ponownie synchronizuje zegar podczas przerwy (tylko wspomaganie czasem — pozycja nie jest ponownie synchronizowana, ponieważ transfer czasu daje czas, a nie pozycję).

Wynik: zestaw w pełni kwantowy utrzymuje pełne PNT przez przerwę 1,8 h; zestaw w pełni klasyczny jest ograniczony pozycją (jednostka inercjalna klasy nawigacyjnej przekracza granicę jako pierwsza). Optyczny transfer czasu ISL utrzymuje w synchronizacji nawet klasyczny ZEGAR, wskazując czujnik inercjalny jako słabe ogniwo zestawu klasycznego — to rdzeń argumentu za łącznym użyciem kwantowej inercji i optycznej synchronizacji czasu.

Geometria — dostępność GNSS z orbit#

Uczciwe ujęcie: to deterministyczna warstwa geometrii (orbity kołowe, kulista Ziemia o średnim promieniu 6371 km, czysta linia widzenia). Ustala dostępność i geometryczną dokładność pozycji (rozmycie dokładności × reprezentatywny budżet błędu odległości) z rzeczywistej geometrii, a nie rozwiązanie nawigacyjne z precyzyjnych efemeryd. Wzorzec orbit-gnss-challenged.toml umieszcza statek kosmiczny wewnątrz powłoki GNSS: utrzymuje on poprawkę tylko przez ~59% doby, zegar kwantowy utrzymuje rozwiązanie czasu 5 ns przez każdą lukę (dostępność 1,0), a zegar w skali układu scalonego utrzymuje ~0,73.

Propagator numeryczny (Cowella) i model sił#

Propagator numeryczny (src/propagator.rs) całkuje hierarchiczny model sił (src/forces.rs) adaptacyjnymi całkowaczami (src/integrator.rs). Każdy poniższy człon jest sprawdzony względem prawdy analitycznej lub ręcznie wyprowadzonej postaci zamkniętej; perturbacje są domyślnie wyłączone, więc wydane wzorce złote pozostają nietknięte. Model złożony jest też sprawdzany krzyżowo innym narzędziem: tests/numerical_cowell_propagator_reference.rs uruchamia 11 przypadków LEO i GTO (geostacjonarna orbita transferowa), 275 epok godzinowych, względem propagatora DormandPrince853 z Orekit 12,2, a zachowawcze poziomy (dwa ciała → J2–J6 → Słońce/Księżyc → kulowe SRP) zgadzają się z najgorszą wartością 0,08 m przez 24 h (VALIDATED w macierzy); poziom oporu jest tylko scharakteryzowany (333 m) i pozostaje MODELLED.

Uczciwy zakres: wydane domyślne ForceModel całkują pole zonalne. Wysokostopniowe pole tesseralne EGM2008 (src/gravity_sh.rs, stopień/rząd 70), pływy stałe/oceaniczne/atmosferyczne (src/tides.rs) oraz człon Lense–Thirringa (wleczenie układu odniesienia) są teraz zaimplementowane i złożone w precyzyjny model sił dopasowywania efemeryd (src/precise_od.rs — zob. niżej). Pole tesseralne jest też opcjonalnym członem ForceModel Cowella (propagator::Geopotential, domyślnie wyłączonym), sprawdzonym względem Orekit 12,2 HolmesFeatherstoneAttractionModel do stopnia/rzędu 70 (6 przypadków przez 24 h, najgorsze |Δr| 0,036 m; tests/cowell_tesseral_orekit_oracle.rs). Istnieją dwa ewaluatory pola: historyczny acceleration (pochodne sferyczne; poprawny do stopnia ~180 z dala od biegunów; wyniki przypięte) i acceleration_hf (zmodyfikowana kolumna w przód Holmesa–Featherstone'a 2002, gradient bez 1/cos φ; poprawny do stopnia 2190 na każdej szerokości). EGM2008 do 2190 jest wczytywany w czasie działania (from_gfc_file, scripts/fetch_egm2008.sh, niedołączony). acceleration_hf zgadza się z Orekit 12,2 z dokładnością 7.3e-17 m/s² w ośmiu punktach do stopnia 2190; pozostaje MODELLED, ponieważ pyshtools nie spełniło zarejestrowanego z góry progu w pobliżu biegunów (kontrola mpmath lokalizuje błąd w pyshtools; xval/high-degree-gravity/). Orbita 24 h 200×200 zgadza się z Orekit z dokładnością 0,13 m, ale jej zarejestrowana z góry kontrola czułości dla stopnia 70 nie została spełniona (0,73 m < 1 m), więc stopnie 71–200 są na orbicie scharakteryzowane, a nie sprawdzone względem niezależnego wzorca (xval/cowell-tesseral-200-orekit/). Gęstość termosferyczna NRLMSISE-00 (NRLMSISE: model atmosfery Naval Research Laboratory z użyciem spektrometru mas i radaru rozpraszania niekoherentnego) jest przeniesiona (src/nrlmsise00.rs: identyczna co do bitu z portem C w domenie publicznej na 720 punktach, w granicach 1.9e-6 względnej od pymsis, 17 opublikowanych przypadków testowych odtworzonych; tests/nrlmsise00_reference.rs) i jest opcjonalnym poziomem gęstości oporu (forces::DensityModel, ForceModel::drag_density; domyślnie pozostaje statyczny model Vallado). To sprawdza port, a nie dokładność modelu względem zmierzonej gęstości. Słońce i Księżyc z DE440 (DE: Development Ephemeris) to opcjonalny poziom efemeryd (ForceModel::with_ephemeris). Cień SRP spłaszczonej Ziemi WGS-84 jest opcjonalny (ForceModel::srp_shadow) i zgadza się ze współczynnikiem oświetlenia Orekit 12,2 w granicach 7.4e-9 na 2400 geometriach (tests/srp_oblate_shadow_orekit_oracle.rs); jego wariant z pociemnieniem brzegowym nie ma zewnętrznej wyroczni (MODELLED). Poziom oporu NRLMSISE-00 zgadza się z własnym oporem NRLMSISE-00 w Orekit 12,2 przez 24 h z dokładnością 0,03 m przy przemieszczeniu od oporu do 142 km (tests/drag_tier_orekit_oracle.rs, VALIDATED przy wspólnych konwencjach). Kontrola krzyżowa z GMAT (General Mission Analysis Tool) pozostaje zadaniem następczym.

Pływy na geopotencjale (src/tides.rs)#

Zależne od czasu poprawki ΔC̄_nm, ΔS̄_nm do współczynników Stokesa (IERS Conventions 2010, Rozdział 6), sprawdzone względem opublikowanych liczb samych konwencji — a nie względem innego narzędzia.

Manewry i projektowanie trajektorii (src/maneuver.rs)#

Uczciwy zakres: brak optymalizatora trajektorii, brak wieloobrotowych gałęzi Lamberta oraz syntetyczny współpłaszczyznowo-kołowy model heliocentryczny (bez planetarnych efemeryd DE, więc kontrola krzyżowa C3 Ziemia–Mars z GMAT nie została wykonana).

Wyznaczanie orbity (OD) (src/orbit_determination.rs, src/batch_ls.rs)#

| Wsadowe OD z prędkości zmiany odległości / az-el z maską elewacji | modelled (porównanie zewnętrzne, jeden zarejestrowany z góry próg niespełniony) | tests/od_tracking_measurements_reference.rs: 8 scenariuszy względem wsadowych najmniejszych kwadratów Orekit 12,2 z własnymi chwilowymi pomiarami geometrycznymi; zbiory widoczne identyczne, wartości pomiarów w granicach 5.8e-8 m / 6.3e-10 m/s / 1.4e-13 rad, macierz przejścia stanu w granicach 1.2e-14, stany zaszumione w granicach 1,74 cm, a RMS na typ w granicach 2.7e-4; zarejestrowany z góry próg stanu bezszumowego ≤ 1 cm jest niespełniony w 2 z 4 scenariuszy (1,46 i 1,74 cm; własne oszacowanie Orekit leży tak daleko od jego symulowanej prawdy, a kshana w granicach 1e-8 m). Zob. xval/od-measurements-orekit/RESULTS.md. |

Uczciwy zakres: dydaktyczne OD używa stałych stacji inercjalnych, sferycznego topocentrycznego układu Ziemi i chwilowych pomiarów geometrycznych (bez czasu światła, aberracji, refrakcji ani obrotu Ziemi); macierz przejścia stanu dla ścieżki prędkości zmiany odległości/kątów jest wariacyjna (całkowana RK4 z analitycznymi pochodnymi dwóch ciał + J2), a nie w postaci zamkniętej; nie ma filtra sekwencyjnego dla prędkości zmiany odległości ani kątów. Ścieżka tylko odległości zachowuje swój jakobian różnic skończonych. (Silnik dopasowywania efemeryd z pełnymi siłami poniżej niesie własną wariacyjną macierz przejścia stanu.)

Sprawdzanie modelu sił przez dopasowywanie efemeryd (src/precise_od.rs)#

Precyzyjny estymator wsadowych najmniejszych kwadratów obserwacji pozycji z pełnymi siłami: geopotencjał tesseralny EGM2008 (obliczany w układzie związanym z Ziemią przez redukcję CIO) złożony z trzecim ciałem Słońce/Księżyc, SRP, oporem, GR (ogólna teoria względności) Schwarzschilda/Lense–Thirringa i powyższymi pływami, dopasowany do śladu inercjalnych poprawek pozycji z jakobianem wariacyjnej macierzy przejścia stanu. Sprawdzony na danych syntetycznych, gdzie prawdą jest własny całkowacz Kshana, więc każda reszta jest resztą estymatora, a nie dynamiki.

Uczciwy zakres: fala syntetyczna używa nominalnych parametrów orientacji Ziemi (EOP: UT1 (czas uniwersalny 1, czas obrotu Ziemi) ≈ TT (czas ziemski), bez ruchu bieguna) — dokładnych dla samoodzyskania, ponieważ ten sam model generuje i dopasowuje łuk. Walidacje na zbiorach danych agencji nakładają rzeczywiste EOP finals2000A i prawdę SP3/SPK (SPK: jądro efemeryd planetarnych) na ten silnik przez łańcuch układów CIO (src/eop.rs, tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs).

Rzeczywiste precyzyjne orbity agencji (tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs)#

Nawigacja z mapą grawitacyjną / alt-PNT (src/gravimeter.rs, src/mapmatch.rs, src/particle_filter.rs, src/altpnt/terrain.rs)#

Uczciwy zakres: pole grawitacyjne to niski stopień plus syntetyczne maskony, a nie pełny zestaw współczynników EGM2008/EIGEN (EIGEN: European Improved Gravity model of the Earth by New techniques); kanał magnetyczny opiera się na gładkim głównym polu IGRF oraz syntetycznych maskonach anomalii skorupowych (rzeczywista mapa skorupy o wysokiej częstotliwości to dalszy krok); pole terenu w CI dla benchmarków poprawki nawigacyjnej to samodzielny syntetyczny DEM, natomiast sam czytnik .hgt jest już walidowany w CI względem zatwierdzonego do repozytorium rzeczywistego kafelka SRTM v3 (powyżej); rzeczywiste kafelki w pełnej rozdzielczości pozostają za bramką #[ignore]. Monte Carlo błędu reprezentacji mapy pozostaje dalszym krokiem. Wszystkie trzy nawigatory są już podłączone do silnika scenariuszy przez kind= (gravity-map, terrain-nav, combined-altpnt).

Model błędów INS / IMU: walidacja względem kart katalogowych (src/inertial/)#

Stochastyczny model błędów IMU jest sprawdzany względem opublikowanych specyfikacji z kart katalogowych producentów i zbiorów danych, nigdy względem wartości wytworzonej przez samą Kshana. Pomostem od specyfikacji w jednostkach polowych do modelu szumu w SI (International System of Units) jest standardowa identyfikacja odchyleniem Allana (Riley, NIST SP 1065 §5; IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952): współczynnik błądzenia losowego N to nakładające się ADEV odczytane przy τ = 1 s na nachyleniu τ⁻¹ᐟ², a współczynnik niestabilności biasu to płaski płaskowyż Allana (tests/imu_allan_spec.rs, hermetycznie, bez pobierania).

Uczciwy zakres: sprawdzany jest stochastyczny model błędów względem współczynników Allana z kart katalogowych. Zbiór danych pojazdu i2Nav-WHU (WHU: Wuhan University) KF-GINS służy jako odrębna kontrola uzależniona od danych: słabo sprzężony EKF stanu błędu w zamkniętej pętli, z modelem ramienia dźwigni GNSS, jest wierszem VALIDATED w macierzy weryfikacji (Słabo sprzężony EKF GNSS/INS z ramieniem dźwigni na zbiorze danych KF-GINS), porównanym z referencyjną trajektorią C++ z KF-GINS względem progów zarejestrowanych przed przebiegiem. Działa tylko tam, gdzie dostarczono zbiór danych (KSHANA_KFGINS_DIR); bez niego uruchamiane są testy syntetycznego loadera i ramienia dźwigni. Warianty ściśle sprzężone i z fazą nośnej nie są objęte tym wierszem (wiersz ściśle sprzężonego GNSS/INS z fazą nośnej to MODELLED).

PNT w głębokiej przestrzeni kosmicznej i na Marsie: fundament D0 (src/body.rs, src/mars_frame.rs, src/ephem_provider.rs, src/radiometric.rs, src/timescales.rs)#

Pierwszy kamień milowy silnika nawigacji w głębokiej przestrzeni kosmicznej: uogólnienie rdzenia na stałe związanego z Ziemią do dowolnego ciała centralnego, dodanie dynamiki Marsa, interfejsu dostawcy efemeryd, czasu z dokładnością poniżej mikrosekundy oraz podstawowych funkcji czasu światła i opóźnienia relatywistycznego. Każdy istniejący scenariusz ziemski jest identyczny co do bajtu: wzorce odtwarzalności międzyplatformowej (tests/cross_platform_golden.rs, tests/golden.rs) przechodzą bez zmian, bez ponownego generowania, co jest wymuszane przy każdym commicie.

Radiometryczne wielkości obserwowane w głębokiej przestrzeni kosmicznej i CCSDS Tracking Data Message: D1 (src/radiometric.rs, src/ccsds_tdm.rs)#

Drugi kamień milowy silnika nawigacji w głębokiej przestrzeni kosmicznej: model wielkości obserwowanych, który zamienia jądro czasu światła i opóźnienia relatywistycznego z D0 w rzeczywiste wielkości, jakie podaje przelot śledzony przez Deep Space Network (DSN) lub ESTRACK (European Space Tracking network): zasięg, dopplera jedno-, dwu- i trójdrogowego, spójne przetwarzanie transpondera, zasięg regeneracyjny/PN (PN: pseudo-noise), Δ-DOR (DOR: differential one-way ranging) oraz ośrodki propagacji, a także wejście/wyjście CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) 503.0-B Tracking Data Message (TDM), które wczytuje i zapisuje standardowy plik śledzenia agencji. Uczciwy zakres: są to dokładne modele geometryczne oparte na konwencjach Moyera / CCSDS; szum pomiaru to podawane przez wywołującego sigma dla każdej obserwacji, a nie część modelu. Odtworzenie konkretnego rzeczywistego przelotu wymaga rzeczywistych danych TDM oraz solvera wyznaczania orbity w głębokiej przestrzeni kosmicznej: to jest D2, a nie D1. Wszystko poniżej jest addytywne (wzorce odtwarzalności bez zmian; ten sam SHA, bez ponownego generowania).

Zredukowanie dynamiczne OD w głębokiej przestrzeni kosmicznej: D2 (src/deepspace_od.rs, src/clock_state.rs, src/mars_atmos.rs)#

Trzeci kamień milowy silnika nawigacji w głębokiej przestrzeni kosmicznej: estymator, który zamienia radiometryczne wielkości obserwowane z D1 w odzyskaną trajektorię: numerycznie odporny pierwiastkowy filtr informacyjny (SRIF, Square-Root Information Filter) z zredukowanymi dynamicznie przyspieszeniami empirycznymi, trójstanowym zegarem pokładowym, modelem oporu Marsa oraz pochodnymi cząstkowymi pomiarów radiometrycznych łączącymi zasięg/dopplera ze stanem filtru, domknięty od początku do końca syntetycznym odzyskaniem orbity w niskiej orbicie marsjańskiej (LMO). Uczciwy zakres: odzyskanie jest syntetyczną pętlą zamkniętą (prawda i filtr używają tego samego propagatora Marsa, a obserwacje to ten sam geometryczny model wielkości obserwowanych, który filtr odwraca, plus wstrzyknięty szum gaussowski): sprawdza mechanizm estymatora, a nie bezwzględną wierność modelu sił Marsa; zewnętrzną kontrolą klasy DE jest crate xval/anise-mars-od uzależniony od jądra (D0.8b). Wszystko poniżej jest addytywne (wzorce odtwarzalności bez zmian; ten sam SHA, bez ponownego generowania).

Scenariusz PNT w głębokiej przestrzeni kosmicznej i fuzja jedno- i dwudrogowa: D3 (src/mars_pnt.rs, src/deepspace_od.rs)#

Czwarty kamień milowy silnika nawigacji w głębokiej przestrzeni kosmicznej: uruchamialny produktowy scenariusz Mars-PNT, który wiąże ciało/układ Marsa z D0, radiometryczne wielkości obserwowane z D1 i zredukowane dynamicznie OD z D2 w jeden rodzaj scenariusza mars-pnt. Modeluje małą konstelację przekaźnikową w stylu MARCONI, nadającą jednodrogowy (sprzężony z zegarem) sygnał w przestrzeni oraz przekazującą dwudrogowe (spójne, niezależne od zegara) łącze do stacji w głębokiej przestrzeni kosmicznej, i nawiguje trzech użytkowników odniesienia (transfer na Marsa, orbiter na niskiej orbicie marsjańskiej, stały punkt na powierzchni) przez estymator fuzji łączny jedno- i dwudrogowy D3.1, czyli dwunastostanowy SRIF, który rozszerza zredukowany dynamicznie blok orbity/empiryczny z D2 o trójstanowy zegar pokładowy. Uczciwy zakres: każdy wskaźnik jakości to formalna granica kowariancji estymatora (1σ / 3σ pozycji w każdej epoce) oraz osiągnięte RMS względem syntetycznej prawdy w pętli zamkniętej (prawda i filtr dzielą tę samą dynamikę Marsa i ten sam geometryczny model wielkości obserwowanych, plus wstrzyknięty szum gaussowski): symulowany wskaźnik jakości nawigacji, NIE poziom ochrony certyfikowany dla lotnictwa i NIE twierdzenie o locie (brak certyfikowanego modelu usterek, brak monitora integralności, brak rzeczywistych danych śledzenia). Wszystko poniżej jest addytywne (wzorce odtwarzalności bez zmian; ten sam SHA, bez ponownego generowania).

Księżycowy czas współrzędnych: relatywistyczne tempo zegara Ziemia–Księżyc (src/lunar_time.rs)#

Księżycowa skala czasu współrzędnych (LTC/TCL (TCL: Temps-Coordonnée Lunaire, francuska nazwa księżycowego czasu współrzędnych)) wymaga wiekowego tempa, w jakim zegar na powierzchni Księżyca chodzi względem zegara na geoidzie ziemskiej (TT). src/lunar_time.rs oblicza je z zasad pierwszych: pierwsza tożsamość postnewtonowska sumująca różnicę potencjałów własnych (konwencjonalny potencjał geoidy IAU L_G W0 = L_G·c² ≈ 6.26369e7 m²/s² minus potencjał własny powierzchni Księżyca GM_moon/R_moon ≈ 2.822e6 m²/s²) oraz człon kinetyczny (dopplera drugiego rzędu) −<v²>/2c² z geocentrycznej prędkości Księżyca (różnicowanej skończenie z księżycowego szeregu Montenbrucka–Gilla w src/ephem.rs). Dominujący człon potencjału własnego daje ≈ 57,5 µs/dobę, człon kinetyczny ≈ −0,5 µs/dobę, razem ≈ 57 µs/dobę. Scenariusz lunar-time-offset podaje to tempo, skumulowane przesunięcie LTC−TT w danym horyzoncie i obsługuje minimalny zespół ważony odwrotnością wariancji (księżycowy zegar papierowy); konwersje TT↔LTC zgadzają się w obie strony z dokładnością < 1 ns/dobę.

Księżycowe geodezyjne VLBI: opóźnienie w polu bliskim dla bazy ziemskiej obserwującej księżycowy radiolatarnię (src/lunar_vlbi.rs)#

Geodezyjna wielkość obserwowana VLBI (interferometria z bardzo długą bazą) dla dwóch stacji naziemnych na Ziemi (baza) obserwujących jednodrogowy sygnał nadajnika klasy NovaMoon na powierzchni Księżyca. Księżyc znajduje się w polu bliskim, a nie jest falą płaską, więc opóźnienie geometryczne to dokładna różnica dwóch odległości tau_geom = (|r2 − r_B| − |r1 − r_B|)/c, a nie rzut na płaszczyznę nieba. Pełna wielkość obserwowana dodaje różnicę przesunięć zegarów stacji i różnicowy człon Shapiro potencjału Ziemi (ponownie użyty z src/radiometric.rs). Stacje są umieszczane we współrzędnych geocentrycznych inercjalnych (GCRS) przez src/frames.rs + src/cio.rs; latarnia przez src/ephem.rs (Księżyc geocentrycznie) + src/lunar.rs (selenograficzne→MCMF (MCMF: związany z Księżycem, ze środkiem w Księżycu)) + src/lunar_frame.rs (związany z ciałem ME IAU-2015→inercjalny). Scenariusz lunar-vlbi próbkuje opóźnienie, jego tempo różnicy skończonej i poprawkę pola bliskiego w trakcie przelotu.

Wyrocznia to płaskofalowa wielkość obserwowana Δ-DOR z tej samej bazy kodu delta_dor w src/radiometric.rs: w granicy pola dalekiego (syntetyczna latarnia w odległości 1e15 m) opóźnienie geometryczne musi sprowadzić się do −(B·ŝ_B)/c = delta_dor(r_B, [0,0,0], B) z dokładnością maszynową; przy rzeczywistej odległości księżycowej poprawka pola bliskiego z krzywizny czoła fali jest niezerowa (dziesiątki do setek µs). Pochodne cząstkowe latarni dtau/dr_B = ((r_B−r2)/|r_B−r2| − (r_B−r1)/|r_B−r1|)/c (i pochodne stacji) są weryfikowane centralną różnicą skończoną (błąd względny < 1e-5).

Księżycowe łączne OD wielotechnikowe + zegar: symulowane odzyskanie w pętli zamkniętej (src/lunar_combination.rs)#

Jednoepokowe (migawkowe) dopasowanie wsadowe najmniejszych kwadratów (crate::batch_ls::gauss_newton_qr, krok QR Householdera od 0,30), które łączy techniki geodezyjnego VLBI, radiometrycznego/księżycowego lokalnego pomiaru zasięgu i pomiaru zasięgu między satelitami na SYMULOWANEJ sieci księżycowej, aby odzyskać razem pozycję 3-D księżycowej stacji powierzchniowej, pozycje poszczególnych satelitów małej konstelacji oraz przesunięcie zegara każdego obiektu. Wielkości obserwowane to: (1) opóźnienia geodezyjnego VLBI bazy ziemskiej do stacji księżycowej traktowanej jak latarnia (z ponownym użyciem src/lunar_vlbi.rs, geocentrycznie inercjalnie), główna technika; (2) geocentryczne zasięgi radiometryczne stacja ziemska→satelita (które wielolateracyjnie wyznaczają konstelację z dobrze rozmieszczonych stacji ziemskich) oraz lokalne księżycowe zasięgi stacja↔satelita (euklidesowa odległość MCI (Moon-centred inertial) plus różnicowy człon zegara); (3) zasięgi międzysatelitarne (ta sama postać); plus pojedyncza pseudoobserwacja synchronizacji zegara stacji, która zakotwicza niedostrzegalne inaczej wspólne przesunięcie zegara. Wektor stanu to [station_pos(3), {sat_pos(3)}×N_sat, station_clk, {sat_clk}×N_sat]. Brak propagacji modelu sił wewnątrz solvera: satelity są stałymi, odrębnymi, ilustracyjnymi punktami na reprezentatywnej orbicie księżycowej; to celowo czyste dopasowanie migawkowe. Wewnętrznie pozycje są skalowane, a zegary estymowane w metrach równoważnych zasięgowi, aby macierz normalna pozostała dobrze uwarunkowana w f64; zasięgi VLBI i odległości księżycowe są pozbawione średniej wokół nominalnej geometrii, by jakobian różnic skończonych nie cierpiał na katastrofalne znoszenie. Scenariusz lunar-joint-od-clock uruchamia rozwiązanie z odnogami VLBI i bez nich na tym samym ziarnie/prawdzie i podaje oba rozwiązania oraz współczynnik poprawy obserwowalności stacji.

Główny uczciwy wynik: lokalny księżycowy pomiar zasięgu z biegunowej stacji do garstki satelitów, które leżą po jednej stronie nieba, pozostawia pozycję stacji słabo obserwowaną wzdłuż jednego kierunku, więc rozwiązanie wyłącznie z zasięgów jest źle uwarunkowane, a odzyskany błąd stacji 3-D jest duży (lub rozwiązanie nie jest zbieżne). Dodanie opóźnień VLBI bazy ziemskiej czyni pełną pozycję 3-D stacji obserwowalną, a odzyskany błąd stacji spada do poziomu metra. Test vlbi_restores_station_observability potwierdza, że błąd stacji z VLBI jest wyraźnie (≥5×) mniejszy niż błąd wyłącznie z zasięgów przy identycznej wstrzykniętej prawdzie; sensem tej fazy jest to, że VLBI przywraca inaczej niedostrzegalny kierunek stacji.

Wyrocznia to spójność wewnętrzna: wstrzyknięty stan prawdziwy (stacja ~50 m/oś, satelity ~30 m/oś, zegary ~1e-7 s, z losowym szumem na składową zależnym od ziarna) jest odwzorowywany na syntetyczne wielkości obserwowane przez ten sam model geometrii, który odwraca solver, dodaje się gaussowski szum zależny od ziarna (ilustracyjne wartości domyślne: σ VLBI ≈ 1e-11 s, σ zasięgu ≈ 0,1 m, σ ISL ≈ 0,1 m; wagi 1/σ²), a estymator musi odzyskać wstrzykniętą prawdę w granicach szumu ze startowego przybliżenia zerowego. Średnie NEES Δxᵀ(HᵀWH)Δx metodą Monte Carlo po ziarnach (formal_covariance_nees) mieści się w luźnym przedziale wokół n_params, co jest kontrolą realizmu kowariancji.

Realizacja księżycowego układu odniesienia: 7-parametrowe dopasowanie datum Helmerta (src/lunar_frame_realise.rs)#

Podczas gdy src/lunar_frame.rs stosuje orientację księżycowego ciała IAU 2015 WGCCRE (model prosty), ten moduł estymuje (realizuje) księżycowy układ odniesienia z sieci estymowanych współrzędnych punktów powiązanych z datum. Rdzeń estymacji to klasyczne 7-parametrowe przekształcenie podobieństwa (Helmerta): trzy parametry przesunięcia, trzy małego obrotu i jeden skali, odwzorowujące punkty p_i (układ estymowany) na q_i (układ datum) jako q_i = t + (1 + s)·R(θ)·p_i, przy R(θ) = rz(θz)·ry(θy)·rx(θx) zbudowanym z crate::precession::{rx, ry, rz, matmul, mat_vec}. Siedem parametrów [tx, ty, tz, θx, θy, θz, s] jest estymowanych z ≥ 3 niewspółliniowych par punktów metodą ważonych najmniejszych kwadratów przez crate::batch_ls::gauss_newton: model prosty przewiduje każde q_i z jego p_i i spłaszcza wszystkie trzy składowe wszystkich punktów do wektora wielkości obserwowanych, obserwowane współrzędne datum tworzą z, wagi to 1/σ², a rozwiązanie startuje z x0 = zeros. Kąty obrotu są estymowane w µrad, a skala w ppb, aby jakobian różnic skończonych pozostał dobrze skalowany przy wielkości współrzędnych na powierzchni Księżyca (~1.7e6 m). Mała funkcja icrf_orientation_tie składa zrealizowany mały obrót przez orientację ciała IAU→ICRF (transpose(crate::lunar_frame::icrf_to_iau_moon(jd_tdb))) i zwraca resztkowe małokątowe przesunięcie zrealizowanego układu wokół osi ICRF: celowo prosta zmiana układu wyrażenia, a nie niezależna estymata bieguna Księżyca.

Wyrocznia to spójność wewnętrzna: znane przekształcenie Helmerta (przesunięcie ~dziesiątki m, obrót ~µrad, skala ~1e-7) jest wstrzykiwane do dobrze rozmieszczonej syntetycznej sieci punktów (zróżnicowana szerokość/długość selenograficzna → MCMF, część punktów na wysokości), dodawany jest gaussowski szum zależny od ziarna, a dopasowanie musi odzyskać wstrzyknięte parametry. Na danych bez szumu odzyskanie następuje z dokładnością zbliżoną do maszynowej (przesunięcie < 1e-6 m, obrót < 1e-9 rad, skala < 1e-12); przy szumie rzędu metra odzyskane parametry mieszczą się w granicach kilku razy formalnego σ, a RMS residuum po dopasowaniu jest bliskie poziomowi szumu. Scenariusz lunar-frame-realisation podaje odzyskane datum, błąd odzyskania każdego parametru względem wstrzykniętej prawdy, RMS residuum po dopasowaniu oraz powiązanie orientacji ICRF zrealizowanego obrotu.

Księżycowy wolumen usługi nawigacyjnej: DOP / pokrycie / dostępność + uogólniony księżycowy poziom ochrony ARAIM (src/lunar_service.rs)#

Ten moduł składa już zbudowane elementy w analizę wolumenu usługi nawigacji księżycowej: przeszukuje siatkę szerokości/długości selenograficznych w horyzoncie czasu względem ilustracyjnej, opartej na źródłach publicznych konstelacji na orbicie księżycowej klasy Moonlight / LCNS (LCNS: Lunar Communications and Navigation Services) i podaje DOP / pokrycie / dostępność oraz uogólnioną obwiednię księżycowego poziomu ochrony ARAIM. Dwa ponowne użycia są nośne i jawne. Geometria DOP to jądro VALIDATED (względem gnss_lib_py) crate::orbit::dop: service_dop to cienki filtr maski elewacji plus to jądro, a test potwierdza tożsamość (service_dop równa się bezpośredniemu orbit::dop na tych samych widocznych pozycjach). Integralność wykorzystuje ponownie mechanizm księżycowego ARAIM LunaNet LNIS (LunaNet Interoperability Specification) crate::lunar::lunar_araim (σ_URE ≈ 30 m, P_sat ≈ 1e-4); lunar_protection_level uogólnia istniejący poziom ochrony dla bieguna południowego na dowolny punkt powierzchni, a test potwierdza, że redukuje się do przypadku bieguna południowego (na biegunie południowym przy tej samej geometrii/budżecie zwraca dokładnie istniejący wynik lunar::lunar_araim z dokładnością < 1e-9).

Parametry konstelacji to ilustracyjne przybliżenie publicznych opisów ESA tej klasy systemu (≈ 4 satelity na eliptycznych zamrożonych orbitach księżycowych sprzyjających pokryciu bieguna południowego: apolun nad półkulą południową; 4 to wartość domyślna biblioteki, a dołączony moonlight-service-volume.toml ustawia 8, ponieważ poziom ochrony wymaga co najmniej 6 widocznych). To nie jest rzeczywista efemeryda Moonlight/LCNS i nie oznacza żadnej przynależności, poparcia, dziedzictwa, certyfikacji ani TRL. Złożenie (pokrycie / dostępność / integralność) jest MODELLED: zestaw przekaźników na orbitach kołowych/eliptycznych keplerowskich (a nie skorygowana różnicowo efemeryda LCNS / NRHO (near-rectilinear halo orbit) 9:2), Księżyc ze średnim obrotem (bez fizycznej libracji i precesji bieguna) oraz opublikowane parametry integralności LunaNet LNIS. Pokazuje metodę wolumenu usługi, a nie operacyjną liczbę dostępności. Deterministyczne (czysta geometria; bez losowości). Scenariusz moonlight-service-volume podaje procent pokrycia, obwiednie liczby widocznych satelitów i PDOP, obwiednię HPL/VPL w wolumenie oraz dostępność poziomu ochrony względem limitu alarmowego.

Księżycowy różnicowy PNT: znoszenie składowej wspólnej + residuum rosnące z bazą + poziomy ochrony DGNSS (src/lunar_dpnt.rs)#

Księżycowy analog DGNSS (różnicowa nawigacja satelitarna) / SBAS: stacja referencyjna klasy NovaMoon w znanej lokalizacji selenograficznej oblicza różnicowe poprawki dla każdego satelity z ilustracyjnej, opartej na źródłach publicznych konstelacji klasy Moonlight / LCNS, a użytkownik ruchomy, przesunięty od niej o bazę, stosuje je, tak że znoszą się wspólne błędy efemeryd nadawanych. Każdy satelita i niesie wstrzyknięty wspólny wektor błędu orbity 3-D e_i i wspólny błąd zegara c_i. Residuum pseudoodległości stacji referencyjnej jest poprawką −e_i · û_ref,i + c_i; surowy błąd użytkownika to −e_i · û_user,i + c_i; skorygowany błąd użytkownika to ich różnica −e_i · (û_user,i − û_ref,i). Człon zegara c_i znosi się dokładnie (jest identyczny w obu obserwacjach), a człon orbity sprowadza się do rzutu na różnicę dwóch jednostkowych wektorów linii widzenia, który → 0 przy bazie → 0 (próg dekorelacji przestrzennej) i rośnie ≈ liniowo z bazą. Skorygowane błędy zasięgu poszczególnych satelitów są odwzorowywane przez geometrię użytkownika małym, mało zależnym od bibliotek rozwiązaniem migawkowym ważonych najmniejszych kwadratów (stan [x, y, z, clock] przez crate::orbit::invert4; stały błąd systematyczny zasięgu jest pochłaniany przez niewiadomą zegara, a nie psuje poprawki), co daje błąd pozycji użytkownika. Poziom ochrony użytkownika wykorzystuje ponownie mechanizm poziomu ochrony SBAS wg DO-229E (crate::sbas::sbas_protection_level, współczynniki K podejścia precyzyjnego), przyjmując różnicowe σ residuum jako budżet błędu 1-σ każdego satelity.

NovaMoon jest przywoływany wyłącznie jako klasa systemu (publiczny opis księżycowej stacji referencyjnej); konstelacja wykorzystuje ponownie ilustracyjną, opartą na źródłach publicznych crate::lunar_service::LunarConstellation. Są to ilustracyjne parametry do ćwiczenia metody różnicowej, nie rzeczywista efemeryda, i nie oznaczają żadnej przynależności, poparcia, dziedzictwa, certyfikacji ani TRL. Scenariusz lunar-differential-pnt podaje błąd pozycji użytkownika z poprawkami i bez nich, współczynnik redukcji, krzywą błędu w funkcji bazy i poziom ochrony. W konfiguracji domyślnej skorygowany błąd użytkownika przy bazie 50 km wynosi ≈ 0,008 m wobec ≈ 24 m bez poprawek (redukcja ~3000×), a ≈ 0 przy zerowej bazie.

Wyrocznia to spójność wewnętrzna: znoszenie składowej wspólnej jest dokładną tożsamością algebraiczną (przy noise = 0 skorygowany błąd < 1e-6 m przy zerowej bazie; człon zegara znosi się z dokładnością maszynową przy dowolnej bazie), residuum rośnie monotonicznie z bazą, a poziom ochrony to ten sam algorytm DO-229E, względem którego sprawdzany jest stos SBAS. Residuum dekorelacji przestrzennej to model geometryczny pierwszego rzędu, a nie dopasowany model dekorelacji z rzeczywistego śledzenia księżycowego.

Księżycowy eksport interoperacyjności: CCSDS OEM + KIF dostosowane do LunaNet/IOAG, z kontrolą pól w obie strony (src/lunar_interop.rs)#

Księżycowy układ odniesienia, księżycowa skala czasu i księżycowa efemeryda są eksportowane w formach wymiany opartych na CCSDS, dostosowanych do LunaNet/IOAG (IOAG: Interagency Operations Advisory Group). Ta faza nie wymyśla formatu przewodowego: wykorzystuje ponownie istniejący emiter i parser CCSDS OEM (Orbit Ephemeris Message) 2,0 w crate (crate::oem::OemFile::to_oem_string / crate::oem::parse_oem) oraz kopertę Kshana Interchange Format (crate::interchange::Envelope), ponownie oznaczone dla kontekstu księżycowego. export_lunar_oem ustawia REF_FRAME w OEM na księżycowy układ ciała IAU 2015 WGCCRE (MOON_ME średni-Ziemia lub MOON_PA osie główne), TIME_SYSTEM na księżycową skalę czasu (LTC / TCL / UTC), a CENTER_NAME na MOON, dla przykładowej ilustracyjnej, opartej na źródłach publicznych efemerydy klasy LCNS (pozycje z crate::lunar_service::LunarSat::position_mci, prędkość centralną różnicą skończoną). export_lunar_time_metadata emituje deskryptor czasu księżycowego dostosowany do LunaNet/IOAG (identyfikator skali, wiekowe tempo µs/dobę z crate::lunar_time::lunar_rate_breakdown, opublikowany przedział 56–59 µs/dobę, powierzchnia odniesienia), który wraca w obie strony przez serde_json. export_kif_lunar opakowuje OEM + deskryptor + etykietę układu w istniejącą kopertę KIF z etykietą uczciwości MODELLED.

Wyrocznia to spójność w obie strony i na poziomie pól. Ponieważ oem.rs udostępnia oba kierunki, OEM jest przepuszczany w obie strony przez crate::oem::parse_oem (z powrotem do równego segmentu, z zachowaniem księżycowego układu/czasu i liczby stanów) oraz niezależnie sprawdzany przez oem_conformance, która weryfikuje, że obecne jest każde wymagane słowo kluczowe nagłówka CCSDS/LunaNet, że REF_FRAME niesie księżycowy token MOON_*, a TIME_SYSTEM nie jest puste, że obowiązuje ramowanie META_START … META_STOP i że linie danych pozycji+prędkości są poprawnie sformułowane; zwraca ustrukturyzowany wynik pozytywny plus listę pól obecnych/brakujących, tak aby zepsuty eksport (np. z utraconym TIME_SYSTEM) został wychwycony i nazwany. Metadane czasu wracają w obie strony przez parse_lunar_time_metadata, a koperta KIF wraca w obie strony przez Envelope::parse do równych artefaktów niosących etykietę MODELLED.

Predykcje zarejestrowane wstępnie#

Predykcja zarejestrowana wstępnie to wynik MODELLED zamrożony, zanim istnieją jakiekolwiek dane do jego oceny, przy jednoczesnym ustaleniu protokołu oceny. Nie jest to walidacja i nie dodaje wiersza do rejestru. Każda znajduje się w docs/predictions/, wraz z zamrożonymi danymi wejściowymi, wynikiem i ich skrótami SHA-256, a tests/prediction_frozen.rs zawodzi, jeśli jakikolwiek zamrożony bajt się zmieni; zmienione założenie jest obsługiwane nową, datowaną predykcją obok starej, nigdy edycją starej.

Rejestr reprezentatywności demonstracji i luk do lotu (src/representativeness.rs)#

Wynik symulacji jest użyteczny jako dowód tylko wtedy, gdy wprost podaje, do czego jest zakotwiczony, co zakłada i co wciąż dzieli go od systemu lotniczego. Rejestr reprezentatywności czyni to pierwszorzędnym, sprawdzanym maszynowo wynikiem: rekord Representativeness zawiera zewnętrzne Anchor demonstracji, jej zamodelowane założenia, jej Gap do lotu (każda z fazą/działaniem, które by ją zamknęło) oraz pasmo TRL, dla którego jest reprezentatywna. Jest to towarzysz każdego wyniku dla macierzy verification na poziomie możliwości.

Wyrocznia to zbiór niezmienników w postaci zamkniętej, wymuszanych przez representativeness::tests: rekord Validated musi wymieniać co najmniej jedną kotwicę ExternalDataset (symulacja nie może być zwalidowana względem samej siebie); rekord Modelled musi wymieniać co najmniej jedną lukę do lotu i nie może deklarować reprezentatywnego pasma TRL powyżej 4 (dojrzewanie powyżej wymaga dowodów sprzętowych/lotniczych, które są luką, a nie wynikiem symulacji); pasmo TRL musi być poprawnie sformułowane; a rekord PartnerOwned nie może niczego twierdzić. Te niezmienniki urzeczywistniają dyscyplinę „reprezentatywność uzasadniona + pozostałe luki do lotu jasno wskazane”.

Ujednolicony dowód kompromisu kwantowe a klasyczne (src/qtrade.rs)#

Każdy obszar zastosowań kwantowego PNT odpowiada na to samo pytanie w ten sam sposób: ustalić jedną ramę porównania (scenariusz + ziarno + wersja silnika), skierować kwantowego kandydata i klasyczny punkt odniesienia przez jedną neutralną ścieżkę kodu, ocenić je według wspólnych wskaźników jakości i zgłosić, z przedziałem ufności i uczciwą etykietą sprawdzone względem wzorca/zamodelowane, gdzie wygrywa technika kwantowa, a gdzie nie. TradeEvidence nadaje tej odpowiedzi jeden kształt, aby pionowe obszary czasu, nawigacji i detekcji anomalii emitowały ten sam odtwarzalny, uczciwie oznaczony obiekt. Nie implementuje ponownie żadnego kompromisu: liczby dla poszczególnych wskaźników pochodzą z istniejących silników (quantum_trade, crossover i modułów pionowych); to jest kontrakt oraz opakowanie odtwarzalności/reprezentatywności, zbudowane na rejestrze reprezentatywności i etykietach weryfikacji.

Wyrocznia to tożsamości korzyści/zwycięzcy w postaci zamkniętej plus wierne opakowanie istniejącego wyniku kompromisu. qtrade::tests: współczynnik korzyści ma poprawną polaryzację (zorientowany tak, że >1 zawsze oznacza lepszą stronę kwantową, zarówno dla wskaźników holdover, w których więcej znaczy lepiej, jak i błędu, w którym mniej znaczy lepiej); obiekt dowodu zbudowany z rzeczywistego quantum_trade::TradeResult odtwarza jego współczynniki korzyści; nieuczciwy dowód jest odrzucany (reprezentatywność Modelled bez luki lub wskaźnik Validated, którego rekord kompromisu nie niesie zewnętrznej kotwicy); JSON jest deterministyczny i niesie pola ramy/ziarna/silnika/wskaźnika/reprezentatywności.

Biblioteka modeli błędów urządzeń kwantowych (src/quantum_devices.rs)#

Jedno miejsce udostępniające urządzenia kwantowego PNT, które demonstrator porównuje: zegary optyczne / na uwięzionych jonach / na jonach rtęci, klasyczne zegary referencyjne, interferometr zimnych atomów i łącza transferu czasu, każde jako DeviceCard niosące swoją główną specyfikację i rekord reprezentatywności. Większość fizyki urządzeń jest ponownie użyta (stabilności zegarów z holdover::QuantumClockClass i clock_state::ClockClass; interferometr zimnych atomów z quantum_trade/crossover; klasyczne łącza optyczne/RF z timetransfer_adv). Jedynym naprawdę nowym modelem jest łącze transferu czasu na splątaniu / pojedynczych fotonach, którego precyzja czasowa jest ograniczona szumem śrutowym: σ_t ≈ jitter/√(R·τ) w wykrytej częstości koincydencji R i czasie całkowania τ, pogarszana karą za ciemne zliczenia √(1 + dark/R) i ograniczona od dołu nieusuwalnym błędem systematycznym.

Wyrocznia to ponownie użyte, opublikowane współczynniki zegarów/CAI plus tożsamości szumu śrutowego/strat w postaci zamkniętej. quantum_devices::tests: ponownie użyta kolejność stabilności zegarów jest rozsądna (sieć optyczna < jony rtęci < CSAC w σ_y(1 s)); precyzja splątania poprawia się jak 1/√τ (4× całkowania zmniejsza σ o połowę), gdy dominuje szum śrutowy; wykryta częstość koincydencji spada 10× na każde 10 dB strat łącza; ciemne zliczenia monotonicznie pogarszają precyzję; próg systematyczny ogranicza precyzję od dołu; każda karta urządzenia jest poprawnym rekordem reprezentatywności Modelled.

Zaufany czas kwantowy: łańcuch od końca do końca, bezpieczna dystrybucja, anomalie + kompromis (src/timetransfer_chain.rs)#

Scenariusz quantum-time-transfer składa łańcuch czasu, jakiego potrzebuje demonstrator kwantowego PNT: budżet czasu użytkownika od końca do końca (błąd wybiegu zegara referencyjnego i precyzja czasowa łącza połączone kwadraturowo) dla łańcucha kwantowego (zegar w sieci optycznej + łącze splątania/pojedynczych fotonów) w porównaniu z łańcuchem klasycznym (CSAC + dwudrogowe łącze RF); poziom ochrony czasu (TPL, ponownie użyty z tpl) ograniczający niewykryty błąd czasu; wskaźnik jakości bezpieczeństwa wobec ataku z opóźnieniem/powtórzeniem 1 − P_md przy podanym współczynniku fałszywych alarmów (ponownie użyty z detection); prawdopodobieństwo detekcji anomalii zegara + opóźnienie detekcji zmian CUSUM (cumulative sum); oraz porównanie kwantowe a klasyczne jako uczciwe qtrade::TradeEvidence niosące rekord reprezentatywności i luk do lotu.

Wyrocznia to budżet kwadraturowy w postaci zamkniętej na ponownie użytych, osobno sprawdzonych jądrach (ADEV względem Stable32/NIST; granica TPL; detection::analytic_pd/analytic_pmd). timetransfer_chain::tests: precyzja kwantowa poprawia się z czasem całkowania; łańcuch kwantowy może wygrać i może przegrać we wskaźniku precyzji (uczciwie: to nie jest uniwersalna wygrana; bardzo stratne łącze odwraca wynik); poziom ochrony jest skończony i dodatni; wskaźnik bezpieczeństwa mieści się w [0 1] i rośnie wraz z opóźnieniem ataku; prawdopodobieństwo detekcji anomalii jest monotoniczne względem wielkości usterki; a dowód kompromisu jest wewnętrznie uczciwy (is_honest()).

Nawigacja kwantowa bez GNSS (src/quantum_nav_od.rs)#

Scenariusz quantum-gnss-free-nav porównuje nawigację zliczeniową podczas utraty GNSS z kwantowym budżetem inercyjnym (akcelerometr interferometru zimnych atomów, ponownie użyty z inertial::quantum_imu/quantum_trade, którego próg szumu białego CAI jest sprawdzony w granicach ~2 rzędów wielkości względem Freier i in. 2016) oraz klasycznym INS klasy nawigacyjnej. Podaje wzrost błędu pozycji w czasie wybiegu, czas holdover do progu pozycji oraz kompromis kwantowe a klasyczne jako uczciwe qtrade::TradeEvidence. Obserwowalność jest przedstawiona uczciwie: bez zewnętrznej poprawki podczas utraty sygnału bias akcelerometru jest niedostrzegalny, więc błąd pozycji rośnie bez ograniczenia (≈ ½·bias·t² plus człon błądzenia losowego prędkości); czujnik kwantowy o niższym biasie spowalnia ten wzrost, ale nie zamyka luki: robi to tylko zewnętrzna poprawka.

Wyrocznia to ponownie użyte budżety inercyjne (QuantumNavBudget/ClassicalInsBudget, oba implementujące cechę PositionDrift) plus tożsamości dryfu w postaci zamkniętej. quantum_nav_od::tests: budżet kwantowy jest lepszy od klasycznego przy długiej utracie sygnału (mniejszy błąd, dłuższy holdover); błąd rośnie z czasem trwania utraty sygnału w obu (luka obserwowalności); przewaga zależy od czasu utraty sygnału i nie jest stałym współczynnikiem wygranej (krzywa kwantowa jest zdominowana szumem przy krótkim wybiegu, a biasem przy długim); dowód kompromisu jest wewnętrznie uczciwy.

Detekcja usterek / anomalii dla kwantowych systemów PNT (src/quantum_faults.rs)#

Scenariusz quantum-anomaly-detect definiuje oznaczony katalog usterek kwantowego PNT (skok częstotliwości zegara, dryf, utrata synchronizacji; skok biasu czujnika, wypadnięcie), ocenia statystykę detekcji na oknach nominalnych i z usterką oraz podaje zdolność detektora do rozróżniania jako ROC AUC i minimalną wykrywalną usterkę przy ustalonym współczynniku fałszywych alarmów. Aspekt kwantowe a klasyczne: stabilniejszy kwantowy zegar referencyjny obniża szum monitora σ, więc wykrywa mniejsze usterki, co jest emitowane jako uczciwe qtrade::TradeEvidence z rekordem reprezentatywności.

Wyrocznia to AUC w postaci zamkniętej dla gaussowskiej statystyki detekcji (nominalna N(0,σ), usterka N(μ,σ) ⇒ AUC = Φ(μ/(σ√2))), skontrolowane krzyżowo względem zewnętrznie sprawdzonego eval_stats::bootstrap_auc_ci (sprawdzonego względem scikit-learn) i analitycznych progów detection. quantum_faults::tests: analityczne AUC zgadza się ze znanymi wartościami (0,5 przy μ=0, →1 dla dużego μ/σ, monotonicznie); empiryczny przedział ufności bootstrapowego AUC obejmuje postać zamkniętą; monitor kwantowy ma wyższe AUC i mniejszą minimalną wykrywalną usterkę; przewaga zanika dla ogromnych usterek (oba wykrywają idealnie: to nie jest uniwersalny margines); katalog ma pięć oznaczonych klas; kompromis jest wewnętrznie uczciwy.

Kontrole standardów: formaty wymiany, budżet łącza i integralność (kontrole względem wyroczni zewnętrznej)#

Te standardy są sprawdzane przez odtworzenie dosłownych przykładów opracowanych / wartości referencyjnych opublikowanych w samych standardach (lub w niezależnej implementacji referencyjnej), a nie przez własny test w obie strony wykonany przez Kshana. Odtworzenie przykładu z załącznika samego standardu to najsilniejsza dostępna kontrola poprawności parsera formatu wymiany.

Standardy GNSS: status wyroczni zewnętrznej i uczciwe pozostałe luki:

Czas dla sieci, widma, Układu Słonecznego, konstelacji, kampanii i LEO-PNT#

Możliwości dodane w linii 0,28 są oceniane wiersz po wierszu w generowanym VERIFICATION-MATRIX.md; ta sekcja podsumowuje, które z nich mają wyrocznię zewnętrzną. Wiersz jest VALIDATED tylko przy niezależnej wyroczni zewnętrznej; wszystko inne jest MODELLED.

Wyniki będące renderingami, a nie dowodami, mają testy, ale nie mają wiersza w macierzy: eksporty wymiany (CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON, efemeryda STK (Systems Tool Kit), SigMF (Signal Metadata Format)), każdy wczytany z powrotem przez walidator napisany ze specyfikacji formatu (tests/interop_formats.rs, 13 testów; zob. INTEROP.md); animacje (tests/animation.rs: powtórne przebiegi identyczne co do bajtu, dokładne liczby klatek, poprawnie sformułowany SVG (Scalable Vector Graphics), brak zewnętrznego adresu w odtwarzaczu HTML (HyperText Markup Language)); oraz raport z przebiegu (tests/advanced_report.rs, tests/advanced_report_cli.rs: każdy dołączony scenariusz raportuje bez pustej sekcji i wartości zastępczej, etykiety odpowiadają macierzy, a zapisane polecenie odtwarza result.json i raport bajt po bajcie).

Obwiednia działania#

Każdy pakiet jest ćwiczony w całym zadeklarowanym zakresie wejść przez tests/scenario_coverage.rs, który potwierdza, że każde liczbowe wyjście jest skończone (bez NaN/Inf (NaN: nie liczba)) i ograniczone. Tabela podaje przetestowany zakres wejść dla każdego pakietu, oczekiwane zachowanie wyjścia i test pokrywający.

Wiersze flicker-FM i biasu fuzji zamykają dwie konkretne luki realizmu: człony szumu są domyślnie wyłączone, ale po włączeniu wyraźnie wpływają na wynik, a łączny filtr fuzji nie zależy od tego, że biasy są wyzerowane: jest zbieżny także przy realistycznym resztkowym biasie klasy zimnych atomów.

Znane ograniczenia#

• Przebiegi kwantowe i klasyczne używają teraz niezależnych ziaren RNG (generator liczb losowych) (ziarno klasyczne = ziarno + 0x9e3779b97f4a7c15), więc ich realizacje szumu są nieskorelowane: poprawione po przeglądzie.
• holdover_s uwzględnia segmenty: osie czasu utraty sygnału są dzielone na ciągłe segmenty przy ponownym zdobyciu GNSS, a podawana wartość to najgorszy (najkrótszy) wybieg spośród nich. Pozostaje ograniczona rozdzielczością siatki czasu (dolna granica).
• Ponowna synchronizacja transferu czasu ISL modeluje resztkową niepewność łącza jako świeży jitter o zerowej średniej w każdym kroku pomiaru plus ponowne zakotwiczenie w skonfigurowanym odstępie.

Deklaracje a rzeczywistość: krótkie zestawienie#

Lista kontrolna wrogiego recenzenta. Dla każdego terminu, który można odczytać jako coś więcej, niż jest: co Kshana robi dziś i gdzie na mapie drogowej leży prawdziwa wersja.

Kontrole krzyżowe z artykułami o Lunar-PNT (dowody regresyjne, nie wiersze macierzy)#

Zestaw lunarny/cislunarny (możliwości „Lunar & cislunar” i „Lunar PNT suite” w README) ma twierdzenia z opublikowanych artykułów sprawdzone niezależnie w tests/validate_p*.rs, każde względem wyroczni z innej implementacji:

• orbitalny ślad nadawania/rejestracji względem scipy.special.j1 (funkcja Bessela J1 z Cephes);
• geometria DOP dla latarni na powierzchni względem niezależnego rozwiązania (HᵀH)⁻¹ w NumPy;
• wzrost błędu predykcji persystencji UT1/EOP względem ponownego sparsowania w NumPy tych samych dosłownych wierszy finals2000A z IERS;
• płaska rodzina orbit wstecznych odległych (DRO) względem bazy danych NASA/JPL Three-Body Periodic Orbit Database;
• budżet precyzji pomiaru odległości RF względem wzorca wyprowadzonego z podstaw fizycznych.

Fixtures i skrypty generatorów wyroczni znajdują się w tests/fixtures/{p1_footprint,lunar_service,eop_prediction,rf_ranging_precision,dro_family_jpl,p2_independent_dop}/. Wzmacniają one dowody stojące za możliwościami, które w sprawdzanej maszynowo macierzy pozostają MODELLED (src/verification.rs); są to kontrole regresyjne, a nie nowe wiersze VALIDATED macierzy, więc same nie zmieniają liczby wierszy sprawdzanej maszynowo macierzy. Liczby tej nie powtarzamy tutaj, ponieważ ręcznie wpisana kopia się rozjeżdża: aktualny podział to wygenerowany nagłówek VERIFICATION-MATRIX.md, który gen_validation_artifacts zapisuje na podstawie verification_matrix(), a tests/verification_artifacts_doc_sync.rs go przypina.