Estado da validação

Sobre as tolerâncias. "Validado" abaixo significa que um teste de calibração afirma que a estatística simulada coincide com a relação de referência dentro de um gate imposto, atualmente 20–25% de erro relativo (média sobre seeds) para as relações de Allan/orçamento de ruído. A concordância mediana observada é muitas vezes muito mais apertada (alguns por cento), mas o limite garantido é o gate, não a mediana. Onde aparece um número como "~2%", é uma observação típica, não a tolerância imposta. Ver Afirmações contra realidade.

A regra de promoção#

Uma linha da matriz de verificação verificada por máquina (src/verification.rs) é VALIDATED apenas quando uma referência independente do Kshana concorda com a implementação dentro de uma tolerância indicada antes de a comparação ser executada, num teste que corre no gate. Esta secção é o único local onde a regra está escrita; a matriz, a prosa de cada linha e as notas de versão remetem para ela.

Os tipos de referência independente aceites#

Duas normas adicionais decidem os casos-limite. Ambas são adotadas para a versão 0,30.

• P1, um valor trabalhado publicado. Um valor trabalhado publicado, calculado a partir da mesma forma fechada que a linha implementa, conta como vetor de referência publicado quando a publicação é independente do Kshana e a comparação fixa uma tolerância indicada. O valor tem de estar impresso como número na publicação (um valor lido de um gráfico só conta se a incerteza de leitura estiver dentro da tolerância indicada), e o teste tem de fazer o Kshana calculá-lo a partir das entradas da publicação; comparar uma constante com o documento de onde foi copiada é uma verificação de transcrição, não P1.
• P2, uma biblioteca numérica independente. Uma biblioteca numérica independente, como o numpy ou o LAPACK (Linear Algebra PACKage), que recalcule uma grandeza de álgebra linear univocamente definida sobre entradas indicadas conta como biblioteca independente. A biblioteca tem de executar o passo de decomposição, inversão, resolução ou mínimos quadrados com o seu próprio algoritmo, sobre entradas incluídas no fixture; a afirmação validada é então a álgebra linear sobre essas entradas, não as magnitudes físicas de um cenário representativo. Um script que reavalie uma forma fechada escalar com aritmética numpy é uma segunda implementação nossa, não P2.

Condições que se aplicam a todos os tipos: a referência independente não é escrita, executada nem publicada por este projeto (a série de artigos do próprio repositório não é, por isso, independente dele); a tolerância está no teste e foi fixada antes da primeira comparação; um teste condicionado a dados que é saltado quando os seus dados públicos estão ausentes di-lo quando é saltado.

O que não conta#

• A nossa própria segunda implementação: um segundo caminho de código nesta crate (ReferenceImpl), ou um script neste repositório que reavalie a mesma forma fechada.
• A concordância com a nossa própria saída anterior: goldens, fixações de regressão, snapshots ou uma tabela dos artigos do próprio projeto.
• Uma transcrição das constantes de uma citação: verificar um coeficiente, uma predefinição, um valor de folha de especificações ou uma folha de parâmetros face ao documento de onde foi copiado.
• Uma escolha de projeto: uma atribuição, ponderação, limiar, limite de alerta ou cenário representativo. Não existe verdade externa para uma escolha.
• Uma identidade interna: um integral numérico face à sua própria forma analítica, uma ida e volta, uma inversão, um teste de propriedade ou de monotonia.
• Uma execução de integração face a um anfitrião real (IntegrationRun): carregar um plugin num servidor Signal K real ou no OpenCPN, ou alimentar a saída de um gate real a um consumidor TCP, e verificar que o anfitrião aceita a entrada e mostra o estado esperado. Mostra que a infraestrutura funciona. O anfitrião não é uma referência independente para nenhum valor que a integração transporte, pelo que não há nada externo com que comparar e uma tal linha (a linha das integrações marítimas) é MODELLED, não VALIDATED. IntegrationRun é um tipo de referência independente próprio, permitido apenas em linhas MODELLED: integration_run_only_on_modelled_rows em src/verification.rs falha se uma linha VALIDATED o tiver, e validated_rows_require_an_external_oracle já exige que cada linha VALIDATED seja ExternalDataset.
• Plausibilidade sobre entradas reais: dados reais usados apenas como entrada, com afirmações de escala em vez de uma comparação com um valor externo.
• Uma tolerância escolhida depois de ver a comparação.

Como a regra é aplicada#

Cada linha VALIDATED declara, em validated_oracle_basis() em src/verification.rs, em que tipo assenta (Medido, Biblioteca, Referência, P1 ou P2), a fonte independente (citada do texto de referência independente da própria linha) e o único teste que contém a comparação. Os testes unitários junto da tabela falham quando uma linha VALIDATED não está declarada ou está declarada duas vezes, quando uma declaração nomeia uma linha que não é VALIDATED, quando a fonte declarada não é a que o texto de referência independente da linha nomeia ou é o próprio Kshana, quando o teste declarado não é um que a linha cita, ou quando uma linha P2 não nomeia nenhuma biblioteca numérica independente. tests/verification_rows_declare_an_oracle_basis.rs exige então que o teste declarado exista em disco como um #[test] real que não esteja ignorado. O que a máquina não consegue verificar é se o teste nomeado compara face à fonte declarada; isso continua a ser uma leitura humana. As contagens por tipo não são aqui escritas: a tabela é a fonte.

Linhas VALIDATED existentes reexaminadas segundo a regra#

A regra foi aplicada às linhas existentes tal como às promoções futuras.

• Linhas P1 nomeadas pelo estudo de validação 0,30, todas fundamentadas: Balanço de ligação unidirecional (a tabela de controlo de projeto X-band do Galileo, JPL Pub 82-76, reconstruída a partir das suas linhas de detalhe até 4.6e-3 dB de perda no espaço livre); Formas fechadas de banda limitada para qualquer sinal de medição de distância (90,3 por cento da potência do lóbulo principal e o jitter coerente early-late publicado); Doppler máximo de um satélite de navegação em órbita terrestre baixa (os valores publicados do Xona Pulsar X1 e do Iridium); Doppler máximo que um utilizador estático vê a partir de uma órbita LEO ou MEO (Tabela 1 do artigo do Pulsar, 20 valores); Doppler que um recetor em terra tem de tratar a partir de um satélite de navegação LEO (os mesmos valores publicados a partir de uma órbita real). Cada publicação é independente do Kshana, imprime os seus números, e o teste indica a sua tolerância.
• Outras linhas que assentam em P1, encontradas no reexame, todas fundamentadas: Compromisso de projeto de códigos de medição de distância (a correlação cruzada Gold publicada de −23,9 dB); Tempo coordenado lunar (Ashby e Patla 2024, cuja verificação cruzada da velocidade da Lua face ao DE440 é uma verificação de biblioteca); Densidades espetrais de potência de sinais de banda L em forma fechada (valores Q de Kaplan e Hegarty); Atraso ionosférico de primeira ordem por banda (a razão de atraso de grupo da IS-GPS-200); Pesos do erro de distância do sinal no espaço em média global (a tabela de Montenbruck, Steigenberger e Hauschild 2018).
• Linhas P2 nomeadas pelo estudo, todas fundamentadas: Informação de Fisher e observabilidade de Cramér–Rao (numpy eigh/inv); Identificabilidade do datum lunar; Calibre acoplado do referencial e da escala de tempo lunares; Pipeline autónomo de observabilidade de falhas em rede livre (SVD do numpy/SciPy, decomposição em valores singulares). Cada uma recalcula uma grandeza de álgebra linear univocamente definida sobre entradas incluídas, por um algoritmo diferente do solucionador de valores próprios de Jacobi do Kshana.
• Outras linhas que assentam em P2, encontradas no reexame, todas fundamentadas: Derivação de prioridades MCDA (análise de decisão multicritério) (o vetor próprio AHP, processo analítico hierárquico, por SciPy/LAPACK; a tabela de Random Index que também reproduz é uma transcrição e não é contada); Variância de deriva em holdover do relógio (expm do SciPy da matriz aumentada de Van Loan); Realização do referencial lunar (uma resolução Umeyama por SVD do numpy); Formação de feixe CRPA (antena de padrão de receção controlado) (resolução complexa LAPACK); Núcleo do nível de proteção ARAIM lunar (a inversa LU do RTKLIB com quantis do SciPy); Consistência de referencial/dinâmica lunar entre fornecedores (um ajuste de mínimos quadrados por SVD do numpy de três efemérides publicadas).
• Assinaladas na primeira passagem, reapoiadas na ronda 2 da execução 0,30. Três linhas foram assinaladas como não sustentadas pela regra escrita. Cada uma assenta agora numa comparação pré-registada antes de o seu fixture ser obtido, pelo que nenhuma linha está assinalada; um teste unitário junto de validated_oracle_basis() fixa a lista (agora vazia).
  • Integridade (RAIM/ARAIM/SBAS). Os testes citados afirmavam apenas plausibilidade sobre geometria real do IGS (International GNSS Service). A linha assenta agora em três referências de biblioteca independentes: a solução de separação de hipóteses múltiplas do ARAIM do Airborne Design Document v4.2 face ao Stanford MAAST para o ARAIM 2 (270 casos reais, pior diferença de VPL 2.2e-3 m face a 0,05 m); a deteção e exclusão RAIM de snapshot face ao RTKLIB raim_fde (2016 de 2016 decisões idênticas) com o nível de proteção de declive; e os níveis de proteção SBAS L1 do DO-229E face ao Stanford MAAST em difusões WAAS reais (2868 pares dentro de 1.6e-5 m). A linha diz claramente que as funções de sigma uniforme raim::araim_raim e raim::araim_dual_raim não são aderentes à norma ADD e que a comparação SBAS L5 de dupla frequência é uma constatação.
  • Posições dos planetas em todo o sistema solar a partir dos elementos keplerianos Standish do JPL. O limiar post-hoc do dobro do erro nominal é substituído por um limiar pré-registado: RMS no máximo o valor da Tabela 8.10.1 do Explanatory Supplement por planeta e componente, face ao JPL Horizons DE441, com a divisão da Terra e a rotação ICRF cobertas.
  • Tempo de luz entre corpos do sistema solar. O solucionador de tempo de luz é agora comparado com os tempos de luz do Horizons até 1e-6 s sobre posições DE441, um limiar pré-registado que não herda o limiar de posição.
• Linhas MODELLED que as duas políticas tornam promovíveis (apenas através da execução 0,30 linha a linha, nunca por este texto): sob P1, o limite de geolocalização de emissores por TDOA/FDOA (diferença de tempo e de frequência de chegada), o acoplamento da taxa de relógio relativista ao referencial, as máscaras de sincronização da ITU-T (Telecommunication Standardization Sector) (apenas para valores de máscara que as Recomendações imprimem como números; os pontos de quebra transcritos verificados face a si próprios não contam) e o limite de posicionamento de rede não terrestre 5G (apenas se for encontrado um valor trabalhado publicado); sob P2, a cegueira de integridade de modo comum, o nível de proteção de temporização MHSS escalar (separação de soluções de hipóteses múltiplas) e o branqueamento GLS (mínimos quadrados generalizados). As duas linhas de benchmark de integridade de temporização (o classificador do diagrama de integridade de Stanford e o pontuador de cobertura de integridade) são classificação baseada em regras, não álgebra linear, pelo que o P2 não as alcança; precisam de uma ferramenta independente, e a única encontrada (gLAB) tem uma licença não comercial.
• Coerência com recusas anteriores. A verificação de Vallado da linha da janela de lançamento qualificar-se-ia agora sob P1 se o seu teste calculasse o exemplo trabalhado impresso; o plano 0,30 promove-a antes através do Orekit. A tabela de cruzamento de tempo lunar por classe de relógio mantém-se MODELLED: a tabela que reproduz provém do artigo do próprio projeto, que não é independente.

Estado: FM branca e FM de passeio aleatório validadas; envelhecimento modelado e calibrado e removido; FM flicker modelada e validada (desativada por predefinição nos cenários citados).

Maturidade: os valores do relógio ótico são o objetivo orientado para o espaço em hardware terrestre -- nenhum relógio ótico de estrôncio voou. Os relógios de Sr de laboratório atingem 4.8e-17 (Oelker et al. 2019, Nature Photonics). Os valores do CSAC provêm de um componente comercial em utilização.

Relações: Riley, NIST SP 1065, Eq. 67 -- FM branca sigma_y^2(tau)=h0/(2 tau); FM de passeio aleatório sigma_y^2(tau)=(2 pi^2/3) h_-2 tau, equivalentemente q_rw*tau/3 para um processo de Wiener de frequência de difusão q_rw.

Pacote 2 — navegação inercial por estima (unidade de medição inercial quântica)#

Enquadramento honesto: a vantagem dos átomos frios é a estabilidade de viés a longo prazo (~2600x inferior), que domina uma longa interrupção GNSS através de 0,5bT^2. O ruído de curto prazo é comparável (quântico ~22 contra clássico ~20 ug/sqrtHz) — o sensor quântico ganha a maratona, não o sprint. Maturidade: os acelerómetros de átomos frios estão em fase de laboratório/inicial (JRC122785), o quartzo de grau de navegação está em utilização.

Pacote 3 — transferência de tempo (ótica contra radiofrequência (RF), ligação ótica entre satélites)#

Enquadramento honesto: o valor ótico é um alvo de sincronização em órbita ao nível do picossegundo (não lançado). O patamar do laboratório ótico terrestre é ~1 fs (muito melhor); uma ligação de micro-ondas bem projetada (a ligação de micro-ondas (MWL) do ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), ~0,3 ps) pode rivalizar com a ótica, pelo que a linha de base "RF = 0,5 ns" é especificamente o TWSTFT corrente. A conversão para distância é unidirecional (distância = cdt); bidirecional/ida e volta divide-a ao meio (distância = cdt/2).

Pacote 4 — fusão híbrida (tutorial final)#

Compõe o Pacote 1 (relógio), o Pacote 2 (inercial) e o Pacote 3 (transferência de tempo) num único conjunto PNT (posicionamento, navegação e temporização). O conjunto tem de manter AMBOS a temporização (< especificação de temporização) e a posição (< especificação de posição) dentro dos limites; pnt_holdover_s é o tempo até um deles ser violado. A transferência de tempo opcional por ligação ótica entre satélites (ISL) ressincroniza o relógio durante a interrupção (apenas auxílio de tempo — a posição não é ressincronizada, uma vez que a transferência de tempo dá tempo, não posição).

Resultado: o conjunto totalmente quântico mantém o PNT completo durante uma interrupção de 1,8 h; o conjunto totalmente clássico é limitado pela posição (a IMU de grau de navegação é violada primeiro). A transferência de tempo ótica por ISL mantém bloqueado até o RELÓGIO clássico, isolando o sensor inercial como o elo fraco do conjunto clássico — o argumento central a favor da inércia quântica e da temporização ótica em conjunto.

Geometria — disponibilidade GNSS a partir de órbitas#

Enquadramento honesto: esta é uma camada de geometria determinística (órbitas circulares, Terra esférica de raio médio 6371 km, linha de vista pura). Estabelece a disponibilidade e a exatidão de posição geométrica (diluição da precisão × um orçamento representativo de erro de distância) a partir de geometria real, não uma solução de navegação de efemérides precisas. A referência orbit-gnss-challenged.toml coloca uma nave espacial dentro da camada GNSS: mantém uma solução de posição apenas ~59% do dia, o relógio quântico mantém uma solução de temporização de 5 ns em todas as lacunas (disponibilidade 1,0) enquanto o relógio à escala de chip mantém ~0,73.

Propagador numérico (Cowell) e modelo de forças#

O propagador numérico (src/propagator.rs) integra um modelo hierárquico de forças (src/forces.rs) com os integradores adaptativos (src/integrator.rs). Cada termo abaixo é validado face à verdade analítica ou a uma forma fechada derivada à mão; as perturbações estão desativadas por predefinição, pelo que os goldens publicados não são tocados. O modelo composto é também verificado de forma cruzada com outra ferramenta: tests/numerical_cowell_propagator_reference.rs executa 11 casos LEO e GTO (órbita de transferência geoestacionária), 275 épocas horárias, face ao propagador DormandPrince853 do Orekit 12,2, e os níveis conservativos (dois corpos → J2–J6 → Sol/Lua → SRP de bola de canhão) concordam até um pior de 0,08 m ao longo de 24 h (VALIDATED na matriz); o nível de arrasto é apenas caracterizado (333 m) e continua MODELLED.

Âmbito honesto: as predefinições de ForceModel publicadas integram o campo zonal. O campo tesseral EGM2008 de grau elevado (src/gravity_sh.rs, grau/ordem 70), as marés sólidas/oceânicas/atmosféricas (src/tides.rs) e o termo de arrastamento de referencial de Lense–Thirring estão agora implementados e integrados no modelo de forças preciso de ajuste de efemérides (src/precise_od.rs — ver abaixo). O campo tesseral é também um termo opcional do ForceModel de Cowell (propagator::Geopotential, desativado por predefinição), validado face ao HolmesFeatherstoneAttractionModel do Orekit 12,2 até ao grau/ordem 70 (6 casos ao longo de 24 h, pior |Δr| de 0,036 m; tests/cowell_tesseral_orekit_oracle.rs). Existem dois avaliadores do campo: o histórico acceleration (derivadas parciais esféricas; válido até ao grau ~180 longe dos polos; saídas fixadas) e acceleration_hf (coluna progressiva modificada de Holmes–Featherstone 2002, gradiente sem 1/cos φ; válido até ao grau 2190 em todas as latitudes). O EGM2008 até 2190 é carregado em tempo de execução (from_gfc_file, scripts/fetch_egm2008.sh, não incluído). acceleration_hf concorda com o Orekit 12,2 a 7.3e-17 m/s² em oito pontos até ao grau 2190; permanece MODELLED porque o pyshtools não atingiu o limiar fixado antecipadamente junto aos polos (uma verificação com mpmath situa o erro no pyshtools; xval/high-degree-gravity/). Uma órbita de 200×200 durante 24 h concorda com o Orekit a 0,13 m, mas o seu controlo de sensibilidade ao grau 70, fixado antecipadamente, falhou (0,73 m < 1 m); assim, os graus 71–200 são caracterizados, e não validados, em órbita (xval/cowell-tesseral-200-orekit/). A densidade termosférica NRLMSISE-00 (NRLMSISE: modelo de atmosfera Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter Radar Extended) está portada (src/nrlmsise00.rs: bit a bit idêntica à portagem em C de domínio público em 720 pontos, a menos de 1.9e-6 relativo face ao pymsis, com os 17 casos de teste publicados reproduzidos; tests/nrlmsise00_reference.rs) e é um nível opcional de densidade de resistência atmosférica (forces::DensityModel, ForceModel::drag_density; a predefinição continua a ser o modelo estático de Vallado). Isto valida a portagem, não a exatidão do modelo face à densidade medida. O Sol e a Lua DE440 (DE: Development Ephemeris) são um nível opcional de efemérides (ForceModel::with_ephemeris). A sombra de PSR (pressão de radiação solar) para a Terra oblata WGS-84 é opcional (ForceModel::srp_shadow), concordando com a razão de iluminação do Orekit 12,2 a menos de 7.4e-9 em 2400 geometrias (tests/srp_oblate_shadow_orekit_oracle.rs); a sua variante com escurecimento do limbo não tem referência independente externa (MODELLED). O nível de resistência atmosférica NRLMSISE-00 concorda com a resistência NRLMSISE-00 do próprio Orekit 12,2 ao longo de 24 h a 0,03 m, para um deslocamento por resistência de até 142 km (tests/drag_tier_orekit_oracle.rs, VALIDATED sob as convenções partilhadas). Uma verificação cruzada com o GMAT (General Mission Analysis Tool) continua a ser um trabalho posterior.

Marés no geopotencial (src/tides.rs)#

Correções variáveis no tempo ΔC̄_nm, ΔS̄_nm aos coeficientes de Stokes (IERS Conventions 2010, Capítulo 6), validadas face aos números publicados pelas próprias convenções — e não face a outra ferramenta.

Manobras e projeto de trajetórias (src/maneuver.rs)#

Âmbito honesto: sem otimizador de trajetórias, sem ramos de Lambert de várias revoluções e com um modelo heliocêntrico sintético circular coplanar (sem efemérides planetárias DE, pelo que não foi executada uma verificação cruzada de C3 Terra–Marte com o GMAT).

Determinação de órbita (OD) (src/orbit_determination.rs, src/batch_ls.rs)#

| OD em lote de taxa de variação da distância / az-el com máscara de elevação | modelled (comparação externa, um limiar fixado antecipadamente não foi atingido) | tests/od_tracking_measurements_reference.rs: 8 cenários face aos mínimos quadrados em lote do Orekit 12,2 com medições geométricas instantâneas personalizadas; conjuntos visíveis idênticos, valores de medição a menos de 5.8e-8 m / 6.3e-10 m/s / 1.4e-13 rad, matriz de transição de estado a menos de 1.2e-14, estados com ruído a menos de 1,74 cm e RMS por tipo a menos de 2.7e-4; o limiar de estado sem ruído ≤ 1 cm, fixado antecipadamente, não é atingido em 2 de 4 cenários (1,46 e 1,74 cm; a própria estimativa do Orekit fica a essa distância da sua verdade simulada, a do kshana a menos de 1e-8 m). Ver xval/od-measurements-orekit/RESULTS.md. |

Âmbito honesto: a OD didática usa estações inerciais fixas, um referencial topocêntrico de Terra esférica e medições geométricas instantâneas (sem tempo de luz, aberração, refração ou rotação da Terra); a matriz de transição de estado do percurso de taxa de variação da distância/ângulos é variacional (integrada por RK4 com derivadas parciais analíticas de dois corpos + J2), não de forma fechada; não existe filtro sequencial para taxa de variação da distância ou ângulos. O percurso só com distâncias mantém o seu jacobiano por diferenças finitas. (O motor de ajuste de efemérides de força total abaixo tem a sua própria matriz de transição de estado variacional.)

Validação do modelo de forças por ajuste de efemérides (src/precise_od.rs)#

Um estimador preciso de mínimos quadrados em lote de observações de posição com força total: o geopotencial tesseral EGM2008 (avaliado no referencial fixo à Terra através da redução CIO) composto com o terceiro corpo Sol/Lua, PSR, resistência atmosférica, RG (relatividade geral) de Schwarzschild/Lense–Thirring e as marés acima, ajustado a um conjunto de posições inerciais com um jacobiano de matriz de transição de estado variacional. Validado com dados sintéticos, em que a verdade é o próprio integrador do Kshana, pelo que cada resíduo é do estimador e não da dinâmica.

Âmbito honesto: a onda sintética usa parâmetros nominais de orientação da Terra (EOP: UT1 (Tempo Universal 1, tempo de rotação da Terra) ≈ TT (Tempo Terrestre), sem movimento polar) — exatos para a autorrecuperação, uma vez que o mesmo modelo gera e ajusta o arco. As validações com conjuntos de dados de agências sobrepõem EOP finals2000A reais e verdade SP3/SPK (SPK: núcleo de efemérides planetárias) a este motor através da cadeia de referenciais CIO (src/eop.rs, tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs).

Órbitas precisas reais de agências (tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs)#

Navegação por mapa gravítico / alt-PNT (src/gravimeter.rs, src/mapmatch.rs, src/particle_filter.rs, src/altpnt/terrain.rs)#

Âmbito honesto: o campo gravítico é de grau baixo + mascons sintéticos, não o conjunto completo de coeficientes EGM2008/EIGEN (EIGEN: European Improved Gravity model of the Earth by New techniques); o canal magnético assenta no campo principal IGRF suave mais mascons de anomalia crustal sintéticos (um mapa crustal real de alta frequência é um trabalho posterior); o campo de terreno de CI para os benchmarks de posição de navegação é o DEM sintético autónomo, enquanto o próprio leitor de .hgt está agora validado em CI face a um mosaico SRTM v3 real incluído no repositório (acima); os mosaicos reais de resolução completa continuam condicionados por #[ignore]. Uma simulação de Monte Carlo do erro de representação do mapa continua a ser um trabalho posterior. Os três navegadores estão agora ligados ao motor de cenários por kind= (gravity-map, terrain-nav, combined-altpnt).

Modelo de erro de INS / IMU — validação referenciada a folhas de especificações (src/inertial/)#

O modelo de erro estocástico da IMU é validado face a especificações publicadas de folhas de especificações / conjuntos de dados de fabricantes — nunca face a um valor produzido pelo próprio Kshana. A ponte entre uma especificação em unidades de campo e o modelo de ruído em SI (Sistema Internacional de Unidades) é a identificação padrão por desvio de Allan (Riley, NIST SP 1065 §5; IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952): o coeficiente de passeio aleatório N é o ADEV sobreposto lido em τ = 1 s na inclinação τ⁻¹ᐟ², e o coeficiente de instabilidade do viés é o patamar plano de Allan (tests/imu_allan_spec.rs, hermético — sem descargas).

Âmbito honesto: isto valida o modelo de erro estocástico face aos coeficientes de Allan das folhas de especificações. O conjunto de dados de veículo KF-GINS do i2Nav-WHU (WHU: Wuhan University) é usado como uma verificação separada, condicionada pelos dados: o EKF de estado de erro em malha fechada com acoplamento fraco e modelo de braço de alavanca do GNSS é uma linha VALIDATED da matriz de verificação (EKF GNSS/INS com acoplamento fraco e braço de alavanca no conjunto de dados KF-GINS), comparado com a trajetória de referência em C++ do KF-GINS sob limiares registados antes da execução. Só é executado onde o conjunto de dados é fornecido (KSHANA_KFGINS_DIR); sem ele, são executados os testes do carregador sintético e do braço de alavanca. As variantes com acoplamento forte e de fase da portadora não são abrangidas por essa linha (a linha GNSS/INS com acoplamento forte e fase da portadora é MODELLED).

PNT de espaço profundo e de Marte — fundação D0 (src/body.rs, src/mars_frame.rs, src/ephem_provider.rs, src/radiometric.rs, src/timescales.rs)#

O primeiro marco do motor de navegação de espaço profundo: generalizar o núcleo, fixado na Terra, para um corpo central arbitrário, acrescentando a dinâmica de Marte, uma interface de fornecedor de efemérides, tempo sub-microssegundo e as primitivas de tempo de luz / atraso relativista. Todos os cenários da Terra existentes são idênticos byte a byte — os valores de referência de reprodutibilidade multiplataforma (tests/cross_platform_golden.rs, tests/golden.rs) passam sem alterações e sem regeneração, verificados a cada commit.

Observáveis radiométricos de espaço profundo e Mensagem de Dados de Seguimento CCSDS — D1 (src/radiometric.rs, src/ccsds_tdm.rs)#

O segundo marco do motor de navegação de espaço profundo: o modelo de observáveis que transforma o núcleo de tempo de luz/atraso relativista D0 nas grandezas efetivas que uma passagem de seguimento da Deep Space Network (DSN) ou da ESTRACK (European Space Tracking network) comunica — distância, Doppler a uma/duas/três vias, retransmissão coerente do transponder, medição de distância regenerativa/PN (PN: pseudo-ruído), Δ-DOR (DOR: medição de distância diferencial a uma via) e os meios de propagação — mais a entrada/saída da Mensagem de Dados de Seguimento (TDM) CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) 503.0-B, que ingere/emite um ficheiro de seguimento padrão de agência. Âmbito honesto: trata-se de modelos geométricos exatos que seguem as convenções de Moyer / CCSDS; o ruído de medição é o sigma por observação fornecido por quem chama, não incorporado no modelo. Reproduzir uma passagem de seguimento real específica exige dados TDM reais e o solucionador de determinação de órbita de espaço profundo — isso é D2, não D1. Tudo o que se segue é aditivo (os valores de referência de reprodutibilidade não se alteram; mesmo SHA, sem regeneração).

OD de dinâmica reduzida de espaço profundo — D2 (src/deepspace_od.rs, src/clock_state.rs, src/mars_atmos.rs)#

O terceiro marco do motor de navegação de espaço profundo: o estimador que transforma os observáveis radiométricos D1 numa trajetória recuperada — um filtro de informação de raiz quadrada (SRIF) numericamente robusto, com acelerações empíricas de dinâmica reduzida, um relógio de bordo de três estados, um modelo de resistência atmosférica de Marte e as derivadas parciais da medição radiométrica que ligam a distância/Doppler ao estado do filtro, fechado de ponta a ponta por uma recuperação de determinação de órbita sintética em órbita baixa de Marte (LMO). Âmbito honesto: a recuperação é um circuito fechado sintético (a verdade e o filtro partilham o mesmo propagador de Marte, e as observações são o mesmo modelo de observáveis geométrico que o filtro inverte, mais ruído gaussiano injetado) — valida o mecanismo do estimador, não a fidelidade absoluta do modelo de forças de Marte; a verificação cruzada externa de nível DE é o crate xval/anise-mars-od condicionado por núcleos (D0.8b). Tudo o que se segue é aditivo (os valores de referência de reprodutibilidade não se alteram; mesmo SHA, sem regeneração).

Cenário PNT de espaço profundo e fusão a uma via + duas vias — D3 (src/mars_pnt.rs, src/deepspace_od.rs)#

O quarto marco do motor de navegação de espaço profundo: um cenário de produto PNT de Marte executável que liga o corpo / referencial de Marte D0, os observáveis radiométricos D1 e a OD de dinâmica reduzida D2 num único tipo de cenário mars-pnt. Modela uma pequena constelação de retransmissão ao estilo MARCONI que difunde um sinal no espaço a uma via (acoplado ao relógio) e retransmite uma ligação a duas vias (coerente, sem relógio) para uma estação de espaço profundo, e navega três utilizadores de referência (transferência para Marte, orbitador em órbita baixa de Marte, ponto fixo à superfície) através do estimador de fusão conjunta a uma via + duas vias D3.1 — um SRIF de doze estados que aumenta o bloco orbital/empírico de dinâmica reduzida D2 com um relógio de bordo de três estados. Âmbito honesto: cada figura de mérito é o limite de covariância formal do estimador (posição 1σ / 3σ por época) e o RMS alcançado face a uma verdade de circuito fechado sintético (a verdade e o filtro partilham a mesma dinâmica de Marte e o mesmo modelo de observáveis geométrico, mais ruído gaussiano injetado) — uma figura de mérito de navegação simulada, NÃO um nível de proteção certificado para aviação e NÃO uma alegação de voo (sem modelo de falhas certificado, sem monitor de integridade, sem dados de seguimento reais). Tudo o que se segue é aditivo (os valores de referência de reprodutibilidade não se alteram; mesmo SHA, sem regeneração).

Tempo coordenado lunar — taxa relativista do relógio Terra–Lua (src/lunar_time.rs)#

Uma escala de Tempo Coordenado Lunar (LTC/TCL (TCL: Temps-Coordonnée Lunaire, o nome francês do Tempo Coordenado Lunar)) requer a taxa secular a que um relógio à superfície lunar funciona relativamente a um relógio no geoide terrestre (TT). src/lunar_time.rs calcula-a a partir de princípios fundamentais: uma identidade pós-newtoniana de primeira ordem que soma a diferença de autopotencial (o potencial geoidal convencional L_G da IAU W0 = L_G·c² ≈ 6.26369e7 m²/s² menos o autopotencial à superfície da Lua GM_moon/R_moon ≈ 2.822e6 m²/s²) e o termo cinético (Doppler de segunda ordem) −<v²>/2c² a partir da velocidade geocêntrica da Lua (por diferenças finitas da série lunar de Montenbruck-Gill em src/ephem.rs). O termo dominante de autopotencial dá ≈ 57,5 µs/dia, o termo cinético ≈ −0,5 µs/dia, para um total de ≈ 57 µs/dia. O cenário lunar-time-offset comunica esta taxa, o desvio LTC−TT acumulado ao longo de um horizonte e suporta um conjunto mínimo de variância inversa (um relógio de papel lunar); as conversões TT↔LTC fazem a ida e volta a < 1 ns/dia.

VLBI geodésico lunar — atraso em campo próximo para uma linha de base terrestre que observa um farol lunar (src/lunar_vlbi.rs)#

Um observável de VLBI (interferometria de linha de base muito longa) geodésico para duas estações terrestres (uma linha de base) que observam um sinal a uma via de um emissor da classe NovaMoon à superfície lunar. A Lua está em campo próximo, não é uma onda plana, pelo que o atraso geométrico é a diferença exata de duas distâncias tau_geom = (|r2 − r_B| − |r1 − r_B|)/c e não a projeção no plano do céu. O observável completo acrescenta a diferença de desvio de relógio das estações e um termo de Shapiro diferenciado do potencial da Terra (reutilizado de src/radiometric.rs). As estações são colocadas em coordenadas inerciais geocêntricas (GCRS) através de src/frames.rs + src/cio.rs; o farol através de src/ephem.rs (Lua geocêntrica) + src/lunar.rs (selenográfico→MCMF (MCMF: centrado na Lua, fixo à Lua)) + src/lunar_frame.rs (corpo fixo ME da IAU-2015→inercial). O cenário lunar-vlbi amostra o atraso, a sua taxa por diferenças finitas e a correção de campo próximo ao longo de uma passagem.

A referência independente é o observável de Δ-DOR de onda plana da mesma base de código delta_dor em src/radiometric.rs: no limite de campo distante (um farol sintético a 1e15 m) o atraso geométrico tem de se reduzir a −(B·ŝ_B)/c = delta_dor(r_B, [0,0,0], B) até à precisão da máquina; à distância lunar verdadeira, a correção de campo próximo da curvatura da frente de onda é não nula (dezenas a centenas de µs). As derivadas parciais do farol dtau/dr_B = ((r_B−r2)/|r_B−r2| − (r_B−r1)/|r_B−r1|)/c (e as das estações) são verificadas por diferença finita central (erro relativo < 1e-5).

OD lunar conjunta multitécnica + relógio — recuperação simulada em circuito fechado (src/lunar_combination.rs)#

Um ajuste de mínimos quadrados em lote de época única (instantâneo) (crate::batch_ls::gauss_newton_qr, um passo QR de Householder desde 0,30) que funde as técnicas de VLBI geodésico, de medição radiométrica/de distância local lunar e de medição de distância entre satélites numa rede lunar SIMULADA para recuperar, em conjunto, a posição 3-D de uma estação à superfície lunar, as posições de cada satélite de uma pequena constelação e o desvio de relógio de cada ativo. Os observáveis são: (1) atrasos de VLBI geodésico de linha de base terrestre até à estação lunar tratada como farol (reutilizando src/lunar_vlbi.rs, inercial geocêntrico) — a técnica principal; (2) distâncias radiométricas geocêntricas estação terrestre→satélite (que multilateram a constelação a partir das estações terrestres bem distribuídas) e distâncias locais lunares estação↔satélite (distância euclidiana MCI (inercial centrado na Lua) mais o termo de relógio diferenciado); (3) distâncias entre satélites (mesma forma); mais uma única pseudo-observação de sincronização do relógio da estação que ancora o desvio de relógio comum, de outro modo inobservável. O vetor de estado é [station_pos(3), {sat_pos(3)}×N_sat, station_clk, {sat_clk}×N_sat]. Não há propagação de modelo de forças dentro do solucionador — os satélites são pontos fixos, distintos e ilustrativos numa órbita lunar representativa; trata-se de um ajuste instantâneo deliberadamente limpo. Internamente, as posições são escaladas e os relógios são estimados em metros equivalentes de distância para que a matriz normal se mantenha bem condicionada em f64; as distâncias de VLBI e à distância lunar têm a média removida em torno da geometria nominal para que o jacobiano por diferenças finitas não sofra cancelamento catastrófico. O cenário lunar-joint-od-clock executa a resolução com e sem as componentes de VLBI na mesma semente/verdade e comunica ambas as soluções mais o fator de melhoria da observabilidade da estação.

O resultado honesto principal: a medição de distância local lunar de uma estação polar a um punhado de satélites situados todos para um lado do céu deixa a posição da estação fracamente observada segundo uma direção, pelo que a resolução apenas com distâncias é mal condicionada e o erro 3-D recuperado da estação é grande (ou a resolução não converge). Acrescentar os atrasos de VLBI de linha de base terrestre torna observável a posição 3-D completa da estação, e o erro recuperado da estação desce para o nível do metro. O teste vlbi_restores_station_observability verifica que o erro da estação com VLBI é marcadamente (≥5×) menor do que o erro só com distâncias na mesma verdade injetada — o VLBI repor a direção da estação, de outro modo inobservável, é o objetivo da fase.

A referência independente é a consistência interna: um estado de verdade injetado (estação ~50 m/eixo, satélites ~30 m/eixo, relógios ~1e-7 s, com uma oscilação por componente com semente) é mapeado para observáveis sintéticos através do mesmo modelo geométrico que o solucionador inverte, é adicionado ruído gaussiano com semente (predefinições ilustrativas: σ de VLBI ≈ 1e-11 s, σ de distância ≈ 0,1 m, σ de ISL ≈ 0,1 m; pesos 1/σ²), e o estimador tem de recuperar a verdade injetada dentro do ruído a partir de uma estimativa inicial de zeros. Um NEES médio de Monte Carlo Δxᵀ(HᵀWH)Δx ao longo das sementes (formal_covariance_nees) situa-se numa banda larga em torno de n_params, uma verificação de realismo da covariância.

Realização do referencial lunar — ajuste de datum de Helmert de 7 parâmetros (src/lunar_frame_realise.rs)#

Enquanto src/lunar_frame.rs aplica a orientação do corpo lunar WGCCRE da IAU 2015 (um modelo direto), este módulo estima (realiza) um referencial lunar a partir de uma rede de coordenadas de pontos estimadas ligadas a um datum. O núcleo de estimação é uma clássica transformação de semelhança (Helmert) de 7 parâmetros — três de translação, três de rotação de ângulo pequeno e um de escala — que mapeia os pontos p_i (referencial estimado) para q_i (referencial do datum) como q_i = t + (1 + s)·R(θ)·p_i, com R(θ) = rz(θz)·ry(θy)·rx(θx) construída a partir de crate::precession::{rx, ry, rz, matmul, mat_vec}. Os sete parâmetros [tx, ty, tz, θx, θy, θz, s] são estimados a partir de ≥ 3 pares de pontos não colineares por mínimos quadrados ponderados através de crate::batch_ls::gauss_newton: o modelo direto prevê cada q_i a partir do seu p_i e achata as três componentes de todos os pontos no vetor de observáveis, as coordenadas observadas do datum formam z, os pesos são 1/σ², e a resolução parte de x0 = zeros. Os ângulos de rotação são estimados em µrad e a escala em ppb para que o jacobiano por diferenças finitas se mantenha bem escalado à magnitude das coordenadas à superfície lunar (~1.7e6 m). Uma pequena icrf_orientation_tie compõe a pequena rotação realizada através da orientação corpo da IAU→ICRF (transpose(crate::lunar_frame::icrf_to_iau_moon(jd_tdb))) e devolve o desvio angular pequeno residual do referencial realizado em torno dos eixos do ICRF — uma mudança de referencial de expressão deliberadamente simples, não uma estimativa independente do polo lunar.

A referência independente é a consistência interna: uma transformação de Helmert conhecida (translação ~dezenas de m, rotação ~µrad, escala ~1e-7) é injetada numa rede sintética de pontos bem distribuídos (latitude/longitude selenográficas variadas → MCMF, alguns pontos em altitude), é adicionado ruído gaussiano com semente, e o ajuste tem de recuperar os parâmetros injetados. Com dados sem ruído, a recuperação é até ~à precisão da máquina (translação < 1e-6 m, rotação < 1e-9 rad, escala < 1e-12); com ruído de metros, os parâmetros recuperados ficam a poucos × o σ formal e o RMS residual pós-ajuste situa-se perto do nível de ruído. O cenário lunar-frame-realisation comunica o datum recuperado, o erro de recuperação por parâmetro face à verdade injetada, o RMS residual pós-ajuste e a ligação de orientação ICRF da rotação realizada.

Volume de serviço de navegação lunar — DOP / cobertura / disponibilidade + PL ARAIM lunar generalizado (src/lunar_service.rs)#

Este módulo compõe peças já construídas numa análise de volume de serviço de navegação lunar: varre uma grelha de latitude/longitude selenográficas ao longo de um horizonte temporal face a uma constelação de órbita lunar ilustrativa, de fonte pública, da classe Moonlight / LCNS (LCNS: Lunar Communications and Navigation Services) e comunica DOP / cobertura / disponibilidade mais um envelope generalizado de nível de proteção ARAIM lunar. As duas reutilizações são essenciais e explícitas. A geometria DOP é o núcleo VALIDATED (face ao gnss_lib_py) crate::orbit::dop — service_dop é um fino filtro de máscara de elevação mais esse núcleo, e um teste verifica a identidade (service_dop é igual a um orbit::dop direto nas mesmas posições visíveis). A integridade reutiliza o mecanismo ARAIM lunar do LunaNet LNIS (LunaNet Interoperability Specification) crate::lunar::lunar_araim (σ_URE ≈ 30 m, P_sat ≈ 1e-4); lunar_protection_level generaliza o nível de proteção existente do polo sul para um ponto arbitrário da superfície, e um teste verifica que se reduz ao caso do polo sul (no polo sul, com a mesma geometria/orçamento, devolve exatamente o resultado existente de lunar::lunar_araim a < 1e-9).

Os parâmetros da constelação são uma aproximação ilustrativa das descrições públicas da ESA para esta classe de sistema (≈ 4 satélites em órbitas lunares elípticas congeladas que favorecem a cobertura do polo sul — apolúnio sobre o hemisfério sul; 4 é a predefinição da biblioteca, e o moonlight-service-volume.toml incluído define 8 porque o nível de proteção precisa de pelo menos 6 à vista). Não são as efemérides reais do Moonlight/LCNS e não implicam nenhuma afiliação, aval, herança, certificação ou TRL. A composição (cobertura / disponibilidade / integridade) é MODELLED: um conjunto de retransmissores kepleriano circular/elíptico (não uma efeméride LCNS / NRHO (órbita de halo quase retilínea) 9:2 corrigida diferencialmente), uma Lua de rotação média (sem libração física / polo em precessão) e parâmetros de integridade publicados do LunaNet LNIS. Demonstra o método de volume de serviço, não um número de disponibilidade operacional. Determinístico (geometria pura; sem aleatoriedade). O cenário moonlight-service-volume comunica a percentagem de cobertura, os envelopes de contagem de visíveis e de PDOP, o envelope HPL/VPL sobre o volume e a disponibilidade do nível de proteção face ao limite de alerta.

PNT diferencial lunar — cancelamento de modo comum + resíduo crescente com a linha de base + níveis de proteção DGNSS (src/lunar_dpnt.rs)#

Um análogo lunar de DGNSS (navegação por satélite diferencial) / SBAS: uma estação de referência da classe NovaMoon numa localização selenográfica conhecida calcula correções diferenciais por satélite a partir de uma constelação ilustrativa, de fonte pública, da classe Moonlight / LCNS, e um utilizador móvel afastado dela por uma linha de base aplica-as, de modo que os erros de efemérides de difusão de modo comum se cancelem. Cada satélite i tem um vetor de erro orbital 3-D comum injetado e_i e um erro de relógio comum c_i. O resíduo de pseudodistância da estação de referência é a correção −e_i · û_ref,i + c_i; o erro bruto do utilizador é −e_i · û_user,i + c_i; o erro corrigido do utilizador é a sua diferença −e_i · (û_user,i − û_ref,i). O termo de relógio c_i cancela-se exatamente (é idêntico nas duas observações), e o termo orbital reduz-se à projeção na diferença dos dois vetores unitários da linha de visada, que → 0 quando a linha de base → 0 (o piso de descorrelação espacial) e cresce ≈ linearmente com a linha de base. Os erros de distância corrigidos por satélite são mapeados através da geometria do utilizador por uma pequena resolução instantânea de mínimos quadrados ponderados com poucas dependências (estado [x, y, z, clock] através de crate::orbit::invert4; um desvio constante de distância é absorvido pela incógnita do relógio em vez de corromper a solução) para dar o erro de posição do utilizador. O nível de proteção do utilizador reutiliza o mecanismo de nível de proteção SBAS DO-229E (crate::sbas::sbas_protection_level, fatores K de Aproximação de Precisão) com o σ residual diferencial como orçamento de erro a 1 σ de cada satélite.

O NovaMoon é referido apenas como classe de sistema (uma descrição pública de uma estação de referência lunar); a constelação reutiliza o crate::lunar_service::LunarConstellation ilustrativo de fonte pública. Estes são parâmetros ilustrativos para exercitar o método diferencial, não uma efeméride real, e não implicam nenhuma afiliação, aval, herança, certificação ou TRL. O cenário lunar-differential-pnt comunica o erro de posição do utilizador com e sem correções, o fator de redução, a curva de erro em função da linha de base e o nível de proteção. Na configuração predefinida, o erro corrigido do utilizador a uma linha de base de 50 km é ≈ 0,008 m contra ≈ 24 m sem correção (uma redução de ~3000×), e ≈ 0 com linha de base nula.

A referência independente é a consistência interna: o cancelamento de modo comum é uma identidade algébrica exata (com noise = 0, erro corrigido < 1e-6 m com linha de base nula; o termo de relógio cancela-se até à precisão da máquina com qualquer linha de base), o resíduo cresce monotonicamente com a linha de base, e o nível de proteção é o mesmo algoritmo DO-229E face ao qual a pilha SBAS está fixada. O resíduo de descorrelação espacial é um modelo geométrico de primeira ordem, não um modelo de descorrelação ajustado a partir de seguimento lunar real.

Exportação de interoperabilidade lunar — CCSDS OEM + KIF alinhados com LunaNet/IOAG, com aderência à norma na ida e volta (src/lunar_interop.rs)#

O referencial lunar, a escala de tempo lunar e as efemérides lunares são exportados em formas de intercâmbio alinhadas com o LunaNet/IOAG (IOAG: Interagency Operations Advisory Group), baseadas no CCSDS. Esta fase não inventa um formato de transmissão: reutiliza o emissor e o analisador de CCSDS OEM (Orbit Ephemeris Message) 2,0 já existentes no crate (crate::oem::OemFile::to_oem_string / crate::oem::parse_oem) e o envelope do Kshana Interchange Format (crate::interchange::Envelope), reetiquetados para o contexto lunar. export_lunar_oem define o REF_FRAME do OEM como o referencial de corpo lunar WGCCRE da IAU 2015 (MOON_ME Terra média ou MOON_PA eixos principais), TIME_SYSTEM como a escala de tempo lunar (LTC / TCL / UTC) e CENTER_NAME como MOON, sobre uma efeméride de exemplo ilustrativa, de fonte pública, da classe LCNS (posições de crate::lunar_service::LunarSat::position_mci, velocidade por diferença finita central). export_lunar_time_metadata emite um descritor de tempo lunar alinhado com o LunaNet/IOAG (identificador da escala, taxa secular em µs/dia de crate::lunar_time::lunar_rate_breakdown, a banda publicada de 56–59 µs/dia, superfície de referência) que faz a ida e volta através de serde_json. export_kif_lunar envolve o OEM + descritor + etiqueta do referencial no envelope KIF existente com a etiqueta de honestidade MODELLED.

A referência independente é a ida e volta / aderência dos campos à norma. Como oem.rs fornece ambos os sentidos, o OEM faz a ida e volta através de crate::oem::parse_oem (de volta a um segmento igual, com o referencial/tempo lunares e o número de estados preservados) e é verificado de forma independente por oem_conformance, que confirma que todas as palavras-chave de cabeçalho exigidas pelo CCSDS/LunaNet estão presentes, que REF_FRAME contém um símbolo MOON_* lunar e que TIME_SYSTEM não está vazio, que o enquadramento META_START … META_STOP se mantém e que as linhas de dados de posição+velocidade estão bem formadas — devolvendo um resultado estruturado mais a lista de campos presentes/em falta, de modo que uma exportação defeituosa (por exemplo, um TIME_SYSTEM omitido) seja detetada e identificada. Os metadados de tempo fazem a ida e volta através de parse_lunar_time_metadata, e o envelope KIF faz a ida e volta através de Envelope::parse para artefactos iguais que contêm a etiqueta MODELLED.

Previsões pré-registadas#

Uma previsão pré-registada é um resultado MODELLED congelado antes de existirem dados para a pontuar, com o protocolo de pontuação fixado ao mesmo tempo. Não é uma validação e não acrescenta nenhuma linha ao registo. Cada uma reside em docs/predictions/, com as suas entradas congeladas, o seu resultado e os respetivos hashes SHA-256, e tests/prediction_frozen.rs falha se algum byte congelado se alterar; a uma alteração de pressuposto responde-se com uma nova previsão datada ao lado da antiga, nunca editando-a.

Registo de representatividade da demonstração e de lacunas até ao voo (src/representativeness.rs)#

Um resultado de simulação só é útil como evidência se declarar, de forma explícita, àquilo a que está ancorado, o que pressupõe e o que ainda o separa de um sistema de voo. O registo de representatividade torna isso uma saída de primeira classe, verificada por máquina: um registo Representativeness contém as Anchors externas da demonstração, os seus pressupostos modelados, as suas Gaps até ao voo (cada uma com a fase/atividade que a fecharia) e a banda de TRL para a qual é representativo. É o complemento, por resultado, da matriz verification ao nível das capacidades.

A referência independente é um conjunto de invariantes em forma fechada, impostas por representativeness::tests: um registo Validated tem de listar pelo menos uma âncora ExternalDataset (uma simulação não pode ser validada face a si própria); um registo Modelled tem de listar pelo menos uma lacuna até ao voo e não pode alegar uma banda de TRL representativa acima de 4 (a maturação para além disso exige evidências de hardware/voo, que são uma lacuna, e não uma saída de simulação); a banda de TRL tem de estar bem formada; e um registo PartnerOwned não pode afirmar nada. Estas invariantes operacionalizam a disciplina de "representatividade justificada + lacunas restantes até ao voo claramente identificadas".

Evidência unificada de compromisso quântico vs clássico (src/qtrade.rs)#

Cada área de aplicação de PNT quântico responde à mesma pergunta da mesma forma: fixar um referencial de comparação (cenário + semente + versão do motor), encaminhar um candidato quântico e uma linha de base clássica por um único percurso de código neutro, pontuá-los em figuras de mérito comuns e comunicar — com um intervalo de confiança e uma etiqueta honesta de validado/modelado — onde o quântico ganha e onde não ganha. TradeEvidence dá a essa resposta uma forma única para que as verticais de temporização, navegação e deteção de anomalias emitam o mesmo objeto reprodutível e honestamente etiquetado. Não volta a implementar nenhum compromisso: os números por figura de mérito vêm dos motores existentes (quantum_trade, crossover e dos módulos verticais); isto é o contrato mais o invólucro de reprodutibilidade/representatividade, construído sobre o registo de representatividade e as etiquetas de verificação.

A referência independente são identidades de benefício/vencedor em forma fechada mais um invólucro fiel da saída de compromisso existente. qtrade::tests: a razão de benefício tem a polaridade correta (orientada de modo que >1 signifique sempre que o lado quântico é melhor, tanto para figuras de mérito de holdover em que mais é melhor como para figuras de mérito de erro em que menos é melhor); um objeto de evidência construído a partir de um quantum_trade::TradeResult real reproduz as suas razões de benefício; a evidência desonesta é rejeitada (uma representatividade modelada sem lacuna, ou uma figura de mérito Validated cujo registo de compromisso não tem âncora externa); o JSON é determinístico e contém os campos de referencial/semente/motor/figura de mérito/representatividade.

Biblioteca de modelos de erro de dispositivos quânticos (src/quantum_devices.rs)#

Um único local que expõe os dispositivos de PNT quântico que o demonstrador compara — relógios óticos / de iões aprisionados / de iões de mercúrio, relógios de referência clássicos, o interferómetro de átomos frios e ligações de transferência de tempo — cada um como um DeviceCard com a sua especificação principal e um registo de representatividade. A maior parte da física dos dispositivos é reutilizada (estabilidades de relógio de holdover::QuantumClockClass e clock_state::ClockClass; o interferómetro de átomos frios de quantum_trade/crossover; ligações clássicas óticas/RF de timetransfer_adv). O único modelo genuinamente novo é a ligação de transferência de tempo por entrelaçamento / fotão único, cuja precisão de temporização é limitada pelo ruído de disparo: σ_t ≈ jitter/√(R·τ) na taxa de coincidências detetadas R e integração τ, degradada por uma penalização de contagens de escuro √(1 + dark/R) e limitada inferiormente por um sistemático irredutível.

A referência independente são os coeficientes publicados de relógios/CAI reutilizados mais identidades em forma fechada de ruído de disparo/perdas. quantum_devices::tests: a ordenação reutilizada das estabilidades dos relógios é sensata (rede ótica < iões de mercúrio < CSAC em σ_y(1 s)); a precisão do entrelaçamento melhora como 1/√τ (4× de integração reduz σ a metade) quando limitada pelo ruído de disparo; a taxa de coincidências detetadas cai 10× por cada 10 dB de perda da ligação; as contagens de escuro degradam monotonicamente a precisão; o piso sistemático limita a precisão inferiormente; cada cartão de dispositivo é um registo de representatividade válido e modelado.

Temporização quântica de confiança — cadeia de ponta a ponta, disseminação segura, anomalias + compromisso (src/timetransfer_chain.rs)#

O cenário quantum-time-transfer compõe a cadeia de temporização de que um demonstrador de PNT quântico precisa: um orçamento de tempo do utilizador de ponta a ponta (erro de deriva livre do relógio de referência e precisão de temporização da ligação combinados em quadratura) para uma cadeia quântica (relógio de rede ótica + ligação por entrelaçamento/fotão único) face a uma cadeia clássica (CSAC + ligação RF a duas vias); um nível de proteção de temporização (TPL, reutilizado de tpl) que limita o erro de tempo não detetado; uma figura de mérito de segurança contra ataques de atraso/repetição 1 − P_md a uma taxa de falsos alarmes indicada (reutilizada de detection); uma probabilidade de deteção de anomalias do relógio + latência de deteção de alterações por CUSUM (soma cumulativa); e a comparação quântico-vs-clássico como qtrade::TradeEvidence honesto que contém um registo de representatividade + lacunas até ao voo.

A referência independente é um orçamento em quadratura em forma fechada sobre núcleos reutilizados e validados separadamente (ADEV vs Stable32/NIST; o limite do TPL; detection::analytic_pd/analytic_pmd). timetransfer_chain::tests: a precisão quântica melhora com o tempo de integração; a cadeia quântica pode ganhar e pode perder na figura de mérito de precisão (honesto — não é uma vitória universal; uma ligação com muitas perdas inverte o resultado); o nível de proteção é finito e positivo; a figura de mérito de segurança está em [0 1] e cresce com o atraso do ataque; a probabilidade de deteção de anomalias é monótona na magnitude da falha; e a evidência de compromisso é internamente honesta (is_honest()).

Navegação quântica sem GNSS (src/quantum_nav_od.rs)#

O cenário quantum-gnss-free-nav compara a navegação por estima durante uma falha de GNSS com um orçamento inercial quântico (um acelerómetro interferométrico de átomos frios, reutilizado de inertial::quantum_imu/quantum_trade, cujo piso de ruído branco CAI está validado a ~2 ordens de grandeza de Freier et al. 2016) face a um INS clássico de grau de navegação. Comunica o crescimento do erro de posição durante a deriva livre, o tempo de holdover até um limiar de posição e o compromisso quântico-vs-clássico como qtrade::TradeEvidence honesto. A observabilidade é declarada com honestidade: sem posição externa durante a falha, o viés do acelerómetro é inobservável, pelo que o erro de posição cresce sem limite (≈ ½·viés·t² mais um termo de passeio aleatório de velocidade); um sensor quântico de menor viés atenua esse crescimento, mas não elimina a diferença — só uma posição externa o faz.

A referência independente são os orçamentos inerciais reutilizados (QuantumNavBudget/ClassicalInsBudget, ambos a implementar o trait PositionDrift) mais identidades de deriva em forma fechada. quantum_nav_od::tests: o orçamento quântico supera o clássico numa falha longa (menor erro, holdover mais longo); o erro cresce com a duração da falha em ambos (a lacuna de observabilidade); a vantagem depende da duração da falha, não é um fator de ganho constante (a curva quântica é dominada pelo ruído em deriva livre curta e pelo viés em deriva livre longa); a evidência de compromisso é internamente honesta.

Deteção de falhas / anomalias para sistemas PNT quânticos (src/quantum_faults.rs)#

O cenário quantum-anomaly-detect define um catálogo etiquetado de falhas de PNT quântico (salto de frequência do relógio, deriva, perda de bloqueio; degrau de viés do sensor, perda de dados), pontua uma estatística de deteção em janelas nominais vs com falhas e comunica a discriminação do detetor como uma AUC de ROC e uma falha mínima detetável a uma taxa de falsos alarmes fixa. O ângulo quântico-vs-clássico: uma referência de relógio quântico mais estável reduz o ruído σ do monitor, pelo que deteta falhas menores — emitido como qtrade::TradeEvidence honesto com um registo de representatividade.

A referência independente é uma AUC em forma fechada para a estatística de deteção gaussiana (nominal N(0,σ), falha N(μ,σ) ⇒ AUC = Φ(μ/(σ√2))) verificada por comparação com o eval_stats::bootstrap_auc_ci validado externamente (validado face ao scikit-learn) e com os limiares analíticos de detection. quantum_faults::tests: a AUC analítica coincide com valores conhecidos (0,5 com μ=0, →1 para μ/σ grande, monótona); o IC bootstrap empírico da AUC enquadra a forma fechada; o monitor quântico tem AUC superior e uma falha mínima detetável menor; a vantagem desaparece para falhas enormes (ambos detetam na perfeição — não é uma margem universal); o catálogo tem cinco classes etiquetadas; o compromisso é internamente honesto.

Aderência às normas — formatos de intercâmbio, balanço de ligação e integridade (verificações com referência independente externa)#

Estas normas são validadas recuperando os exemplos trabalhados textuais / valores de referência publicados nas próprias normas (ou numa implementação de referência independente), e não através da ida e volta do próprio Kshana. Recuperar o exemplo de anexo de uma norma é a verificação de aderência à norma mais forte disponível para um analisador de formato de intercâmbio.

Normas GNSS — estado da referência independente externa e lacunas honestas que subsistem:

Temporização para redes, espetro, o sistema solar, constelações, campanhas e LEO-PNT#

As capacidades acrescentadas na linha 0,28 são classificadas linha a linha na VERIFICATION-MATRIX.md gerada; esta secção resume quais delas têm uma referência independente externa. Uma linha só é VALIDATED com uma referência independente externa; tudo o resto é MODELLED.

As saídas que são representações, e não evidências, têm testes mas não têm linha na matriz: as exportações de intercâmbio (CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON, efemérides STK (Systems Tool Kit), SigMF (Signal Metadata Format)), cada uma lida de volta por um validador escrito a partir da especificação do formato (tests/interop_formats.rs, 13 testes; ver INTEROP.md); as animações (tests/animation.rs: reexecuções idênticas byte a byte, contagens exatas de fotogramas, SVG (Scalable Vector Graphics) bem formado, nenhum endereço externo no leitor HTML (HyperText Markup Language)); e o relatório de execução (tests/advanced_report.rs, tests/advanced_report_cli.rs: todos os cenários incluídos geram relatório sem secção vazia nem valor de substituição, as etiquetas coincidem com a matriz, e o comando registado reproduz result.json e o relatório byte a byte).

Envelope de operação#

Cada pacote é exercitado ao longo do seu envelope de entrada declarado por tests/scenario_coverage.rs, que verifica que todas as saídas numéricas são finitas (sem NaN/Inf (NaN: não é um número)) e limitadas. A tabela lista o intervalo de entrada testado por pacote, o comportamento de saída esperado e o teste que o cobre.

As linhas de flicker-FM e de viés de fusão fecham duas lacunas de realismo específicas: os termos de ruído estão desligados por predefinição, mas afetam demonstravelmente a saída quando ativados, e o filtro de fusão conjunto não depende de os vieses serem anulados — converge também com um viés residual realista de grau de átomos frios.

Limitações conhecidas#

• As execuções quânticas e clássicas usam agora sementes de RNG (gerador de números aleatórios) independentes (semente clássica = semente + 0x9e3779b97f4a7c15), pelo que as suas realizações de ruído são não correlacionadas — corrigido após revisão.
• holdover_s tem em conta os segmentos: as cronologias de falha são divididas em segmentos contíguos na reaquisição do GNSS e o valor comunicado é a deriva livre do pior caso (a mais curta) entre eles. Continua limitado pela resolução da grelha temporal (um limite inferior).
• A ressincronização de transferência de tempo por ISL modela a incerteza residual da ligação como oscilação nova de média nula a cada passo de medição, mais reancoragem no intervalo configurado.

Alegações vs. realidade — referência rápida#

Uma lista de verificação de um revisor hostil. Para cada termo que possa ser lido como mais do que é: o que o Kshana faz hoje e onde se situa, no roteiro, a versão real.

Verificações cruzadas de artigos de PNT lunar (evidência de regressão, não linhas da matriz)#

O conjunto lunar/cislunar (as capacidades "Lunar & cislunar" e "Lunar PNT suite" do README) tem as suas alegações de artigos publicados verificadas por comparação independente em tests/validate_p*.rs, cada uma face a uma referência independente de uma implementação diferente:

• pegada orbital de transmissão/captura vs scipy.special.j1 (Bessel J1 de Cephes);
• DOP da geometria de faróis à superfície vs uma resolução (HᵀH)⁻¹ independente em NumPy;
• crescimento do erro de previsão por persistência de UT1/EOP vs uma nova leitura em NumPy das mesmas linhas textuais finals2000A do IERS;
• família de órbitas retrógradas distantes planares vs a Three-Body Periodic Orbit Database da NASA/JPL;
• orçamento de precisão de medição de distância por RF vs uma referência de princípios fundamentais.

Os dados de teste e os scripts de geração de referências independentes encontram-se em tests/fixtures/{p1_footprint,lunar_service,eop_prediction,rf_ranging_precision,dro_family_jpl,p2_independent_dop}/. Estes reforçam a evidência por detrás de capacidades que permanecem MODELLED na matriz verificada por máquina (src/verification.rs); são verificações de regressão, não novas linhas VALIDATED da matriz, pelo que não alteram por si a contagem da matriz verificada por máquina. Essa contagem não é aqui repetida, porque uma cópia escrita à mão dela desatualiza-se: a divisão em vigor é o cabeçalho gerado de VERIFICATION-MATRIX.md, que gen_validation_artifacts escreve a partir de verification_matrix() e tests/verification_artifacts_doc_sync.rs fixa.