Статус валидации

О допусках. «Validated» ниже означает, что калибровочный тест подтверждает совпадение смоделированной статистики с эталонным соотношением в пределах принудительно проверяемого порога, в настоящее время относительной ошибки 20–25 % (с усреднением по seed) для соотношений Аллана и бюджета шумов. Медианное наблюдаемое согласие часто значительно лучше (несколько процентов), но гарантированной границей служит порог, а не медиана. Там, где встречается значение вроде «~2 %», это типичное наблюдение, а не принудительно проверяемый допуск. См. Заявления и реальность.

Правило повышения статуса#

Строка машинно проверяемой матрицы верификации (src/verification.rs) получает статус VALIDATED только тогда, когда оракул, независимый от Kshana, согласуется с реализацией в пределах допуска, заданного до выполнения сравнения, в тесте, который выполняется в контрольной проверке. Этот раздел — единственное место, где правило записано; матрица, пояснения по строкам и примечания к выпускам ссылаются на него.

Допустимые виды оракулов#

Пограничные случаи решают ещё два стандарта. Оба приняты для выпуска 0,30.

• P1, опубликованное расчётное значение. Опубликованное расчётное значение, вычисленное по той же замкнутой формуле, которую реализует строка, засчитывается как опубликованный эталонный вектор, если публикация независима от Kshana, а сравнение фиксирует заданный допуск. Значение должно быть напечатано в публикации в виде числа (значение, снятое с графика, засчитывается, только если неопределённость отсчёта укладывается в заданный допуск), а тест должен заставлять Kshana вычислять его по входным данным публикации; сравнение константы с документом, из которого она скопирована, — это проверка переписывания, а не P1.
• P2, независимая численная библиотека. Независимая численная библиотека, такая как numpy или LAPACK (Linear Algebra PACKage), пересчитывающая однозначно определённую величину линейной алгебры на заданных входных данных, засчитывается как независимая библиотека. Библиотека должна выполнить разложение, обращение, решение или шаг наименьших квадратов собственным алгоритмом на входных данных, зафиксированных вместе с набором тестовых данных; подтверждаемым утверждением тогда является линейная алгебра на этих данных, а не физические величины репрезентативного сценария. Скрипт, который заново вычисляет скалярную замкнутую формулу арифметикой numpy, — это вторая собственная реализация, а не P2.

Условия, применимые ко всем видам: оракул не написан, не запускается и не публикуется этим проектом (поэтому собственная серия статей этого репозитория от него не независима); допуск находится в тесте и был зафиксирован до первого сравнения; тест, привязанный к данным, который пропускается при отсутствии публичных данных, сообщает об этом при пропуске.

Что не засчитывается#

• Наша собственная вторая реализация: второй путь кода в этом крейте (ReferenceImpl) или скрипт в этом репозитории, который заново вычисляет ту же замкнутую формулу.
• Согласие с нашим собственным прежним результатом: эталонные значения (goldens), регрессионные фиксации, снимки или таблица из собственных статей этого проекта.
• Переписывание констант из цитируемого источника: сверка коэффициента, предустановки, значения из спецификации или листа параметров с документом, из которого они скопированы.
• Проектное решение: распределение, взвешивание, порог, предел тревоги или репрезентативный сценарий. Для решения не существует внешней истины.
• Внутреннее тождество: численный интеграл против собственной аналитической формы, прямой и обратный проход, обращение, проверка свойства или монотонности.
• Интеграционный прогон против реального хоста (IntegrationRun): загрузка плагина в реальный сервер Signal K или OpenCPN либо подача выхода реального шлюза потребителю TCP и проверка того, что хост принимает вход и показывает ожидаемое состояние. Это показывает, что связующая часть работает. Хост не является оракулом ни для одного значения, которое переносит интеграция, поэтому внешнего эталона для сравнения нет, и такая строка (строка морских интеграций) имеет статус MODELLED, а не VALIDATED. IntegrationRun — самостоятельный вид оракула, допустимый только для строк MODELLED: integration_run_only_on_modelled_rows в src/verification.rs завершается ошибкой, если его несёт строка VALIDATED, а validated_rows_require_an_external_oracle уже требует, чтобы каждая строка VALIDATED была ExternalDataset.
• Правдоподобие на реальных входных данных: реальные данные, используемые только как вход, с проверками масштаба, а не сравнением с внешним значением.
• Допуск, выбранный после того, как сравнение уже увидено.

Как правило применяется#

Каждая строка VALIDATED объявляет в validated_oracle_basis() в src/verification.rs, на чём она основана (Measured, Library, Reference, P1 или P2), независимый источник (дословно из собственного текста оракула строки) и один тест, который проводит сравнение. Модульные тесты рядом с таблицей завершаются ошибкой, если строка VALIDATED не объявлена или объявлена дважды, если объявление называет строку, не имеющую статуса VALIDATED, если объявленный источник не совпадает с названным в тексте оракула строки или является самой Kshana, если объявленный тест не тот, на который ссылается строка, или если строка P2 не называет независимую численную библиотеку. Затем tests/verification_rows_declare_an_oracle_basis.rs требует, чтобы объявленный тест существовал на диске как настоящий #[test], не отключённый. Машина не может проверить, сравнивает ли названный тест с объявленным источником; это остаётся проверкой человеком. Количества по видам здесь не вводятся: источником служит таблица.

Существующие строки VALIDATED, пересмотренные по правилу#

Правило применено как к существующим строкам, так и к будущим повышениям статуса.

• Строки P1, названные исследованием валидации 0,30, каждая подкреплена: бюджет односторонней линии (таблица контроля проекта X-диапазона Galileo JPL Pub 82-76, пересобранная из своих статей до потерь в свободном пространстве 4.6e-3 дБ); замкнутые формулы для любого дальномерного сигнала с ограниченной полосой (90,3 процента мощности главного лепестка и опубликованное дрожание когерентного опережающе-запаздывающего дискриминатора); максимальный Доплер навигационного спутника низкой околоземной орбиты (опубликованные значения Xona Pulsar X1 и Iridium); максимальный Доплер, который видит неподвижный пользователь от орбиты LEO или MEO (Таблица 1 статьи о Pulsar, 20 значений); Доплер, с которым должен справляться наземный приёмник для навигационного спутника LEO (те же опубликованные значения для орбиты, на которой аппарат летал). Каждая публикация независима от Kshana, приводит свои числа, а тест задаёт свой допуск.
• Дополнительные строки, опирающиеся на P1, найденные при пересмотре, каждая подкреплена: компромисс при проектировании дальномерного кода (опубликованная кросс-корреляция Голда −23,9 дБ); лунное координатное время (Ashby и Patla 2024, чья перекрёстная проверка скорости Луны по DE440 является проверкой Library); замкнутые формулы спектральных плотностей мощности сигналов L-диапазона (значения Q Kaplan и Hegarty); ионосферная задержка первого порядка по диапазонам (отношение групповых задержек из IS-GPS-200); глобальные усреднённые весовые коэффициенты ошибки дальности сигнала в пространстве (таблица Montenbruck, Steigenberger и Hauschild 2018).
• Строки P2, названные исследованием, каждая подкреплена: информация Фишера и наблюдаемость по Крамеру–Рао (numpy eigh/inv); идентифицируемость лунной системы отсчёта; связанная калибровка лунной системы отсчёта и шкалы времени; автономный конвейер наблюдаемости неисправностей свободной сети (numpy/SciPy SVD, сингулярное разложение). Каждая заново вычисляет однозначно определённую величину линейной алгебры на зафиксированных входных данных иным алгоритмом, чем собственный решатель собственных значений Якоби в Kshana.
• Дополнительные строки, опирающиеся на P2, найденные при пересмотре, каждая подкреплена: вывод приоритетов MCDA (многокритериальный анализ решений) (собственный вектор AHP, метода анализа иерархий, по SciPy/LAPACK; таблица случайного индекса, которую он также воспроизводит, является переписыванием и не засчитывается); дисперсия выбега holdover часов (SciPy expm расширенной матрицы Ван Лоана); реализация лунной системы отсчёта (решение Umeyama через numpy SVD); формирование диаграммы CRPA (антенны с управляемой диаграммой приёма) (комплексное решение LAPACK); ядро уровней защиты ARAIM для Луны (обращение LU из RTKLIB с квантилями SciPy); согласованность лунной системы отсчёта и динамики между поставщиками (аппроксимация методом наименьших квадратов через numpy SVD трёх опубликованных эфемерид).
• Отмечены при первом проходе, заново подкреплены в раунде 2 прогона 0,30. Три строки были отмечены как не подкреплённые написанным правилом. Теперь каждая опирается на сравнение, предварительно зарегистрированное до получения её набора тестовых данных, поэтому ни одна строка не отмечена; модульный тест рядом с validated_oracle_basis() фиксирует (теперь пустой) список.
  • Целостность (RAIM/ARAIM/SBAS). Цитируемые тесты прежде проверяли только правдоподобие на реальной геометрии IGS (Международная служба ГНСС). Теперь строка опирается на три библиотечных оракула: разделение решений ARAIM по множественным гипотезам из Airborne Design Document v4.2 против Stanford MAAST для ARAIM 2 (270 реальных случаев, наихудшая разница VPL 2.2e-3 м при пороге 0,05 м); обнаружение и исключение по снимку RAIM против RTKLIB raim_fde (идентичны 2016 из 2016 решений) с уровнем защиты по наклону; и уровни защиты SBAS DO-229E L1 против Stanford MAAST на реальных вещательных данных WAAS (2868 пар в пределах 1.6e-5 м). Строка прямо говорит, что функции raim::araim_raim и raim::araim_dual_raim с единой сигмой не соответствуют ADD и что сравнение двухчастотного SBAS L5 является находкой.
  • Положения планет по всей Солнечной системе по кеплеровым элементам JPL Standish. Апостериорный порог в удвоенную номинальную ошибку заменён предварительно зарегистрированным порогом: СКО не более значения из Таблицы 8.10.1 Explanatory Supplement для каждой планеты и компоненты относительно JPL Horizons DE441, с учётом разделения Земли и поворота ICRF.
  • Время распространения света между телами Солнечной системы. Решатель времени распространения света теперь сравнивается с временами распространения Horizons в пределах 1e-6 с на положениях DE441 — это предварительно зарегистрированный порог, не наследующий порог по положению.
• Строки MODELLED, которые две политики делают пригодными к повышению статуса (только через построчный прогон 0,30, но никогда по этому тексту): по P1 — граница геолокации излучателя по TDOA/FDOA (разности времени и частоты прихода), связь релятивистского хода часов с системой отсчёта, маски синхронизации ITU-T (Сектор стандартизации электросвязи) (только для значений масок, которые Рекомендации печатают в виде чисел; переписанные точки излома, сверенные сами с собой, не засчитываются) и граница позиционирования по нестационарным сетям 5G (только если найдено опубликованное расчётное значение); по P2 — слепота целостности по общему виду, скалярный уровень защиты по времени MHSS (разделение решений по множественным гипотезам) и отбеливание GLS (обобщённый метод наименьших квадратов). Две строки бенчмарка целостности времени (классификатор диаграммы целостности Стэнфорда и оценщик покрытия целостности) — это классификация на основе правил, а не линейная алгебра, поэтому P2 на них не распространяется; им нужен независимый инструмент, а единственный найденный (gLAB) имеет некоммерческую лицензию.
• Согласованность с прежними отказами. Проверка Vallado для строки окна запуска теперь подошла бы под P1, если бы её тест вычислял напечатанный разобранный пример; план 0,30 повышает её статус через Orekit. Таблица пересечения лунного времени по классам часов остаётся MODELLED: воспроизводимая ею таблица взята из собственной статьи этого проекта, которая не независима.

Статус: белая FM и FM случайного блуждания проверены независимо; старение смоделировано и откалибровано вне; фликкерная FM смоделирована и проверена независимо (в цитируемых сценариях по умолчанию выключена).

Зрелость: показатели оптических часов — это цель для космического применения на наземном оборудовании — ни одни оптические часы на стронции не летали. Лабораторные часы на Sr достигают 4.8e-17 (Oelker et al. 2019, Nature Photonics). Показатели CSAC взяты у коммерческого изделия, находящегося в эксплуатации.

Соотношения: Riley, NIST SP 1065, ур. 67 -- белая FM sigma_y^2(tau)=h0/(2 tau); FM случайного блуждания sigma_y^2(tau)=(2 pi^2/3) h_-2 tau, что равнозначно q_rw*tau/3 для частотного винеровского процесса с диффузией q_rw.

Пакет 2 — инерциальное счисление пути (квантовый инерциальный измерительный блок)#

Честная постановка: преимущество холодных атомов — долговременная стабильность смещения (~2600x ниже), которая преобладает при длительном отказе ГНСС через 0,5bT^2. Кратковременный шум сопоставим (квантовый ~22 против классического ~20 ug/sqrtHz) — квантовый датчик выигрывает марафон, а не спринт. Зрелость: акселерометры на холодных атомах — лабораторные/ранние (JRC122785), навигационный кварц эксплуатируется.

Пакет 3 — передача времени (оптическая и радиочастотная (RF), оптическая межспутниковая линия)#

Честная постановка: оптический показатель — это цель синхронизации на орбите на уровне пикосекунд (ещё не летавшая). Наземный оптический лабораторный пол составляет ~1 фс (значительно лучше); хорошо спроектированная микроволновая линия (микроволновая линия ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) (MWL), ~0,3 пс) может соперничать с оптической, поэтому базовое значение «RF = 0,5 нс» относится именно к обычной TWSTFT. Пересчёт дальности односторонний (дальность = cdt); двусторонний/по круговому пути уменьшает его вдвое (дальность = cdt/2).

Пакет 4 — гибридное комплексирование (итоговое)#

Объединяет Пакет 1 (часы), Пакет 2 (инерциальный) и Пакет 3 (передача времени) в один набор PNT (позиционирование, навигация и время). Набор должен удерживать В ПРЕДЕЛАХ и время (< спецификации времени), и положение (< спецификации положения); pnt_holdover_s — время до тех пор, пока одно из них не нарушено. Необязательная передача времени по оптической межспутниковой линии (ISL) заново синхронизирует часы во время отказа (только помощь по времени — положение не синхронизируется заново, так как передача времени даёт время, а не положение).

Результат: полностью квантовый набор удерживает полный PNT на всём отказе 1,8 ч; полностью классический набор ограничен по положению (навигационный IMU нарушает первым). Передача времени по оптической ISL удерживает в синхронизме даже классические ЧАСЫ, выделяя инерциальный датчик как слабое звено классического набора — основной довод в пользу квантовых инерциальных датчиков и оптического времени вместе.

Геометрия — доступность ГНСС по орбитам#

Честная постановка: это детерминированный слой геометрии (круговые орбиты, сферическая Земля среднего радиуса 6371 км, чистая линия визирования). Он устанавливает доступность и геометрическую точность положения (геометрический фактор × репрезентативный бюджет ошибки дальности) по реальной геометрии, а не навигационное решение по точным эфемеридам. Эталон orbit-gnss-challenged.toml помещает космический аппарат внутрь оболочки ГНСС: он удерживает решение лишь ~59 % суток, квантовые часы сохраняют решение по времени с точностью 5 нс через каждый разрыв (доступность 1,0), а чип-масштабные часы держат ~0,73.

Численный (Коуэлла) пропагатор и модель сил#

Численный пропагатор (src/propagator.rs) интегрирует иерархическую модель сил (src/forces.rs) адаптивными интеграторами (src/integrator.rs). Каждый член ниже проверен по аналитической истине или выведенной вручную замкнутой формуле; возмущения выключены по умолчанию, поэтому выпущенные эталонные значения (goldens) не затронуты. Составная модель также перекрёстно проверена по другому инструменту: tests/numerical_cowell_propagator_reference.rs прогоняет 11 случаев LEO и GTO (геостационарная переходная орбита), 275 часовых эпох против пропагатора DormandPrince853 из Orekit 12,2, и консервативные ступени (двухтельная → J2–J6 → Солнце/Луна → шаровая SRP) согласуются с наихудшим 0,08 м за 24 ч (VALIDATED в матрице); ступень сопротивления только охарактеризована (333 м) и остаётся MODELLED.

Честная область применимости: выпущенные по умолчанию ForceModel интегрируют зональное поле. Тессеральное поле EGM2008 высокой степени (src/gravity_sh.rs, степень/порядок 70), приливы твёрдой Земли/океана/атмосферы (src/tides.rs) и член увлечения системы отсчёта Лензе–Тирринга теперь реализованы и включены в модель сил точной подгонки эфемерид (src/precise_od.rs — см. ниже). Тессеральное поле также является необязательным членом ForceModel Коуэлла (propagator::Geopotential, по умолчанию выключено), проверенным по Orekit 12,2 HolmesFeatherstoneAttractionModel до степени/порядка 70 (6 случаев за 24 ч, наихудшее |Δr| 0,036 м; tests/cowell_tesseral_orekit_oracle.rs). Существуют два вычислителя поля: прежний acceleration (сферические частные производные; верен до степени ~180 вдали от полюсов; выходные данные зафиксированы) и acceleration_hf (модифицированный прямой по столбцам метод Холмса–Фезерстоуна 2002, градиент без 1/cos φ; верен до степени 2190 на любой широте). EGM2008 до 2190 загружается во время выполнения (from_gfc_file, scripts/fetch_egm2008.sh, не встроен). acceleration_hf согласуется с Orekit 12,2 до 7.3e-17 м/с² в восьми точках до степени 2190; он остаётся MODELLED, потому что pyshtools не выполнил предварительно зарегистрированный порог вблизи полюса (проверка mpmath относит ошибку на счёт pyshtools; xval/high-degree-gravity/). Орбита 200×200 за 24 ч согласуется с Orekit до 0,13 м, но её предварительно зарегистрированный контроль чувствительности к степени 70 не выполнен (0,73 м < 1 м), поэтому степени 71–200 на орбите охарактеризованы, а не подтверждены (xval/cowell-tesseral-200-orekit/). Плотность термосферы NRLMSISE-00 (NRLMSISE: модель атмосферы Исследовательской лаборатории ВМС с масс-спектрометром и радаром некогерентного рассеяния) перенесена (src/nrlmsise00.rs: бит-в-бит идентична порту на C из общественного достояния на 720 точках, в пределах 1.9e-6 относительной погрешности от pymsis, воспроизведены 17 опубликованных тестовых случаев; tests/nrlmsise00_reference.rs) и является необязательной ступенью плотности сопротивления (forces::DensityModel, ForceModel::drag_density; по умолчанию остаётся статическая модель Vallado). Это подтверждает порт, а не точность модели относительно измеренной плотности. Солнце и Луна по DE440 (DE: Development Ephemeris) — необязательная ступень эфемерид (ForceModel::with_ephemeris). Тень SRP для сплюснутой Земли WGS-84 необязательна (ForceModel::srp_shadow), согласуется с коэффициентом освещённости Orekit 12,2 в пределах 7.4e-9 на 2400 геометриях (tests/srp_oblate_shadow_orekit_oracle.rs); её вариант с потемнением к краю внешнего оракула не имеет (MODELLED). Ступень сопротивления NRLMSISE-00 согласуется с собственным сопротивлением NRLMSISE-00 в Orekit 12,2 за 24 ч с точностью 0,03 м при смещении от сопротивления до 142 км (tests/drag_tier_orekit_oracle.rs, VALIDATED при общих соглашениях). Перекрёстная проверка по GMAT (General Mission Analysis Tool) остаётся следующим шагом.

Приливы на геопотенциале (src/tides.rs)#

Изменяющиеся во времени поправки ΔC̄_nm, ΔS̄_nm к коэффициентам Стокса (IERS Conventions 2010, Глава 6), проверенные по собственным опубликованным числам соглашений, а не по другому инструменту.

Манёвры и проектирование траектории (src/maneuver.rs)#

Честные границы применимости: оптимизатора траекторий нет, многовитковых ветвей Ламберта нет, а гелиоцентрическая модель синтетическая, компланарная и круговая (планетных эфемерид DE нет, поэтому перекрёстная проверка C3 для перелёта Земля–Марс в GMAT не проводилась).

Определение орбиты (OD) (src/orbit_determination.rs, src/batch_ls.rs)#

| Пакетное OD по скорости изменения дальности и азимуту/углу места с маской возвышения | modelled (внешнее сравнение, один заранее зарегистрированный порог не достигнут) | tests/od_tracking_measurements_reference.rs: 8 сценариев в сравнении с пакетным методом наименьших квадратов Orekit 12,2 с пользовательскими мгновенными геометрическими измерениями; множества видимости идентичны, значения измерений совпадают в пределах 5.8e-8 м / 6.3e-10 м/с / 1.4e-13 рад, матрица перехода состояния — в пределах 1.2e-14, зашумлённые состояния — в пределах 1,74 см, а RMS по типам измерений — в пределах 2.7e-4; заранее зарегистрированный порог для безошибочного состояния ≤ 1 см не достигнут в 2 из 4 сценариев (1,46 и 1,74 см; собственная оценка Orekit отстоит на столько же от его смоделированной истины, а у kshana — в пределах 1e-8 м). См. xval/od-measurements-orekit/RESULTS.md. |

Честные границы применимости: учебное OD использует неподвижные инерциальные станции, топоцентрическую систему координат для сферической Земли и мгновенные геометрические измерения (без учёта времени распространения света, аберрации, рефракции и вращения Земли); матрица перехода состояния для пути «скорость изменения дальности/углы» вариационная (интегрируется методом RK4 с аналитическими частными производными для «две задачи тел + J2»), а не в замкнутой форме; последовательного фильтра для скорости изменения дальности или углов нет. Путь только по дальности сохраняет якобиан по конечным разностям. (Движок подгонки эфемерид в полной модели сил, описанный ниже, имеет собственную вариационную матрицу перехода состояния.)

Проверка модели сил подгонкой эфемерид (src/precise_od.rs)#

Точный пакетный оцениватель методом наименьших квадратов по наблюдениям положения в полной модели сил: тессеральный геопотенциал EGM2008 (вычисляемый в земной системе координат через редукцию CIO), дополненный третьим телом Солнце/Луна, SRP, сопротивлением атмосферы, ОТО Шварцшильда/Лензе–Тирринга (общая теория относительности) и приливами, описанными выше; подгонка к серии инерциальных определений положения с якобианом на основе вариационной матрицы перехода состояния. Проверено на синтетических данных, где истиной служит собственный интегратор Kshana, так что каждая невязка принадлежит оценивателю, а не динамике.

Честные границы применимости: синтетическая волна использует номинальные параметры ориентации Земли (EOP: UT1 (всемирное время 1, время вращения Земли) ≈ TT (земное время), без движения полюса) — это точно для самовосстановления, поскольку одна и та же модель порождает и подгоняет дугу. Проверки на наборах данных агентств накладывают на этот движок реальные EOP finals2000A и истину SP3/SPK (SPK: ядро планетных эфемерид) через цепочку систем координат CIO (src/eop.rs, tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs).

Реальные точные орбиты агентств (tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs)#

Навигация по гравитационной карте / alt-PNT (src/gravimeter.rs, src/mapmatch.rs, src/particle_filter.rs, src/altpnt/terrain.rs)#

Честные границы применимости: гравитационное поле — это низкая степень плюс синтетические масконы, а не полный набор коэффициентов EGM2008/EIGEN (EIGEN: европейская улучшенная модель гравитации Земли новыми методами); магнитный канал опирается на гладкое главное поле IGRF плюс синтетические масконы аномалий коры (реальная высокочастотная карта коры — задача следующего этапа); рельеф в CI для бенчмарков навигационной коррекции — самодостаточная синтетическая DEM, тогда как сам считыватель .hgt теперь проверяется в CI по зафиксированному реальному тайлу SRTM v3 (выше); полноразмерные реальные тайлы по-прежнему остаются под управлением #[ignore]. Монте-Карло по ошибке представления карты остаётся задачей следующего этапа. Все три навигатора теперь подключены к движку сценариев через kind= (gravity-map, terrain-nav, combined-altpnt).

Модель ошибок INS / IMU — проверка по паспортным данным (src/inertial/)#

Стохастическая модель ошибок IMU проверяется по опубликованным паспортным данным производителей и спецификациям наборов данных — но никогда не по значению, полученному самой Kshana. Мост от спецификации в полевых единицах к шумовой модели в СИ (Международная система единиц) — стандартная идентификация по девиации Аллана (Riley, NIST SP 1065 §5; IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) Std 952): коэффициент случайного блуждания N — это перекрывающаяся ADEV, считываемая при τ = 1 с на наклоне τ⁻¹ᐟ², а коэффициент нестабильности смещения — плоское плато Аллана (tests/imu_allan_spec.rs, герметично — без загрузки).

Честные границы применимости: проверяется стохастическая модель ошибок по паспортным коэффициентам Аллана. Набор данных автомобиля i2Nav-WHU (WHU: Уханьский университет) KF-GINS используется как отдельная проверка, зависящая от данных: слабосвязанный замкнутый EKF с вектором ошибок и моделью рычага GNSS — строка VALIDATED в матрице верификации (слабосвязанный GNSS/INS EKF с рычагом на наборе данных KF-GINS); он сравнивается с эталонной траекторией KF-GINS на C++ по порогам, зарегистрированным до прогона. Он выполняется только там, где набор данных предоставлен (KSHANA_KFGINS_DIR); без него выполняются тесты синтетического загрузчика и рычага. Тесно связанный вариант и вариант по фазе несущей этой строкой не охватываются (строка тесно связанного GNSS/INS по фазе несущей — MODELLED).

Дальний космос и PNT для Марса — основа D0 (src/body.rs, src/mars_frame.rs, src/ephem_provider.rs, src/radiometric.rs, src/timescales.rs)#

Первый этап движка навигации в дальнем космосе: обобщение зашитого под Землю ядра до произвольного центрального тела, добавление динамики Марса, интерфейса поставщика эфемерид, субмикросекундного времени и примитивов светового времени и релятивистской задержки. Каждый существующий земной сценарий побайтово идентичен — эталонные значения кросс-платформенной воспроизводимости (tests/cross_platform_golden.rs, tests/golden.rs) проходят без изменений и без перегенерации, что проверяется на каждом коммите.

Радиометрические наблюдаемые дальнего космоса и Tracking Data Message CCSDS — D1 (src/radiometric.rs, src/ccsds_tdm.rs)#

Второй этап движка навигации в дальнем космосе: модель наблюдаемых, превращающая ядро светового времени и релятивистской задержки D0 в реальные величины, которые сообщает сеанс слежения сети Deep Space Network (DSN) или ESTRACK (Европейская сеть космического слежения) — дальность, одно-, двух- и трёхпутевой Доплер, когерентный ретранслятор с поворотом сигнала, регенеративная/PN (PN: псевдошумовая) дальнометрия, Δ-DOR (DOR: дифференциальная однопутевая дальнометрия) и среды распространения, — а также ввод и вывод Tracking Data Message (TDM) CCSDS (Консультативный комитет по системам космических данных) 503.0-B, принимающий и выдающий стандартный файл слежения агентств. Честные границы применимости: это точные геометрические модели по соглашениям Moyer / CCSDS; шум измерений — это задаваемое вызывающей стороной значение sigma для каждого наблюдения, а не часть модели. Воспроизведение конкретного реального сеанса слежения требует реальных данных TDM и решателя определения орбиты в дальнем космосе — это D2, а не D1. Всё ниже аддитивно (эталонные значения воспроизводимости не изменились; тот же SHA, без перегенерации).

Редуцированно-динамическое OD в дальнем космосе — D2 (src/deepspace_od.rs, src/clock_state.rs, src/mars_atmos.rs)#

Третий этап движка навигации в дальнем космосе: оцениватель, превращающий радиометрические наблюдаемые D1 в восстановленную траекторию, — численно устойчивый квадратно-корневой информационный фильтр (SRIF) с редуцированно-динамическими эмпирическими ускорениями, трёхсостоянными бортовыми часами, моделью сопротивления атмосферы Марса и радиометрическими частными производными, связывающими дальность/Доплер с состоянием фильтра; всё это замкнуто сквозным синтетическим восстановлением определения орбиты на низкой орбите Марса (LMO). Честные границы применимости: восстановление — это синтетический замкнутый контур (истина и фильтр используют один и тот же распространитель Марса, а наблюдения — та же геометрическая модель наблюдаемых, которую инвертирует фильтр, плюс введённый гауссов шум), поэтому проверяется механика оценивателя, а не абсолютная точность модели сил Марса; внешняя перекрёстная проверка уровня DE — это крейт xval/anise-mars-od, зависящий от ядра (D0.8b). Всё ниже аддитивно (эталонные значения воспроизводимости не изменились; тот же SHA, без перегенерации).

Сценарий PNT в дальнем космосе и объединение однопутевых и двухпутевых данных — D3 (src/mars_pnt.rs, src/deepspace_od.rs)#

Четвёртый этап движка навигации в дальнем космосе: запускаемый продуктовый сценарий Mars-PNT, связывающий тело/систему координат Марса из D0, радиометрические наблюдаемые D1 и редуцированно-динамическое OD из D2 в единый вид сценария mars-pnt. Он моделирует небольшую ретрансляционную группировку в стиле MARCONI, вещающую однопутевой (связанный с часами) сигнал в пространстве и ретранслирующую двухпутевую (когерентную, не зависящую от часов) линию связи на станцию дальнего космоса, и навигирует трёх опорных пользователей (перелёт к Марсу, орбитальный аппарат на низкой орбите Марса, неподвижная точка на поверхности) через совместный оцениватель D3.1 с объединением однопутевых и двухпутевых данных — двенадцатисостоянный SRIF, дополняющий редуцированно-динамический блок орбиты/эмпирических членов D2 трёхсостоянными бортовыми часами. Честные границы применимости: каждый показатель качества — это формальная ковариационная граница оценивателя (1σ / 3σ положения на эпоху) и достигнутый RMS относительно синтетической замкнутой истины (истина и фильтр используют одну и ту же динамику Марса и одну и ту же геометрическую модель наблюдаемых, плюс введённый гауссов шум) — это смоделированный навигационный показатель качества, НЕ авиационный сертифицированный уровень защиты и НЕ утверждение о лётной пригодности (нет сертифицированной модели отказов, нет монитора целостности, нет реальных данных слежения). Всё ниже аддитивно (эталонные значения воспроизводимости не изменились; тот же SHA, без перегенерации).

Лунное координатное время — релятивистская скорость хода часов Земля–Луна (src/lunar_time.rs)#

Шкала лунного координатного времени (LTC/TCL (TCL: Temps-Coordonnée Lunaire, французское название лунного координатного времени)) требует векового темпа, с которым часы на поверхности Луны идут относительно часов на геоиде Земли (TT). src/lunar_time.rs вычисляет его из первых принципов: первое постньютоновское тождество, суммирующее разность собственных потенциалов (условный потенциал геоида IAU L_G W0 = L_G·c² ≈ 6.26369e7 m²/s² минус собственный потенциал поверхности Луны GM_moon/R_moon ≈ 2.822e6 m²/s²) и кинетический член (доплеровский второго порядка) −<v²>/2c² по геоцентрической скорости Луны (конечными разностями по лунному ряду Montenbruck–Gill из src/ephem.rs). Доминирующий член собственного потенциала даёт ≈ 57,5 мкс/сут, кинетический член — ≈ −0,5 мкс/сут, в сумме ≈ 57 мкс/сут. Сценарий lunar-time-offset сообщает этот темп, накопленное смещение LTC−TT на горизонте и поддерживает минимальный ансамбль с обратными дисперсиями (лунные «бумажные часы»); преобразования TT↔LTC при круговом преобразовании укладываются в < 1 нс/сут.

Лунная геодезическая VLBI — ближнепольная задержка для земной базы, наблюдающей лунный маяк (src/lunar_vlbi.rs)#

Наблюдаемая геодезической VLBI (радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами) для двух земных наземных станций (база), наблюдающих однопутевой сигнал передатчика класса NovaMoon на поверхности Луны. Луна находится в ближнем поле, а не создаёт плоскую волну, поэтому геометрическая задержка — это точная разность двух дальностей tau_geom = (|r2 − r_B| − |r1 − r_B|)/c, а не проекция на плоскость неба. Полная наблюдаемая добавляет разность смещений часов станций и разностный шапировский член потенциала Земли (повторно используется из src/radiometric.rs). Станции помещаются в геоцентрические инерциальные (GCRS) координаты через src/frames.rs + src/cio.rs; маяк — через src/ephem.rs (геоцентрическая Луна) + src/lunar.rs (селенографические→MCMF (MCMF: связанная с Луной система с центром в Луне)) + src/lunar_frame.rs (связанная система IAU-2015 ME → инерциальная). Сценарий lunar-vlbi выбирает задержку, её скорость по конечным разностям и ближнепольную поправку на протяжении прохода.

Оракул — наблюдаемая Δ-DOR для плоской волны из той же кодовой базы delta_dor в src/radiometric.rs: в пределе дальнего поля (синтетический маяк на 1e15 м) геометрическая задержка должна свернуться к −(B·ŝ_B)/c = delta_dor(r_B, [0,0,0], B) с машинной точностью; на истинном лунном расстоянии поправка на кривизну волнового фронта в ближнем поле отлична от нуля (от десятков до сотен мкс). Частные производные по маяку dtau/dr_B = ((r_B−r2)/|r_B−r2| − (r_B−r1)/|r_B−r1|)/c (и по станциям) проверены центральной конечной разностью (относительная ошибка < 1e-5).

Совместное многотехнологическое OD и часы на Луне — имитационное восстановление в замкнутом контуре (src/lunar_combination.rs)#

Одноэпоховая (мгновенный снимок) пакетная подгонка методом наименьших квадратов (crate::batch_ls::gauss_newton_qr, шаг QR по Хаусхолдеру с 0,30), которая объединяет методы геодезической VLBI, радиометрии/лунной локальной дальнометрии и межспутниковой дальнометрии на СИМУЛИРОВАННОЙ лунной сети, чтобы восстановить совместно 3-D положение лунной поверхностной станции, положения каждого спутника небольшой группировки и смещение часов каждого объекта. Наблюдаемые: (1) задержки геодезической VLBI на земной базе до лунной станции, трактуемой как маяк (повторно используется src/lunar_vlbi.rs, геоцентрическая инерциальная система) — главная техника; (2) геоцентрические радиометрические дальности «земная станция → спутник» (которые определяют положение группировки многопозиционной дальнометрией по широко разнесённым земным станциям) и лунные локальные дальности «станция ↔ спутник» (евклидово расстояние в MCI (инерциальная система с центром в Луне) плюс разностный член часов); (3) межспутниковые дальности (той же формы); плюс одно псевдонаблюдение синхронизации часов станции, фиксирующее иначе ненаблюдаемое общее смещение часов. Вектор состояния — [station_pos(3), {sat_pos(3)}×N_sat, station_clk, {sat_clk}×N_sat]. Внутри решателя нет распространения по модели сил — спутники представляют собой фиксированные, различные, иллюстративные точки на репрезентативной лунной орбите; это намеренно чистая подгонка по снимку. Внутри положения масштабируются, а часы оцениваются в метрах, эквивалентных дальности, чтобы нормальная матрица оставалась хорошо обусловленной в f64; дальности VLBI и лунные дальности очищаются от среднего относительно номинальной геометрии, чтобы якобиан по конечным разностям не страдал от катастрофического сокращения. Сценарий lunar-joint-od-clock выполняет решение с плечами VLBI и без них на одном и том же начальном значении/истине и сообщает оба решения, а также коэффициент улучшения наблюдаемости станции.

Главный честный результат: лунная локальная дальнометрия от полярной станции до нескольких спутников, все из которых находятся с одной стороны неба, оставляет положение станции слабо наблюдаемым вдоль одного направления, поэтому решение только по дальностям плохо обусловлено, а восстановленная 3-D ошибка станции велика (или решение не сходится). Добавление задержек VLBI на земной базе делает полное 3-D положение станции наблюдаемым, и восстановленная ошибка станции падает до метрового уровня. Тест vlbi_restores_station_observability проверяет, что ошибка станции с VLBI заметно (≥5 раз) меньше ошибки только по дальностям на той же введённой истине — смысл этапа в том, что VLBI возвращает иначе ненаблюдаемое направление станции.

Оракул — внутренняя согласованность: введённое истинное состояние (станция ~50 м на ось, спутники ~30 м на ось, часы ~1e-7 с, с начальным значением для разброса по компонентам) отображается в синтетические наблюдаемые через ту же модель геометрии, которую инвертирует решатель, добавляется гауссов шум с заданным начальным значением (иллюстративные значения по умолчанию: σ VLBI ≈ 1e-11 с, σ дальности ≈ 0,1 м, σ ISL ≈ 0,1 м; веса 1/σ²), и оцениватель должен восстановить введённую истину в пределах шума из нулевого начального приближения. Средний по Монте-Карло NEES Δxᵀ(HᵀWH)Δx по начальным значениям (formal_covariance_nees) лежит в свободной полосе вокруг n_params — это проверка реалистичности ковариации.

Реализация лунной системы отсчёта — подгонка датума 7-параметрическим преобразованием Гельмерта (src/lunar_frame_realise.rs)#

Тогда как src/lunar_frame.rs применяет ориентацию лунного тела по IAU 2015 WGCCRE (прямая модель), этот модуль оценивает (реализует) лунную систему отсчёта по сети оценённых координат точек, привязанных к датуму. Ядро оценивания — классическое 7-параметрическое преобразование подобия (Гельмерта) — три параметра сдвига, три параметра малого поворота и один параметр масштаба, — отображающее точки p_i (оцениваемая система) в q_i (система датума) как q_i = t + (1 + s)·R(θ)·p_i, где R(θ) = rz(θz)·ry(θy)·rx(θx) построена из crate::precession::{rx, ry, rz, matmul, mat_vec}. Семь параметров [tx, ty, tz, θx, θy, θz, s] оцениваются по ≥ 3 неколлинеарных парам точек взвешенным методом наименьших квадратов через crate::batch_ls::gauss_newton: прямая модель предсказывает каждое q_i по его p_i и разворачивает все три компоненты всех точек в вектор наблюдаемых, наблюдаемые координаты датума образуют z, веса — 1/σ², а решение стартует с x0 = zeros. Углы поворота оцениваются в мкрад, а масштаб — в ppb, чтобы якобиан по конечным разностям оставался хорошо масштабированным при величине координат на лунной поверхности (~1.7e6 м). Небольшая функция icrf_orientation_tie составляет реализованный малый поворот с ориентацией «тело → ICRF» по IAU (transpose(crate::lunar_frame::icrf_to_iau_moon(jd_tdb))) и возвращает остаточное малоугловое смещение реализованной системы относительно осей ICRF — намеренно простая смена формы выражения системы координат, а не независимая оценка лунного полюса.

Оракул — внутренняя согласованность: известное преобразование Гельмерта (сдвиг ~десятки м, поворот ~мкрад, масштаб ~1e-7) вводится в хорошо разнесённую синтетическую сеть точек (различные селенографические широта/долгота → MCMF, часть точек на высоте), добавляется гауссов шум с заданным начальным значением, и подгонка должна восстановить введённые параметры. На безошибочных данных восстановление идёт с точностью ~машинной (сдвиг < 1e-6 м, поворот < 1e-9 рад, масштаб < 1e-12); при метровом шуме восстановленные параметры оказываются в пределах нескольких × формальной σ, а RMS невязки после подгонки лежит около уровня шума. Сценарий lunar-frame-realisation сообщает восстановленный датум, ошибку восстановления каждого параметра относительно введённой истины, RMS невязки после подгонки и привязку ориентации реализованного поворота к ICRF.

Зона обслуживания лунной навигации — DOP / покрытие / доступность и обобщённый лунный PL ARAIM (src/lunar_service.rs)#

Этот модуль составляет уже построенные части в анализ зоны обслуживания лунной навигации: он прогоняет селенографическую сетку широты/долготы на горизонте времени против иллюстративной группировки на лунной орбите класса Moonlight / LCNS по открытым источникам (LCNS: Lunar Communications and Navigation Services) и сообщает DOP / покрытие / доступность, а также обобщённую огибающую уровня защиты лунного ARAIM. Два повторных использования существенны и заданы явно. Геометрия DOP — это ядро crate::orbit::dop, VALIDATED (по gnss_lib_py): service_dop — тонкий фильтр по маске возвышения плюс это ядро, а тест проверяет тождество (service_dop равен прямому orbit::dop на тех же видимых положениях). Целостность повторно использует механизм лунного ARAIM LunaNet LNIS (LunaNet Interoperability Specification) crate::lunar::lunar_araim (σ_URE ≈ 30 м, P_sat ≈ 1e-4); lunar_protection_level обобщает существующий уровень защиты для южного полюса на произвольную точку поверхности, а тест проверяет, что он сводится к случаю южного полюса (на южном полюсе при той же геометрии и бюджете он возвращает в точности существующий результат lunar::lunar_araim с точностью < 1e-9).

Параметры группировки — иллюстративное приближение открытых описаний ESA для данного класса систем (≈ 4 спутника на эллиптических замороженных лунных орбитах, обеспечивающих покрытие южного полюса — апоселений над южным полушарием; 4 — значение библиотеки по умолчанию, а поставляемый moonlight-service-volume.toml задаёт 8, потому что для уровня защиты нужно не менее 6 в зоне видимости). Они не являются реальной эфемеридой Moonlight/LCNS и не подразумевают принадлежности, одобрения, лётного наследия, сертификации или TRL. Состав (покрытие / доступность / целостность) — MODELLED: набор ретрансляторов на круговых/эллиптических кеплеровских орбитах (а не эфемерида LCNS / 9:2 NRHO (почти прямолинейная гало-орбита) с дифференциальной коррекцией), Луна со средним вращением (без физической либрации и прецессирующего полюса) и опубликованные параметры целостности LunaNet LNIS. Он демонстрирует метод зоны обслуживания, а не эксплуатационное значение доступности. Детерминировано (чистая геометрия; без случайности). Сценарий moonlight-service-volume сообщает процент покрытия, огибающие числа видимых спутников и PDOP, огибающую HPL/VPL по зоне и доступность уровня защиты относительно предела тревоги.

Лунный дифференциальный PNT — подавление синфазной составляющей + остаток, растущий с базой + уровни защиты DGNSS (src/lunar_dpnt.rs)#

Лунный аналог DGNSS (дифференциальная спутниковая навигация) / SBAS: опорная станция класса NovaMoon в известной селенографической точке вычисляет дифференциальные поправки для каждого спутника по иллюстративной группировке класса Moonlight / LCNS по открытым источникам, а подвижный пользователь, смещённый от неё на базу, применяет их, так что синфазные ошибки вещаемых эфемерид компенсируются. Каждый спутник i несёт введённый общий 3-D вектор ошибки орбиты e_i и общую ошибку часов c_i. Невязка псевдодальности опорной станции — это поправка −e_i · û_ref,i + c_i; исходная ошибка пользователя — −e_i · û_user,i + c_i; скорректированная ошибка пользователя — их разность −e_i · (û_user,i − û_ref,i). Член часов c_i компенсируется точно (он одинаков в обоих наблюдениях), а член орбиты сводится к проекции на разность двух единичных векторов линии визирования, которая → 0 при базе → 0 (порог пространственной декорреляции) и растёт примерно линейно с базой. Скорректированные ошибки дальности по каждому спутнику отображаются через геометрию пользователя небольшим нетребовательным к зависимостям решением снимка взвешенным методом наименьших квадратов (состояние [x, y, z, clock] через crate::orbit::invert4; постоянное смещение дальности поглощается неизвестной часов, а не искажает определение), чтобы получить ошибку положения пользователя. Уровень защиты пользователя повторно использует механизм уровней защиты SBAS по DO-229E (crate::sbas::sbas_protection_level, коэффициенты K для точного захода на посадку), принимая дифференциальную остаточную σ как бюджет 1-σ ошибки каждого спутника.

NovaMoon упоминается только как класс системы (открытое описание лунной опорной станции); группировка повторно использует иллюстративную crate::lunar_service::LunarConstellation по открытым источникам. Это иллюстративные параметры для проверки дифференциального метода, не реальная эфемерида, и они не подразумевают принадлежности, одобрения, лётного наследия, сертификации или TRL. Сценарий lunar-differential-pnt сообщает ошибку положения пользователя с поправками и без них, коэффициент снижения, кривую «ошибка — база» и уровень защиты. В конфигурации по умолчанию скорректированная ошибка пользователя на базе 50 км составляет ≈ 0,008 м против ≈ 24 м без поправок (снижение в ~3000 раз) и ≈ 0 при нулевой базе.

Оракул — внутренняя согласованность: подавление синфазной составляющей есть точное алгебраическое тождество (при noise = 0 скорректированная ошибка < 1e-6 м при нулевой базе; член часов компенсируется с машинной точностью при любой базе), остаток монотонно растёт с базой, а уровень защиты — это тот же алгоритм DO-229E, по которому закреплён стек SBAS. Остаток пространственной декорреляции — модель первого порядка геометрического характера, а не подогнанная модель декорреляции по реальному лунному слежению.

Экспорт для лунной совместимости — CCSDS OEM и KIF в согласии с LunaNet/IOAG и проверка соответствия круговым преобразованием (src/lunar_interop.rs)#

Лунная система отсчёта, лунная шкала времени и лунная эфемерида экспортируются в формах обмена на основе CCSDS, согласованных с LunaNet/IOAG (IOAG: Interagency Operations Advisory Group). На этом этапе не изобретается формат передачи: повторно используются существующие в крейте генератор и разборщик CCSDS OEM (Orbit Ephemeris Message) 2,0 (crate::oem::OemFile::to_oem_string / crate::oem::parse_oem) и оболочка Kshana Interchange Format (crate::interchange::Envelope), переименованные для лунного контекста. export_lunar_oem задаёт для REF_FRAME в OEM лунную связанную систему IAU 2015 WGCCRE (MOON_ME, средняя система «Земля — Луна», или MOON_PA, система главных осей), для TIME_SYSTEM — лунную шкалу времени (LTC / TCL / UTC), а для CENTER_NAME — MOON, на примере иллюстративной эфемериды класса LCNS по открытым источникам (положения из crate::lunar_service::LunarSat::position_mci, скорость по центральной конечной разности). export_lunar_time_metadata выдаёт дескриптор лунного времени в согласии с LunaNet/IOAG (идентификатор шкалы, вековой темп мкс/сут из crate::lunar_time::lunar_rate_breakdown, опубликованный диапазон 56–59 мкс/сут, опорная поверхность), проходящий круговое преобразование через serde_json. export_kif_lunar оборачивает OEM + дескриптор + метку системы отсчёта в существующую оболочку KIF с честной меткой MODELLED.

Оракул — круговое преобразование / соответствие полей. Поскольку oem.rs поставляется с обоими направлениями, OEM проходит круговое преобразование через crate::oem::parse_oem (обратно в равный сегмент с сохранением лунной системы отсчёта/времени и числа состояний) и независимо проверяется oem_conformance, которая проверяет наличие каждого обязательного ключевого слова заголовка CCSDS/LunaNet, что REF_FRAME содержит лунный токен MOON_*, а TIME_SYSTEM не пуст, что соблюдено обрамление META_START … META_STOP и что строки данных положения и скорости корректны, — возвращая структурированный итог и список присутствующих/отсутствующих полей, так что неисправный экспорт (например, с потерянным TIME_SYSTEM) обнаруживается и называется. Метаданные времени проходят круговое преобразование через parse_lunar_time_metadata, а оболочка KIF — через Envelope::parse в равные артефакты с меткой MODELLED.

Заранее зарегистрированные прогнозы#

Заранее зарегистрированный прогноз — это результат MODELLED, зафиксированный до появления каких-либо данных для его оценки, с протоколом оценки, зафиксированным одновременно. Это не проверка и не добавляет строку в реестр. Каждый находится в docs/predictions/ с зафиксированными входными данными, результатом и их хэшами SHA-256, а tests/prediction_frozen.rs завершается ошибкой, если сдвинулся хотя бы один зафиксированный байт; изменённое допущение влечёт новый датированный прогноз рядом со старым, но никогда не правку старого.

Репрезентативность демонстрации и реестр разрывов до полёта (src/representativeness.rs)#

Результат моделирования полезен как доказательство, только если на его лицевой стороне указано, к чему он привязан, что он допускает и что всё ещё отделяет его от лётной системы. Реестр репрезентативности делает это полноценным машинно проверяемым выводом: запись Representativeness содержит внешние привязки (Anchor) демонстрации, её смоделированные допущения, её разрывы (Gap) до полёта (каждый с этапом/деятельностью, которая его закроет) и полосу TRL, для которой она репрезентативна. Это спутник результата на уровне отдельного результата для матрицы verification на уровне возможностей.

Оракул — набор инвариантов в замкнутой форме, обеспечиваемых representativeness::tests: запись Validated должна перечислять хотя бы одну привязку ExternalDataset (имитация не может быть проверена сама по себе); запись Modelled должна перечислять хотя бы один разрыв до полёта и не может заявлять репрезентативную полосу TRL выше 4 (дальнейшее созревание требует доказательств по аппаратуре/полёту, а это разрыв, а не результат моделирования); полоса TRL должна быть корректно сформирована; а запись PartnerOwned ничего не должна утверждать. Эти инварианты воплощают дисциплину «репрезентативность обоснована + оставшиеся разрывы до полёта чётко определены».

Единое доказательство компромисса «квантовое или классическое» (src/qtrade.rs)#

Каждая область применения квантового PNT отвечает на один и тот же вопрос одним и тем же способом: зафиксировать одну систему сравнения (сценарий + начальное значение + версия движка), пропустить квантового кандидата и классический базовый уровень через один нейтральный путь кода, оценить их по общим показателям качества и сообщить — с доверительным интервалом и честной меткой validated/modelled — где квантовое решение выигрывает, а где нет. TradeEvidence придаёт этому ответу единую форму, так что вертикали синхронизации времени, навигации и обнаружения аномалий выдают один и тот же воспроизводимый и честно помеченный объект. Он не переписывает ни один компромисс: числа по каждому показателю качества берутся из существующих движков (quantum_trade, crossover и модулей вертикалей); это контракт плюс оболочка воспроизводимости и репрезентативности, построенная на реестре репрезентативности и метках верификации.

Оракул — тождества выигрыша/победителя в замкнутой форме плюс точная обёртка существующего вывода компромисса. qtrade::tests: коэффициент выигрыша имеет правильную полярность (ориентирован так, что >1 всегда означает, что квантовая сторона лучше, как для показателей «больше — лучше», например holdover, так и для показателей ошибки «меньше — лучше»); объект доказательства, построенный из реального quantum_trade::TradeResult, воспроизводит свои коэффициенты выигрыша; недобросовестное доказательство отклоняется (репрезентативность Modelled без разрыва или показатель качества Validated, чья запись компромисса не несёт внешней привязки); JSON детерминирован и несёт поля системы сравнения/начального значения/движка/показателя качества/репрезентативности.

Библиотека моделей ошибок квантовых устройств (src/quantum_devices.rs)#

Единое место, где представлены квантовые устройства PNT, участвующие в компромиссах демонстратора, — оптические часы, часы на захваченных ионах, часы на ионах ртути, классические опорные часы, холодноатомный интерферометр и линии передачи времени, — каждое в виде DeviceCard с основной спецификацией и записью репрезентативности. Большая часть физики устройств используется повторно (стабильность часов из holdover::QuantumClockClass и clock_state::ClockClass; холодноатомный интерферометр из quantum_trade/crossover; классические оптические/радиочастотные линии из timetransfer_adv). Единственная действительно новая модель — линия передачи времени на запутанных/одиночных фотонах, чья точность синхронизации ограничена дробовым шумом: σ_t ≈ jitter/√(R·τ) по детектируемой скорости совпадений R и интегрированию τ, ухудшаемой штрафом за тёмные отсчёты √(1 + dark/R) и ограниченной снизу неустранимой систематикой.

Оракул — повторно используемые опубликованные коэффициенты часов/CAI плюс тождества дробового шума и потерь в замкнутой форме. quantum_devices::tests: повторно используемый порядок стабильности часов корректен (оптическая решётка < ионы ртути < CSAC по σ_y(1 с)); точность запутанной линии улучшается как 1/√τ (4 × интегрирования уменьшает σ вдвое) при ограничении дробовым шумом; детектируемая скорость совпадений падает в 10 раз на каждые 10 дБ потерь в линии; тёмные отсчёты монотонно ухудшают точность; систематический порог ограничивает точность снизу; каждая карточка устройства — корректная запись репрезентативности Modelled.

Доверенная квантовая синхронизация времени — сквозная цепочка, защищённое распространение, аномалии и компромисс (src/timetransfer_chain.rs)#

Сценарий quantum-time-transfer составляет цепочку синхронизации времени, нужную демонстратору квантового PNT: сквозной бюджет времени пользователя (ошибка выбега опорных часов и точность синхронизации линии, сложенные квадратурно) для квантовой цепочки (часы на оптической решётке + запутанная/одиночнофотонная линия) в сравнении с классической цепочкой (CSAC + двухпутевая радиолиния); уровень защиты времени (TPL, повторно используется из tpl), ограничивающий необнаруженную ошибку времени; показатель качества безопасности от атак с задержкой/повтором 1 − P_md при заданной частоте ложных тревог (повторно используется из detection); вероятность обнаружения аномалии часов + латентность обнаружения изменений по CUSUM (кумулятивная сумма); и сравнение «квантовое или классическое» в виде честного qtrade::TradeEvidence с записью репрезентативности и разрывов до полёта.

Оракул — квадратурный бюджет в замкнутой форме по повторно используемым, отдельно проверенным ядрам (ADEV по Stable32/NIST; граница TPL; detection::analytic_pd/analytic_pmd). timetransfer_chain::tests: квантовая точность улучшается со временем интегрирования; квантовая цепочка может выиграть и может проиграть по показателю точности (честно — это не универсальная победа; линия с очень большими потерями переворачивает результат); уровень защиты конечен и положителен; показатель безопасности лежит в [0 1] и растёт с задержкой атаки; вероятность обнаружения аномалии монотонна по величине неисправности; а доказательство компромисса внутренне честно (is_honest()).

Квантовая навигация без GNSS (src/quantum_nav_od.rs)#

Сценарий quantum-gnss-free-nav сравнивает счисление пути во время перерыва GNSS по квантовому инерциальному бюджету (акселерометр на холодноатомном интерферометре, повторно используется из inertial::quantum_imu/quantum_trade, чей порог белого шума CAI проверен с точностью около 2 порядков величины относительно Freier et al. 2016) и по классическому INS навигационного класса. Он сообщает рост ошибки положения на выбеге, время holdover до порога по положению и компромисс «квантовое или классическое» в виде честного qtrade::TradeEvidence. Наблюдаемость заявлена честно: без внешней коррекции во время перерыва смещение акселерометра ненаблюдаемо, поэтому ошибка положения растёт без ограничения (≈ ½·смещение·t² плюс член случайного блуждания скорости); квантовый датчик с меньшим смещением замедляет этот рост, но не устраняет разрыв — это делает только внешняя коррекция.

Оракул — повторно используемые инерциальные бюджеты (QuantumNavBudget/ClassicalInsBudget, оба реализуют трейт PositionDrift) плюс тождества дрейфа в замкнутой форме. quantum_nav_od::tests: квантовый бюджет превосходит классический на длинном перерыве (меньшая ошибка, большее время holdover); ошибка растёт с длительностью перерыва у обоих (разрыв наблюдаемости); преимущество зависит от перерыва, а не является постоянным коэффициентом выигрыша (квантовая кривая определяется шумом на коротком выбеге и смещением на длинном); доказательство компромисса внутренне честно.

Обнаружение неисправностей / аномалий для квантовых систем PNT (src/quantum_faults.rs)#

Сценарий quantum-anomaly-detect определяет размеченный каталог неисправностей квантового PNT (скачок частоты часов, дрейф, потеря захвата; ступенька смещения датчика, пропадание), оценивает статистику обнаружения на номинальных и неисправных окнах и сообщает различающую способность детектора как ROC AUC и минимально обнаруживаемую неисправность при фиксированной частоте ложных тревог. Квантово-классический аспект: более стабильные квантовые опорные часы снижают шум монитора σ, поэтому обнаруживают меньшие неисправности — это выдаётся как честное qtrade::TradeEvidence с записью репрезентативности.

Оракул — AUC в замкнутой форме для гауссовой статистики обнаружения (номинальная N(0,σ), неисправность N(μ,σ) ⇒ AUC = Φ(μ/(σ√2))), перекрёстно проверенная по внешне проверенной eval_stats::bootstrap_auc_ci (проверено по scikit-learn) и аналитическим порогам detection. quantum_faults::tests: аналитическая AUC совпадает с известными значениями (0,5 при μ=0, →1 при больших μ/σ, монотонно); эмпирический доверительный интервал бутстреп-AUC охватывает замкнутую форму; квантовый монитор имеет более высокую AUC и меньшую минимально обнаруживаемую неисправность; преимущество исчезает для огромных неисправностей (оба обнаруживают идеально — это не универсальный запас); в каталоге пять размеченных классов; компромисс внутренне честен.

Соответствие стандартам — форматы обмена, бюджет линии и целостность (проверки по внешнему оракулу)#

Эти стандарты проверены восстановлением дословных рабочих примеров / эталонных значений, опубликованных в самих стандартах (или в независимой эталонной реализации), а не собственным круговым преобразованием Kshana. Восстановление примера из приложения самого стандарта — сильнейшая доступная проверка соответствия для разборщика формата обмена.

Стандарты GNSS — состояние внешних оракулов и честные оставшиеся разрывы:

Синхронизация времени для сетей, спектра, Солнечной системы, орбитальных группировок, кампаний и LEO-PNT#

Возможности, добавленные в линии 0,28, оцениваются строка за строкой в сформированной VERIFICATION-MATRIX.md; этот раздел резюмирует, какие из них имеют внешний оракул. Строка получает VALIDATED только при наличии независимого внешнего оракула; всё остальное — MODELLED.

Выходные данные, которые являются представлениями, а не доказательствами, имеют тесты, но не имеют строки матрицы: экспорты для обмена (CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON, эфемериды STK (Systems Tool Kit), SigMF (Signal Metadata Format)), каждый из которых разбирается обратно валидатором, написанным по спецификации формата (tests/interop_formats.rs, 13 тестов; см. INTEROP.md); анимации (tests/animation.rs: побайтно идентичные повторные прогоны, точное число кадров, корректный SVG (Scalable Vector Graphics), отсутствие внешних адресов в HTML-проигрывателе (HyperText Markup Language)); и отчёт о прогоне (tests/advanced_report.rs, tests/advanced_report_cli.rs: каждый встроенный сценарий формирует отчёт без пустых разделов и значений-заполнителей, подписи совпадают с матрицей, а записанная команда воспроизводит result.json и отчёт побайтно).

Рабочая область применимости#

Каждый пакет проверяется во всей заявленной области входных данных тестом tests/scenario_coverage.rs, который утверждает, что любой числовой выход конечен (без NaN/Inf (NaN: не число)) и ограничен. В таблице приведены проверенный диапазон входных данных для каждого пакета, ожидаемое поведение выхода и покрывающий тест.

Строки о фликкер-ЧМ и смещении при слиянии данных закрывают два конкретных пробела в реалистичности: шумовые члены по умолчанию выключены, но при включении заметно влияют на выход, а совместный фильтр слияния не зависит от обнуления смещений — он сходится и при реалистичном остаточном смещении уровня холодных атомов.

Известные ограничения#

• Квантовые и классические прогоны теперь используют независимые начальные значения ГСЧ (генератора случайных чисел) (классическое значение = seed + 0x9e3779b97f4a7c15), поэтому их реализации шума некоррелированы — исправлено по итогам рецензии.
• holdover_s учитывает сегменты: временные линии перерывов делятся на непрерывные сегменты при повторном захвате GNSS, а сообщаемое значение — наихудший (кратчайший) выбег среди них. Оно по-прежнему ограничено разрешением временной сетки (нижняя оценка).
• Повторная синхронизация при передаче времени по ISL моделирует остаточную неопределённость линии как новый центрированный джиттер на каждом шаге измерения плюс повторную привязку с заданным интервалом.

Заявления и реальность — краткий справочник#

Контрольный список для придирчивого рецензента. Для каждого термина, который можно понять шире, чем он есть: что Kshana делает сегодня и где на дорожной карте находится настоящая версия.

Перекрёстные проверки по статьям о лунном PNT (регрессионные доказательства, не строки матрицы)#

Лунный/цислунный набор (возможности «Lunar & cislunar» и «Lunar PNT suite» в README) имеет утверждения из опубликованных статей, независимо перепроверенные в tests/validate_p*.rs, каждое по оракулу из другой реализации:

• орбитальный след передачи/захвата в сравнении с scipy.special.j1 (функция Бесселя J1 из Cephes);
• геометрический DOP поверхностных маяков в сравнении с независимым решением NumPy (HᵀH)⁻¹;
• рост ошибки прогноза UT1/EOP по персистентности в сравнении с повторным разбором NumPy тех же дословных строк IERS finals2000A;
• плоское семейство дальних ретроградных орбит в сравнении с базой данных периодических орбит задачи трёх тел NASA/JPL;
• бюджет точности радиодальнометрии в сравнении с эталоном из первых принципов.

Фикстуры и скрипты генерации оракулов находятся в tests/fixtures/{p1_footprint,lunar_service,eop_prediction,rf_ranging_precision,dro_family_jpl,p2_independent_dop}/. Они усиливают доказательную базу возможностей, которые в машинно проверяемой матрице остаются MODELLED (src/verification.rs); это регрессионные проверки, а не новые строки VALIDATED в матрице, поэтому сами по себе они не меняют подсчёт строк машинно проверяемой матрицы. Этот подсчёт здесь не повторяется, потому что набранная вручную копия расходится с оригиналом: актуальное распределение указано в сформированном заголовке VERIFICATION-MATRIX.md, который gen_validation_artifacts записывает из verification_matrix() и который закрепляет tests/verification_artifacts_doc_sync.rs.