Valideringsstatus

Om toleranser. ”Validerad” nedan betyder att ett kalibreringstest kontrollerar att den simulerade statistiken stämmer med referenssambandet inom en tillämpad gräns, för närvarande 20–25 % relativt fel (medelvärde över frön) för sambanden för Allan-brus och brusbudget. Den mediana observerade överensstämmelsen är ofta mycket snävare (några procent), men den garanterade gränsen är tröskeln, inte medianen. Där ett tal som ”~2 %” förekommer är det en typisk observation, inte den tillämpade toleransen. Se Påståenden mot verklighet.

Befordringsregeln#

En rad i den maskinkontrollerade verifieringsmatrisen (src/verification.rs) är VALIDATED först när en oberoende referens oberoende av Kshana stämmer med implementationen inom en tolerans som angavs innan jämförelsen kördes, i ett test som körs i grinden. Det här avsnittet är det enda stället där regeln står nedskriven; matrisen, prosan per rad och versionsanteckningarna hänvisar till det.

De godtagna typerna av oberoende referens#

Ytterligare två standarder avgör gränsfallen. Båda antogs för version 0,30.

• P1, ett publicerat genomräknat värde. Ett publicerat genomräknat värde som beräknats ur samma slutna uttryck som raden implementerar räknas som en publicerad referensvektor, när publikationen är oberoende av Kshana och jämförelsen fastställer en angiven tolerans. Värdet måste vara utskrivet som ett tal i publikationen (ett värde avläst ur ett diagram räknas bara om avläsningsosäkerheten ryms inom den angivna toleransen), och testet måste låta Kshana beräkna det ur publikationens indata; att jämföra en konstant med dokumentet den kopierades från är en transkriptionskontroll, inte P1.
• P2, ett oberoende numeriskt bibliotek. Ett oberoende numeriskt bibliotek som numpy eller LAPACK (Linear Algebra PACKage) och som räknar om en entydigt definierad storhet i linjär algebra på angivna indata räknas som ett oberoende bibliotek. Biblioteket måste utföra uppdelningen, inversen, lösningen eller minsta kvadrat-steget med sin egen algoritm, på indata som är incheckade tillsammans med testunderlaget; det validerade påståendet är då den linjära algebran på dessa indata, inte de fysiska storheterna i ett representativt scenario. Ett skript som räknar om ett skalärt slutet uttryck med numpy-aritmetik är en andra implementation av vårt eget, inte P2.

Villkor som gäller för varje typ: den oberoende referensen är inte skriven, körd eller publicerad av det här projektet (förrådets egen artikelserie är därför inte oberoende av det); toleransen finns i testet och fastställdes före den första jämförelsen; ett datastyrt test som hoppas över när dess offentliga data saknas säger det när det hoppar över.

Vad som inte räknas#

• Vår egen andra implementation: en andra kodväg i den här craten (ReferenceImpl), eller ett skript i det här förrådet som räknar om samma slutna uttryck.
• Överensstämmelse med vår egen tidigare utdata: gyllene värden, regressionsfästen, ögonblicksbilder eller en tabell från projektets egna artiklar.
• En transkription av konstanterna i en referens: att kontrollera en koefficient, förinställning, datablads-siffra eller parameterblad mot dokumentet den kopierades från.
• Ett utformningsval: en fördelning, viktning, tröskel, larmgräns eller ett representativt scenario. Det finns ingen extern sanning för ett val.
• En intern identitet: en numerisk integral mot sin egen analytiska form, en rundtur, en inversion, ett test av egenskap eller monotonicitet.
• En integrationskörning mot en verklig värd (IntegrationRun): att läsa in ett insticksprogram i en verklig Signal K-server eller OpenCPN, eller mata en verklig grinds utdata till en TCP-konsument, och kontrollera att värden tar emot indata och visar det förväntade tillståndet. Det visar att kopplingen fungerar. Värden är ingen oberoende referens för något värde som integrationen för med sig, så det finns inget externt att jämföra mot och en sådan rad (raden om marina integrationer) är MODELLED, inte VALIDATED. IntegrationRun är en egen typ av oberoende referens som bara är tillåten på MODELLED-rader: integration_run_only_on_modelled_rows i src/verification.rs fallerar om en VALIDATED-rad har den, och validated_rows_require_an_external_oracle kräver redan att varje VALIDATED-rad är ExternalDataset.
• Rimlighet på verkliga indata: verkliga data som används enbart som indata, med kontroller av storleksordning i stället för en jämförelse mot ett externt värde.
• En tolerans som valts efter att jämförelsen setts.

Hur regeln upprätthålls#

Varje VALIDATED-rad deklarerar, i validated_oracle_basis() i src/verification.rs, vilken typ den vilar på (Measured, Library, Reference, P1 eller P2), den oberoende källan (citerad ur radens egen text om oberoende referens) och det enda test som bär jämförelsen. Enhetstesterna bredvid tabellen fallerar när en VALIDATED-rad saknar deklaration eller är deklarerad två gånger, när en deklaration pekar ut en rad som inte är VALIDATED, när den deklarerade källan inte är den som radens text om oberoende referens anger eller är Kshana självt, när det deklarerade testet inte är ett som raden åberopar, eller när en P2-rad inte anger något oberoende numeriskt bibliotek. tests/verification_rows_declare_an_oracle_basis.rs kräver sedan att det deklarerade testet finns på disk som ett verkligt #[test] som inte är ignorerat. Det maskinen inte kan kontrollera är om det angivna testet jämför mot den deklarerade källan; det förblir en mänsklig läsning. Antal per typ skrivs inte ut här: tabellen är källan.

Befintliga VALIDATED-rader omprövade enligt regeln#

Regeln tillämpades på de befintliga raderna såväl som på framtida befordringar.

• P1-rader som utpekats av valideringsstudien för 0,30, var och en stödd: Länkbudget för en riktning (designkontrolltabellen för Galileo X-band i JPL Pub 82-76, återskapad ur sina radposter till 4.6e-3 dB frirumsförlust); Bandbegränsade slutna uttryck för valfri avståndssignal (90,3 procent av huvudlobens effekt och det publicerade koherenta early-late-jittret); Maximal dopplerförskjutning för en navigeringssatellit i låg jordbana (de publicerade värdena för Xona Pulsar X1 och Iridium); Maximal dopplerförskjutning som en stillastående användare ser från en LEO- eller MEO-bana (tabell 1 i Pulsar-artikeln, 20 värden); Dopplerförskjutning som en markmottagare måste hantera från en LEO-navigeringssatellit (samma publicerade värden från en flugen bana). Varje publikation är oberoende av Kshana, skriver ut sina tal, och testet anger sin tolerans.
• Ytterligare rader som vilar på P1, funna vid omprövningen, var och en stödd: Avvägning för avståndskoders utformning (den publicerade Gold-korskorrelationen på −23,9 dB); Månens koordinattid (Ashby och Patla 2024, vars korskontroll av månens hastighet mot DE440 är en biblioteks-kontroll); Slutna uttryck för effektspektraltäthet för L-bandssignaler (Q-värden från Kaplan och Hegarty); Jonosfärsfördröjning av första ordningen per band (kvoten för gruppfördröjning i IS-GPS-200); Globala medelvikter för avståndsfel i signalen i rymden (tabellen från Montenbruck, Steigenberger och Hauschild 2018).
• P2-rader som utpekats av studien, var och en stödd: Fisher-information och Cramér–Rao-observerbarhet (numpy eigh/inv); Identifierbarhet för månens datum; Kopplad gauge för månens referenssystem och tidsskala; Autonom pipeline för felobserverbarhet i fria nät (numpy/SciPy SVD, singulärvärdesuppdelning). Var och en räknar om en entydigt definierad storhet i linjär algebra på incheckade indata med en annan algoritm än Kshanas Jacobi-egenvärdeslösare.
• Ytterligare rader som vilar på P2, funna vid omprövningen, var och en stödd: MCDA (multikriterieanalys) för härledning av prioriteringar (AHP, analytisk hierarkiprocess, egenvektor med SciPy/LAPACK; tabellen med slumpindex som den också återskapar är en transkription och räknas inte); Varians vid utrullning i klock-holdover (SciPy expm av Van Loans utvidgade matris); Realisering av månens referenssystem (en numpy-SVD-lösning enligt Umeyama); CRPA-strålformning (controlled reception pattern antenna) (komplex lösning med LAPACK); Kärna för skyddsnivå i ARAIM på månen (RTKLIB:s LU-invers med SciPy-kvantiler); Konsistens mellan leverantörer för månens referenssystem/dynamik (en numpy-SVD-anpassning med minsta kvadrat av tre publicerade efemerider).
• Flaggade i första omgången, återförankrade i omgång 2 av körningen för 0,30. Tre rader flaggades som inte stödda av den nedskrivna regeln. Var och en vilar nu på en jämförelse som förhandsregistrerats innan dess testunderlag hämtades, så ingen rad är flaggad; ett enhetstest bredvid validated_oracle_basis() fäster den (nu tomma) listan.
  • Integritet (RAIM/ARAIM/SBAS). De åberopade testerna kontrollerade tidigare bara rimlighet på verklig geometri från IGS (International GNSS Service). Raden vilar nu på tre oberoende referenser i form av bibliotek: ARAIM:s multipla hypoteser och lösningsseparation enligt Airborne Design Document v4.2 mot Stanford MAAST för ARAIM 2 (270 verkliga fall, största VPL-skillnad 2.2e-3 m mot 0,05 m); snapshot-RAIM:s detektion och uteslutning mot RTKLIB raim_fde (2016 av 2016 beslut identiska) med skyddsnivån för lutning; och SBAS-skyddsnivåerna för DO-229E L1 mot Stanford MAAST på verkliga WAAS-sändningar (2868 par inom 1.6e-5 m). Raden säger öppet att funktionerna med enhetlig sigma raim::araim_raim och raim::araim_dual_raim inte överensstämmer med ADD och att jämförelsen för SBAS med två frekvenser på L5 är ett fynd.
  • Planeternas positioner i hela solsystemet ur de keplerska elementen från JPL Standish. Den efterhandsvalda tröskeln på det dubbla nominella felet har ersatts av en förhandsregistrerad tröskel: RMS högst värdet i Explanatory Supplement, tabell 8.10.1, per planet och komponent, mot JPL Horizons DE441, med jord–måne-uppdelningen och ICRF-rotationen täckta.
  • Ljustid mellan himlakroppar i solsystemet. Lösaren för ljustid jämförs nu med ljustider från Horizons inom 1e-6 s på positioner från DE441, en förhandsregistrerad tröskel som inte ärver positionströskeln.
• MODELLED-rader som de två policyerna gör möjliga att befordra (bara genom körningen för 0,30 rad för rad, aldrig genom den här texten): enligt P1 gränsen för geolokalisering av sändare med TDOA/FDOA (skillnad i ankomsttid och frekvens), kopplingen mellan relativistisk klockgång och referenssystem, synkroniseringsmaskerna i ITU-T (Telecommunication Standardization Sector) (bara för maskvärden som rekommendationerna skriver ut som tal; de transkriberade brytpunkterna kontrollerade mot sig själva räknas inte) och gränsen för positionering med icke-markbundet 5G-nät (bara om ett publicerat genomräknat värde hittas); enligt P2 integritetsblindhet i gemensamt läge, den skalära skyddsnivån för tid enligt MHSS (multiple-hypothesis solution separation) och GLS-blekningen (generaliserad minsta kvadrat). De två benchmarkraderna för integritet i tid (klassificeraren för Stanford-integritetsdiagram och poängsättaren för integritetstäckning) är regelbaserad klassificering, inte linjär algebra, så P2 når dem inte; de behöver ett oberoende verktyg, och det enda som hittats (gLAB) har en licens för icke-kommersiellt bruk.
• Konsistens med tidigare avvisanden. Vallado-kontrollen i raden om uppskjutningsfönster skulle nu kvalificera enligt P1 om dess test räknar ut det utskrivna genomräknade exemplet; planen för 0,30 befordrar den i stället via Orekit. Tabellen över tidpunkten då månens tid korsar per klockklass förblir MODELLED: tabellen den återger kommer från projektets egen artikel, som inte är oberoende.

Status: vitt FM och slumpvandring i FM validerade; åldring modellerad och kalibrerad bort; flimrande FM modellerat och validerat (av som standard i de åberopade scenarierna).

Mognad: värdena för den optiska klockan är det rymdinriktade målet på markbunden hårdvara – ingen optisk strontiumklocka har flugit. Laboratorieklockor med Sr når 4.8e-17 (Oelker m.fl. 2019, Nature Photonics). Värdena för CSAC kommer från en driftsatt kommersiell komponent.

Samband: Riley, NIST SP 1065, ekv. 67 -- vitt FM sigma_y^2(tau)=h0/(2 tau); slumpvandring i FM sigma_y^2(tau)=(2 pi^2/3) h_-2 tau, likvärdigt med q_rw*tau/3 för en Wiener-process i frekvens med diffusionen q_rw.

Paket 2 – tröghetsbaserad dödräkning (kvanttröghetsmätenhet)#

Ärlig inramning: fördelen med kalla atomer är långsiktig biasstabilitet (~2600 gånger lägre), som dominerar ett långt GNSS-avbrott via 0,5bT^2. Det kortsiktiga bruset är jämförbart (kvant ~22 mot klassisk ~20 ug/sqrtHz) – kvantsensorn vinner maratonloppet, inte spurten. Mognad: accelerometrar med kalla atomer är på laboratorie-/tidigt stadium (JRC122785), kvarts av navigeringsklass är driftsatt.

Paket 3 – tidsöverföring (optisk mot radiofrekvent (RF), optisk länk mellan satelliter)#

Ärlig inramning: det optiska värdet är ett synkroniseringsmål på pikosekundsnivå i omloppsbana (inte flugit). Det markbundna optiska laboratoriegolvet är ~1 fs (mycket bättre); en välkonstruerad mikrovågslänk (mikrovågslänken (MWL) i ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), ~0,3 ps) kan konkurrera med optisk, så baslinjen ”RF = 0,5 ns” avser specifikt vanlig TWSTFT. Omvandlingen till avstånd gäller envägs (avstånd = cdt); tvåvägs/tur och retur halverar den (avstånd = cdt/2).

Paket 4 – hybridsammanslagning (slutprov)#

Sätter ihop paket 1 (klocka), paket 2 (tröghet) och paket 3 (tidsöverföring) till en PNT-svit (positionering, navigering och tidssynkronisering). Sviten måste hålla BÅDE tid (< specifikation för tid) och position (< specifikation för position) inom gränserna; pnt_holdover_s är tiden tills någondera överskrids. Valfri optisk tidsöverföring över länk mellan satelliter (ISL) synkroniserar om klockan under avbrottet (endast stöd för tid – position synkroniseras inte om, eftersom tidsöverföring ger tid, inte position).

Resultat: sviten med enbart kvant klarar full PNT genom ett avbrott på 1,8 h; sviten med enbart klassiskt är positionsbegränsad (IMU av navigeringsklass överskrider först). Optisk tidsöverföring mellan satelliter håller även den klassiska KLOCKAN låst och isolerar tröghetssensorn som den klassiska svitens svaga länk – kärnan i argumentet för kvanttröghet och optisk tidssynkronisering tillsammans.

Geometri – GNSS-tillgänglighet ur banor#

Ärlig inramning: det här är ett deterministiskt geometrilager (cirkulära banor, sfärisk jord med medelradien 6371 km, ren siktlinje). Det fastställer tillgänglighet och den geometriska positionsnoggrannheten (precisionsförsämring × en representativ budget för avståndsfel) ur verklig geometri, inte en navigeringslösning med precis efemerid. Referensen orbit-gnss-challenged.toml placerar ett rymdfarkost inuti GNSS-skalet: den håller en positionsbestämning bara ~59 % av dygnet, kvantklockan håller en tidslösning på 5 ns genom varje lucka (tillgänglighet 1,0) medan den chipskaliga klockan håller ~0,73.

Numerisk propagator (Cowell) och kraftmodell#

Den numeriska propagatorn (src/propagator.rs) integrerar en hierarkisk kraftmodell (src/forces.rs) med de adaptiva integratorerna (src/integrator.rs). Varje term nedan är validerad mot analytisk sanning eller ett handhärlett slutet uttryck; störningarna är av som standard, så de utgivna gyllene värdena är orörda. Den sammansatta modellen korskontrolleras också mot ett annat verktyg: tests/numerical_cowell_propagator_reference.rs kör 11 fall i LEO och GTO (geostationär överföringsbana), 275 timepoker, mot propagatorn DormandPrince853 i Orekit 12,2, och de konservativa nivåerna (tvåkropp → J2–J6 → sol/måne → SRP med kanonkula) stämmer inom ett värsta fall på 0,08 m över 24 h (VALIDATED i matrisen); nivån med luftmotstånd är bara karakteriserad (333 m) och förblir MODELLED.

Ärlig avgränsning: de utgivna standardvärdena för ForceModel integrerar det zonala fältet. Det höggradiga tesserala EGM2008-fältet (src/gravity_sh.rs, grad/ordning 70), de fasta/oceaniska/atmosfäriska tidvattnen (src/tides.rs) och termen Lense–Thirring för referenssystemets släpning är nu implementerade och sammansatta i den precisa kraftmodellen för efemerisanpassning (src/precise_od.rs — se nedan). Det tesserala fältet är också en frivillig term i Cowell-kraftmodellen ForceModel (propagator::Geopotential, avstängd som standard), validerad mot Orekit 12,2 HolmesFeatherstoneAttractionModel till grad/ordning 70 (6 fall över 24 h, sämsta |Δr| 0,036 m; tests/cowell_tesseral_orekit_oracle.rs). Två fältutvärderare finns: den historiska acceleration (sfäriska partialer; giltig till grad ~180 bort från polerna; utdata fastlåsta) och acceleration_hf (Holmes–Featherstone 2002 modifierad framåtkolumn, gradient utan 1/cos φ; giltig till grad 2190 vid varje latitud). EGM2008 till 2190 laddas vid körning (from_gfc_file, scripts/fetch_egm2008.sh, ingår inte). acceleration_hf stämmer med Orekit 12,2 till 7.3e-17 m/s² i åtta punkter genom grad 2190; den förblir MODELLED eftersom pyshtools missade den förhandsregistrerade tröskeln nära polen (en kontroll med mpmath lägger felet i pyshtools; xval/high-degree-gravity/). En bana på 24 h med 200×200 stämmer med Orekit till 0,13 m, men dess förhandsregistrerade kontroll av känslighet för grad 70 missades (0,73 m < 1 m), så grad 71–200 är karakteriserade, inte validerade, i bana (xval/cowell-tesseral-200-orekit/). Termosfärdensiteten från NRLMSISE-00 (NRLMSISE: Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter Radar Extended atmosphere model) är portad (src/nrlmsise00.rs: bitidentisk med C-porten i allmän egendom på 720 punkter, inom 1.9e-6 relativt pymsis, de 17 publicerade testfallen återgivna; tests/nrlmsise00_reference.rs) och är en frivillig nivå för luftmotståndsdensitet (forces::DensityModel, ForceModel::drag_density; standardvärdet förblir den statiska Vallado-modellen). Detta validerar portningen, inte modellens noggrannhet mot uppmätt densitet. Solen och Månen från DE440 (DE: Development Ephemeris) är en frivillig efemerisnivå (ForceModel::with_ephemeris). Skuggan för SRP med tillplattad jord enligt WGS-84 är frivillig (ForceModel::srp_shadow) och stämmer med belysningsförhållandet i Orekit 12,2 inom 7.4e-9 över 2400 geometrier (tests/srp_oblate_shadow_orekit_oracle.rs); dess variant med randmörkning saknar extern oberoende referens (MODELLED). Nivån för luftmotstånd med NRLMSISE-00 stämmer med Orekit 12,2 och dess eget luftmotstånd med NRLMSISE-00 över 24 h till 0,03 m mot upp till 142 km förskjutning av luftmotståndet (tests/drag_tier_orekit_oracle.rs, VALIDATED under de gemensamma konventionerna). En korskontroll mot GMAT (General Mission Analysis Tool) återstår som uppföljning.

Tidvatten på geopotentialen (src/tides.rs)#

Tidsvarierande korrektioner ΔC̄_nm, ΔS̄_nm till Stokes-koefficienterna (IERS Conventions 2010, kapitel 6), validerade mot konventionernas egna publicerade tal — inte mot något annat verktyg.

Manövrar och banutformning (src/maneuver.rs)#

Ärlig avgränsning: ingen banoptimerare, inga Lambert-grenar med flera varv, och en syntetisk heliocentrisk modell med coplanära cirkulära banor (ingen planetär DE-efemerid, så en korskontroll av C3 Jorden–Mars mot GMAT har inte körts).

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

| Satsvis OD med avståndshastighet / az-el och elevationsmask | modelled (extern jämförelse, en förhandsregistrerad tröskel missad) | tests/od_tracking_measurements_reference.rs: 8 scenarier mot satsvis minsta kvadrat i Orekit 12,2 med egna ögonblickliga geometriska mätningar; synliga mängder identiska, mätvärden inom 5.8e-8 m / 6.3e-10 m/s / 1.4e-13 rad, tillståndsövergångsmatris inom 1.2e-14, brusiga tillstånd inom 1,74 cm och RMS per typ inom 2.7e-4; den förhandsregistrerade tröskeln för brusfria tillstånd ≤ 1 cm missas i 2 av 4 scenarier (1,46 och 1,74 cm; Orekits egen skattning ligger så långt från dess simulerade referens, medan kshana ligger inom 1e-8 m). Se xval/od-measurements-orekit/RESULTS.md. |

Ärlig avgränsning: den didaktiska OD:n använder fasta tröghetsstationer, ett topocentriskt system för sfärisk jord och ögonblickliga geometriska mätningar (ingen ljustid, aberration, refraktion eller jordrotation); tillståndsövergångsmatrisen för avståndshastighets-/vinkelvägen är variationell (RK4-integrerad med analytiska partialer för tvåkroppsproblem + J2), inte sluten; det finns inget sekventiellt filter för avståndshastighet eller vinklar. Vägen med enbart avstånd behåller sin Jacobian med finita differenser. (Motorn för efemerisanpassning med full kraftmodell nedan har sin egen variationella tillståndsövergångsmatris.)

Validering av kraftmodell genom efemerisanpassning (src/precise_od.rs)#

En precis skattare med minsta kvadrat på satser av positionsobservationer med full kraftmodell: den tesserala geopotentialen EGM2008 (utvärderad i det jordfasta systemet genom CIO-reduktionen) sammansatt med Solen/Månen som tredje kropp, SRP, luftmotstånd, GR (allmän relativitetsteori) enligt Schwarzschild/Lense–Thirring och tidvattnen ovan, anpassad till ett spår av tröghetsbaserade positionsbestämningar med en Jacobian av variationell tillståndsövergångsmatris. Validerad på syntetiska data, där referensen är Kshanas egen integrator, så varje residual kommer från skattaren och inte från dynamiken.

Ärlig avgränsning: den syntetiska vågen använder nominella parametrar för jordorientering (EOP: UT1 (Universal Time 1, jordrotationstid) ≈ TT (Terrestrial Time), ingen polarrörelse) — exakt för självåtervinning, eftersom samma modell genererar och anpassar bågen. Valideringarna mot dataset från rymdorganisationer lägger verkliga finals2000A-EOP och SP3/SPK (SPK: efemeridkärna för planeter) som referens ovanpå den här motorn genom CIO-systemkedjan (src/eop.rs, tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs).

Verkliga precisa banor från rymdorganisationer (tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs)#

Navigering med gravitationskarta / alt-PNT (src/gravimeter.rs, src/mapmatch.rs, src/particle_filter.rs, src/altpnt/terrain.rs)#

Ärlig avgränsning: gravitationsfältet är av låg grad + syntetiska mascons, inte hela koefficientuppsättningen EGM2008/EIGEN (EIGEN: European Improved Gravity model of the Earth by New techniques); den magnetiska kanalen vilar på det jämna IGRF-huvudfältet plus syntetiska mascons för anomalier i jordskorpan (en verklig högfrekvent skorpkarta är en uppföljning); CI-terrängfältet för benchmarkarna av navigeringspositionsbestämning är den självständiga syntetiska DEM:en, medan själva läsaren för .hgt nu är validerad i CI mot en incheckad verklig SRTM v3-ruta (ovan); fullupplösta verkliga rutor styrs fortfarande av #[ignore]. En Monte Carlo-studie av felet i kartrepresentationen är fortfarande en uppföljning. Alla tre navigatorerna är nu kopplade till scenariomotorn med kind= (gravity-map, terrain-nav, combined-altpnt).

INS-/IMU-felmodell — datablad-refererad validering (src/inertial/)#

Den stokastiska felmodellen för IMU är validerad mot publicerade specifikationer från tillverkares datablad / dataset — aldrig mot ett värde som Kshana självt har producerat. Bryggan från en specifikation i fältenheter till brusmodellen i SI (International System of Units) är den vanliga identifieringen via Allan-deviation (Riley, NIST SP 1065 §5; IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952): koefficienten för slumpvandring N är den överlappande ADEV avläst vid τ = 1 s på lutningen τ⁻¹ᐟ², och koefficienten för biasinstabilitet är den flacka Allan-platån (tests/imu_allan_spec.rs, hermetisk — ingen nedladdning).

Ärlig avgränsning: detta validerar den stokastiska felmodellen mot Allan-koefficienter i datablad. Fordonsdatasetet KF-GINS från i2Nav-WHU (WHU: Wuhan University) används som en separat, datastyrd kontroll: det löst kopplade EKF med felmodell i sluten slinga och hävarmsmodell för GNSS är en VALIDATED rad i verifieringsmatrisen (Loosely coupled GNSS/INS EKF with lever arm on the KF-GINS dataset), jämförd med C++-referensbanan från KF-GINS under trösklar som registrerades före körningen. Den körs bara där datasetet tillhandahålls (KSHANA_KFGINS_DIR); utan det körs den syntetiska laddaren och testerna av hävarmen. De tätt kopplade varianterna och varianterna med bärvågsfas täcks inte av den raden (raden för tätt kopplad GNSS/INS med bärvågsfas är MODELLED).

Djuprymd och Mars-PNT — D0-grunden (src/body.rs, src/mars_frame.rs, src/ephem_provider.rs, src/radiometric.rs, src/timescales.rs)#

Den första milstolpen för navigeringsmotorn för djuprymd: att generalisera den jordhårdkodade kärnan till en godtycklig centralkropp, lägga till Mars-dynamik, en gränsyta för efemerisleverantörer, tid under en mikrosekund samt primitiver för ljustid och relativistisk fördröjning. Varje befintligt jordscenario är byte-identiskt — referensfilerna (golden) för reproducerbarhet över plattformar (tests/cross_platform_golden.rs, tests/golden.rs) går igenom oförändrade utan omgenerering, vilket kontrolleras vid varje incheckning.

Radiometriska observabler för djuprymd och CCSDS Tracking Data Message — D1 (src/radiometric.rs, src/ccsds_tdm.rs)#

Den andra milstolpen för navigeringsmotorn för djuprymd: observabelmodellen som omvandlar D0-kärnan för ljustid/relativistisk fördröjning till de storheter som ett följningspass från Deep Space Network (DSN) eller ESTRACK (European Space Tracking network) faktiskt rapporterar — avstånd, Doppler med en/två/tre vägar, koherent transponderomvändning, regenerativ/PN (PN: pseudo-noise) avståndsmätning, Δ-DOR (DOR: differential one-way ranging) och utbredningsmedier — samt in- och utdata för CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) 503.0-B Tracking Data Message (TDM) som läser in/skriver ut en standardiserad följningsfil från en rymdorganisation. Ärlig avgränsning: detta är exakta geometriska modeller enligt konventionerna i Moyer / CCSDS; mätningens brus är det sigma per observation som anroparen anger, inte inbakat i modellen. Att återskapa ett specifikt verkligt följningspass kräver verkliga TDM-data plus lösaren för banbestämning i djuprymd — det är D2, inte D1. Allt nedan är additivt (referensfilerna för reproducerbarhet är oförändrade; samma SHA, ingen omgenerering).

Reducerat dynamisk OD för djuprymd — D2 (src/deepspace_od.rs, src/clock_state.rs, src/mars_atmos.rs)#

Den tredje milstolpen för navigeringsmotorn för djuprymd: skattaren som omvandlar de radiometriska observablerna i D1 till en återvunnen bana — ett numeriskt robust kvadratrotsinformationsfilter (Square-Root Information Filter, SRIF) med reducerat dynamiska empiriska accelerationer, en ombordklocka med tre tillstånd, en modell för luftmotstånd på Mars och de radiometriska mätpartialerna som kopplar avstånd/Doppler till filtertillståndet, avslutad från början till slut med en syntetisk återvinning av banbestämning för en bana kring Mars med låg höjd (LMO). Ärlig avgränsning: återvinningen är en syntetisk sluten slinga (referensen och filtret delar samma Mars-propagator, och observationerna är samma geometriska observabelmodell som filtret inverterar, plus injicerat gaussiskt brus) — den validerar skattarens maskineri, inte den absoluta noggrannheten hos kraftmodellen för Mars; den externa korskontrollen av DE-klass är craten xval/anise-mars-od som styrs av kärnor (D0.8b). Allt nedan är additivt (referensfilerna för reproducerbarhet är oförändrade; samma SHA, ingen omgenerering).

Scenario för PNT i djuprymd och fusion av en väg + två vägar — D3 (src/mars_pnt.rs, src/deepspace_od.rs)#

Den fjärde milstolpen för navigeringsmotorn för djuprymd: ett körbart produktscenario för Mars-PNT som knyter ihop Marskroppen/systemet i D0, de radiometriska observablerna i D1 och den reducerat dynamiska OD i D2 till en enda scenariotyp mars-pnt. Det modellerar en liten reläkonstellation i stil med MARCONI som sänder en signal i rymden med en väg (klockkopplad) och dessutom vidarebefordrar en länk med två vägar (koherent, klockfri) till en station för djuprymd, och navigerar tre referensanvändare (Marsöverföring, orbiter i bana kring Mars med låg höjd, fast punkt på ytan) genom den gemensamma skattaren D3.1 för fusion av en väg + två vägar — ett SRIF med tolv tillstånd som utökar det reducerat dynamiska bana-/empiriska blocket i D2 med en ombordklocka med tre tillstånd. Ärlig avgränsning: varje kvalitetsmått är skattarens formella kovariansgräns (1σ / 3σ position per epok) och den uppnådda RMS mot en syntetisk referens i sluten slinga (referensen och filtret delar samma Marsdynamik och samma geometriska observabelmodell, plus injicerat gaussiskt brus) — ett simulerat navigeringsmått, INTE en luftfartscertifierad skyddsnivå och INTE ett flygpåstående (ingen certifierad felmodell, ingen integritetsövervakare, inga verkliga följningsdata). Allt nedan är additivt (referensfilerna för reproducerbarhet är oförändrade; samma SHA, ingen omgenerering).

Månens koordinattid — relativistisk klocktakt mellan Jorden och Månen (src/lunar_time.rs)#

En tidsskala för månens koordinattid (LTC/TCL (TCL: Temps-Coordonnée Lunaire, det franska namnet på Lunar Coordinate Time)) kräver den sekulära takt med vilken en klocka på månytan går relativt en klocka på jordens geoid (TT). src/lunar_time.rs beräknar den från första principer: en postnewtonsk identitet av första ordningen som summerar skillnaden i självpotential (IAU:s L_G, den konventionella geoidpotentialen W0 = L_G·c² ≈ 6.26369e7 m²/s², minus Månens självpotential vid ytan GM_moon/R_moon ≈ 2.822e6 m²/s²) och den kinetiska termen (andra ordningens Doppler) −<v²>/2c² från Månens geocentriska hastighet (finit differens från månserien av Montenbruck–Gill i src/ephem.rs). Den dominerande självpotentialtermen ger ≈ 57,5 µs/dygn, den kinetiska termen ≈ −0,5 µs/dygn, totalt ≈ 57 µs/dygn. Scenariot lunar-time-offset rapporterar denna takt, den ackumulerade skillnaden LTC−TT över en horisont och stödjer ett minimalt ensemblemedel med inversvarians (en klocka av papper för månen); omvandlingar TT↔LTC går tur och retur till < 1 ns/dygn.

Geodetisk VLBI för Månen — närfältsfördröjning för en baslinje på Jorden som observerar en beacon på Månen (src/lunar_vlbi.rs)#

En observabel för geodetisk VLBI (very-long-baseline interferometry) för två markstationer på Jorden (en baslinje) som observerar en signal med en väg från en sändare av klass NovaMoon på månytan. Månen är i närfältet, inte en plan våg, så den geometriska fördröjningen är den exakta skillnaden mellan två avstånd tau_geom = (|r2 − r_B| − |r1 − r_B|)/c snarare än projektionen i himmelsplanet. Hela observabeln lägger till skillnaden i stationernas klockoffset och en differentierad Shapiro-term för jordens potential (återanvänd från src/radiometric.rs). Stationerna placeras i geocentriska tröghetskoordinater (GCRS) via src/frames.rs + src/cio.rs; beaconen via src/ephem.rs (geocentrisk Måne) + src/lunar.rs (selenografisk→MCMF (MCMF: Moon-centred, Moon-fixed)) + src/lunar_frame.rs (IAU-2015 ME kroppsfast→tröghet). Scenariot lunar-vlbi samplar fördröjningen, dess hastighet med finit differens och närfältskorrektionen under ett pass.

Den oberoende referensen är den observabel för Δ-DOR med plan våg i samma kodbas, delta_dor i src/radiometric.rs: i fjärrfältsgränsen (en syntetisk beacon på 1e15 m) måste den geometriska fördröjningen kollapsa till −(B·ŝ_B)/c = delta_dor(r_B, [0,0,0], B) till maskinprecision; vid verkligt månavstånd är korrektionen för vågfrontens krökning i närfältet skild från noll (tiotals till hundratals µs). Beacon-partialerna dtau/dr_B = ((r_B−r2)/|r_B−r2| − (r_B−r1)/|r_B−r1|)/c (och stationspartialerna) verifieras med central finit differens (relativt fel < 1e-5).

Gemensam multiteknik-OD + klocka för Månen — simulerad återvinning i sluten slinga (src/lunar_combination.rs)#

En enkelepoks (ögonblicksbild) anpassning med satsvis minsta kvadrat (crate::batch_ls::gauss_newton_qr, ett Householder-QR-steg sedan 0,30) som fuserar teknikerna geodetisk VLBI, radiometrisk/lokal avståndsmätning på Månen och avståndsmätning mellan satelliter på ett SIMULERAT månnät för att tillsammans återvinna 3D-positionen för en station på månytan, positionerna för varje satellit i en liten konstellation och varje tillgångs klockoffset. Observablerna är: (1) geodetiska VLBI-fördröjningar för en jordbaslinje till månstationen behandlad som beacon (återanvänder src/lunar_vlbi.rs, geocentrisk tröghet) — huvudtekniken; (2) geocentriska radiometriska avstånd från jordstation till satellit (som multilaterar konstellationen från de väl spridda jordstationerna) och lokala avstånd på Månen mellan station och satellit (euklidiskt avstånd i MCI (Moon-centred inertial) plus den differentierade klocktermen); (3) avstånd mellan satelliter (samma form); plus en enda pseudoobservation för klocksynkronisering av stationen som fäster den annars icke-observerbara gemensamma klockoffseten. Tillståndsvektorn är [station_pos(3), {sat_pos(3)}×N_sat, station_clk, {sat_clk}×N_sat]. Det finns ingen propagering med kraftmodell inne i lösaren — satelliterna är fasta, distinkta, illustrativa punkter på en representativ månbana; detta är medvetet en ren ögonblicksanpassning. Internt skalas positionerna och klockorna skattas i avståndsekvivalenta meter så att normalmatrisen förblir välkonditionerad i f64; VLBI-avstånden och avstånden på Månen medelvärdesbefrias kring den nominella geometrin så att Jacobianen med finita differenser inte drabbas av katastrofal utsläckning. Scenariot lunar-joint-od-clock kör lösningen med och utan VLBI-leden på samma frö/referens och rapporterar båda lösningarna plus förbättringsfaktorn för stationens observerbarhet.

Det viktigaste ärliga resultatet: lokal avståndsmätning på Månen från en polstation till en handfull satelliter som alla ligger mot samma sida av himlen lämnar stationens position svagt observerad längs en riktning, så lösningen med enbart avstånd är illakonditionerad och det återvunna 3D-felet för stationen blir stort (eller så konvergerar inte lösningen). Att lägga till VLBI-fördröjningarna för jordbaslinjen gör stationens hela 3D-position observerbar, och det återvunna stationsfelet rasar till meternivå. Testet vlbi_restores_station_observability kontrollerar att stationsfelet med VLBI är märkbart (≥5×) mindre än felet med enbart avstånd på samma injicerade referens — att VLBI återställer den annars icke-observerbara stationsriktningen är hela poängen med fasen.

Den oberoende referensen är intern konsistens: ett injicerat referenstillstånd (station ~50 m/axel, satelliter ~30 m/axel, klockor ~1e-7 s, med ett frösatt jitter per komponent) avbildas till syntetiska observabler genom samma geometrimodell som lösaren inverterar, frösatt gaussiskt brus läggs till (illustrativa standardvärden: VLBI σ ≈ 1e-11 s, avstånds-σ ≈ 0,1 m, ISL-σ ≈ 0,1 m; vikter 1/σ²), och skattaren måste återvinna det injicerade referenstillståndet inom bruset från en initial gissning med nollor. Ett medelvärde av NEES Δxᵀ(HᵀWH)Δx med Monte Carlo över frön (formal_covariance_nees) ligger inom ett löst band kring n_params, en kontroll av kovariansens realism.

Realisering av referenssystem för Månen — anpassning av datum med Helmert-transform med 7 parametrar (src/lunar_frame_realise.rs)#

Där src/lunar_frame.rs tillämpar IAU:s WGCCRE-orientering av månkroppen från 2015 (en framåtmodell) skattar (realiserar) denna modul ett referenssystem för Månen från ett nät av skattade punktkoordinater knutna till ett datum. Skattningskärnan är en klassisk likformighetstransform (Helmert) med 7 parametrar — tre translationer, tre rotationer i liten vinkel och en skalparameter — som avbildar punkter p_i (skattat system) till q_i (datumsystem) som q_i = t + (1 + s)·R(θ)·p_i, med R(θ) = rz(θz)·ry(θy)·rx(θx) byggd av crate::precession::{rx, ry, rz, matmul, mat_vec}. De sju parametrarna [tx, ty, tz, θx, θy, θz, s] skattas från ≥ 3 icke-kollinjära punktpar med viktad minsta kvadrat genom crate::batch_ls::gauss_newton: framåtmodellen predicerar varje q_i från dess p_i och plattar ut alla tre komponenter för alla punkter till observabelvektorn, de observerade datumkoordinaterna bildar z, vikterna är 1/σ², och lösningen startar från x0 = zeros. Rotationsvinklar skattas i µrad och skala i ppb så att Jacobianen med finita differenser förblir välskalad vid storleken på koordinaterna på månytan (~1.7e6 m). En liten funktion icrf_orientation_tie sammansätter den realiserade lilla rotationen genom orienteringen kropp→ICRF enligt IAU (transpose(crate::lunar_frame::icrf_to_iau_moon(jd_tdb))) och returnerar det realiserade systemets residuala förskjutning i liten vinkel kring ICRF-axlarna — en medvetet enkel ändring av uttrycksformen, inte en oberoende skattning av månens pol.

Den oberoende referensen är intern konsistens: en känd Helmert-transform (translation ~tiotals m, rotation ~µrad, skala ~1e-7) injiceras i ett välspritt syntetiskt punktnät (varierande selenografisk lat/lon → MCMF, vissa punkter på höjd), frösatt gaussiskt brus läggs till, och anpassningen måste återvinna de injicerade parametrarna. På brusfria data sker återvinningen till ~maskinprecision (translation < 1e-6 m, rotation < 1e-9 rad, skala < 1e-12); med brus på meternivå hamnar de återvunna parametrarna inom några × det formella σ och RMS-residualen efter anpassning ligger nära brusnivån. Scenariot lunar-frame-realisation rapporterar det återvunna datumet, återvinningsfelet per parameter mot den injicerade referensen, RMS-residualen efter anpassning och kopplingen av den realiserade rotationens ICRF-orientering.

Servicevolym för navigering på Månen — DOP / täckning / tillgänglighet + generaliserad PL med ARAIM för Månen (src/lunar_service.rs)#

Den här modulen sätter ihop redan byggda delar till en analys av servicevolym för navigering på Månen: den sveper ett selenografiskt rutnät av latitud/longitud över en tidshorisont mot en illustrativ konstellation i månbana av klass Moonlight / LCNS (LCNS: Lunar Communications and Navigation Services) från offentliga källor och rapporterar DOP / täckning / tillgänglighet plus ett generaliserat hölje av skyddsnivåer med ARAIM för Månen. De två återanvändningarna är bärande och explicita. DOP-geometrin är den VALIDATED kärnan (mot gnss_lib_py) crate::orbit::dop — service_dop är ett tunt filter för elevationsmask plus den kärnan, och ett test kontrollerar identiteten (service_dop är lika med ett direkt orbit::dop på samma synliga positioner). Integritet återanvänder maskineriet för ARAIM för Månen från LunaNet LNIS (LunaNet Interoperability Specification) crate::lunar::lunar_araim (σ_URE ≈ 30 m, P_sat ≈ 1e-4); lunar_protection_level generaliserar den befintliga skyddsnivån för sydpolen till en godtycklig punkt på ytan, och ett test kontrollerar att den reduceras till fallet sydpolen (vid sydpolen med samma geometri/budget returnerar den exakt det befintliga resultatet lunar::lunar_araim till < 1e-9).

Konstellationens parametrar är en illustrativ approximation av offentliga beskrivningar från ESA av systemklassen (≈ 4 satelliter i elliptiska frusna månbanor som gynnar täckning av sydpolen — apolun över södra halvklotet; 4 är standardvärdet i biblioteket, och den medföljande moonlight-service-volume.toml sätter 8 eftersom skyddsnivån kräver minst 6 i sikte). De är inte den verkliga efemeriden för Moonlight/LCNS och antyder ingen anknytning, något stöd, arv, certifiering eller TRL. Sammansättningen (täckning / tillgänglighet / integritet) är MODELLED: en uppsättning reläer med cirkulär/elliptisk Kepler-rörelse (inte en differentialkorrigerad efemerid för LCNS / 9:2 NRHO (near-rectilinear halo orbit)), en måne med medelrotation (ingen fysikalisk libration / pol med precession) och publicerade integritetsparametrar för LunaNet LNIS. Den visar metoden för servicevolym, inte ett operativt tillgänglighetstal. Deterministisk (ren geometri; ingen slumpmässighet). Scenariot moonlight-service-volume rapporterar täckningsprocenten, höljena för antal synliga och PDOP, höljet HPL/VPL över volymen och tillgängligheten för skyddsnivån mot larmgränsen.

Differentiell PNT för Månen — upphävande av gemensamt läge + residual som växer med baslinjen + skyddsnivåer för DGNSS (src/lunar_dpnt.rs)#

En analog till DGNSS (differential satellite navigation) / SBAS för Månen: en referensstation av klass NovaMoon på en känd selenografisk plats beräknar differentiella korrektioner per satellit från en illustrativ konstellation av klass Moonlight / LCNS från offentliga källor, och en rörlig användare på en baslinje från den tillämpar dem så att de gemensamma felen i utsänd efemerid upphävs. Varje satellit i bär en injicerad gemensam 3D-vektor för banfel e_i och ett gemensamt klockfel c_i. Referensstationens residual i pseudoavstånd är korrektionen −e_i · û_ref,i + c_i; användarens råa fel är −e_i · û_user,i + c_i; det korrigerade användarfelet är deras skillnad −e_i · (û_user,i − û_ref,i). Klocktermen c_i upphävs exakt (den är identisk i båda observationerna), och banfelstermen kollapsar till projektionen på skillnaden mellan de två enhetsvektorerna längs siktlinjen, som → 0 när baslinjen → 0 (golvet för rumslig dekorrelation) och växer ≈ linjärt med baslinjen. De korrigerade avståndsfelen per satellit avbildas genom användargeometrin med en liten ögonblickslösning med viktad minsta kvadrat med få beroenden (tillståndet [x, y, z, clock] via crate::orbit::invert4; en konstant avståndsbias absorberas av den okända klockan i stället för att förstöra positionsbestämningen) för att ge användarens positionsfel. Användarens skyddsnivå återanvänder maskineriet för skyddsnivå i SBAS enligt DO-229E (crate::sbas::sbas_protection_level, K-faktorer för precisionsinflygning) med den differentiella residualens σ som 1-σ-felbudget för varje satellit.

NovaMoon nämns enbart som systemklass (en offentlig beskrivning av en referensstation på Månen); konstellationen återanvänder den illustrativa crate::lunar_service::LunarConstellation från offentliga källor. Detta är illustrativa parametrar för att öva den differentiella metoden, inte en verklig efemerid, och de antyder ingen anknytning, något stöd, arv, certifiering eller TRL. Scenariot lunar-differential-pnt rapporterar användarens positionsfel med och utan korrektioner, reduktionsfaktorn, kurvan fel mot baslinje och skyddsnivån. I standardkonfigurationen är det korrigerade användarfelet vid en baslinje på 50 km ≈ 0,008 m mot ≈ 24 m okorrigerat (en reduktion på ~3000×), och ≈ 0 vid noll baslinje.

Den oberoende referensen är intern konsistens: upphävandet av gemensamt läge är en exakt algebraisk identitet (med noise = 0 är det korrigerade felet < 1e-6 m vid noll baslinje; klocktermen upphävs till maskinprecision vid vilken baslinje som helst), residualen växer monotont med baslinjen, och skyddsnivån är samma algoritm enligt DO-229E som SBAS-stacken är fastlåst mot. Residualen från rumslig dekorrelation är en geometrisk modell av första ordningen, inte en anpassad dekorrelationsmodell från verklig följning på Månen.

Export för interoperabilitet på Månen — CCSDS OEM + KIF i linje med LunaNet/IOAG med formatkontroll tur och retur (src/lunar_interop.rs)#

Månens referenssystem, tidsskala och efemerid exporteras i CCSDS-baserade utbytesformer i linje med LunaNet/IOAG (IOAG: Interagency Operations Advisory Group). Den här fasen hittar inte på något trådformat: den återanvänder cratets befintliga skrivare och läsare för CCSDS OEM (Orbit Ephemeris Message) version 2,0 (crate::oem::OemFile::to_oem_string / crate::oem::parse_oem) och Kshana Interchange Format-kuvertet (crate::interchange::Envelope), omtaggade för månens sammanhang. export_lunar_oem sätter OEM-fältet REF_FRAME till IAU:s WGCCRE-system för månkroppen från 2015 (MOON_ME medeljord eller MOON_PA huvudaxlar), TIME_SYSTEM till månens tidsskala (LTC / TCL / UTC) och CENTER_NAME till MOON, över en exempel-efemerid av illustrativ klass LCNS från offentliga källor (positioner från crate::lunar_service::LunarSat::position_mci, hastighet med central finit differens). export_lunar_time_metadata skriver ut en deskriptor för månens tid i linje med LunaNet/IOAG (skal-id, sekulär takt i µs/dygn från crate::lunar_time::lunar_rate_breakdown, det publicerade bandet 56–59 µs/dygn, referensyta) som går tur och retur genom serde_json. export_kif_lunar lindar in OEM + deskriptor + systemetikett i det befintliga KIF-kuvertet med ärlighetsmärkningen MODELLED.

Den oberoende referensen är kontroll av tur och retur / fält. Eftersom oem.rs levereras med båda riktningarna går OEM tur och retur genom crate::oem::parse_oem (tillbaka till ett lika segment, med månens system/tid och antalet tillstånd bevarade) och kontrolleras oberoende av oem_conformance, som verifierar att varje obligatoriskt nyckelord i CCSDS/LunaNet-huvudet finns, att REF_FRAME bär en token av typen MOON_* för Månen och att TIME_SYSTEM inte är tomt, att inramningen META_START … META_STOP håller och att datarader för position+hastighet är välformade — och returnerar ett strukturerat utfall (klarat/ej klarat) plus listan över närvarande/saknade fält så att en trasig export (t.ex. ett utelämnat TIME_SYSTEM) fångas och namnges. Tidsmetadata går tur och retur genom parse_lunar_time_metadata, och KIF-kuvertet går tur och retur genom Envelope::parse till lika artefakter som bär märkningen MODELLED.

Förhandsregistrerade prediktioner#

En förhandsregistrerad prediktion är ett MODELLED resultat som fryses innan några data finns att poängsätta det mot, med poängsättningsprotokollet fastställt samtidigt. Det är inte en validering och lägger inte till någon rad i registret. Var och en finns i docs/predictions/, med sina frysta indata, sitt resultat och deras SHA-256-hashar, och tests/prediction_frozen.rs fallerar om någon fryst byte flyttas; ett ändrat antagande besvaras med en ny, daterad prediktion bredvid den gamla, aldrig genom att redigera den.

Demonstrationens representativitet och register över gap till flygning (src/representativeness.rs)#

Ett simuleringsresultat är bara användbart som evidens om det på sin framsida anger vad det är förankrat i, vad det antar och vad som fortfarande skiljer det från ett flygsystem. Registret över representativitet gör det till en förstklassig, maskinkontrollerad utdata: en post av typen Representativeness bär demonstrationens externa förankringar (Anchor), dess modellerade antaganden, dess gap (Gap) till flygning (var och en med den fas/aktivitet som skulle stänga det) och det TRL-band den är representativ för. Det är följeslagaren per resultat till verifieringsmatrisen (verification) på förmågenivå.

Den oberoende referensen är en uppsättning slutna invarianter, som upprätthålls av representativeness::tests: en post Validated måste lista minst en förankring ExternalDataset (en simulering kan inte valideras mot sig själv); en post Modelled måste lista minst ett gap till flygning och kan inte göra gällande ett representativt TRL-band över 4 (mognad bortom det kräver evidens från hårdvara/flygning, vilket är ett gap och inte en utdata från simulering); TRL-bandet måste vara välformat; och en post PartnerOwned får inte hävda något. Dessa invarianter omsätter disciplinen "representativiteten motiverad + återstående gap mot flygning tydligt identifierade" i praktiken.

Enhetlig evidens för avvägning mellan kvant och klassiskt (src/qtrade.rs)#

Varje tillämpningsområde för kvant-PNT besvarar samma fråga på samma sätt: fastställ en jämförelseram (scenario + frö + motorversion), led en kvantkandidat och en klassisk baslinje genom en neutral kodväg, poängsätt dem på gemensamma kvalitetsmått och rapportera — med ett konfidensintervall och en ärlig etikett validerad/modellerad — var kvant vinner och var inte. TradeEvidence ger det svaret en enda form så att vertikalerna för tidssynkronisering, navigering och avvikelsedetektion alla ger ut samma reproducerbara, ärligt märkta objekt. Den implementerar inte om någon avvägning: siffrorna per kvalitetsmått kommer från de befintliga motorerna (quantum_trade, crossover och vertikalmodulerna); detta är kontraktet plus omslaget för reproducerbarhet/representativitet, byggt på registret över representativitet och verifieringsetiketterna.

Den oberoende referensen är slutna identiteter för nytta/vinnare plus ett trogen inlindning av den befintliga avvägningsutdatan. qtrade::tests: nyttokvoten har rätt polaritet (orienterad så att >1 alltid betyder att kvantsidan är bättre, både för holdover där högre är bättre och för felmått där lägre är bättre); ett evidensobjekt byggt av ett verkligt quantum_trade::TradeResult återger sina nyttokvoter; oärlig evidens förkastas (en representativitet Modelled utan gap, eller ett kvalitetsmått Validated vars avvägningspost saknar extern förankring); JSON är deterministisk och bär fälten för ram/frö/motor/kvalitetsmått/representativitet.

Bibliotek för felmodeller för kvantenheter (src/quantum_devices.rs)#

En enda plats som exponerar de kvant-PNT-enheter som demonstratorn avväger — optiska klockor / klockor med fångade joner / kvicksilverjonklockor, klassiska referensklockor, kallatomsinterferometern och länkar för tidsöverföring — var och en som ett DeviceCard som bär sin huvudspecifikation och en post om representativitet. Det mesta av enhetsfysiken återanvänds (klockstabiliteter från holdover::QuantumClockClass och clock_state::ClockClass; kallatomsinterferometern från quantum_trade/crossover; klassiska optiska/RF-länkar från timetransfer_adv). Den enda verkligt nya modellen är länken för tidsöverföring med intrassling / enstaka fotoner, vars tidsprecision är skottbrusbegränsad: σ_t ≈ jitter/√(R·τ) i den detekterade koincidenstakten R och integrationen τ, försämrad av en bestraffning för mörkerräkningar √(1 + dark/R) och med golv från ett oreducerbart systematiskt fel.

Den oberoende referensen är de återanvända, publicerade koefficienterna för klockor/CAI plus slutna identiteter för skottbrus/förlust. quantum_devices::tests: den återanvända ordningen mellan klockstabiliteter är rimlig (optiskt gitter < kvicksilverjon < CSAC i σ_y(1 s)); precisionen för intrassling förbättras som 1/√τ (4× integration halverar σ) när den är skottbegränsad; den detekterade koincidenstakten faller 10× per 10 dB länkförlust; mörkerräkningar försämrar precisionen monotont; det systematiska golvet begränsar precisionen nedåt; varje enhetskort är en giltig post om representativitet av typen Modelled.

Betrodd kvanttidssynkronisering — kedja från början till slut, säker distribution, avvikelse + avvägning (src/timetransfer_chain.rs)#

Scenariot quantum-time-transfer sätter ihop den tidssynkroniseringskedja som en demonstrator för kvant-PNT behöver: en tidsbudget för användaren från början till slut (referensklockans fel under glidning och länkens tidsprecision kombinerade i kvadratur) för en kvantkedja (klocka med optiskt gitter + länk med intrassling/enstaka fotoner) mot en klassisk kedja (CSAC + RF-länk med två vägar); en skyddsnivå för tidssynkronisering (TPL, återanvänd från tpl) som begränsar det oupptäckta tidsfelet; ett säkerhetskvalitetsmått mot fördröjnings-/återuppspelningsattacker 1 − P_md vid en angiven frekvens av falsklarm (återanvänd från detection); en sannolikhet för detektion av klockavvikelser + latens för ändringsdetektion med CUSUM (cumulative sum); och jämförelsen kvant mot klassiskt som ärlig qtrade::TradeEvidence som bär en post om representativitet + gap till flygning.

Den oberoende referensen är en sluten budget i kvadratur över återanvända, separat validerade kärnor (ADEV mot Stable32/NIST; TPL-gränsen; detection::analytic_pd/analytic_pmd). timetransfer_chain::tests: kvantprecisionen förbättras med integrationstiden; kvantkedjan kan vinna och kan förlora kvalitetsmåttet precision (ärligt — ingen universell vinst; en mycket förlustbehäftad länk vänder resultatet); skyddsnivån är ändlig och positiv; säkerhetskvalitetsmåttet ligger i [0 1] och växer med attackens fördröjning; sannolikheten för detektion av avvikelser är monoton i felets storlek; och avvägningsevidensen är internt ärlig (is_honest()).

Kvantnavigering utan GNSS (src/quantum_nav_od.rs)#

Scenariot quantum-gnss-free-nav jämför dödräkning under ett GNSS-avbrott med en tröghetsbudget för kvant (en accelerometer med kallatomsinterferometer, återanvänd från inertial::quantum_imu/quantum_trade, vars brusgolv av vitt brus för CAI är validerat till inom ~2 storleksordningar från Freier et al. 2016) mot en klassisk INS av navigeringsklass. Det rapporterar tillväxten av positionsfel under glidningen, holdover-tiden till en positionsgräns och avvägningen kvant mot klassiskt som ärlig qtrade::TradeEvidence. Observerbarheten anges ärligt: utan extern positionsbestämning under avbrottet är accelerometerns bias icke-observerbar, så positionsfelet växer obegränsat (≈ ½·bias·t² plus en term för slumpvandring i hastighet); en kvantsensor med lägre bias bromsar den tillväxten men stänger inte gapet — det gör bara en extern positionsbestämning.

Den oberoende referensen är de återanvända tröghetsbudgetarna (QuantumNavBudget/ClassicalInsBudget, båda implementerar traiten PositionDrift) plus slutna identiteter för drift. quantum_nav_od::tests: kvantbudgeten slår den klassiska över ett långt avbrott (lägre fel, längre holdover); felet växer med avbrottets längd för båda (gapet i observerbarhet); fördelen beror på avbrottet och är ingen konstant vinstfaktor (kvantkurvan domineras av brus vid kort glidning, av bias vid lång); avvägningsevidensen är internt ärlig.

Detektion av fel / avvikelser för kvant-PNT-system (src/quantum_faults.rs)#

Scenariot quantum-anomaly-detect definierar en märkt katalog över fel i kvant-PNT (frekvenshopp, drift och låsförlust hos klockor; biassteg och bortfall hos sensorer), poängsätter en detektionsstatistik på nominella mot felbehäftade fönster och rapporterar detektorns urskiljningsförmåga som ROC AUC och ett minsta detekterbart fel vid en fast frekvens av falsklarm. Vinkeln kvant mot klassiskt: en stabilare referensklocka av kvanttyp sänker övervakningens brus σ, så den upptäcker mindre fel — utgivet som ärlig qtrade::TradeEvidence med en post om representativitet.

Den oberoende referensen är en sluten AUC för den gaussiska detektionsstatistiken (nominell N(0,σ), fel N(μ,σ) ⇒ AUC = Φ(μ/(σ√2))) korskontrollerad mot den externt validerade eval_stats::bootstrap_auc_ci (validerad mot scikit-learn) och analytiska trösklar i detection. quantum_faults::tests: den analytiska AUC stämmer med kända värden (0,5 vid μ=0, →1 för stort μ/σ, monoton); konfidensintervallet för empirisk bootstrap-AUC omsluter det slutna värdet; kvantövervakningen har högre AUC och ett mindre minsta detekterbart fel; fördelen försvinner för mycket stora fel (båda upptäcker perfekt — ingen universell marginal); katalogen har fem märkta klasser; avvägningen är internt ärlig.

Kontroll mot standarder — utbytesformat, länkbudget och integritet (kontroller mot externa oberoende referenser)#

Dessa standarder är validerade genom att återvinna de ordagranna räkneexemplen / referensvärdena som publiceras i standarderna själva (eller i en oberoende referensimplementation), inte genom Kshanas egen tur och retur. Att återvinna en standards eget exempel i bilagan är den starkaste tillgängliga formatkontrollen för en tolk av ett utbytesformat.

GNSS-standarder — status för extern oberoende referens och de ärliga återstående gapen:

Tidssynkronisering för nät, spektrum, solsystemet, konstellationer, kampanjer och LEO-PNT#

Förmågorna som lades till i 0,28-linjen graderas rad för rad i den genererade VERIFICATION-MATRIX.md; det här avsnittet sammanfattar vilka av dem som har en oberoende extern referens. En rad är VALIDATED endast med en oberoende extern referens; allt annat är MODELLED.

Utdata som är återgivningar, inte evidens, har tester men ingen matrisrad: utbytesexporterna (CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON, STK-efemerid (Systems Tool Kit), SigMF (Signal Metadata Format)), var och en inläst på nytt av en validerare skriven utifrån formatets specifikation (tests/interop_formats.rs, 13 tester; se INTEROP.md); animationerna (tests/animation.rs: byteidentiska omkörningar, exakta bildrutsantal, välformad SVG (Scalable Vector Graphics), ingen extern adress i HTML-spelaren (HyperText Markup Language)); och körningsrapporten (tests/advanced_report.rs, tests/advanced_report_cli.rs: varje medföljande scenario rapporterar utan tomt avsnitt eller platshållarvärde, etiketterna stämmer med matrisen, och det registrerade kommandot återger result.json och rapporten byte för byte).

Driftområde#

Varje paket körs över sitt angivna indataområde av tests/scenario_coverage.rs, som kontrollerar att varje numerisk utdata är ändlig (inget NaN/Inf (NaN: inte ett tal)) och begränsad. Tabellen listar det testade indataintervallet per paket, det förväntade utdatabeteendet och det täckande testet.

Raderna för flicker-FM och fusionsbias täpper till två specifika realismluckor: brustermerna är avstängda som standard men påverkar uppenbart utdata när de aktiveras, och det gemensamma fusionsfiltret är inte beroende av att biaser nollställs — det konvergerar även med en realistisk kvarvarande bias av kallatomklass.

Kända begränsningar#

• Kvant- och klassiska körningar använder nu oberoende RNG-frön (slumptalsgenerator) (klassiskt frö = frö + 0x9e3779b97f4a7c15) så att deras brusrealiseringar är okorrelerade — åtgärdat efter granskning.
• holdover_s är segmentmedveten: avbrottstidslinjer delas upp i sammanhängande segment vid GNSS-återinfångning och det rapporterade värdet är det sämsta (kortaste) glidet över dem. Det begränsas fortfarande av tidsrasterns upplösning (en undre gräns).
• Omsynkronisering av ISL-tidsöverföring modellerar den kvarvarande länkosäkerheten som nytt nollmedelvärdigt jitter per mätsteg plus återförankring vid det konfigurerade intervallet.

Påståenden kontra verklighet — snabbreferens#

En fientlig granskares checklista. För varje term som kan läsas som mer än vad den är: vad Kshana gör i dag, och var den verkliga versionen ligger på färdplanen.

Korskontroller mot artiklar om månens PNT (regressionsevidens, inte matrisrader)#

Månsviten/cislunarsviten (förmågorna "Lunar & cislunar" och "Lunar PNT suite" i README) har sina påståenden i publicerade artiklar oberoende korskontrollerade i tests/validate_p*.rs, var och en mot en referens från en annan implementation:

• omloppsbaserat sändnings-/infångningsavtryck mot scipy.special.j1 (Cephes Bessel J1);
• DOP för ytfyrars geometri mot en oberoende NumPy-lösning av (HᵀH)⁻¹;
• tillväxt av prediktionsfelet för UT1/EOP-persistens mot en NumPy-omtolkning av samma ordagranna IERS-rader i finals2000A;
• familjen av plana avlägsna retrograda banor mot NASA/JPL:s databas för periodiska banor i trekroppsproblemet;
• budget för RF-avståndsprecision mot en referens från första principer.

Fixturer och skript för referensgeneratorer finns under tests/fixtures/{p1_footprint,lunar_service,eop_prediction,rf_ranging_precision,dro_family_jpl,p2_independent_dop}/. De stärker evidensen bakom förmågor som förblir MODELLED i den maskinkontrollerade matrisen (src/verification.rs); de är regressionskontroller, inte nya VALIDATED matrisrader, så de ändrar inte i sig antalet i den maskinkontrollerade matrisen. Det antalet upprepas inte här, eftersom en handskriven kopia av det glider isär: den aktuella fördelningen är den genererade rubriken i VERIFICATION-MATRIX.md, som gen_validation_artifacts skriver från verification_matrix() och tests/verification_artifacts_doc_sync.rs fastlåser.