Стан валідації

Про допуски. «Перевірено» нижче означає, що калібрувальний тест стверджує: змодельована статистика збігається з еталонним співвідношенням у межах обов'язкового порога, наразі 20–25 % відносної похибки (усереднено за seed) для співвідношень Аллана/бюджету шуму. Медіана спостережуваного збігу часто набагато щільніша (кілька відсотків), але гарантованою межею є поріг, а не медіана. Де з'являється число на кшталт «~2 %», це типове спостереження, а не обов'язковий допуск. Див. Твердження проти реальності.

Правило підвищення#

Рядок машинно перевіреної матриці верифікації (src/verification.rs) має рівень VALIDATED лише тоді, коли оракул, незалежний від Kshana, збігається з реалізацією в межах допуску, сформульованого до запуску порівняння, у тесті, що виконується в перевірочному шлюзі. Цей розділ — єдине місце, де правило записано; матриця, проза окремих рядків і примітки до випусків відсилають до нього.

Прийнятні види оракулів#

Ще два стандарти вирішують прикордонні випадки. Обидва прийнято для випуску 0,30.

• P1, опубліковане розібране значення. Опубліковане розібране значення, обчислене за тією самою замкненою формою, яку реалізує рядок, зараховується як опублікований еталонний вектор, якщо публікація незалежна від Kshana, а порівняння фіксує заявлений допуск. Значення має бути надруковане числом у публікації (значення, зчитане з графіка, зараховується, лише якщо похибка зчитування лежить у межах заявленого допуску), а тест має змушувати Kshana обчислювати його з вхідних даних публікації; порівняння сталої з документом, з якого її скопійовано, — це перевірка транскрипції, а не P1.
• P2, незалежна чисельна бібліотека. Незалежна чисельна бібліотека, як-от numpy чи LAPACK (Linear Algebra PACKage), що перераховує однозначно визначену величину лінійної алгебри на заявлених вхідних даних, зараховується як незалежна бібліотека. Бібліотека має виконати декомпозицію, обернення, розв'язання або крок найменших квадратів власним алгоритмом, на вхідних даних, закомічених разом із фікстурою; тоді перевіреним твердженням є лінійна алгебра на цих даних, а не фізичні величини репрезентативного сценарію. Скрипт, що переобчислює скалярну замкнену форму арифметикою numpy, — це друга реалізація нашого власного коду, а не P2.

Умови, що застосовуються до кожного виду: оракул не написано, не запущено й не опубліковано цим проєктом (отже, власна серія статей цього репозиторію не є від нього незалежною); допуск міститься в тесті та був зафіксований до першого порівняння; тест, залежний від даних, що пропускається, коли публічних даних немає, повідомляє про це під час пропуску.

Що не зараховується#

• Наша власна друга реалізація: другий шлях коду в цьому крейті (ReferenceImpl) або скрипт у цьому репозиторії, що переобчислює ту саму замкнену форму.
• Збіг із нашим власним попереднім виходом: золоті файли, регресійні фіксації, знімки чи таблиця з власних статей цього проєкту.
• Транскрипція сталих із цитованого джерела: звірення коефіцієнта, пресета, показника з даташита чи аркуша параметрів із документом, з якого його скопійовано.
• Проєктний вибір: розподіл, вага, поріг, межа тривоги чи репрезентативний сценарій. Для вибору немає зовнішньої істини.
• Внутрішня тотожність: числовий інтеграл проти його ж аналітичної форми, прямий і зворотний цикл, обернення, перевірка властивості чи монотонності.
• Інтеграційний прогін проти реального хоста (IntegrationRun): завантаження плагіна в реальний сервер Signal K чи OpenCPN або подання виходу реального шлюзу споживачеві TCP і перевірка того, що хост приймає вхід і показує очікуваний стан. Це показує, що з'єднання працює. Хост не є оракулом для жодного значення, яке несе інтеграція, тож зовнішнього еталона для порівняння немає, і такий рядок (рядок морських інтеграцій) має рівень MODELLED, а не VALIDATED. IntegrationRun — окремий вид оракула, дозволений лише для рядків MODELLED: integration_run_only_on_modelled_rows у src/verification.rs провалюється, якщо рядок VALIDATED його містить, а validated_rows_require_an_external_oracle уже вимагає, щоб кожен рядок VALIDATED мав ExternalDataset.
• Правдоподібність на реальних вхідних даних: реальні дані використано лише як вхід, із перевірками порядку величини, а не порівнянням із зовнішнім значенням.
• Допуск, вибраний після того, як побачено порівняння.

Як правило забезпечується#

Кожен рядок VALIDATED оголошує в validated_oracle_basis() у src/verification.rs, на чому він ґрунтується (Measured, Library, Reference, P1 або P2), незалежне джерело (процитоване з тексту оракула самого рядка) і один тест, що виконує порівняння. Модульні тести поруч із таблицею провалюються, коли рядок VALIDATED не оголошено або оголошено двічі, коли оголошення називає рядок, що не є VALIDATED, коли оголошене джерело не збігається з тим, яке називає текст оракула рядка, або є самою Kshana, коли оголошений тест не є одним із тих, що цитує рядок, або коли рядок P2 не називає незалежної чисельної бібліотеки. Далі tests/verification_rows_declare_an_oracle_basis.rs вимагає, щоб оголошений тест існував на диску як справжній #[test], який не проігноровано. Чого машина перевірити не може — чи порівнює названий тест із оголошеним джерелом; це лишається за людським читанням. Підрахунки за видами тут не наведено: джерелом є таблиця.

Наявні рядки VALIDATED, переглянуті за правилом#

Правило застосовано до наявних рядків так само, як і до майбутніх підвищень.

• Рядки P1, названі дослідженням перевірки 0,30, кожен підтверджено: Бюджет лінії в один бік (таблиця контролю проєктних параметрів JPL Pub 82-76 для Galileo X-діапазону, відновлена з окремих складників із точністю 4.6e-3 дБ втрат у вільному просторі); Замкнені форми для будь-якого далекомірного сигналу з обмеженою смугою (90,3 відсотка потужності головного пелюстка та опублікований джитер когерентного дискримінатора «раніше-пізніше»); Максимальний Доплер навігаційного супутника на низькій навколоземній орбіті (опубліковані значення Xona Pulsar X1 та Iridium); Максимальний Доплер, який бачить нерухомий користувач від орбіти LEO чи MEO (таблиця 1 статті про Pulsar, 20 значень); Доплер, з яким має впоратися наземний приймач від навігаційного супутника LEO (ті самі опубліковані значення з орбіти, що літала). Кожна публікація незалежна від Kshana, друкує свої числа, а тест вказує свій допуск.
• Інші рядки, що спираються на P1, виявлені під час повторного розгляду, кожен підтверджено: Компроміс у проєктуванні далекомірного коду (опублікована перехресна кореляція Голда −23,9 дБ); Місячний координатний час (Ashby і Patla 2024, перехресна перевірка швидкості Місяця за DE440 є перевіркою Library); Замкнені форми спектральної густини потужності сигналів L-діапазону (значення Q за Kaplan і Hegarty); Іоносферна затримка першого порядку для кожного діапазону (відношення групових затримок за IS-GPS-200); Глобально усереднені ваги похибки дальності сигналу в просторі (таблиця Montenbruck, Steigenberger і Hauschild 2018).
• Рядки P2, названі дослідженням, кожен підтверджено: Інформація Фішера та спостережуваність за Крамером–Рао (numpy eigh/inv); Ідентифіковність місячного датума; Зв'язаний калібр місячної системи відліку та шкали часу; Конвеєр спостережуваності відмов автономної вільної мережі (numpy/SciPy SVD, сингулярний розклад). Кожен перераховує однозначно визначену величину лінійної алгебри на закомічених вхідних даних іншим алгоритмом, ніж власний власний розв'язувач Якобі в Kshana.
• Інші рядки, що спираються на P2, виявлені під час повторного розгляду, кожен підтверджено: Виведення пріоритетів MCDA (багатокритеріальний аналіз рішень) (власний вектор AHP, методу аналізу ієрархій, за SciPy/LAPACK; таблиця випадкового індексу, яку він також відтворює, є транскрипцією і не зараховується); Дисперсія вільного ходу holdover годинника (SciPy expm розширеної матриці Ван Лоана); Реалізація місячної системи відліку (розв'язок Умеями через numpy SVD); Формування діаграми CRPA (антена з керованою діаграмою прийому) (комплексний розв'язок LAPACK); Ядро рівня захисту місячного ARAIM (обернена матриця LU з RTKLIB зі квантилями SciPy); Узгодженість місячних систем відліку та динаміки між постачальниками (підгонка найменших квадратів через numpy SVD трьох опублікованих ефемерид).
• Позначено під час першого проходу, повторно обґрунтовано в раунді 2 запуску 0,30. Три рядки було позначено як непідтримувані писаним правилом. Кожен тепер спирається на порівняння, попередньо зареєстроване до того, як було отримано його фікстуру, тож жоден рядок не позначено; модульний тест поруч із validated_oracle_basis() закріплює (тепер порожній) список.
  • Цілісність (RAIM/ARAIM/SBAS). Цитовані тести раніше перевіряли лише правдоподібність на реальній геометрії IGS (Міжнародної служби GNSS). Тепер рядок спирається на три бібліотечні оракули: розділення розв'язків множинних гіпотез ARAIM з Airborne Design Document v4.2 проти Stanford MAAST для ARAIM 2 (270 реальних випадків, найгірша різниця VPL 2.2e-3 м проти 0,05 м); виявлення та виключення за знімковим RAIM проти RTKLIB raim_fde (2016 з 2016 рішень ідентичні) із похилим рівнем захисту; і рівні захисту SBAS DO-229E L1 проти Stanford MAAST на реальних трансляціях WAAS (2868 пар у межах 1.6e-5 м). Рядок прямо каже, що функції з однаковою сигмою raim::araim_raim і raim::araim_dual_raim не відповідають ADD, а двочастотне порівняння SBAS на L5 є знахідкою.
  • Положення планет у Сонячній системі за кеплеровими елементами JPL Standish. Апостеріорний поріг у вигляді подвоєної номінальної похибки замінено попередньо зареєстрованим порогом: RMS не більше за значення з таблиці 8.10.1 Explanatory Supplement для кожної планети й компоненти, проти JPL Horizons DE441, з урахуванням розділення Землі та повороту ICRF.
  • Світловий час між тілами Сонячної системи. Розв'язувач світлового часу тепер порівнюється зі світловим часом Horizons у межах 1e-6 с на положеннях DE441, за попередньо зареєстрованим порогом, що не успадковує порогу положення.
• Рядки MODELLED, які ці дві політики роблять придатними до підвищення (лише через порядковий запуск 0,30 рядок за рядком, а ніколи цим текстом): за P1 — межа геолокації випромінювача TDOA/FDOA (різниця часу й частоти прибуття), зв'язок релятивістського темпу годинника з системою відліку, маски синхронізації ITU-T (сектор стандартизації електрозв'язку) (лише для значень масок, які Рекомендації друкують числами; транскрибовані точки злому, звірені самі з собою, не зараховуються) і межа позиціонування 5G у нетерестріальних мережах (лише якщо знайдено опубліковане розібране значення); за P2 — сліпота цілісності за спільного режиму, скалярний рівень захисту часу MHSS (розділення розв'язків множинних гіпотез) і вибілювання GLS (узагальнений метод найменших квадратів). Два еталонні рядки цілісності синхронізації (класифікатор діаграми цілісності Стенфорда та оцінювач покриття цілісності) — це класифікація за правилами, а не лінійна алгебра, тож P2 їх не охоплює; їм потрібен незалежний інструмент, а єдиний знайдений (gLAB) має некомерційну ліцензію.
• Узгодженість із попередніми відмовами. Перевірка Vallado для рядка вікна запуску тепер відповідала б вимогам за P1, якби її тест обчислював надрукований розібраний приклад; план 0,30 натомість підвищує її через Orekit. Таблиця перетину місячного часу за класами годинників лишається MODELLED: таблиця, яку вона відтворює, походить із власної статті цього проєкту, яка не є незалежною.

Статус: біла FM і FM випадкового блукання перевірені; старіння змодельоване й виключене калібруванням; мерехтлива FM змодельована та перевірена (типово вимкнена в цитованих сценаріях).

Зрілість: показники оптичного годинника — це космічна ціль на наземному обладнанні -- жоден оптичний годинник на стронції не літав. Лабораторні годинники на Sr досягають 4.8e-17 (Oelker та ін. 2019, Nature Photonics). Показники CSAC — із серійної комерційної деталі.

Співвідношення: Riley, NIST SP 1065, рівн. 67 -- біла FM sigma_y^2(tau)=h0/(2 tau); FM випадкового блукання sigma_y^2(tau)=(2 pi^2/3) h_-2 tau, еквівалентно q_rw*tau/3 для вінерівського процесу частоти з дифузією q_rw.

Пакет 2 — інерціальний рахунок шляху (квантовий інерціальний вимірювальний блок)#

Чесне формулювання: перевага холодних атомів — це довгострокова стабільність зміщення (~2600x нижча), що домінує за тривалої відмови GNSS через 0,5bT^2. Короткостроковий шум порівнянний (квантовий ~22 проти класичного ~20 ug/sqrtHz) — квантовий датчик виграє марафон, а не спринт. Зрілість: холодноатомні акселерометри лабораторні/ранні (JRC122785), навігаційний кварц серійний.

Пакет 3 — передавання часу (оптичне проти радіочастотного (RF), оптична міжсупутникова лінія)#

Чесне формулювання: оптичний показник — це ціль синхронізації на орбіті на рівні пікосекунд (не літала). Наземна лабораторна межа оптики — ~1 фс (значно краще); добре спроєктована мікрохвильова лінія (мікрохвильова лінія ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) (MWL), ~0,3 пс) може конкурувати з оптичною, тож базовий рівень «RF = 0,5 нс» — це саме звичайна TWSTFT. Перетворення на дальність односторонне (дальність = cdt); двостороннє/туди-й-назад ділить її навпіл (дальність = cdt/2).

Пакет 4 — гібридне об'єднання (завершальний)#

Складається з Пакета 1 (годинник), Пакета 2 (інерціальний) і Пакета 3 (передавання часу) в один комплекс PNT (позиціонування, навігації та часу). Комплекс має утримувати ОБИДВА показники, синхронізацію (< допуск синхронізації) і позицію (< допуск позиції), в межах; pnt_holdover_s — це час до порушення будь-якого з них. Необов'язкове оптичне передавання часу міжсупутниковою лінією (ISL) повторно синхронізує годинник під час перерви (лише підтримка часу — позиція повторно не синхронізується, бо передавання часу дає час, а не позицію).

Результат: повністю квантовий комплекс тримає повний PNT протягом перерви 1,8 год; повністю класичний комплекс обмежений позицією (IMU навігаційного класу порушує допуск першим). Оптичне передавання часу міжсупутниковою лінією утримує навіть класичний ГОДИННИК, виокремлюючи інерціальний датчик як слабку ланку класичного комплексу — основний аргумент на користь квантової інерціальної системи разом з оптичною синхронізацією.

Геометрія — доступність GNSS за орбітами#

Чесне формулювання: це детермінований геометричний шар (кругові орбіти, сферична Земля із середнім радіусом 6371 км, суто пряма видимість). Він визначає доступність та геометричну точність положення (геометричний чинник DOP × репрезентативний бюджет похибок дальності) на основі реальної геометрії, а не навігаційне рішення за точними ефемеридами. Еталон orbit-gnss-challenged.toml розміщує космічний апарат усередині оболонки GNSS: він утримує фіксацію лише ~59% доби, квантовий годинник зберігає часове рішення 5 нс крізь усі прогалини (доступність 1,0), тоді як мікросхемний годинник утримує ~0,73.

Числовий пропагатор (Коуелла) і модель сил#

Числовий пропагатор (src/propagator.rs) інтегрує ієрархічну модель сил (src/forces.rs) адаптивними інтеграторами (src/integrator.rs). Кожен наведений нижче складник перевірено за аналітичним еталоном або виведеною вручну замкнутою формою; збурення вимкнені за замовчуванням, тож випущені еталонні результати не змінені. Складена модель також перехресно перевірена іншим інструментом: tests/numerical_cowell_propagator_reference.rs виконує 11 випадків LEO та GTO (геостаціонарна перехідна орбіта), 275 щогодинних епох, проти пропагатора DormandPrince853 з Orekit 12,2, і консервативні рівні (дві маси → J2–J6 → Сонце/Місяць → кулеподібний SRP) збігаються з найгіршим відхиленням 0,08 м за 24 год (VALIDATED у матриці); рівень опору лише схарактеризовано (333 м), і він залишається MODELLED.

Чесний обсяг: випущені типові налаштування ForceModel інтегрують зональне поле. Високоступеневе тесеральне поле EGM2008 (src/gravity_sh.rs, степінь/порядок 70), твердо-, океанічні та атмосферні припливи (src/tides.rs) і член Лензе–Тіррінга (захоплення системи відліку) тепер реалізовано та складено в прецизійну модель сил для підгонки ефемерид (src/precise_od.rs — див. нижче). Тесеральне поле також є необов'язковим членом ForceModel Коуелла (propagator::Geopotential, за замовчуванням вимкнено), перевіреним проти Orekit 12,2 HolmesFeatherstoneAttractionModel до степеня/порядку 70 (6 випадків за 24 год, найгірше |Δr| 0,036 м; tests/cowell_tesseral_orekit_oracle.rs). Існують два обчислювачі поля: історичний acceleration (сферичні частинні похідні; чинний до степеня ~180 далеко від полюсів; вихідні дані зафіксовано) і acceleration_hf (модифікована пряма колонкова рекурсія Холмса–Фезерстоуна 2002, градієнт без 1/cos φ; чинний до степеня 2190 на будь-якій широті). EGM2008 до 2190 завантажується під час виконання (from_gfc_file, scripts/fetch_egm2008.sh, не входить до пакета). acceleration_hf збігається з Orekit 12,2 до 7.3e-17 м/с² у восьми точках до степеня 2190; він залишається MODELLED, бо pyshtools не досяг попередньо зареєстрованого порога біля полюса (перевірка mpmath відносить похибку на pyshtools; xval/high-degree-gravity/). Орбіта 200×200 за 24 год збігається з Orekit до 0,13 м, але її попередньо зареєстрований контроль чутливості до степеня 70 не пройшов (0,73 м < 1 м), тож степені 71–200 на орбіті схарактеризовано, а не перевірено незалежним еталоном (xval/cowell-tesseral-200-orekit/). Теплосферну густину NRLMSISE-00 (NRLMSISE: модель атмосфери Дослідницької лабораторії ВМС для мас-спектрометра та радара некогерентного розсіювання) портовано (src/nrlmsise00.rs: до біта збігається з C-портом у суспільному надбанні на 720 точках, у межах 1.9e-6 відносно pymsis, відтворено 17 опублікованих тестових випадків; tests/nrlmsise00_reference.rs), і вона є необов'язковим рівнем густини для опору (forces::DensityModel, ForceModel::drag_density; типовою залишається статична модель Валладо). Це перевіряє порт, а не точність моделі щодо виміряної густини. Сонце та Місяць за DE440 (DE: ефемериди розробки) — необов'язковий рівень ефемерид (ForceModel::with_ephemeris). Тінь SRP для сплюснутої Землі WGS-84 є необов'язковою (ForceModel::srp_shadow) і збігається з коефіцієнтом освітленості Orekit 12,2 у межах 7.4e-9 на 2400 геометріях (tests/srp_oblate_shadow_orekit_oracle.rs); її варіант із затемненням до краю не має зовнішнього оракула (MODELLED). Рівень опору NRLMSISE-00 збігається з власним опором NRLMSISE-00 в Orekit 12,2 за 24 год до 0,03 м при зміщенні від опору до 142 км (tests/drag_tier_orekit_oracle.rs, VALIDATED за спільними умовностями). Перехресна перевірка за GMAT (General Mission Analysis Tool) залишається подальшим кроком.

Припливи на геопотенціалі (src/tides.rs)#

Залежні від часу поправки ΔC̄_nm, ΔS̄_nm до коефіцієнтів Стокса (Конвенції IERS 2010, розділ 6), перевірені за власними опублікованими числами цих конвенцій, а не за іншим інструментом.

Маневри та проєктування траєкторій (src/maneuver.rs)#

Чесний обсяг: немає оптимізатора траєкторій, немає багатообертових гілок Ламберта, а геліоцентрична модель синтетична, компланарна й кругова (без планетної ефемериди DE, тому перехресну перевірку C3 Земля–Марс за GMAT не проводили).

Визначення орбіти (OD) (src/orbit_determination.rs, src/batch_ls.rs)#

| Пакетне OD за швидкістю зміни дальності / азимутом і кутом місця з маскою висоти | modelled (зовнішнє порівняння, один попередньо зареєстрований поріг не досягнуто) | tests/od_tracking_measurements_reference.rs: 8 сценаріїв проти пакетного методу найменших квадратів Orekit 12,2 з власними миттєвими геометричними вимірюваннями; множини видимих об'єктів збігаються, значення вимірювань у межах 5.8e-8 м / 6.3e-10 м/с / 1.4e-13 рад, матриця переходу стану в межах 1.2e-14, зашумлені стани в межах 1,74 см і RMS за типами в межах 2.7e-4; попередньо зареєстрований поріг стану ≤ 1 см без шуму не досягнуто на 2 із 4 сценаріїв (1,46 і 1,74 см; власна оцінка Orekit відстоїть від його змодельованої істини саме настільки, а оцінка kshana — у межах 1e-8 м). Див. xval/od-measurements-orekit/RESULTS.md. |

Чесний обсяг: навчальне OD використовує нерухомі інерційні станції, топоцентричну систему відліку для сферичної Землі та миттєві геометричні вимірювання (без світлового запізнення, аберації, рефракції чи обертання Землі); матриця переходу стану для шляху за швидкістю зміни дальності/кутами варіаційна (інтегрована RK4 з аналітичними частинними похідними для двох тіл + J2), а не замкнута; для швидкості зміни дальності чи кутів немає послідовного фільтра. Шлях лише за дальністю зберігає якобіан зі скінченними різницями. (Повнофорсовий рушій підгонки ефемерид нижче має власну варіаційну матрицю переходу стану.)

Перевірка моделі сил підгонкою ефемерид (src/precise_od.rs)#

Прецизійний повнофорсовий пакетний оцінювач за методом найменших квадратів для спостережень положення: тесеральний геопотенціал EGM2008 (обчислюється в земній системі через редукцію CIO) разом із третіми тілами Сонця/Місяця, SRP, опором, релятивістськими поправками Шварцшильда/Лензе–Тіррінга (GR, загальна теорія відносності) та згаданими вище припливами, підігнані до треку інерційних фіксацій положення з якобіаном у вигляді варіаційної матриці переходу стану. Перевірено на синтетичних даних, де істиною є власний інтегратор Kshana, тож кожен залишок належить оцінювачу, а не динаміці.

Чесний обсяг: синтетична хвиля використовує номінальні параметри орієнтації Землі (EOP: UT1 (всесвітній час 1, час обертання Землі) ≈ TT (земний час), без руху полюсів) — це точно для самовідновлення, оскільки та сама модель породжує й підганяє дугу. Перевірки на наборах даних агентств накладають реальні EOP finals2000A та істину SP3/SPK (SPK: ядро планетних ефемерид) на цей рушій через ланцюг систем відліку CIO (src/eop.rs, tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs).

Реальні точні орбіти агентств (tests/agency_galileo.rs, tests/agency_swarm.rs, tests/agency_lro.rs)#

Навігація за гравітаційною картою / alt-PNT (src/gravimeter.rs, src/mapmatch.rs, src/particle_filter.rs, src/altpnt/terrain.rs)#

Чесний обсяг: гравітаційне поле — це низький степінь + синтетичні маскони, а не повний набір коефіцієнтів EGM2008/EIGEN (EIGEN: European Improved Gravity model of the Earth by New techniques); магнітний канал спирається на гладке головне поле IGRF плюс синтетичні маскони аномалій земної кори (реальна високочастотна карта кори — подальший крок); рельєфне поле CI для бенчмарків навігаційної фіксації — це самодостатня синтетична DEM, тоді як сам читач .hgt тепер перевірено в CI за закоміченим реальним тайлом SRTM v3 (вище); повнороздільні реальні тайли залишаються обмеженими #[ignore]. Монте-Карло щодо похибки подання карти залишається подальшим кроком. Усі три навігатори тепер підключено до рушія сценаріїв через kind= (gravity-map, terrain-nav, combined-altpnt).

Модель похибок INS / IMU — перевірка за даними технічних специфікацій (src/inertial/)#

Стохастичну модель похибок IMU перевірено за опублікованими специфікаціями виробників із технічних паспортів / наборів даних — ніколи за значенням, яке створила сама Kshana. Міст від польової специфікації до шумової моделі SI (Міжнародна система одиниць) — це стандартна ідентифікація за девіацією Аллана (Riley, NIST SP 1065 §5; IEEE (Інститут інженерів з електротехніки та електроніки) Std 952): коефіцієнт випадкового блукання N — це перекривна ADEV, прочитана при τ = 1 с на схилі τ⁻¹ᐟ², а коефіцієнт нестабільності зміщення — плоске плато Аллана (tests/imu_allan_spec.rs, герметично — без завантаження).

Чесний обсяг: це перевіряє стохастичну модель похибок за коефіцієнтами Аллана з технічних паспортів. Набір даних транспортного засобу i2Nav-WHU (WHU: Уханьський університет) KF-GINS використовується як окрема перевірка, обмежена даними: слабко зв'язаний замкнений EKF за станом похибки з моделлю важеля GNSS є рядком VALIDATED у матриці верифікації (слабко зв'язаний EKF GNSS/INS з важелем на наборі даних KF-GINS), порівняний з еталонною траєкторією KF-GINS на C++ за порогами, зареєстрованими до прогону. Він виконується лише там, де набір даних надано (KSHANA_KFGINS_DIR); без нього виконуються тести синтетичного завантажувача та важеля. Варіанти з тісним зв'язком і за фазою несівної цим рядком не охоплено (рядок щільно зв'язаного GNSS/INS за фазою несівної — MODELLED).

PNT для далекого космосу та Марса — основа D0 (src/body.rs, src/mars_frame.rs, src/ephem_provider.rs, src/radiometric.rs, src/timescales.rs)#

Перша віха рушія навігації в далекому космосі: узагальнення жорстко заданого для Землі ядра до довільного центрального тіла, додавання динаміки Марса, шва постачальника ефемерид, субмікросекундного часу та примітивів світлового запізнення / релятивістської затримки. Кожен наявний сценарій Землі побайтово ідентичний — еталонні результати міжплатформної відтворюваності (tests/cross_platform_golden.rs, tests/golden.rs) проходять без змін і без регенерації, що перевіряється для кожного коміту.

Радіометричні спостережувані далекого космосу та Tracking Data Message CCSDS — D1 (src/radiometric.rs, src/ccsds_tdm.rs)#

Друга віха рушія навігації в далекому космосі: модель спостережуваних, яка перетворює ядро світлового запізнення / релятивістської затримки D0 на реальні величини, що їх повідомляє сеанс відстеження Deep Space Network (DSN) або ESTRACK (Європейська мережа космічного відстеження) — дальність, одно-/дво-/тристороннє доплерівське зміщення, когерентне перевипромінювання транспондера, регенеративна/PN (PN: псевдошум) далекометрія, Δ-DOR (DOR: диференціальна одностороння далекометрія), а також середовища поширення — плюс введення/виведення Tracking Data Message (TDM) CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) 503.0-B, що приймає/випускає стандартний файл відстеження агентства. Чесний обсяг: це точні геометричні моделі за конвенціями Мойєра / CCSDS; шум вимірювань — це задане викликачем sigma для кожного спостереження, а не вбудований у модель. Для відтворення конкретного реального сеансу відстеження потрібні реальні дані TDM плюс розв'язувач визначення орбіти для далекого космосу — це D2, а не D1. Усе нижче є адитивним (еталонні результати відтворюваності не змінені; той самий SHA, без регенерації).

Редуковано-динамічне OD для далекого космосу — D2 (src/deepspace_od.rs, src/clock_state.rs, src/mars_atmos.rs)#

Третя віха рушія навігації в далекому космосі: оцінювач, який перетворює радіометричні спостережувані D1 на відновлену траєкторію — чисельно надійний квадратнокореневий інформаційний фільтр (SRIF) із редуковано-динамічними емпіричними прискореннями, тристановим бортовим годинником, моделлю опору Марса та радіометричними частинними похідними, що пов'язують дальність/доплерівське зміщення зі станом фільтра, замкнений наскрізно синтетичним відновленням визначення орбіти низької марсіанської орбіти (LMO). Чесний обсяг: відновлення є синтетичним замкненим колом (істина і фільтр використовують один і той самий пропагатор Марса, а спостереження — та сама геометрична модель спостережуваних, яку інвертує фільтр, плюс введений гауссів шум) — воно перевіряє механізм оцінювача, а не абсолютну точність моделі сил Марса; зовнішньою перехресною перевіркою рівня DE є крейт xval/anise-mars-od, обмежений наявністю ядер (D0.8b). Усе нижче є адитивним (еталонні результати відтворюваності не змінені; той самий SHA, без регенерації).

Сценарій PNT для далекого космосу та злиття одностороннього й двостороннього зв'язку — D3 (src/mars_pnt.rs, src/deepspace_od.rs)#

Четверта віха рушія навігації в далекому космосі: придатний до запуску продуктовий сценарій Mars-PNT, що пов'язує тіло / систему відліку Марса D0, радіометричні спостережувані D1 і редуковано-динамічне OD D2 в один різновид сценарію mars-pnt. Він моделює невелике угруповання ретрансляторів у стилі MARCONI, яке передає односторонній (пов'язаний із годинником) сигнал у просторі та ретранслює двосторонню (когерентну, вільну від годинника) лінію до станції далекого космосу, і навігує трьох еталонних користувачів (перехід до Марса, орбітальний апарат на низькій орбіті Марса, нерухома точка на поверхні) через спільний оцінювач злиття D3.1 одностороннього + двостороннього зв'язку — дванадцятистановий SRIF, що доповнює редуковано-динамічний блок орбіти/емпіричних величин D2 тристановим бортовим годинником. Чесний обсяг: кожен показник якості — це формальна межа коваріації оцінювача (1σ / 3σ положення в кожну епоху) та досягнутий RMS відносно синтетичної істини із замкненим колом (істина і фільтр використовують ту саму динаміку Марса та ту саму геометричну модель спостережуваних, плюс введений гауссів шум) — змодельований навігаційний показник якості, НЕ рівень захисту, сертифікований для авіації, і НЕ твердження про польотну придатність (без сертифікованої моделі відмов, без монітора цілісності, без реальних даних відстеження). Усе нижче є адитивним (еталонні результати відтворюваності не змінені; той самий SHA, без регенерації).

Місячний координатний час — релятивістська швидкість годинників Земля–Місяць (src/lunar_time.rs)#

Шкала місячного координатного часу (LTC/TCL (TCL: Temps-Coordonnée Lunaire, французька назва місячного координатного часу)) вимагає вікової швидкості, з якою годинник на місячній поверхні йде відносно годинника на геоїді Землі (TT). src/lunar_time.rs обчислює її з перших принципів: тотожність першого постньютонівського порядку, що сумує різницю власних потенціалів (умовний потенціал геоїда IAU L_G W0 = L_G·c² ≈ 6.26369e7 m²/s² мінус власний потенціал поверхні Місяця GM_moon/R_moon ≈ 2.822e6 m²/s²) і кінетичний (доплерівський другого порядку) член −<v²>/2c² від геоцентричної швидкості Місяця (скінченні різниці за рядом Місяця Монтенбрука–Гілла в src/ephem.rs). Домінантний член власного потенціалу дає ≈ 57,5 мкс/добу, кінетичний член ≈ −0,5 мкс/добу, разом ≈ 57 мкс/добу. Сценарій lunar-time-offset повідомляє цю швидкість, накопичене зміщення LTC−TT на горизонті та підтримує мінімальний ансамбль із зважуванням за оберненою дисперсією (місячний паперовий годинник); перетворення TT↔LTC круговим шляхом повертаються з точністю < 1 нс/добу.

Місячна геодезична VLBI — ближньопольова затримка для земної бази, що спостерігає місячний маяк (src/lunar_vlbi.rs)#

Геодезична спостережувана VLBI (радіоінтерферометрія з наддовгою базою) для двох земних наземних станцій (база), що спостерігають односторонній сигнал від передавача класу NovaMoon на поверхні Місяця. Місяць перебуває в ближньому полі, а не є плоскою хвилею, тому геометрична затримка — це точна різниця двох дальностей tau_geom = (|r2 − r_B| − |r1 − r_B|)/c, а не проєкція на площину неба. Повна спостережувана додає різницю зміщень годинників станцій і диференційований член Шапіро для потенціалу Землі (повторно використаний із src/radiometric.rs). Станції розміщуються в геоцентричних інерційних (GCRS) координатах через src/frames.rs + src/cio.rs; маяк — через src/ephem.rs (геоцентричний Місяць) + src/lunar.rs (селенографічні→MCMF (MCMF: Moon-centred, Moon-fixed)) + src/lunar_frame.rs (зв'язана з тілом ME → інерційна за IAU-2015). Сценарій lunar-vlbi вибирає затримку, її скінченно-різницеву швидкість і ближньопольову поправку протягом сеансу.

Оракулом є плосковолнова спостережувана Δ-DOR delta_dor з тієї самої кодової бази в src/radiometric.rs: у граничному випадку дальнього поля (синтетичний маяк на 1e15 м) геометрична затримка має звестися до −(B·ŝ_B)/c = delta_dor(r_B, [0,0,0], B) з машинною точністю; на справжній місячній відстані ближньопольова поправка на кривизну хвильового фронту відмінна від нуля (десятки–сотні мкс). Частинні похідні маяка dtau/dr_B = ((r_B−r2)/|r_B−r2| − (r_B−r1)/|r_B−r1|)/c (і частинні похідні станцій) перевірено центральною скінченною різницею (відносна похибка < 1e-5).

Місячне спільне багатотехнічне OD + годинник — симульоване відновлення із замкненим колом (src/lunar_combination.rs)#

Одноепохальна (знімкова) пакетна підгонка методом найменших квадратів (crate::batch_ls::gauss_newton_qr, крок QR за Хаусхолдером від 0,30), що зливає техніки геодезичної VLBI, радіометричної/місцевої місячної далекометрії та міжсупутникової далекометрії на СИМУЛЬОВАНІЙ місячній мережі, щоб разом відновити 3-D-положення місячної поверхневої станції, положення кожного супутника невеликого угруповання та зміщення годинника кожного активу. Спостережувані такі: (1) затримки геодезичної VLBI земної бази до місячної станції, що розглядається як маяк (повторне використання src/lunar_vlbi.rs, геоцентрична інерціальна) — головна техніка; (2) геоцентричні радіометричні дальності від земних станцій до супутників (які мультилатерують угруповання від добре розкиданих земних станцій) і місцеві місячні дальності станція↔супутник (евклідова відстань MCI (Moon-centred inertial) плюс диференційований член годинника); (3) міжсупутникові дальності (тієї самої форми); плюс одне псевдоспостереження синхронізації годинника станції, що закріплює інакше неспостережуване спільне зміщення годинників. Вектор стану — [station_pos(3), {sat_pos(3)}×N_sat, station_clk, {sat_clk}×N_sat]. Немає розрахунку за моделлю сил всередині розв'язувача — супутники є нерухомими, окремими, ілюстративними точками на репрезентативній місячній орбіті; це свідомо чиста знімкова підгонка. Усередині положення масштабуються, а годинники оцінюються в метрах-еквівалентах дальності, щоб нормальна матриця залишалася добре зумовленою в f64; дальності VLBI та місячної відстані очищено від середнього щодо номінальної геометрії, щоб скінченно-різницевий якобіан не страждав від катастрофічного скорочення. Сценарій lunar-joint-od-clock виконує розв'язання з ланками VLBI та без них на тому самому зерні/істині та повідомляє обидва розв'язки плюс коефіцієнт поліпшення спостережуваності станції.

Головний чесний результат: місцева місячна далекометрія від полярної станції до кількох супутників, що всі розташовані в один бік неба, залишає положення станції слабко спостережуваним уздовж одного напрямку, тож розв'язання лише за дальністю погано зумовлене, а відновлена 3-D-похибка станції велика (або розв'язання не збігається). Додавання затримок VLBI земної бази робить повне 3-D-положення станції спостережуваним, а відновлена похибка станції падає до метрового рівня. Тест vlbi_restores_station_observability стверджує, що похибка станції з VLBI помітно (≥5×) менша за похибку лише за дальністю на тій самій введеній істині — відновлення VLBI інакше неспостережуваного напрямку станції і є сенсом фази.

Оракулом є внутрішня узгодженість: введений істинний стан (станція ~50 м/вісь, супутники ~30 м/вісь, годинники ~1e-7 с, із зерновим дрижанням за складовими) відображається на синтетичні спостережувані через ту саму геометричну модель, яку інвертує розв'язувач, додається гауссів шум із зерном (ілюстративні типові значення: σ VLBI ≈ 1e-11 с, σ дальності ≈ 0,1 м, σ ISL ≈ 0,1 м; ваги 1/σ²), і оцінювач має відновити введену істину в межах шуму з нульового початкового наближення. Середній NEES за Монте-Карло Δxᵀ(HᵀWH)Δx за зернами (formal_covariance_nees) лежить у вільній смузі навколо n_params — перевірка реалістичності коваріації.

Реалізація місячної системи відліку — підгонка датуму Гельмерта з 7 параметрами (src/lunar_frame_realise.rs)#

Тоді як src/lunar_frame.rs застосовує орієнтацію тіла Місяця IAU 2015 WGCCRE (пряма модель), цей модуль оцінює (реалізує) місячну систему відліку з мережі оцінених координат точок, прив'язаних до датуму. Ядром оцінювання є класичне 7-параметричне перетворення подібності (Гельмерта) — три паралельні перенесення, три малі повороти й один параметр масштабу — що відображає точки p_i (оцінена система) у q_i (система датуму) як q_i = t + (1 + s)·R(θ)·p_i, де R(θ) = rz(θz)·ry(θy)·rx(θx) побудовано з crate::precession::{rx, ry, rz, matmul, mat_vec}. Сім параметрів [tx, ty, tz, θx, θy, θz, s] оцінюються з ≥ 3 неколінеарних пар точок зваженим методом найменших квадратів через crate::batch_ls::gauss_newton: пряма модель передбачає кожне q_i зі свого p_i і розгортає всі три складові всіх точок у вектор спостережуваних, спостережені координати датуму утворюють z, вагами є 1/σ², а розв'язання починається з x0 = zeros. Кути обертання оцінюються в мкрад, а масштаб у ppb, щоб скінченно-різницевий якобіан залишався добре масштабованим за величини координат на поверхні Місяця (~1.7e6 м). Невеликий icrf_orientation_tie складає реалізований малий поворот через орієнтацію тіла IAU→ICRF (transpose(crate::lunar_frame::icrf_to_iau_moon(jd_tdb))) і повертає залишкове мале кутове зміщення реалізованої системи навколо осей ICRF — свідомо проста зміна системи вираження, а не незалежна оцінка місячного полюса.

Оракулом є внутрішня узгодженість: відоме перетворення Гельмерта (паралельне перенесення ~десятки м, поворот ~мкрад, масштаб ~1e-7) вводиться в добре розкинуту синтетичну мережу точок (різні селенографічні широта/довгота → MCMF, деякі точки на висоті), додається гауссів шум із зерном, і підгонка має відновити введені параметри. За безшумних даних відновлення відбувається майже з машинною точністю (паралельне перенесення < 1e-6 м, поворот < 1e-9 рад, масштаб < 1e-12); із метровим шумом відновлені параметри лежать у межах кількох × формальної σ, а RMS залишку після підгонки близький до рівня шуму. Сценарій lunar-frame-realisation повідомляє відновлений датум, похибку відновлення за кожним параметром відносно введеної істини, RMS залишку після підгонки та прив'язку орієнтації до ICRF реалізованого повороту.

Об'єм навігаційної послуги на Місяці — DOP / покриття / доступність + узагальнений місячний ARAIM PL (src/lunar_service.rs)#

Цей модуль складає вже побудовані частини в аналіз об'єму послуги місячної навігації: він пробігає сітку селенографічних широти/довготи на часовому горизонті відносно ілюстративного угруповання на місячних орбітах класу Moonlight / LCNS на основі публічних джерел (LCNS: Lunar Communications and Navigation Services) і повідомляє DOP / покриття / доступність плюс узагальнену оболонку місячного рівня захисту ARAIM. Два повторні використання є опорними й явними. Геометрія DOP — це ядро crate::orbit::dop, що є VALIDATED (щодо gnss_lib_py): service_dop — це тонкий фільтр маски висоти плюс це ядро, а тест стверджує тотожність (service_dop дорівнює прямому orbit::dop на тих самих видимих положеннях). Цілісність повторно використовує механізм місячного ARAIM LunaNet LNIS (LunaNet Interoperability Specification) crate::lunar::lunar_araim (σ_URE ≈ 30 м, P_sat ≈ 1e-4); lunar_protection_level узагальнює наявний рівень захисту для південного полюса на довільну точку поверхні, а тест стверджує, що він зводиться до випадку південного полюса (на південному полюсі з тією самою геометрією/бюджетом він повертає точно наявний результат lunar::lunar_araim з точністю < 1e-9).

Параметри угруповання є ілюстративним наближенням публічних описів ESA цього класу системи (≈ 4 супутники на еліптичних замерзлих місячних орбітах, що сприяють покриттю південного полюса — апоселена над південною півкулею; 4 — типове значення бібліотеки, а вбудований moonlight-service-volume.toml задає 8, бо рівень захисту потребує щонайменше 6 у видимості). Вони не є справжньою ефемеридою Moonlight/LCNS і не передбачають жодної належності, схвалення, польотної спадщини, сертифікації чи TRL. Композиція (покриття / доступність / цілісність) є MODELLED: набір ретрансляторів на кругових/еліптичних кеплерівських орбітах (а не ефемерида LCNS / 9:2 NRHO (майже прямолінійна гало-орбіта) з диференційною корекцією), Місяць із середнім обертанням (без фізичної лібрації / прецесії полюса) та опубліковані параметри цілісності LunaNet LNIS. Вона демонструє метод об'єму послуги, а не експлуатаційне значення доступності. Детерміновано (суто геометрія; без випадковості). Сценарій moonlight-service-volume повідомляє відсоток покриття, оболонки кількості видимих супутників і PDOP, оболонку HPL/VPL по об'єму та доступність рівня захисту щодо порога тривоги.

Місячний диференційний PNT — скасування спільної моди + залишок, що зростає з базою + рівні захисту DGNSS (src/lunar_dpnt.rs)#

Місячний аналог DGNSS (диференційної супутникової навігації) / SBAS: еталонна станція класу NovaMoon у відомому селенографічному місці обчислює для кожного супутника диференційні поправки від ілюстративного угруповання класу Moonlight / LCNS на основі публічних джерел, а рухомий користувач, зсунутий від неї на базу, застосовує їх, так що спільномодові похибки бортових ефемерид скасовуються. Кожен супутник i несе введений спільний 3-D вектор орбітальної похибки e_i і спільну похибку годинника c_i. Залишок псевдодальності еталонної станції — це поправка −e_i · û_ref,i + c_i; сира похибка користувача — −e_i · û_user,i + c_i; виправлена похибка користувача — їхня різниця −e_i · (û_user,i − û_ref,i). Член годинника c_i скасовується точно (він однаковий в обох спостереженнях), а орбітальний член зводиться до проєкції на різницю двох одиничних векторів лінії візування, яка → 0 при базі → 0 (нижня межа просторової декореляції) і зростає ≈ лінійно з базою. Виправлені похибки дальності кожного супутника відображаються через геометрію користувача невеликим легкозалежним знімковим розв'язанням зваженим методом найменших квадратів (стан [x, y, z, clock] через crate::orbit::invert4; стале зміщення дальності поглинається невідомою годинника, а не спотворює фіксацію), даючи похибку положення користувача. Рівень захисту користувача повторно використовує механізм рівня захисту SBAS за DO-229E (crate::sbas::sbas_protection_level, K-коефіцієнти точного заходу) із залишковою σ диференційної корекції як бюджетом похибки 1-σ кожного супутника.

NovaMoon згадується лише як клас системи (публічний опис місячної еталонної станції); угруповання повторно використовує ілюстративне crate::lunar_service::LunarConstellation на основі публічних джерел. Це ілюстративні параметри для перевірки диференційного методу, не справжня ефемерида, і вони не передбачають жодної належності, схвалення, польотної спадщини, сертифікації чи TRL. Сценарій lunar-differential-pnt повідомляє похибку положення користувача з поправками й без них, коефіцієнт зменшення, криву похибки залежно від бази та рівень захисту. У типовій конфігурації виправлена похибка користувача на базі 50 км становить ≈ 0,008 м проти ≈ 24 м без поправок (зменшення в ~3000 разів) і ≈ 0 при нульовій базі.

Оракулом є внутрішня узгодженість: скасування спільної моди є точною алгебраїчною тотожністю (при noise = 0 виправлена похибка < 1e-6 м при нульовій базі; член годинника скасовується з машинною точністю при будь-якій базі), залишок монотонно зростає з базою, а рівень захисту — це той самий алгоритм DO-229E, проти якого зафіксовано стек SBAS. Залишок просторової декореляції — це першого порядку геометрична модель, а не підігнана модель декореляції за реальним місячним відстеженням.

Експорт місячної взаємодії — CCSDS OEM + KIF, узгоджені з LunaNet/IOAG, із круговою перевіркою відповідності (src/lunar_interop.rs)#

Місячна система відліку, місячна шкала часу та місячна ефемерида експортуються у формах обміну на основі CCSDS, узгоджених з LunaNet/IOAG (IOAG: Interagency Operations Advisory Group). Ця фаза не вигадує формату передавання: вона повторно використовує наявний емітер і розбирач CCSDS OEM (Orbit Ephemeris Message) 2,0 крейта (crate::oem::OemFile::to_oem_string / crate::oem::parse_oem) та оболонку Kshana Interchange Format (crate::interchange::Envelope), повторно позначені для місячного контексту. export_lunar_oem задає REF_FRAME OEM як місячну зв'язану із тілом систему IAU 2015 WGCCRE (MOON_ME середня Земля або MOON_PA головні осі), TIME_SYSTEM — як місячну шкалу часу (LTC / TCL / UTC), а CENTER_NAME — як MOON, над зразковою ілюстративною ефемеридою класу LCNS на основі публічних джерел (положення з crate::lunar_service::LunarSat::position_mci, швидкість центральною скінченною різницею). export_lunar_time_metadata видає узгоджений з LunaNet/IOAG дескриптор місячного часу (ідентифікатор шкали, вікова швидкість мкс/добу з crate::lunar_time::lunar_rate_breakdown, опублікована смуга 56–59 мкс/добу, еталонна поверхня), що проходить коло через serde_json. export_kif_lunar загортає OEM + дескриптор + мітку системи відліку в наявну оболонку KIF із позначкою чесності MODELLED.

Оракулом є коло / відповідність полів. Оскільки oem.rs постачає обидва напрямки, OEM проходить коло через crate::oem::parse_oem (назад до рівного сегмента із збереженою місячною системою відліку/часом і кількістю станів) і незалежно перевіряється oem_conformance, яка підтверджує, що кожне обов'язкове ключове слово заголовка CCSDS/LunaNet присутнє, що REF_FRAME несе місячний токен MOON_*, а TIME_SYSTEM не порожній, що обрамлення META_START … META_STOP витримане, а рядки даних положення+швидкості правильно сформовані — повертаючи структурований прохід плюс список наявних/відсутніх полів, так що зламаний експорт (наприклад, пропущене TIME_SYSTEM) виявляється та називається. Метадані часу проходять коло через parse_lunar_time_metadata, а оболонка KIF проходить коло через Envelope::parse до рівних артефактів із позначкою MODELLED.

Попередньо зареєстровані прогнози#

Попередньо зареєстрований прогноз — це результат MODELLED, зафіксований до появи будь-яких даних для його оцінювання, із протоколом оцінювання, зафіксованим одночасно. Це не перевірка незалежним еталоном і не додає рядка до реєстру. Кожен міститься в docs/predictions/ зі своїми зафіксованими вхідними даними, результатом та їхніми хешами SHA-256, а tests/prediction_frozen.rs завершується помилкою, якщо будь-який зафіксований байт зміниться; зміну припущення відображає новий датований прогноз поруч зі старим, ніколи не редагування старого.

Репрезентативність демонстрації та реєстр розривів до польоту (src/representativeness.rs)#

Результат симуляції корисний як доказ лише тоді, коли прямо вказує, до чого він прив'язаний, що припускає і що ще відділяє його від польотної системи. Реєстр репрезентативності робить це першокласним, машинно перевіреним виходом: запис Representativeness містить зовнішні Anchor демонстрації, її модельні припущення, її Gap до польоту (кожен із фазою/діяльністю, яка його закриє) і смугу TRL, для якої він репрезентативний. Це супутник кожного результату до матриці verification на рівні можливостей.

Оракул — це набір замкнених інваріантів, що забезпечуються representativeness::tests: запис Validated має містити щонайменше одну зовнішню прив'язку ExternalDataset (симуляцію не можна перевірити проти самої себе); запис Modelled має містити щонайменше один розрив до польоту й не може заявляти репрезентативну смугу TRL вище 4 (дозрівання понад це потребує доказів від апаратури/польоту, що є розривом, а не результатом симуляції); смуга TRL має бути правильно сформованою; а запис PartnerOwned не повинен нічого стверджувати. Ці інваріанти операціоналізують дисципліну «репрезентативність обґрунтована + решта розривів до польоту чітко визначена».

Єдині докази компромісу квантового й класичного (src/qtrade.rs)#

Кожна прикладна область квантового PNT відповідає на те саме запитання однаково: зафіксувати одну рамку порівняння (сценарій + зерно + версія рушія), провести квантового кандидата та класичний базовий рівень одним нейтральним кодовим шляхом, оцінити їх за спільними показниками якості та повідомити — з довірчим інтервалом і чесною позначкою «перевірено незалежним еталоном/обчислено за моделлю» — де квантове виграє, а де ні. TradeEvidence надає цій відповіді єдину форму, тож вертикалі синхронізації часу, навігації та виявлення аномалій видають той самий відтворюваний, чесно позначений об'єкт. Він не реалізує жодного компромісу заново: числа за кожним показником якості походять з наявних рушіїв (quantum_trade, crossover і вертикальних модулів); це контракт плюс обгортка відтворюваності/репрезентативності, побудована на реєстрі репрезентативності та мітках верифікації.

Оракул — це замкнені тотожності вигоди/переможця плюс вірна обгортка наявного виходу компромісу. qtrade::tests: коефіцієнт вигоди має правильну полярність (зорієнтований так, що >1 завжди означає, що квантовий бік кращий, як для показників «більше — краще», як-от holdover, так і для «менше — краще», як-от похибка); об'єкт доказів, побудований із реального quantum_trade::TradeResult, відтворює його коефіцієнти вигоди; нечесні докази відхиляються (репрезентативність зі статусом «обчислено за моделлю» без розриву або показник якості зі статусом Validated, чий запис компромісу не несе зовнішньої прив'язки); JSON детермінований і несе поля рамки/зерна/рушія/показника якості/репрезентативності.

Бібліотека моделей похибок квантових пристроїв (src/quantum_devices.rs)#

Єдине місце, що відкриває квантові пристрої PNT, якими торгує демонстратор — оптичні / на захоплених іонах / ртутно-іонні годинники, класичні еталонні годинники, холодноатомний інтерферометр і лінії передавання часу — кожен як DeviceCard, що несе свою головну специфікацію та запис репрезентативності. Більшість фізики пристроїв повторно використовується (стабільності годинників з holdover::QuantumClockClass і clock_state::ClockClass; холодноатомний інтерферометр з quantum_trade/crossover; класичні оптичні/РЧ лінії з timetransfer_adv). Єдина справді нова модель — лінія передавання часу на заплутаних / одиничних фотонах, точність синхронізації якої обмежена дробовим шумом: σ_t ≈ jitter/√(R·τ) за виявленої швидкості збігів R та інтегрування τ, погіршена штрафом за темнові відліки √(1 + dark/R) і обмежена знизу незнищенною систематичною складовою.

Оракул — це повторно використані опубліковані коефіцієнти годинників/CAI плюс замкнені тотожності дробового шуму/втрат. quantum_devices::tests: повторно використаний порядок стабільності годинників розумний (оптична ґратка < ртутний іон < CSAC за σ_y(1 с)); точність заплутаності покращується як 1/√τ (4× інтегрування зменшує σ удвічі) за обмеження дробовим шумом; виявлена швидкість збігів падає в 10 разів на кожні 10 дБ втрат лінії; темнові відліки монотонно погіршують точність; систематична нижня межа обмежує точність знизу; кожна картка пристрою є дійсним записом репрезентативності зі статусом «обчислено за моделлю».

Довірений квантовий час — наскрізний ланцюг, захищене поширення, аномалії + компроміс (src/timetransfer_chain.rs)#

Сценарій quantum-time-transfer складає ланцюг синхронізації часу, потрібний квантовому демонстратору PNT: наскрізний бюджет часу користувача (похибка вибігу еталонного годинника та точність синхронізації лінії, об'єднані у квадратурі) для квантового ланцюга (оптичний ґратковий годинник + лінія на заплутаності/одиничних фотонах) проти класичного ланцюга (CSAC + РЧ двостороння лінія); рівень захисту часу (TPL, повторно використаний з tpl), що обмежує невиявлену похибку часу; показник якості безпеки щодо атак із затримкою/повтором 1 − P_md за заданої частоти хибних тривог (повторно використаний з detection); імовірність виявлення аномалії годинника + затримка виявлення зміни за CUSUM (кумулятивна сума); і порівняння квантового з класичним як чесні qtrade::TradeEvidence, що несуть запис репрезентативності + розривів до польоту.

Оракул — це замкнений квадратурний бюджет над повторно використаними, окремо перевіреними ядрами (ADEV проти Stable32/NIST; межа TPL; detection::analytic_pd/analytic_pmd). timetransfer_chain::tests: квантова точність покращується з часом інтегрування; квантовий ланцюг може виграти і може програти за показником точності (чесно — не універсальна перемога; дуже втратна лінія перевертає результат); рівень захисту скінченний додатний; показник безпеки лежить у [0 1] і зростає із затримкою атаки; імовірність виявлення аномалії монотонна за величиною несправності; а докази компромісу внутрішньо чесні (is_honest()).

Квантова навігація без GNSS (src/quantum_nav_od.rs)#

Сценарій quantum-gnss-free-nav порівнює навігацію за лічбою шляху під час перерви GNSS із квантовим інерційним бюджетом (акселерометр на холодноатомному інтерферометрі, повторно використаний з inertial::quantum_imu/quantum_trade, рівень білого шуму CAI якого перевірено в межах ~2 порядків величини щодо Freier et al. 2016) проти класичного INS навігаційного класу. Він повідомляє зростання похибки положення під час вибігу, час holdover до порога положення та порівняння квантового з класичним як чесні qtrade::TradeEvidence. Спостережуваність викладено чесно: без зовнішньої фіксації під час перерви зміщення акселерометра неспостережуване, тож похибка положення зростає без межі (≈ ½·зміщення·t² плюс член випадкового блукання швидкості); квантовий сенсор з меншим зміщенням уповільнює це зростання, але не закриває розрив — це робить лише зовнішня фіксація.

Оракул — це повторно використані інерційні бюджети (QuantumNavBudget/ClassicalInsBudget, обидва реалізують трейт PositionDrift) плюс замкнені тотожності дрейфу. quantum_nav_od::tests: квантовий бюджет перевершує класичний під час довгої перерви (менша похибка, довший holdover); похибка зростає з тривалістю перерви в обох (розрив спостережуваності); перевага залежить від перерви, а не є сталим коефіцієнтом виграшу (квантова крива домінується шумом на короткому вибігу, зміщенням — на довгому); докази компромісу внутрішньо чесні.

Виявлення несправностей / аномалій для квантових систем PNT (src/quantum_faults.rs)#

Сценарій quantum-anomaly-detect задає позначений каталог несправностей квантового PNT (стрибок частоти годинника, дрейф, втрата захоплення; крок зміщення сенсора, випадання), оцінює статистику виявлення на номінальних і несправних вікнах та повідомляє розрізнювальність детектора як ROC AUC і мінімальну виявну несправність за фіксованої частоти хибних тривог. Квантово-класичний аспект: стабільніший квантовий еталон годинника знижує шум монітора σ, тож виявляє менші несправності — видається як чесні qtrade::TradeEvidence із записом репрезентативності.

Оракул — це замкнений AUC для гауссової статистики виявлення (номінальна N(0,σ), несправність N(μ,σ) ⇒ AUC = Φ(μ/(σ√2))), перехресно перевірений за зовнішньо перевіреним eval_stats::bootstrap_auc_ci (перевірено за scikit-learn) та аналітичними порогами detection. quantum_faults::tests: аналітичний AUC збігається з відомими значеннями (0,5 при μ=0, →1 за великого μ/σ, монотонно); емпіричний довірчий інтервал bootstrap-AUC охоплює замкнену форму; квантовий монітор має вищий AUC і меншу мінімальну виявну несправність; перевага зникає для величезних несправностей (обидва виявляють ідеально — не універсальний запас); каталог має п'ять позначених класів; компроміс внутрішньо чесний.

Відповідність стандартам — формати обміну, бюджет лінії та цілісність (перевірки за зовнішнім оракулом)#

Ці стандарти перевірено шляхом відтворення дослівних робочих прикладів і довідкових значень, опублікованих у самих стандартах (або в незалежній еталонній реалізації), а не власним циклічним відтворенням Kshana. Відтворення власного прикладу з додатка стандарту є найсильнішою доступною перевіркою відповідності для розбірника формату обміну.

Стандарти GNSS — стан зовнішніх оракулів і чесні прогалини, що залишаються:

Синхронізація часу для мереж, спектра, Сонячної системи, орбітальних угруповань, кампаній і LEO-PNT#

Можливості, додані в лінійці 0,28, оцінюються рядок за рядком у згенерованій VERIFICATION-MATRIX.md; цей розділ підсумовує, які з них мають зовнішній оракул. Рядок є VALIDATED лише за наявності незалежного зовнішнього оракула; усе інше є MODELLED.

Виходи, що є поданням, а не доказами, мають тести, але не мають рядка матриці: експорти для обміну (CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON, ефемериди STK (Systems Tool Kit), SigMF (Signal Metadata Format)), кожен із яких розібрано назад валідатором, написаним за специфікацією формату (tests/interop_formats.rs, 13 тестів; див. INTEROP.md); анімації (tests/animation.rs: байт-у-байт однакові повторні прогони, точна кількість кадрів, коректний SVG (масштабована векторна графіка), жодної зовнішньої адреси в HTML (мова розмітки гіпертексту) -програвачі); і звіт прогону (tests/advanced_report.rs, tests/advanced_report_cli.rs: кожен вбудований сценарій звітує без порожніх розділів чи значень-заповнювачів, мітки збігаються з матрицею, а записана команда відтворює result.json і звіт байт у байт).

Робоча область застосування#

Кожен пакет перевіряється в межах заявленої області вхідних даних за допомогою tests/scenario_coverage.rs, який стверджує, що кожен числовий вихід скінченний (без NaN/Inf (NaN: не число)) і обмежений. У таблиці наведено перевірений діапазон вхідних даних для кожного пакета, очікувану поведінку виходу та тест, що це покриває.

Рядки flicker-FM і зміщення ф'южну закривають дві конкретні прогалини реалістичності: шумові складові типово вимкнені, але помітно впливають на вихід, коли ввімкнені, а спільний фільтр ф'южну не залежить від того, що зміщення обнулено — він збігається і з реалістичним залишковим зміщенням рівня холодних атомів.

Відомі обмеження#

• Квантові та класичні прогони тепер використовують незалежні зерна RNG (генератор випадкових чисел) (класичне зерно = зерно + 0x9e3779b97f4a7c15), тож їхні реалізації шуму некорельовані — виправлено після перегляду.
• holdover_s враховує сегменти: часові лінії відмов розбито на неперервні сегменти при повторному захопленні GNSS, а наведене значення — найгірший (найкоротший) інерційний хід серед них. Воно обмежене роздільною здатністю часової сітки (нижня межа).
• Повторна синхронізація передавання часу між супутниками (ISL) моделює залишкову невизначеність лінії як свіжий гауссів джитер із нульовим середнім на кожному кроці вимірювання плюс повторне прив'язування через задані інтервали.

Твердження проти реальності — короткий довідник#

Контрольний список вороже налаштованого рецензента. Для кожного терміна, який можна прочитати як більше, ніж він є: що Kshana робить сьогодні і де на дорожній карті стоїть справжня версія.

Перехресні перевірки за статтями про місячний PNT (регресійні докази, а не рядки матриці)#

Набір для Місяця та цисмісячного простору (можливості «Lunar & cislunar» і «Lunar PNT suite» у README) має твердження з опублікованих статей, незалежно перехресно перевірені в tests/validate_p*.rs, кожне — за оракулом із іншої реалізації:

• орбітальна зона передавання/захоплення проти scipy.special.j1 (функція Бесселя J1 із Cephes);
• геометричний чинник DOP наземного маяка проти незалежного розв'язку NumPy (HᵀH)⁻¹;
• зростання похибки прогнозу за персистентністю UT1/EOP проти повторного розбору NumPy тих самих дослівних рядків IERS finals2000A;
• планарне сімейство далеких ретроградних орбіт проти Three-Body Periodic Orbit Database від NASA/JPL;
• бюджет прецизійності радіодальнометрії проти еталона з перших принципів.

Фікстури та скрипти-генератори оракулів розміщено в tests/fixtures/{p1_footprint,lunar_service,eop_prediction,rf_ranging_precision,dro_family_jpl,p2_independent_dop}/. Вони підсилюють докази для можливостей, що в перевіреній машиною матриці (src/verification.rs) залишаються MODELLED; це регресійні перевірки, а не нові рядки матриці VALIDATED, тому самі по собі вони не змінюють підрахунок у перевіреній машиною матриці. Цей підрахунок тут не повторюється, бо переписана вручну копія розходиться з оригіналом: актуальний розподіл наведено у згенерованому заголовку VERIFICATION-MATRIX.md, який gen_validation_artifacts записує з verification_matrix() і фіксує tests/verification_artifacts_doc_sync.rs.