月球参考站
MODELLED。在所述假设下（星座、其空间信号误差、站点的测量精度、改正数延迟和链路量化，每项都是标明其公开来源或标为ILLUSTRATIVE的输入），模型给出下列数字。它们不是对任何真实系统性能的陈述。Kshana与任何机构均无隶属关系，也未获其背书，并且不作任何TRL或飞行传承方面的声明。仅供参考。
目的#
公开资料描述了一个月球南极参考站：它监测月球导航服务，计算本地差分改正数，用原子钟维持月球时间基准，并携带用于月球坐标系的激光后向反射器和VLBI发射机（即公开描述的ESA NovaMoon概念一类；来源见下）。Kshana已分别对其中每一部分建模。本研究将它们组合成一项可复现的开放分析，考察这样的站点在公开假设下能做什么，并对其预先登记，使其可以对照已发表的结果乃至最终的飞行结果进行评分。
运行#
kshana scenarios/lunar-station-coverage.toml # about 6 s in a release build或者在Python、WebAssembly中使用run_toml，或在MCP服务器中使用run_scenario并设置kind = "lunar-station-coverage"。
覆盖与精度图（lunar-station-coverage）#
针对位于已知南极站点的差分参考站：在从80° S到极点的环形网格上的每个用户点以及整个区域，跨一天的历元和蒙特卡罗试验，给出改正后和未改正的位置误差（3-D、水平、垂直）的百分位数、可用性（并为每个不可用历元给出原因）、相对于运行前已声明的门限的覆盖、DO-229E保护级、每个方位扇区的覆盖半径，以及站点处和最差点处的改正数链路预算。不涉及新的物理：它扫描lunar-differential-pnt中经过测试的函数，在一个点、一个历元、一次试验时精确化简为该类型。
输入#
| 输入 | 默认值 | 来源 |
|---|---|---|
星座（n_sats、sma_km、eccentricity、inc_deg、argp_deg）或ephemeris_path |
仓库内的LCNS类星座集 | 自带默认值为ILLUSTRATIVE；公开来源示例根据S2和S4设置四颗卫星和24 h周期，根数仍为ILLUSTRATIVE（没有来源给出它） |
mask_deg |
5° | ILLUSTRATIVE |
站点（station_lat_deg、station_lon_deg、station_height_m） |
89° S，0°，0 m | ILLUSTRATIVE |
survey_sigma_m |
0.30 m | ILLUSTRATIVE（仓库内的坐标系实现分配，其本身为MODELLED） |
orbit_err_m、clock_err_m，或带sise_orbit_variance_fraction的sise_sigma_m |
100 m，30 m（视线方向SISE 65 m） | 自带默认值为ILLUSTRATIVE；公开来源示例根据S4第8页设置sise_sigma_m = 10 / 1.96 m |
noise_m, latency_s, quantization_bits |
0 m，10 s，8比特 | ILLUSTRATIVE |
网格（grid_lat_max_deg、grid_lat_step_deg）或points |
80° S，1°（346个点） | 研究区域 |
时间（t_start_s、t_span_s、t_step_s），n_trials |
0 s，一天，600 s，200 | |
accuracy_threshold_m, percentile |
自带默认值在p95处为20 m（公开来源示例中为1 m） | 在运行前已声明；20 m为ILLUSTRATIVE，按默认值的示意性误差设定 |
alert_limit_m |
10 m | ILLUSTRATIVE：不存在公开值 |
residual_sigma_m, p_hmi, seed |
5 m，1e-4，42 |
输出#
每个数值字段在结果的units块中都带有单位和出处类别（由tests/field_units_global.rs检查）。区域块：availability、coverage_fraction、corrected_p_3d_m、corrected_p_h_m、corrected_p_v_m、uncorrected_p_3d_m、improvement_factor、hpl_max_m、vpl_max_m、hpl_below_alert_fraction、worst_point；每30° 方位扇区的coverage_radius_km；每个点的points[]；以及budget_at_station_and_at_edge。
这些检查能说明什么、不能说明什么#
tests/lunar_station_coverage_reference.rs：化简为lunar-differential-pnt、零基线和测量下限、单调性、不可用原因、确定性、工作量保护。这些表明该扫描就是它所声称扫描的那个模型。tests/lunar_station_numpy_oracle.rs：对导出的算例用numpy独立重新计算其算术，在运行之前已预先登记。位置和百分位数达到了其判据；站点改正数则因双精度舍入未达其判据（连同数值记录在tests/fixtures/lunar_station/PREREGISTRATION.md中）。- 这两项都不检验模型。误差模型、一阶去相关、测量、老化和量化模型以及每个门限，都是本项目自己的，或为ILLUSTRATIVE。
地形地平线掩模#
MODELLED。可选的[terrain]段（src/lunar_terrain.rs）为站点和每个用户点各自提供随方位角变化的地平线，采用0.36天际线表格式（各行[azimuth_deg, elevation_deg]，沿方位角线性插值，在360° 处回绕）。当卫星同时越过mask_deg和其方位角处的地平线时，才算在该地点可用；若某个历元在某点上因地平线而少于四颗卫星，而平坦掩模下为四颗，则报告为unavailable.terrain_masked（user_lt4保持其平坦掩模下的含义）。两种来源，在二者都给出时按逐点取最大值合并：
- 给定的剖面，
station_horizon或user_horizon（应用于每个用户点），各自必须带有source标签； - 在极区DEM（
dem_path）上逐射线步进得到的地平线：沿月球球面的大圆，计入精确曲率，自给定的桅杆高度（默认2 m）起，每隔azimuth_step_deg（默认1°），直到max_range_km（默认150 km）或网格边缘。本仓库自带公有领域的LRO LOLA极区产品LDEM_75S_240M的一块裁剪，经5 × 5块均值重采样为1200 m，范围距极点约 ±420 km（data/lunar-dem/NOTICE.md：来源URL、SHA-256、许可、裁剪和重采样步骤）； - 或者，取代
dem_path，使用realdata::lola_dem文本格式的经纬度DEM瓦片（dem_tile_path）（一个表头lat_min lat_max lon_min lon_max n_lat n_lon，然后是高出平均球面的高度，单位为米，按行优先），以同样方式逐射线步进，默认步长由纬度间距决定。报告会回显该瓦片的路径、SHA-256和范围（terrain.dem_tile）。由自带裁剪重采样得到的瓦片，使站点得到的地平线与该裁剪自身的地平线相差0.22°（tests/lunar_station_terrain.rs）。不自带任何瓦片。
同样的掩模适用于moonlight-service-volume网格（terrain、user_horizon和dem_path；位于DEM之外的网格点保留平坦掩模并被计数）。没有该段时，每份文档与没有它的运行逐字节相同。
检查：射线步进可复现闭式地平线（裸球面俯角、高原中的环形山自其中心及偏离中心、栅格化圆锥对照解析圆锥）；自带裁剪的朝向与来源一致（Shackleton和Haworth的底部低，Malapert地块高）；在该裁剪上由独立的numpy射线投射（已预先登记，tests/fixtures/lunar_terrain/PREREGISTRATION.md）在五个站点上一致到5.5e-10度，这检验的是算术，而不是地形。尚未复现任何已发表的极区地平线或光照数字，因此该行仍为MODELLED（台账行“Lunar terrain horizon masks from a stated profile or a polar DEM”）。
scenarios/lunar-station-coverage-terrain.toml以2° 网格、100次试验和每个站点上的DEM地平线运行自带输入。站点（89° S，0° E）的最高地平线约为4.0°，低于5° 掩模，因此在站点处地形不起约束作用；在用户点上，各点最高地平线的面积加权平均为9.7°，最大为26.3°。与采用平坦掩模的相同输入相比，区域改正后p95 3-D误差从16.3 m升至18.6 m，最大HPL从480 m升至62 km。区域可用性从91.9 % 升至93.0 %：当某点使用了站点看不到的卫星时，该历元不可用，而把该卫星从该点遮住的地平线，可以使该历元变为可用。
局限#
- 地形与地平线掩蔽：已在0.36中处理，但有局限。来自给定剖面或自带LOLA DEM裁剪的逐站点地平线掩模已建模（见上）。仍然存在的问题：自带裁剪为每像素1200 m，因此约一千米以下的起伏被抹平，块均值会降低尖锐的山峰；越出该裁剪（距极点约420 km）的射线在该处终止；没有衍射、地形多路径或部分遮挡；测距的站点位置仍位于平均球面上的给定高度（DEM只决定地平线）；该地平线没有对照外部数字核对。
moonlight-service-volume的逐卫星导出站点与网格点一样被掩蔽：有terrain段时，每个导出行带有clears_terrain，报告带有该站点的地平线（export_site_terrain）；天线波束内的计数仍计入每条越过平坦掩模的链路。 - 多路径与接收机硬件：已在0.36中作为可选项处理，但有局限。
[receiver]段（src/lunar_receiver.rs）在用户处和站点处加入随仰角变化的多路径a + b exp(-el / el0)（DO-229的函数形式；在月球上每个值都是ILLUSTRATIVE），站点的多路径可选为历元间的一阶Gauss-Markov，由C/N0得出的早减晚DLL码噪声，以及每通道的通道间偏差。仍然存在的问题：天线相位中心和群延迟变化未建模；没有任何月球测量确定多路径的数值；改正数链路预算块不包含接收机项。 - 延迟期间的星历误差增长：已在0.36中作为可选项处理，但有局限。
orbit_err_growth_m_per_s在冻结误差再投影之上，加入广播轨道误差随龄期的线性增长（距离1-sigmarate x latency / sqrt(3)）；线性增长是传播状态误差的一阶项（在600 s处对照仓库内的二体传播核对到1 %）。仍然存在的问题：没有公开来源给出月球的增长率（ILLUSTRATIVE）；没有沿航迹/径向的结构；改正数链路预算块使用冻结模型。K5补充说明（tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS03.md，单独预先登记）在0.001、0.01和0.1 m/s下运行K5：每种情形都失败（369.8 m、2315 m、22797 m，而判据为1.5 m），与运行前所述一致。 - 解算方式（滤波器、高度约束、三颗卫星）：0.36中的可选项，但有局限。
[solution]段（src/lunar_solution.rs）加入高度伪测量、随之而来的三颗卫星最少数量，以及跨历元的静态用户加权最小二乘窗口（共用一个位置，每个历元一个钟差），用以代替滤波器。仍然存在的问题：它把各历元的误差视为相互独立，因此平均下降得比时间上相关的误差更快；它仅适用于静态用户；没有动态滤波器、载波相位或整周模糊度解算；案例轨迹（trace_case）展示快照算术。包含该模式的已发表声明补充说明为tests/fixtures/lunar_station_published/ADDENDUM-LRS06.md（单独预先登记）。在1 m高度约束、三颗卫星和6个历元窗口（ILLUSTRATIVE设置）下，R300改正后p95 3-D误差从280.6 m降至2.11 m（水平0.90 m，未评分）；K1至K5仍然失败，K6通过，与已记录的运行一样为6项中的1项。该窗口的独立性假设对它有利。
与已发表声明的比较#
MODELLED。将本模型在公开假设下运行的结果与各来源所作的声明进行比较。这不是对任何真实系统性能的陈述。
- 来源S1至S5（标题、URL、检索日期、SHA-256、许可）：
tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md。 - 每一项数值声明，连同其页码和所述假设一并引述，并分类为可比较、部分可比较或不可比较：
tests/fixtures/lunar_station_published/CLAIMS.md。没有任何声明是完全可比较的，因为没有来源给出百分位数或卫星的轨道根数。 - 判据、案例和输入，在运行之前单独提交（修订版2，05bf9a19），以及已记录的运行：
tests/fixtures/lunar_station_published/PREREGISTRATION.md。该发现由tests/lunar_station_published_oracle.rs固定。
| 判据 | 声明（来源） | 本模型 | 判据 | 结论 |
|---|---|---|---|---|
| K1 | 一个站点即可在整个南极300 km圆区域内给出亚米级精度（S1、S2、S3） | 覆盖0.00 | >= 0.95 | 未通过 |
| K2 | 同上，600 km圆区域（S2第10页，S3第23页） | 覆盖0.00 | >= 0.95 | 未通过 |
| K3 | 采用码改正数时达到亚米级（S1、S2） | 改正后p95 3-D 280.6 m | <= 1.5 m | 未通过 |
| K4 | 由伪距改正数得到“分米级”（S3第22页，S5第5页） | 280.6 m | <= 0.15 m | 未通过（在来源给出的0.30 m码噪声下无法通过） |
| K5 | 在600 s延迟下仍保持亚米级（S2第16页） | 293.0 m | <= 1.5 m | 未通过 |
| K6 | 基线从10 km到500 km精度相同（S2第17页） | 比值1.39 | <= 1.5 | 通过 |
6项判据中有1项通过。原因在于几何。没有来源公布该星座的轨道根数。在仓库内ILLUSTRATIVE的根数下，用户与站点在仅8 %（300 km）和6 %（600 km）的历元中同时共有高于5度的四颗卫星，且几何接近奇异：未改正的p95为3.8 km，而来源引用的值为< 10 m。来源自己的仿真使用了滤波器、高度约束和三颗共视卫星，而本快照模型没有这些。因此，该运行在这些根数下没有复现这些声明，也不能证明这些声明有误。K6通过的是两个由几何主导的数字之比，对去相关没有任何说明。若有该星座已发表的根数，将在相同判据下作为第二次带日期的运行评分。
预先登记的预测#
预先登记的预测，在提交c05dac1d处基于公开来源的输入冻结，并附评分协议：docs/predictions/lunar-reference-station.md。它是预测，不是验证，其中每个数字都由四颗卫星星座的未公布根数集主导（所用根数为ILLUSTRATIVE）：在80度S区域上，可用性8.2 %，改正后p95 3-D 280 m，未改正3.8 km。MODELLED；若任何冻结的字节发生变动，tests/prediction_frozen.rs就会失败。
站点时间实验室#
站点的miniRAFS在被校准到LTC之后，自由运行或重新校准时，能否保持在1、10和100 ns以内：lunar-time-budget的可选[time_lab]块（scenarios/lunar-station-time-lab.toml）。miniRAFS在2.8 s后达到1 ns，在377 s后达到10 ns，在10.5 h后达到100 ns；来源给出的纳秒级目标仅作引述，未被采纳。MODELLED。模型、输出、四类时钟的达到门限时间表以及与各来源的比较：docs/lunar-station/time-lab.md。
站点大地测量#
站点处的一个后向反射器和一个VLBI信标，能使月球坐标系基准在五个已归档的后向反射器阵列之外进一步收紧多少：lunar-llr-datum的可选extra_reflectors和extra_beacons输入（scenarios/lunar-station-geodesy-baseline.toml和-with-station.toml）。针对简化参数集、在ILLUSTRATIVE的观测安排和站点上的Cramer-Rao界：平移范数1-sigma从0.0185 m降至0.0102 m（比值0.551），尺度从0.00178降至0.00063 ppm。MODELLED。方法、注意事项（南极站点看到的地球很低或根本看不到）以及完整的Helmert表：docs/lunar-station/geodesy.md。
来源#
各来源按标题、标识符和发布者列出，并附检索日期和许可。URL、SHA-256哈希以及各来源相互不一致之处的说明在登记册tests/fixtures/lunar_station/SOURCES.md中。不再分发任何来源文件。人名被有意省略。
| 编号 | 标题 | 标识符 | 发布者 | 检索日期 | 许可 |
|---|---|---|---|---|---|
| S1 | 关于用于定位、授时和科学的月球参考站的白皮书，第3版 | arXiv:2602.08432v3 | arXiv（作者白皮书） | 2026-10-12 | arXiv非排他性分发许可1.0（仅授予arXiv） |
| S2 | “Lunar local Differential PNT and Selenodetic Reference Station”（27张幻灯片） | ioag.org/meetings/cislunar，第6节，第07项 | ICG-IOAG地月空间PNT研讨会，2025年2月；欧洲航天局的幻灯片 | 2026-10-12 | 未声明；自第3张幻灯片起标注为可向公众公开 |
| S3 | “Moonlight: LCNS, and Lunar Pathfinder”（28张幻灯片） | unoosa.org，LunarPNT_Jun24_01_04.pdf |
UNOOSA，ICG月球PNT联合工作组会议，2024年6月；欧洲航天局的幻灯片 | 2026-10-12 | 未声明；标注为可向公众公开 |
| S4 | “Moonlight Programme Development Status”（16张幻灯片） | ioag.org/meetings/cislunar2026 | 第二届ICG-IOAG地月空间PNT研讨会，2026年2月；欧洲航天局和Telespazio的幻灯片 | 2026-10-12 | 未声明；标注为可向公众公开 |
| S5 | “Lunar Reference Time: ESA's Views”（9张幻灯片） | ioag.org/meetings/cislunar2026 | 地月空间PNT研讨会，2026年2月；欧洲航天局的幻灯片 | 2026-10-12 | 未声明；标注为可向公众公开 |
| S6 | LunaNet Signal-In-Space Recommended Standard, Augmented Forward Signal (LSIS) V1.0，以及仓库内的LUNAR_SIGMA_URE_M |
tests/fixtures/lunar_afs_*; src/lunar.rs |
如使用lunar_afs所记录 |
已在仓库中 | 如该处所记录 |