b612/astro
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044f2f438186130af7251a99a4798212ed0656ab
astro/doc/manual/accuracy.md
T
b612 044f2f4381 feat: 引入可切换星历模型并扩展天象观测链路 
- 新增半解析、旧模型、自定义与多源堆叠星历实例，提供 Context、Instance、SPK 读取及状态与视位置计算
- 统一太阳、月球和行星实例接口，扩展黄经穿越、留、相位、最近角距、偕日可见、任意高度升落、轨道节点及凌日等天象查询
- 完善日月食、月掩与凌日的月缘剖面、有限盘面接触、站心修正、局地可见性、全球路径和地图输出
- 新增 SVG、GeoJSON、KML 天象输出及凌日、月掩和月缘地形相关缓存与几何求解
- 新增恒星星表导入与查询，支持 CSV、Hipparcos、BSC5、Stellarium 等格式及名称、交叉标识、锥面检索和星等过滤
- 补充 IAU 2006、地球定向、折射消光、大气观测、轨道传播及半解析行星/月球数据支持
- 将默认未来民用时标切换为 TimeScaleLeapHour，更新 2027–2400 农历速查表、中文日期解析和时区边界处理
- 增加事件基线、跨模型回归、几何边界、月缘地形和输出契约测试，完善中英文手册、示例资源、NOTICE 与忽略规则
2026-10-15 23:54:15 +08:00

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# 精度与性能
[English](en/accuracy.md) | [返回 README](../../README.md)
内置两套星历，误差随模型、年代与计算项目变化。表头注明的模型与区间之外，数值不可直接套用。
## 目录
- [星历模型](#星历模型)
- [模型选择](#模型选择)
- [测量口径](#测量口径)
- [地心视方向](#地心视方向)
- [固定 ICRF 几何方向](#固定-icrf-几何方向)
- [几何月地距离](#几何月地距离)
- [Legacy 截断误差](#legacy-截断误差)
- [Lite 轻量链路](#lite-轻量链路)
- [性能](#性能)
- [换算与注意事项](#换算与注意事项)
## 星历模型
本库内置两套星历，默认是**半解析模型**（`ModelSemianalytic`）：保留行星理论的幅角结构（整数乘子）和初始振幅，把振幅、基本幅角多项式与少量修正项重新拟合到 DE441，全部折叠进同一张级数表。运行时不再挂残差层，也不需要外部星历文件。
- **基准理论**：水星、金星、地球、火星用 VSOP2013；木星、土星、天王星、海王星用 TOP2013；月球用 ELP/MPP02。
- **拟合真值**：长时段用 DE441；行星现代段用 DE440。
- **可用区间**：TT JD `-1931455.0 … 5373545.0`（J2000 前后 12000、8000 儒略年），越界仍外推，精度不保证。
- **现代段**（仅行星）：J2000 ±1000 儒略年（TT JD `2086295.0 … 2816795.0`）按 DE440 单独拟合一张表，与长时段表在两端各 100 年内平滑过渡，近代精修优先使用它。
- **求值规模**：`n < 0` 用完整级数，与不带 `N` 的接口一致；所有 `n >= 0` 共用同一张快速表，供粗搜索使用。只有 Legacy 的 `n` 才按项数截断。
- **数据量**：行星表约 452 KiB、月球表约 42 KiB，随程序编译进去；即使只用到部分天体，行星表和月球表也都会链接，显式实例不减小二进制体积。
- **坐标系**：表内是 J2000 平黄道几何位置，使用时旋转到当日平黄道，再走与 Legacy 相同的视位置链路（光行时、光行差、岁差与章动）。
旧模型 `ModelLegacy` 使用 VSOP87/ELP2000-82 截断级数，并在级数之外叠加订正项：行星为地球的三次多项式与其余天体的常数订正，月球为额外的多项式项、岁差项和公元 3000–5000 年的拟合项。`lite/sun`、`lite/moon` 使用的是另一套简化公式，两者不要混用。
## 模型选择
| 模型 | 内容 | 适用 |
| --- | --- | --- |
| `ModelSemianalytic` | 内置半解析表，默认构建（不加 `astro_legacy` 标签）的模型 | 日常位置、历法、观测和天象计算 |
| `ModelLegacy` | VSOP87/ELP2000-82 截断级数，叠加长期项与逐天体订正，`n` 按项数截断 | 复现旧数值和模型对照；`astro_legacy` 构建下为默认 |
| `ModelCustom` | SPK 或调用方提供的只读引擎 | 精度由外部核、其可用区间和上层转换共同决定 |
| `lite/sun`、`lite/moon` | 独立近似链路 | 资源受限环境；不随模型切换 |
显式 `Context`/`Instance` 固定星历，但 ΔT、TT−UTC 和民用时标政策仍是进程级设置。签名不变、默认数值可变，这一点与旧版不同；需要旧模型数值时显式选择 Legacy。用法见[显式星历实例](ephemeris.md)。
## 测量口径
除另有说明，以下数据都是与 DE440/DE441 的 TT 格点对比，单位角秒：
- 参考端用 Skyfield 1.55，只做 TT 到 TDB 的换算，不引入 UTC、UT1 或 ΔT 差异。表中的"半解析全量"指 `n < 0`，"半解析快速"指 `n >= 0`。
- 现代区间：TT JD `2415020.5 … 2488434.25`，步长 0.25 日，共 `293656` 点，约 1900–2100 年。
- 长区间：TT JD `990545.0 … 3912545.0`，J2000 ±4000 儒略年，共 `365252` 点；DE441 两段核在 JD `2440416.5` 切换。
- 几何量用日期平黄道/平春分点，视赤经/视赤纬用日期真赤道/真春分点。
- 表中 MAE 是平均绝对误差，RMS 是均方根误差，P95 是绝对误差的 95 分位，最大是采样最大值；角度是地心视方向夹角，不是单个坐标分量的误差。最大值只是样本最大值，不是连续时间上的误差上界。
## 地心视方向
太阳：
| 区间/模型 | MAE | RMS | P95 | 最大 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 现代 DE440/Legacy | `0.03895` | `0.04475` | `0.08013` | `0.1372` |
| 现代 DE440/半解析全量 | `0.00556` | `0.00682` | `0.01329` | `0.02680` |
| 现代 DE440/半解析快速 | `0.1783` | `0.2219` | `0.4415` | `0.9675` |
| 长区间 DE441/Legacy | `2.659` | `4.171` | `9.751` | `16.68` |
| 长区间 DE441/半解析全量 | `1.774` | `3.187` | `7.908` | `14.08` |
| 长区间 DE441/半解析快速 | `2.431` | `4.050` | `9.878` | `17.15` |
月球：
| 区间/模型 | MAE | RMS | P95 | 最大 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 现代 DE440/Legacy | `0.7431` | `0.7499` | `0.9171` | `1.3297` |
| 现代 DE440/半解析全量 | `0.06302` | `0.07591` | `0.1437` | `0.4418` |
| 现代 DE440/半解析快速 | `3.455` | `3.991` | `7.092` | `18.18` |
| 长区间 DE441/Legacy | `42.16` | `67.10` | `156.35` | `233.58` |
| 长区间 DE441/半解析全量 | `1.788` | `3.182` | `7.920` | `14.08` |
| 长区间 DE441/半解析快速 | `6.098` | `7.359` | `14.30` | `39.74` |
现代样本中半解析全量的视方向 RMS 是 `0.00682″`（太阳）与 `0.07591″`（月球），低于 Legacy 的 `0.04475″` 与 `0.7499″`；快速表是 `0.2219″` 与 `3.991″`，比 Legacy 更差，月球尤其明显。长区间的结果包含整条高层转换链和参考框架差异，不能全部归因于级数本身。
## 固定 ICRF 几何方向
下表单独比较半解析全量 `Instance.State(target, BodyEarth, jd)` 与 DE 的地心 ICRF 几何向量，不经过日期岁差/章动转换。库内以 TT 数值近似 TDB，参考端仍从同一 TT 转 TDB，所以这一组是近似 TDB 下的对比。单位角秒：
| 区间/天体 | MAE | RMS | P95 | 样本最大值 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| 现代 DE440/太阳 | `0.00551` | `0.00677` | `0.01320` | `0.02655` |
| 现代 DE440/月球 | `0.06301` | `0.07591` | `0.1437` | `0.4414` |
| 长区间 DE441/太阳 | `0.04100` | `0.05754` | `0.1214` | `0.3613` |
| 长区间 DE441/月球 | `0.09163` | `0.1129` | `0.2170` | `0.8825` |
长区间中固定框架误差远小于高层日期框架的视方向差异，说明整条计算链的误差不能用一个"模型精度"数字概括。Legacy 没有几何引擎，不列入此表。
## 几何月地距离
单位 km，取地心距：
| 区间/模型 | MAE | P95 | 最大 |
| --- | --- | --- | --- |
| 现代 DE440/Legacy | `0.1434` | `0.3633` | `0.9143` |
| 现代 DE440/半解析全量 | `0.04674` | `0.1172` | `0.3312` |
| 现代 DE440/半解析快速 | `1.730` | `4.356` | `9.818` |
| 长区间 DE441/Legacy | `2.204` | `9.834` | `26.90` |
| 长区间 DE441/半解析全量 | `0.06496` | `0.1669` | `0.5576` |
| 长区间 DE441/半解析快速 | `2.005` | `5.160` | `16.10` |
## Legacy 截断误差
下表是 Legacy 相对完整 VSOP87 的截断误差参考，不是半解析精度，也不是相对 DE440/DE441 的综合误差：
| 目标 | 黄经/黄纬 | 距离 |
| --- | --- | --- |
| 太阳/地球 | 约 `0.1″` | 约 `0.1 × 10^-6 AU` |
| 水星、金星 | 约 `0.2″` | 约 `0.2 × 10^-6 AU` |
| 火星 | 约 `0.5″` | 约 `1 × 10^-6 AU` |
| 木星 | 约 `0.5″` | 约 `3 × 10^-6 AU` |
| 土星 | 约 `0.5″` | 约 `5 × 10^-6 AU` |
| 天王星 | 约 `1″` | 约 `20 × 10^-6 AU` |
| 海王星 | 约 `1″` | 约 `40 × 10^-6 AU` |
## Lite 轻量链路
`lite/sun` 是简化太阳公式，`lite/moon` 是含少量摄动项的近似月球链；升落搜索用固定步长扫描加二分，太阳 30 分钟、月球 15 分钟。两者不使用主链表，也不随模型切换。下表是 2026 全年、8 个站点相对 Legacy 主链的误差（统计量含义同[测量口径](#测量口径)）：
| 计算项 | 平均绝对误差 | P95 | 最大 |
| --- | --- | --- | --- |
| 太阳日出/日落 | `0.02 / 0.02 min` | `0.04 / 0.06 min` | `0.31 / 0.35 min` |
| 月出/月落 | `0.28 / 0.36 min` | `0.57 / 0.86 min` | `1.44 / 1.24 min` |
| `Phase()` | `0.00089` | `0.00185` | `0.00243` |
| `PhaseAge()` | `0.003 d` | `0.010 d` | `0.014 d` |
这些样本并非全部事件语义一致：太阳日落有 2 个高纬跨午夜日期归属差异，月落有 1 个高纬"当天是否发生"的分歧。升落每 7 或 15 天采样，月相/月龄每 6 小时。表里的时间差只能说明已有事件的一致性，不能用来判断事件是否存在。日月食、物理天平动和高纬事件边界不走 lite 链路，由主链计算。
## 性能
Linux/WSL、Intel i7-12700、Go 1.25.9，基准并行度 20、每项 300 ms。重复查询同一时刻和站点，属于热缓存测量，不含首次加载：
| 入口 | 半解析全量 | Legacy 全量 | Lite |
| --- | --- | --- | --- |
| Sun `ApparentRaDec` | `0.606 µs` | `8.988 µs` | `0.213 µs` |
| Sun `Altitude` | `0.770 µs` | `9.134 µs` | `0.627 µs` |
| Sun `RiseTime` | `628.6 µs` | `144.8 µs` | `25.88 µs` |
| Moon `ApparentRaDec` | `0.855 µs` | `9.373 µs` | `1.003 µs` |
| Moon `Phase` | `1.171 µs` | `14.81 µs` | `0.914 µs` |
| Moon `Altitude` | `1.006 µs` | `9.520 µs` | `1.136 µs` |
| Moon `RiseTime` | `487.4 µs` | `135.0 µs` | `117.4 µs` |
半解析的热缓存位置接口与 Lite 互有快慢；升落搜索每次都要在新历元求值，速度会下降，Legacy 在部分升落入口反而更快。以上是单次运行的绝对值，会随机器和调用形态变化。
半解析的 Sun/Moon `RiseTime` 分别有 60/36 次分配，表中其余求值接口为 0 次分配。零分配只覆盖这些路径，其他接口不做保证。
## 换算与注意事项
- 升落差异要先统一折射模型、视半径口径、观测点高度和当地日归属，地平线定义的影响常大于星历差异。
- 节气、朔望和食接触直接比较 TT 事件时刻；把位置角秒说成时间误差前，要先除以该处的局部角速度。
- 民用日期还取决于时区和时标政策，接近子夜的事件尤其敏感。
- 自定义 SPK 的几何状态使用 ICRF、km、km/日和 TDB；高层标量与视位置入口接收 TT，当前以 TT 近似 TDB。需要严格 TDB 时直接调用 `Instance.State`；换用更精确的核不会自动提升上层的坐标框架、大气与地形模型。
- IAU 2006/2000A、极移、CPO 和月缘剖面都需要显式调用或显式设置，默认链路不会自动启用；见[坐标工具](coord.md)、[公式](formula.md)和[日月食与凌日](eclipse.md#月缘地形修正)。
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