apsis-rs/README.zh.md

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ApsisRS / 拱点

商业航天与卫星互联网领域的 Rust 计算内核。

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定位

  • 纯 Rust、std、零第三方 crate 依赖
  • 领域边界清晰,按层单向依赖
  • 对外门面 crate 名为 apsis-rs,库名为 apsis
  • 当前阶段所有 crate 均 publish = false,不执行发布

分层

foundation -> physics -> orbit -> rf -> network -> ops -> sim -> apsis-rs

约束:

  • 依赖只能从左向右。下层可依赖其上任意层,上层不得依赖其下任意层。 例如 network 可以依赖 orbit(向左),但 orbit 不得依赖 network (向右,即反向)。左向依赖不限层数,允许跨层,因为把 orbit 的值 传到 network 时中间层未必提供中转类型。
  • foundation 的 apsis-core 是全局基准,任何层任何 crate 均可依赖它。 apsis-math 同理,因为线性代数被各层共用。
  • 层内以该层的门面 crate(apsis-orbit、apsis-rf、apsis-sim)作为整合点。

这套规则由 scripts/check-layers.sh 强制,CI 会运行它。

各层内容:

层 职责 crates
foundation 基础类型、单位、数学、宏 apsis-core、apsis-units、apsis-math、apsis-macros
physics 时间、闰秒、坐标、大地基准 apsis-time、apsis-leap、apsis-coord、apsis-geodesy、apsis-frames
orbit TLE、SGP4、二体、星历、机动 apsis-tle、apsis-sgp4、apsis-kepler、apsis-ephemeris、apsis-maneuver、apsis-orbit
rf 射频、天线、链路预算 apsis-rf、apsis-antenna、apsis-doppler、apsis-atmosphere、apsis-noise、apsis-interference、apsis-link
network 星座、覆盖、接入、拓扑、路由 apsis-constellation、apsis-coverage、apsis-access、apsis-topology、apsis-isl、apsis-routing、apsis-handover、apsis-mesh
ops 资源、任务、调度、冲突、计划 apsis-resource、apsis-task、apsis-scheduler、apsis-conflict、apsis-schedule
sim 仿真引擎、场景、事件、输出 apsis-sim-engine、apsis-scenario、apsis-event、apsis-output、apsis-sim
facade 对外门面 apsis-rs

构建

所有 Rust 命令在仓库根目录执行:

cargo check --workspace
cargo test -p apsis-core -p apsis-units -p apsis-math

apsis-rs 门面通过 feature 选择需要的层,例如:

[dependencies]
apsis-rs = { path = "...", features = ["orbit"] }

可选 feature:foundation、physics、orbit、rf、network、ops、sim、full。 每个层 feature 自动启用其下层。full 启用全部层(含 sim);ops 等价于除 sim 以外的所有层,适合不运行仿真的项目。

性能

三个基准都是门面的 example。它们在 release 下运行,且除本工作区外不依赖任何 东西,故一次构建只需要编译器本身。下表是 AMD Ryzen 7 8845HS(8 核 16 线程) 上的一次运行;绝对时间随机器变化,应比较同一张表内的比例。方法、每次规模扫描 的全部数据以及每条结论的依据见 压测方法与报告。

热点路径的单次调用

路径 每次调用
Hermite 星历插值查询 24 ns
TEME 到地固系旋转 27 ns
开普勒根数转状态 38 ns
地固系转大地坐标 50 ns
链路预算 C/N0 61 ns
SGP4 传播(历元后 30 分) 249 ns
可见性搜索(120 样本) 7.5 μs
规划 60 个任务(1 资源) 239 μs

星历查询比它所代替的那次传播便宜一个数量级,这正是被密集查询的轨道应先建表 再插值的原因。

随规模的增长。 每单位成本持平才说明复杂度正确:

  • 星座一日传播对星数线性:24 星 8.7 ms,2016 星 0.68 s,每样本约 234 ns, 增长指数 0.00。
  • 可见性搜索在 8 到 128 轨之间恒为每轨约 7.3 μs。
  • 拓扑构建约为 O(n 平方),贪心规划由 O(n 平方) 缓向 O(n);两者都受算法而非 实现限制,设计说明给出了原因。

并行。 数值内核按卫星切分。2000 星一日传播单线程 671 ms、16 线程 85 ms, 加速 7.9 倍;256 轨的可见性搜索加速 5.3 倍。8 线程每核一线程时效率约八成五; 16 线程每核两线程,收益约为一半。并行结果与串行逐位相同,故加速只换来吞吐, 从不改变数值。

约定

  • toolchain:stable,edition 2024,rust-version 1.85
  • 默认禁止任何第三方 crate,包括开发依赖与 build.rs
  • 库代码不使用 unwrap() / expect() / panic! / unsafe
    • 外部输入的失败一律走 Result / Option,不用 unwrap / expect 转换
    • 允许对已守卫的内部不变量用 expect("…") 断言不可能的分支(如刚 push 后的 last()、前置 is_none() 已检查后的取值)。这些断言不处理不可信 输入,而是把"若此处为空则是编码错误"写成可读的失败信息;全库共 13 处, 逐处均有前置守卫。
  • 公共 API 必须有文档注释,注释自包含

目录

apsis-rs/
├── Cargo.toml
├── crates/          # Rust 工作区成员
│   └── apsis-rs/
│       ├── examples/   # 对拍导出与跨层集成检查
│       └── ...
├── scripts/         # 仓库检查脚本
├── validation/      # Python 对拍验证
└── docs/design/     # 设计文档

测试在各 crate 的 tests/ 目录,为集成测试,只通过公共 API 访问被测 crate。 跨层集成检查与零依赖基准测试是 apsis-rs 的 example:

# 跨层集成检查(CI 会执行)
cargo run -p apsis-rs --features network --example integrate_network
cargo run -p apsis-rs --features ops --example integrate_ops
cargo run -p apsis-rs --features sim --example integrate_sim

# 热点路径基准(release 下运行)
cargo run --release -p apsis-rs --features full --example bench

# 规模扫描:输入规模递增,观察每单位工作量的增长趋势
cargo run --release -p apsis-rs --features full --example bench_scale

# 并行扫描:同一批工作量在 1/2/4/8/16 线程下的加速比与效率
cargo run --release -p apsis-rs --features full --example bench_parallel

生成的 API 文档会离线渲染数学公式。docs/vendor/mathjax 下内置了一份 MathJax,docs/mathjax.html 负责加载,crates/apsis-rs/build.rs 会把它复制到 文档根,故生成的页面无需任何网络访问。用 bash scripts/build-docs.sh --workspace --all-features --no-deps 构建;直接 cargo doc 也可以,脚本只是使复制可靠。行间公式写作 <div> 包裹的 $$ ... $$;外层 div 使 markdown 层不改写其中的 LaTeX。

许可

GPL-3.0-or-later,见 LICENSE。

docs/vendor/mathjax 下内置的 MathJax 为 Apache-2.0,见该目录内的 LICENSE。

文档

设计说明记录了单个 crate 的读者无法推断的跨 crate 决策: