Ordliste

Definitioner i almindeligt sprog af de begreber, der bruges i Kshana. Hver post starter med en linje »i almindelige vendinger« og tilføjer derefter den præcise betydning, hvor det hjælper. Forkortelser, der ikke er defineret i et afsnit, står i A-til-Å-tabellen nær slutningen, Alle andre forkortelser, A til Å.

Navigation og tidssynkronisering#

PNT: positionering, navigation og tidssynkronisering. At vide hvor du er, hvilken vej du bevæger dig, og hvad klokken er, præcist. Moderne PNT kommer for det meste fra satellitsignaler (GNSS, de globale satellitnavigationssystemer, der defineres næste gang); Kshana undersøger, hvad der sker med tid og position, når disse signaler går tabt.

GNSS: Global Navigation Satellite System. De satellitkonstellationer, der leverer PNT: GPS (Global Positioning System, USA (Amerikas Forenede Stater)), Galileo (EU), GLONASS (Ruslands Global Navigation Satellite System), BeiDou (Kina). En modtager, der kan se ≥ 4 satellitter, kan beregne en fuld 3D-position og tidsbestemmelse.

GNSS-udfald / nægtet / forringet / udsat for jamming. Når satellitsignalerne ikke er tilgængelige (blokeret, udsat for jamming eller udenfor sigte). Under et udfald må systemet »coaste« på sine egne sensorer om bord. Kshanas hele formål er at måle, hvor godt det coaster.

Holdover. I almindelige vendinger: hvor længe uret kan holde god tid på egen hånd, efter det har mistet GNSS. Et bedre ur holder længere, før dets fejl krydser den tilladte grænse.

Dødregning. I almindelige vendinger: at anslå, hvor du er, ved at lægge din målte bevægelse sammen, uden nogen ekstern reference. Fejl ophobes, så en bedre inertisensor driver langsommere.

Specifikation / tærskel. Den største fejl, du må have, før løsningen tæller som »udenfor specifikation«, for eksempel »tidssynkroniseringen skal holde sig inden for 20 ns« eller »positionen inden for 100 m«.

De sensorer, Kshana sammenligner#

Ur (atomur). En enhed, der holder tid ved at tælle et atoms naturlige svingning. To eksempler her:

• CSAC: chip-scale atomur. Et lille, udrullet, kommercielt ur (den »klassiske« reference). Godt, men driver mærkbart over et langt udfald.
• Optisk gitterur (f.eks. strontium). Et langt mere stabilt »kvante«-ur; det bedste i laboratorier, endnu ikke fløjet i rummet.

Accelerometer. Måler acceleration (ændring i bevægelse). Integreret to gange giver det position, så enhver fejl vokser hurtigt. Koldatom-accelerometer er kvanteversionen med langt bedre langtidsstabilitet; navigationsklasse er den klassiske.

Gyroskop. Måler rotation. En lille rotationsfejl vipper platformen, hvilket lader tyngdekraften sive ind i den horisontale retning og ødelægger positionsestimatet.

IMU: Inertial Measurement Unit. Selve pakken med accelerometre og gyroskoper: tre akser af hver, der rapporterer specifik kraft og vinkelhastighed. Den måler bevægelse; alene ved den ikke, hvor den er.

INS: Inertial Navigation System. En IMU plus den »mekanisering«, der integrerer dens output til attitude, hastighed og position. INS er det, der dødregner gennem et GNSS-udfald, og dets nøjagtighed sættes af de IMU-fejlprocesser, der er opført nedenfor.

Tidsoverførsel. At sende et præcist tidssignal mellem to steder (f.eks. satellit til satellit). Optiske links er langt mere præcise end RF-links (radiofrekvens).

Hvordan fejl modelleres (urstøj)#

Urfejl opbygges af standard-»støjtyper«, hver med en kendt signatur:

Hvid FM (hvid frekvensmodulation). I almindelige vendinger: hurtig, tilfældig jitter i urets rate. At midle den ned forbedres med tiden. Parameter q_wf.

Random-walk-FM. I almindelige vendinger: urets rate vandrer langsomt. Dette dominerer lange udfald. Parameter q_rw.

Flicker-FM (1/f-støj). I almindelige vendinger: et stædigt støjgulv, uret aldrig kan midle under. Det er fladt over midlingstider. Parameter flicker_floor.

Ældning / drift. En langsom, forudsigelig ændring i raten over tid; fordi den er forudsigelig, fjerner Kshanas estimator den. Parameter drift.

VRW: Velocity Random Walk. Accelerometerets modstykke til hvid støj: tilfældige stød til hastigheden, der bygger op til positionsfejl. Parameter q_va.

ARW: Angular Random Walk. Gyroskopets modstykke: tilfældige stød til orienteringen. Parameter q_arw.

Hvordan stabilitet måles#

Allan-deviation (σ_y(τ)). I almindelige vendinger: den gængse måde at angive, hvor stabilt et ur er over en given midlingstid τ. Et urdatablad angiver f.eks. σ_y(1 s) = 3×10⁻¹⁰. Kshana validerer sin urmodel ved at beregne Allan-deviationen af sit eget output og kontrollere, at den svarer til det offentliggjorte tal. (Reference: Riley, NIST SP 1065, National Institute of Standards and Technology Special Publication 1065.)

PSD: effektspektraltæthed. Hvordan en støjs effekt er fordelt over frekvenser; den formelle måde at angive hvid / random-walk / flicker-støj.

Kvalitetsmålene (hvordan en kørsel scores)#

De seks operationelle PNT-kvalitetsmål, Kshana rapporterer (se tabellen »Output« i README):

FoM: kvalitetsmål (Figure of Merit). Ét tal, der scorer ét aspekt af en kørsel, rapporteret med sin enhed og om det er valideret eller modelleret. De seks nedenfor er Kshanas operationelle FoM'er.

• Positionerings- / tidsydelse: fejlens størrelse, som RMS (root mean square, det kvadratiske gennemsnit) og som 95. percentil.
• Autonomi: holdover-varigheden (hvor længe den holder sig inden for specifikationen uden GNSS).
• Robusthed: hvor hurtigt fejlen vokser, når GNSS er tabt.
• Tilgængelighed: den andel af kørslen, der har en løsning inden for specifikationen.
• Integritet: kan du stole på systemets eget estimat af sin fejl? Kshana rapporterer den andel af udfaldsstikprøverne, hvis sande fejl holder sig inden for filterets beskyttende grænse.
• Sikkerhed: robusthed over for spoofing: en detekterbarhedsscore for spoofing baseret på urstabilitet (siden v0.3.0), kun meningsfuld, når et scenarie med spoofing-angreb er konfigureret. Det er ikke integritet i luftfartsklassen: den beregner intet horisontalt eller vertikalt beskyttelsesniveau (HPL/VPL) og kører ingen receiver autonomous integrity monitoring (RAIM), hverken almindelig eller avanceret. De kommer fra de separate scenarietyper for integritet og ARAIM (avanceret RAIM) og er defineret under »Integritet og augmentation« nedenfor. Eksportfølsomt.

Begreber, der bruges sammen med kvalitetsmålene:

Spoofing. I almindelige vendinger: et falsk satellitsignal, der lyver om position eller tid. En spoofer fodrer modtageren med et plausibelt, men forkert svar, hvilket er værre end jamming, fordi modtageren måske ikke opdager det.

1-DOF: én frihedsgrad. En enkelt akse. Positionsfejlen i Kshanas scenariepakker er enkeltakset; et fuldt 3D-svar kræver treaksemodellen.

Monte Carlo-ensemble. At køre det samme scenarie mange gange med forskellige tilfældige seeds og rapportere resultaternes spredning frem for én kørsel.

CI: konfidensinterval. Det område, en statistik forventes at falde i med en angiven sandsynlighed (for eksempel 95 %). I README's tabeller og badges betyder »CI« oftere kontinuerlig integration: den automatiserede bygge- og testkørsel ved hver ændring; konteksten afgør hvilken.

k-sigma-grænse. En grænse sat ved k standardafvigelser af filterets egen usikkerhed; kvalitetsmålet for integritet tæller, hvor ofte den sande fejl holder sig inden for den.

CEP / 2DRMS: circular error probable / to gange kvadratmiddelafstanden. To gængse måder at angive horisontal 2D-nøjagtighed: CEP er den radius, der rummer 50 % af positionsbestemmelserne; 2DRMS er det dobbelte af den horisontale kvadratmiddelfejl. Biblioteket kan beregne begge ud fra en positionskovarians (src/fom.rs), men ingen scenarietype rapporterer dem endnu.

At læse et resultat: begreberne i outputtet#

Dette er de navne, du møder i en resultatfil eller playgroundens oversigt, først i almindelige vendinger.

Holdover (holdover_s). I almindelige vendinger: hvor mange sekunder systemet blev inden for sin fejlgrænse, efter GNSS var tabt. Kshana rapporterer den korteste sådan coast på tværs af alle udfald i kørslen, målt på kørslens tidsgitter, så det er en nedre grænse ved tidstrinnets opløsning. En holdover lig med udfaldets længde betyder, at grænsen aldrig blev krydset.

p95 (timing_p95_ns). I almindelige vendinger: 95 % af tiden var tidsfejlen så lille eller mindre. Det er 95. percentil af fejlen over udfaldet. En meget lille værdi kan vises som 0.0 i en kort oversigt; resultatfilen i JSON (JavaScript Object Notation) rummer tallet i fuld præcision.

Integritet (integrity). I almindelige vendinger: hvor ofte systemets eget fejlestimat var ærligt. Det er den andel af udfaldsstikprøverne, hvis sande fejl holdt sig inden for filterets k-sigma-grænse (defineret nedenfor). En værdi tæt på 1 betyder, at estimatoren ikke undervurderede sin fejl. Det er ikke et beskyttelsesniveau i luftfartsklassen; se »Integritet og augmentation« nedenfor og INTEGRITY.md.

Sikkerhedsscore (security). I almindelige vendinger: hvor sandsynligt det er, at et spoofing-angreb opdages. Det er sandsynligheden for, at det konfigurerede angreb detekteres (én minus sandsynligheden for manglende detektion P_md), udledt af urets stabilitet. Det betyder kun noget, når scenariet konfigurerer et spoofing-angreb. Uden konfigureret angreb udskriver enlinjeoversigten security n/a (no attack), og resultatet mærker tallet applicable: false i sin blok figure_tiers; værdien bliver i dokumentet og betyder »ikke relevant«, ikke »nul sikkerhed«.

PDOP: positionens præcisionsfortynding (nøgler som pdop_min). I almindelige vendinger: hvor meget satellitgeometrien forstørrer afstandsfejl til positionsfejl. Positionsfejlen er groft sagt PDOP gange afstandsfejlen, så lavere er bedre. Se DOP under »Estimering og geometri«.

sigma_y (σ_y(τ), Allan-deviationen). I almindelige vendinger: hvor meget et urs rate svinger, når den midles over en tid τ. En databladslinje som sigma_y(1 s) = 3e-10 betyder, at raten, midlet over ét sekund, varierer med omkring 3 dele i 10¹⁰. Mindre er et mere stabilt ur. Se »Hvordan stabilitet måles« ovenfor.

q_wf: intensitet af hvid frekvensstøj. I almindelige vendinger: styrken af den hurtige, tilfældige jitter i et urs rate. Det er koefficienten i σ_y²(τ) = q_wf / τ for hvid frekvensstøj, så et scenarie sætter q_wf = sigma_y(1 s)² ud fra databladets Allan-deviation ved ét sekund. Dens følgesvende er q_rw (random-walk-frekvensstøj) og drift (ældning); se »Hvordan fejl modelleres« ovenfor.

Begreber for tidssynkronisering i telekommunikation#

Telekommunikationsnet fordeler tid over pakkenet (Precision Time Protocol) fra et GNSS-fodret referenceur, og International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) fastsætter grænser for den tidsfejl, hvert ur må tilføje. Disse begreber optræder i typen telecom-timing; se TELECOM-TIMING.md.

TE: tidsfejl. I almindelige vendinger: hvor langt et urs tid er fra referencetiden, på ét tidspunkt. Positiv eller negativ, normalt i nanosekunder.

max|TE|: maksimal absolut tidsfejl. I almindelige vendinger: den værste tidsfejl set over målingen, uden hensyn til fortegn. Det er den overordnede grænse, de fleste masker fastsætter.

cTE: konstant tidsfejl. I almindelige vendinger: den stabile forskydningsdel af tidsfejlen: den gennemsnitlige fejl, der ikke ændrer sig over målingen.

dTE: dynamisk tidsfejl. I almindelige vendinger: den svingende del af tidsfejlen: det, der er tilbage, når den konstante forskydning er fjernet. Den bedømmes med MTIE og TDEV.

MTIE: maksimal tidsintervalfejl. I almindelige vendinger: det største udsving i tidsfejl set inden for et vindue af en given længde. For hver vinduelængde glider den et vindue langs optagelsen og tager den største ændring fra top til top; en maske angiver den største tilladte værdi pr. vinduelængde.

TDEV: tidsdeviation. I almindelige vendinger: den typiske (kvadratmiddel-)vandring af tidsfejlen ved en given midlingstid, efter kortvarig jitter er midlet væk. Den er en tidsdomænefætter til Allan-deviationen og kontrolleres som MTIE mod en maske.

PRTC: primært referencetidsur. Uret øverst i en telekommunikationstidskæde, normalt styret af GNSS. Dets ydelsesgrænser står i ITU-T-anbefaling G.8272.

ePRTC: forbedret primært referencetidsur. Et PRTC med en strammere tidsfejlsgrænse, bakket op af et meget stabilt lokalt atomur, så det kan holde tiden gennem et langt GNSS-tab. ITU-T-anbefaling G.8272.1.

T-BC: telekommunikationens grænseur. Et netur, der modtager tid opstrøms og giver den videre nedstrøms og tilføjer en smule tidsfejl af sig selv. ITU-T-anbefaling G.8273.2.

T-TSC: telekommunikationens tidsslaveur. Uret for enden af kæden, som modtager tid og leverer den til det udstyr, der har brug for den (for eksempel en radiobasestation). Dækkes også af ITU-T-anbefaling G.8273.2.

OCXO: ovnstyret krystaloscillator. En kvartsoscillator holdt ved konstant temperatur i en lille ovn, hvilket gør den meget mere stabil end en almindelig kvartsoscillator. Et almindeligt holdover-ur i netudstyr; det ælder (driver) mærkbart over dage.

CSAC: chip-scale atomur. Et meget lille atomur (se »De sensorer, Kshana sammenligner« ovenfor). Mere stabilt over lange holdover-perioder end en OCXO, til højere pris og effekt.

Evidensniveauer: VALIDATED, MODELLED, PARTNER#

Hver funktion i den maskinkontrollerede verifikationsmatrix (VERIFICATION-MATRIX.md) bærer et af tre niveauer.

VALIDATED. I almindelige vendinger: kontrolleret mod en andens svar. Funktionens output blev sammenlignet med en uafhængig ekstern reference (rigtige måledata, et uafhængigt bibliotek skrevet af en anden eller offentliggjorte referenceværdier) og stemte overens inden for en angivet tolerance. En kontrol i kontinuerlig integration afviser en VALIDATED-række, der ikke nævner nogen ekstern reference.

MODELLED. I almindelige vendinger: bygget på sund fysik og kontrolleret for intern konsistens, men endnu ikke sammenlignet med et eksternt svar. Tallene er meningsfulde til sammenligning og designafvejninger; de er ikke evidens for, at en rigtig enhed vil yde sådan. MODELLED-RATIONALE.md forklarer, hvorfor hver sådan række er modelleret.

PARTNER. I almindelige vendinger: denne del tilhører en hardware- eller produktsikringspartner, og Kshana hævder intet om den. Rækken findes, så hullet er synligt i stedet for tavst.

Begreber for spektrum og interferens#

Disse begreber optræder i typen spectrum; se SPECTRUM.md.

• BPSK(n): binær faseskift-modulation ved n × 1,023 Mchip/s. Modulationen med rektangulære chips i GPS L1 coarse/acquisition (C/A) og L2 civil (L2C) (n = 1) samt GPS L5 og Galileo E5a (n = 10). Dens spektrum er en sinc² med nulpunkter for hver n × 1,023 MHz.
• BOC(m, n): binær offsetbærebølge. En spredningskode ved n × 1,023 Mchip/s ganget med en firkantbølge-underbærebølge ved m × 1,023 MHz, som deler spektret i to lober på hver side af bærebølgen.
• MBOC(6,1,1/11): multiplekset binær offsetbærebølge. Effektspektraltætheden 10/11 × BOC(1.1) + 1/11 × BOC(6.1), aftalt for Galileo E1 open service og GPS L1C; Galileo udsender den som sammensat BOC (CBOC).
• CW: kontinuert bølge. En umoduleret bærebølge: en enkelt tone.
• J/S: forhold mellem jammer og signal. Modtaget jammereffekt over modtaget signaleffekt, i decibel.
• SSC: spektral separationskoefficient. κ = ∫ G_s(f) G_j(f) df over modtagerbåndet: hvor meget af en interferers spektrum med enhedseffekt der lander, hvor signalets gør. Den effektive bærebølge-til-støj-densitet er [1/(C/N₀) + (J/S)·κ]⁻¹.
• Støjtal. Hvor meget en modtager tilfører den termiske støj, som et forhold F i decibel; systemets støjtemperatur er T_ant + 290 K × (F − 1).
• Vandfald. Et tid-frekvens-billede af et spektrum: frekvens på tværs, tid nedad, farve for effekt.
• Welch-estimat. En effektspektraltæthed estimeret ved at midle vinduede, overlappende periodogrammer (Welch 1967).
• SigMF: Signal Metadata Format. Et åbent optageformat: en JSON-fil .sigmf-meta, der beskriver en rå fil .sigmf-data med stikprøver (her komplekse cf32_le, ci16_le eller ci8).
• IQ: in-phase og kvadratur. De to komponenter i en kompleks basisbåndsstikprøve.

Begreber for LEO-PNT-signaler#

Disse begreber optræder i typen leo-signal og i scenarierne for flere bånd spectrum; se LEO-SIGNAL.md.

• LEO-PNT — positionering, navigation og tidssynkronisering fra lav jordbane. Navigationssignaler udsendt fra satellitter i en højde på nogle få hundrede til omkring 1200 km: kraftigere og hurtigere bevægelige end GNSS fra middelhøj jordbane.
• RNSS, RDSS, MSS, EESS — Radio Navigation Satellite Service, Radio Determination Satellite Service, Mobile Satellite Service, Earth Exploration-Satellite Service. ITU-tjenestetildelinger (ITU: Den Internationale Telekommunikationsunion), som et bånd kan høre under.
• Pilot-, data- og akkvisitionskomponenter. Delene af ét signal: en datafri pilot til afstandsmåling, en datakomponent, der bærer navigationsbeskeden, og en kort akkvisitionskomponent med lav datahastighed, som er let at finde.
• FDMA — frekvensdelt multipel adgang. Komponenter eller satellitter adskilt efter bærefrekvens frem for efter kode.
• Gabor-båndbredde (RMS). β = √(∫ f² G df / ∫ G df) over modtagerens bånd: spredningen af et signals effekt i frekvens, som afgør, hvor fint det kan måle afstand.
• DLL — delay lock loop. Kodesporingssløjfen; dens early-late-korrelatorafstand og støjbåndbredde fastlægger jitteren i afstandsmålingen fra termisk støj.
• EFQPSK — enhanced Feher quadrature phase-shift keying. En modulation med konstant envelope (Xona Pulsar); her approksimeret med et rektangulært chip-spektrum.
• OFDM — orthogonal frequency-division multiplexing. En flerbærebølge-signalform (Starlinks downlink); tegnet her som et fladt bånd.
• TEC — totalt elektronindhold. Elektroner pr. kvadratmeter langs signalvejen; 1 TECU = 10¹⁶ el/m². Den første ordens ionosfæreforsinkelse er 40,3·TEC/f² meter.
• EIRP — effektiv isotropisk udstrålet effekt. Sendeeffekt gange antennegevinst i retning mod modtageren.

Integritet og augmentation#

Integritet er tillidsspørgsmålet: ikke "hvor stor er min fejl?", men "kan jeg afgrænse den, og får jeg besked, når grænsen brydes?" Det er luftfartens begreber for det.

RAIM — Receiver Autonomous Integrity Monitoring. Kort sagt: modtageren kontrollerer satellitterne mod hinanden. Med flere satellitter end de fire, en positionsbestemmelse kræver, bør de overskydende målinger (residualerne) være små; et stort residual betyder, at én satellit afgiver forkerte data, og modtageren kan sige det uden hjælp fra jorden. Implementeret i src/raim.rs.

ARAIM — Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring. Den moderne form af RAIM med to frekvenser og flere konstellationer. Den får en integritetsstøttebesked, der angiver hver satellits antagne fejl og fejlsandsynlighed, og returnerer beskyttelsesniveauer frem for et bestået/ikke-bestået-flag. Fuld gennemgang med alle antagelser i ARAIM_REFERENCE.md.

SISRE — Signal-in-Space Range Error. Kort sagt: hvor langt ved siden af en satellits udsendte bane og ur får afstanden, som en typisk bruger måler. Banefejlen deles op i radiale, langsgående og tværgående dele og vægtes efter, hvor meget hver af dem slår igennem langs en gennemsnitlig sigtelinje, og kombineres derefter med urfejlen (Montenbruck et al. 2018). For en satellit i lav jordbane vejer de langsgående og tværgående dele langt tungere end for GPS, fordi brugere ser den langt fra nadir. Bruges af typen leo-navmsg.

RAC — Radial, Along-track, Cross-track. De tre retninger, en banefejl opløses i: udad fra Jordens centrum, langs flyveretningen og vinkelret på banens plan. Typen leo-navmsg har i modellen kepler-rac et korrektionspolynomium i hver af dem.

SVID — Space-Vehicle Identifier. Nummeret, som en navigationsbesked bruger til at angive den satellit, der har sendt den.

IOD — Issue of Data. En tæller, der skifter, hver gang indholdet af en satellits navigationsbesked ændres, så en modtager kan skelne en ny besked fra en gentagelse. (Skal ikke forveksles med en demonstration i kredsløb, der også forkortes IOD, som i ESA's Celeste IOD.)

TOW — Time of Week. Sekunder siden begyndelsen af den aktuelle GNSS-uge (søndag 00:00).

CRC-24Q — 24-bit cyklisk redundanskontrol (Qualcomm-polynomium). Den fejlopdagende kontrol, som RTCM 10403 og Galileo-beskeder bærer: en 24-bit rest af beskedens bit divideret med polynomiet 0x1864CFB. En modtager genberegner den og kasserer en besked, der ikke stemmer.

URE — User Range Error. Kort sagt: hvor forkert en satellits egen udsendte bane og ur gør hver afstand til den. Kaldes også signal-i-rummet-fejlen (SISE); det er det fejlbudget pr. satellit, som ARAIM og RAIM får (sigma_ure_m i src/raim.rs).

MHSS — Multiple Hypothesis Solution Separation. Den metode, ARAIM bruger. For hver måde, konstellationen kan være behæftet med fejl på, danner den en løsning, der udelukker de mistænkte satellitter, og afgrænser, hvor langt denne delløsning kan ligge fra løsningen med alle synlige satellitter.

HPL / VPL — Horizontal / Vertical Protection Level. Kort sagt: den radius, som systemet lover, at den sande fejl ligger inden for, ved en angivet integritetsrisiko. Det er en grænse, algoritmen beregner, ikke en målt fejl. En kørsel er tilgængelig, når beskyttelsesniveauet holder sig under den alarmgrænse, som operationen tillader (VAL, den lodrette alarmgrænse; HAL, den vandrette).

SBAS — Satellite-Based Augmentation System. Et jordnetværk, der overvåger GNSS, beregner korrektioner og integritetsgrænser og udsender dem fra geostationære satellitter. WAAS — Wide Area Augmentation System er det amerikanske; EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) er det europæiske modstykke. Kshana beregner beskyttelsesniveauer i DO-229E-formen med vægtede mindste kvadrater (DO-229E er RTCA's minimumsstandard for driftsydelse for SBAS-modtagere; RTCA hed tidligere Radio Technical Commission for Aeronautics) (src/sbas.rs).

Estimering og geometri#

Estimator. Algoritmen, der forudsiger den sande position eller tid under et udfald ud fra sensormodellen. Kshana har en analytisk holdover-prædiktor og et Kalman-filter.

Kalman-filter. Kort sagt: en algoritme, der følger en størrelse og også følger, hvor usikker den er. Kshana bruger sin usikkerhedsgrænse til at beregne integritet.

EKF — Extended Kalman Filter. Et Kalman-filter til et ikke-lineært problem: det linearicerer modellen omkring det aktuelle estimat i hvert trin. Standardvalget til at koble GNSS til et INS.

UKF — Unscented Kalman Filter. Samme opgave uden linearisering: det sender et lille sæt deterministisk valgte stikprøvepunkter gennem den sande ikke-lineære model og genopbygger middelværdi og kovarians ud fra, hvor de lander. Bedre opførsel, når ikke-lineariteten er kraftig, og derfor bruger banebestemmelsen det.

DOP — Dilution Of Precision. Kort sagt: hvor meget satellitternes geometri forstærker afstandsmålingsfejl til positions- eller tidsfejl. Positionsfejl ≈ PDOP × afstandsmålingsfejl, så et lavt tal er god geometri. Familien: GDOP (geometrisk — position og tid samlet), PDOP (position), HDOP (vandret), VDOP (lodret), TDOP (tid).

Walker-konstellation. En standardmåde at beskrive en satellitkonstellation på ud fra antallet af baneplaner og satellitter pr. plan (GPS er nogenlunde en 24/6 Walker-skal).

Elevationsmaske. Den mindste vinkel over den lokale horisont, hvor en satellit regnes for brugbar; signaler, der er for lave, udelukkes.

Okkultation. Når Jorden fysisk blokerer sigtelinjen til en satellit.

Horisontprofil (horisontmaske). Kort sagt: omridset af bygninger, kraner eller bakker mod himlen, som en elevation for hver azimut. En satellit tæller kun som synlig over max(elevation mask, skyline) i sin azimut, og en satellit over masken men bag horisontprofilen er "maskeret af horisontprofilen". Kshana bygger en ud fra en tabel, en gadekløft, sektorer og terræn (deres punktvise maksimum) eller en REPRESENTATIVE forudindstilling; kun sigtelinje, ingen refleksion eller diffraktion (SKYLINE.md).

Himmelgeometri. Hvilke satellitter et sted ser under en horisontprofil, og hvad det gør ved løsningen: DOP-faktorerne, øst-nord-op-kovariansen for mindste kvadraters positionsbestemmelse og dens fejlellipse, det vandrette område, der rummer den angivne andel af positionsbestemmelserne (95 % som standard) for uafhængige, ens gaussiske afstandsfejl. MODELLED geometri under en angivet fejlmodel, ikke en modtagers reelle fejl (SKYLINE.md).

CTI — Composed Timing Integrity. Beskyttelsesniveauer for tid frem for position, beregnet på tværs af en overgang mellem forskellige tidskilder — for eksempel fra et satellitkontrolleret (RAIM-tilgængeligt) ur til et frit løbende ur i holdover — så grænsen forbliver gyldig gennem overgangen (src/integrity/mod.rs).

TIB — Timing Integrity Benchmark. Et målestok for andres tidsovervågninger: den indsprøjter et udvalg af fejl og kontrollerer, om overvågningens angivne beskyttelsesniveau faktisk afgrænsede dens fejl. Den fremsætter ikke selv noget nøjagtighedskrav, så den kan ikke overdrive et (src/benchmark/mod.rs).

Baner og cislunart rum#

CR3BP — Circular Restricted Three-Body Problem. Jord–Måne-systemet behandlet som to legemer i cirkulære baner om deres fælles massemidtpunkt plus et rumfartøj, der er for let til at trække igen. Tæt på Månen er en Kepler-ellipse for to legemer simpelthen den forkerte form; CR3BP er den billigste dynamik, der er rigtig (src/cr3bp.rs).

NRHO — Near-Rectilinear Halo Orbit. En periodisk CR3BP-bane, der svinger tæt forbi den ene månepol og langt ud over den anden, så den set fra enden næsten er en ret linje — deraf "næsten retlinet". Det er den bane, der er valgt til månestationen Gateway, og den bevarer næsten uafbrudt sigtelinje til Jorden.

DRO — Distant Retrograde Orbit. En anden CR3BP-familie: en stor, stabil bane, der kredser om Månen baglæns set i det roterende system.

EOP — Earth Orientation Parameters. Jordens målte, let uregelmæssige vaklen og rotation (polbevægelse, UT1 (Universal Time 1, jordrotationstid)−UTC — jordrotationstid minus koordineret universaltid — og dagens længde), som er nødvendig for at omsætte en jordfast position til en inertial med bedre end meters nøjagtighed. IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) udgiver dem; Kshana læser dens fil finals2000A via --eop.

Standarder, formater og organisationer#

De forkortelser, som README og pakkesiderne bruger for standarder, filformater, tidsskalaer, referencesystemer og de organer, der står bag dem. Hver af dem er også skrevet ud ved første brug på de sider.

Baner, referencesystemer og tid

• SGP4 / SDP4 — Simplified General Perturbations 4 / Simplified Deep-space Perturbations 4. De analytiske standardpropagatorer for offentliggjorte satellitbaner.
• TLE — two-line element set. Det offentlige baneformat, SGP4 læser.
• LEO / MEO / GTO / IGSO — lav jordbane / middelhøj jordbane / geostationær transferbane / skrå geosynkron bane. Banetyper; de fleste GNSS-satellitter flyver i MEO.
• LMO — lav Mars-bane.
• ECI / ECEF — jordcentreret inertial / jordcentreret, jordfast. Et referencesystem, der ikke roterer med Jorden, og et, der gør.
• TEME — true equator, mean equinox. Det referencesystem, SGP4 giver sit resultat i.
• GCRS / ITRS / ITRF — Geocentric Celestial Reference System / International Terrestrial Reference System / dets realisering, International Terrestrial Reference Frame. De moderne inertiale og jordfaste referencesystemer.
• CIO — Celestial Intermediate Origin. Referencepunktet i den moderne jordrotationskæde uden jævndøgn.
• LVLH — local vertical, local horizontal. Et referencesystem, der bevæger sig med rumfartøjet.
• WGS-84 — World Geodetic System 1984. Den jordellipsoide, GPS bruger.
• UTC / TAI / TT / UT1 / TDB — koordineret universaltid / international atomtid / terrestrisk tid / universaltid 1 (jordrotationstid) / barycentrisk dynamisk tid.
• LTC / TCL — Lunar Coordinate Time (Temps-Coordonnée Lunaire). Den foreslåede tidsskala for Månen.
• OD — banebestemmelse. At bestemme en bane ud fra sporingsmålinger.
• CR3BP, NRHO og DRO er defineret under "Baner og cislunart rum" ovenfor.

Filformater og beskeder

• SP3 — Standard Product 3. Filformatet for præcise baner fra International GNSS Service (IGS), i versionerne c og d.
• RINEX — Receiver Independent Exchange Format. Standardfilformatet for GNSS-observationer og udsendte efemerider.
• IONEX — IONosphere map EXchange format.
• OEM / OMM / TDM — Orbit Ephemeris Message / Orbit Mean-elements Message / Tracking Data Message. Standardbeskeder for baner og sporingsdata fra Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS).
• TOML — Tom's Obvious, Minimal Language. Det almindelige tekstformat for Kshana-scenarier.
• KIF — Kshana Interchange Format. Kshanas versionerede, selvbeskrivende resultatkonvolut.

Standarder

• DO-229E / DO-316. RTCA's minimumsstandarder for driftsydelse for SBAS-modtagere og for GPS-udstyr i luftfartøjer med augmentation baseret på luftfartøjet.
• IS-GPS-200 / IS-GPS-705. GPS' interfacespecifikationer (den anden dækker L5-signalet).
• NIST SP 1065. National Institute of Standards and Technology's Handbook of Frequency Stability Analysis.
• TRL — technology readiness level. En skala fra 1 til 9 for hardwaremodenhed.

Organisationer

• ESA / ESOC / ESTRACK — Den Europæiske Rumorganisation, dens europæiske rumoperationscenter og dens europæiske sporingsnetværk.
• NASA / JPL / NAIF / DSN — den amerikanske rumfartsmyndighed National Aeronautics and Space Administration, dens Jet Propulsion Laboratory, dens Navigation and Ancillary Information Facility (som udgiver værktøjskassen SPICE — Spacecraft, Planet, Instrument, C-matrix, Events) og dens Deep Space Network.
• IGS — International GNSS Service. IERS — International Earth Rotation and Reference Systems Service. IAU — Den Internationale Astronomiske Union (hvis SOFA-bibliotek, Standards of Fundamental Astronomy, og dens åbne port ERFA, Essential Routines for Fundamental Astronomy, er Kshanas referencer for referencesystemer).
• CCSDS — Consultative Committee for Space Data Systems. AIAA — American Institute of Aeronautics and Astronautics. RTCA — tidligere Radio Technical Commission for Aeronautics.

Software og forsyningskæde

• CLI — kommandolinjegrænseflade. MCP — Model Context Protocol, den protokol, Kshanas agentserver taler. IDE — integreret udviklingsmiljø.
• SBOM — softwarestykliste. SLSA — Supply-chain Levels for Software Artifacts, det ramme for byggeprovenans, som Kshanas udgivelser attesteres under.

Alle andre forkortelser, A til Z#

Alle forkortelser brugt i repositoriets dokumentation (docs/ og de fire README-filer), som ingen af afsnittene ovenfor definerer, plus nogle få som et afsnit definerer, gentaget til opslag. Hver side skriver også sine forkortelser ud ved første brug; denne tabel er det ene sted, hvor man kan slå dem alle op. Nogle poster er identifikatorer eller navne frem for forkortelser og siger det.

Reproducerbarhed og licensering#

Reproducerbar (deterministisk). Det samme input giver altid bit-for-bit identisk output — scenario + seed + version → identical result. Ingen skjult tilfældighed.

Seed. Det tal, der initialiserer den (deterministiske) tilfældighedsgenerator, så kørsler kan gentages.

Open core. Forretningsmodellen: motoren er gratis og open source (AGPL-3.0, GNU Affero General Public License, defineret nedenfor; kommercielt dobbeltlicenseret); den bærende forretning er support, integration, kommercielle licenser og proprietære tilføjelser — ikke brugerbetaling for den åbne motor.

AGPL-3.0. GNU Affero General Public License v3 — en stærk copyleft-open source-licens, som står på Open Source Initiatives (OSI) liste over open source-licenser. Som GPL (GNU General Public License), men med en ekstra klausul (§13) om software, der tilbydes brugere over et netværk: en ændret version, som nås over et netværk, skal tilbyde disse brugere sin tilsvarende kildekode. Kshanas åbne licens.

Dobbeltlicensering. At tilbyde den samme kode under to licenser, så brugerne vælger: her AGPL-3.0 (åben, copyleft) eller en kommerciel licens fra Ashforde OÜ (et estisk anpartsselskab; OÜ = osaühing) til proprietær eller lukket brug, som AGPL ikke passer til. Se LICENSING.md.

Bruges også på kshana.dev

Forkortelser, som websitet bruger, og som ikke står i repositoriets ordliste ovenfor.

GPS

Global Positioning System

C/N₀

bærebølge-til-støj-tæthed, i dB-Hz

L-band

radiobåndet fra 1 til 2 GHz, som GNSS bruger

C/A

coarse/acquisition-koden på GPS L1

AFS

augmented forward signal (månen)

MEMS

mikroelektromekaniske systemer

UAS

ubemandet luftfartøjssystem

PL · AL

beskyttelsesniveau · alarmgrænse

APV-I

indflyvning med lodret vejledning, niveau I

LEO · GEO

lav jordbane · geostationær bane

OEM · OMM · TDM

CCSDS-beskeder med baneefemeride, middelelementer for baner og sporingsdata

IGRF

International Geomagnetic Reference Field

DSN

Deep Space Network

VLBI

interferometri med meget lang basislinje

LLR

laserafstandsmåling til Månen

TCXO · OCXO

temperaturkompenseret · ovnstyret krystaloscillator

RAFS

rubidium-atomfrekvensnormal

PHM

passiv brintmaser

USO · DSAC

ultrastabil oscillator · atomur til det dybe rum

MTIE · TDEV

maksimal tidsintervalfejl · tidsdeviation

PRTC · ePRTC

primært referencetidsur · forbedret PRTC

ADEV · σy(τ)

Allan-deviation ved middeltiden τ

ITU-T

Den Internationale Telekommunikationsunions standardiseringssektor for telekommunikation

NIS · NEES

normaliseret innovation i anden · normaliseret estimeringsfejl i anden

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

WASM

WebAssembly

JSON · CSV · SVG

JavaScript Object Notation · kommaseparerede værdier · Scalable Vector Graphics

CLI · API · IDE

kommandolinjegrænseflade · programmeringsgrænseflade · integreret udviklingsmiljø

SBOM · SLSA

softwarestykliste · Supply-chain Levels for Software Artifacts

NDA

fortrolighedsaftale

DOI

Digital Object Identifier

C/N₀-vandfald

et diagram over bærebølge-til-støj-tæthed pr. satellit over tid

HPL · VPL

vandret · lodret beskyttelsesniveau

LROC

Lunar Reconnaissance Orbiter Camera