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Validierung und NachweiseAuf GitHub bearbeitenQuelle: docs/PROVENANCE.md

Herkunft — jeder Parameter auf eine veröffentlichte Quelle zurückführbar

Die zentrale Ehrlichkeitsdisziplin von Kshana ist, dass jeder Sensorparameter, jedes physikalische Modell und jeder Validierungsdatensatz auf eine veröffentlichte Quelle zurückführbar ist — ein Datenblatt, ein begutachtetes Paper, ein Signal-in-Space-ICD (Interface Control Document) oder ein Standard. Dieses Dokument sammelt diese Herkunftsangaben in einer einzigen zitierbaren Referenztabelle.

Die Herkunft ist nicht nur Dokumentation: Jede Sensortabelle in einem Szenario (zum Beispiel [clock_quantum] und [clock_classical]) trägt einen String provenance (ModelSpec in src/types.rs; with_provenance in src/inertial/imu_errors.rs für das Fehlermodell der Inertialmesseinheit (IMU)), der in das Ergebnis-JSON einfließt (JavaScript Object Notation), als quantum.spec.provenance und classical.spec.provenance, sodass jeder Lauf seine eigenen Parameterbelege mitführt. Der Block units des Ergebnisses kennzeichnet außerdem jedes numerische Feld mit einer Herkunftsklasse (input, computed, closed-form, internal-consistency, …). Die Tabellen unten sind der zusammengeführte, menschenlesbare Index dieser Strings, plus die algorithmische Herkunft und die Validierungsherkunft aus den Quellkommentaren.

Der Reifegrad ist durchgehend ehrlich gekennzeichnet: flugqualifiziert (ist geflogen), Bodenlabor / Höhenforschungsrakete (demonstriert, nicht geflogen) oder Weltraumziel auf Bodenhardware (eine angestrebte Kennzahl für Hardware, die nicht geflogen ist — insbesondere jede Kennzahl einer optischen Strontium-Gitteruhr). Siehe VALIDATION.md für die Labels validated / modelled / not modeled je Kennzahl und QUANTUM-MODELS.md für die Diskussion des Reifegrads Bodenlabor gegenüber Flug.


1. Parameter von Uhren & Frequenzreferenzen#

Sensor Kennzahl Quelle Reifegrad
Microchip (Microsemi) SA.45s / SA65 CSAC (chipskalige Atomuhr) σ_y(1 s) = 3,0×10⁻¹⁰ Datenblatt des Herstellers flugqualifiziert (im Einsatz befindliches kommerzielles Teil)
Optische Strontium-Gitteruhr (Weltraumziel) σ_y(1 s) = 1×10⁻¹⁵ Origlia, Schiller, Bongs et al., arXiv:1503,08457 Weltraumziel auf Bodenhardware — keine optische Sr-Uhr ist geflogen
Optische Strontium-Gitteruhr (Laborrekord) σ_y(1 s) = 4,8×10⁻¹⁷ Oelker et al., Nature Photonics (2019) nur Bodenlabor
ACES/PHARAO (Atomic Clock Ensemble in Space / Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite; Vergleichsgröße auf der ISS (International Space Station)) Größenordnung 1×10⁻¹⁶ nach mehrtägiger Integration ESA (European Space Agency) ACES/PHARAO, seit April 2025 auf der ISS in Betrieb (veröffentlichte ESA-Ergebnisse zitieren) flugqualifiziert (Mikrowelle/Maser, nicht optisch)

Der vom Holdover-Modell verwendete Allan-Koeffizient des weißen Frequenzrauschens ist q_wf = σ_y(1 s)²; Flicker-Frequenzmodulation (Flicker-FM) und Alterung werden nur dort modelliert, wo ein flicker_floor ausdrücklich gesetzt ist (siehe VALIDATION.md), sonst werden sie nicht modelliert.

2. Parameter von Inertialsensoren#

Sensor Kennzahlen Quelle Reifegrad
Hybrides Quanten-Beschleunigungsmesser-Triple von Exail Bias-Stabilität 6×10⁻⁸ g = 5,88×10⁻⁷ m/s² (24 h); Rauschen 22 µg/√Hz = 2,16×10⁻⁴ (m/s²)/√Hz Templier et al., Science Advances (2022), arXiv:2209,13209 ground-lab
Quarz-Beschleunigungsmesser Honeywell QA-2000 in Navigationsqualität Bias-Stabilität ~160 µg = 1,57×10⁻³ m/s²; Rauschen ~20 µg/√Hz; Bias-Instabilität ~1 µg Hersteller / Groves AESS (Aerospace and Electronic Systems Society) Tutorial flight-qualified
IMU-Fehlermodell (Skalenfaktor, Fehlausrichtung, g-Empfindlichkeit, Quantisierung, Ratenrampe) fünf systematische Kategorien IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952-1997 §A.2; Groves 2013 §4,3, Tabelle 4,1 Modell
Strapdown-Mechanisierung (NED, Nord-Ost-Unten; Coning/Sculling) Quaternionen-Lage §2,2, §5,5; NED-Mechanisierung §5,4; Schwere §2,4 Groves, Principles of GNSS (global navigation satellite system), Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2. Aufl. Modell

3. Parameter der Zeit- & Frequenzübertragung#

Verbindung Kennzahl Quelle
Optisch im freien Raum, Zwei-Wege (zwischen Satelliten) Laboruntergrenze ~1 fs; 1 ps als im Orbit glaubwürdiges Ziel Giorgetta et al. (2013, Nature Photonics); Deschênes et al. (2016, Physical Review X)
TWSTFT (Zwei-Wege-Satelliten-Zeit- und Frequenzübertragung, Ku-Band) einzelne Sitzung ~0,5 ns BIPM (Internationales Büro für Maß und Gewicht) / PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, das deutsche nationale Metrologieinstitut) / NIST (National Institute of Standards and Technology)

4. Modelle für Bahn, Zeitsysteme & Bezugssysteme#

Modell Gleichung / Standard Referenz (Quellkommentar)
SGP4/SDP4-Propagation (SGP4: Simplified General Perturbations 4; SDP4: Simplified Deep-space Perturbations 4) das WGS-72-SGP4-Modell (WGS: World Geodetic System) Vallado et al., "Revisiting Spacetrack Report #3", AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) 2006-6753 (2006)
Schaltsekunden / Zeitsysteme (UTC/TAI/TT/UT1 (UTC: Koordinierte Weltzeit; TAI: Internationale Atomzeit; TT: Terrestrische Zeit; UT1: Weltzeit 1, Erdrotationszeit)) Regime ganzzahliger Schaltsekunden ab 1972-01-01 IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) Conventions (2010); Schaltsekunden-Historie aus IERS Bulletin C
Erdrotationswinkel θ(Tu) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448·Tu) IAU (International Astronomical Union) Resolution B1.8 von 2000
Position/Uhr des SV (space vehicle, also eines Satelliten) aus der Broadcast-Ephemeride Nutzeralgorithmus, relativistisch F·e·√A·sin Eₖ, TGD IS-GPS-200 (IS: Interface Specification; GPS: Global Positioning System) §20.3.3.4.3.1 / §20.3.3.3.3.1
Ephemeridenkonstanten von Galileo / QZSS (Quasi-Zenith Satellite System Japans) / BeiDou (μ, Ω̇ₑ, C̄₂₀) SIS-ICDs je System (Interface Control Documents) Galileo OS (Open Service) SIS-ICD; BeiDou OS SIS-ICD (CGCS2000, das China Geodetic Coordinate System 2000); GLONASS-ICD (Global Navigation Satellite System Russlands) (PZ-90 (PZ: Parametry Zemli, das russische geodätische Datum))

5. GNSS-Modelle im Messungsbereich & für Resilienz#

Modell Gleichung / Standard Referenz
Einfrequenz-Ionosphäre nach Klobuchar Semicircle-Algorithmus IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5
Zenit-Troposphäre nach Saastamoinen hydrostatische + feuchte Zenitverzögerung Davis et al. (1985); Groves §9,4
Abbildungsfunktionen nach Niell hydrostatisch & feucht, Elevationsabbildung Niell (1996)
Anti-Jam-Link-Budget [1/(C/N₀) + (J/S)/(Q·Rc)]⁻¹ (C/N₀ das Träger-zu-Rauschleistungsdichte-Verhältnis, J/S das Störer-zu-Signal-Verhältnis, Q der spektrale Trennfaktor, Rc die Chiprate) → effektives C/N₀ → Verlust der Nachführung Kaplan & Hegarty, Understanding GPS/GNSS, 3. Aufl., §9,4
Spoof- / Energieerkennung Neyman–Pearson- / zweiseitiger χ²₁-Energietest; Φ⁻¹ über Acklam; erf über Abramowitz & Stegun 7.1.26 klassische Detektionstheorie
Stabilität der Allan-Familie (ADEV/MDEV/TDEV/HDEV (ADEV: Allan-Abweichung; MDEV: modifizierte Allan-Abweichung; TDEV: Zeitabweichung; HDEV: Hadamard-Abweichung)) mit Konfidenzintervallen NIST SP (Special Publication) 1065 (Riley); Kasdin, Proc. IEEE (1995)
RAIM (receiver autonomous integrity monitoring) / Integrität (HPL/VPL (HPL: horizontaler Schutzradius; VPL: vertikaler Schutzradius), ARAIM (advanced receiver autonomous integrity monitoring) Solution Separation) Snapshot & Solution Separation siehe INTEGRITY.md

6. Validierungsdatensätze#

Vendoring-Richtlinie. Wir committen eine wörtliche Kopie jedes Validierungsdatensatzes, dessen Lizenz die Weiterverbreitung erlaubt und dessen Größe bequem in git passt, sodass ein Klon die Validierung offline ohne Netzwerk und ohne Link-Verfall reproduzieren kann. Ein Datensatz ist abrufgebunden (von einem Helfer scripts/fetch_*.sh in das von git ignorierte realdata-cache/ heruntergeladen, wobei nur die kleinen abgeleiteten Referenzwerte committet werden) nur, wenn seine Lizenz die Weiterverbreitung nicht klar erlaubt oder wenn er für git zu groß ist. Jeder gebundene Datensatz nennt unten seinen konkreten Grund; nichts wird aus Bequemlichkeit gebunden.

Datensatz Verwendung Lizenz Status im Repository
AIAA-2006-6753-SGP4-Testvektoren (alle 666) Numerische Validierung von SGP4 — schlechtester Wert 4,12 mm Veröffentlichte Referenzvektoren (Vallado, AIAA) Eingebunden tests/fixtures/sgp4/
⁸⁸Sr-Uhr (optisch), ADEV σ_y(τ) (Norcia et al., Science 366:93, 2019) Validierung der Anpassung an die gemessene Stabilität optischer Uhren CC-BY-4.0 (Creative Commons Attribution 4,0; Zenodo 10.5281/zenodo.3382347) Eingebunden tests/fixtures/optical_clock_adev/
NASA/USGS (NASA: National Aeronautics and Space Administration; USGS: United States Geological Survey) SRTM-v3-(Shuttle Radar Topography Mission-)Höhenkachel N36W117 (Death Valley, auf 6 Bogensekunden dezimiert, 722 KB) Validierung des .hgt-Lesers für Gelände-DEM (DEM: digitales Höhenmodell) an realem Relief (Badwater Basin ≈ −86 m) Gemeinfrei (NASA/USGS SRTM v3; über AWS (Amazon Web Services) Open Data elevation-tiles-prod) Eingebunden tests/fixtures/terrain/N36W117_sub6.hgt
Beispiele aus dem CCSDS 502.0/503.0 Blue Book zu OEM/TDM (OEM: Orbit Ephemeris Message; TDM: Tracking Data Message) Validierung des CCSDS-Parsers per Round-Trip Veröffentlichte Standardbeispiele (CCSDS) Eingebunden tests/fixtures/ccsds/
Präzise IGS-Bahn (International GNSS Service) im Format SP3 (Standard Product 3, das Präzisionsbahn-Format) + RINEX-Navigationsbeispiele (Receiver Independent Exchange Format) Validierung von Bahnanpassung + Integrität Offene IGS-Daten (frei für jede Nutzung, Namensnennung) Eingebunden tests/fixtures/igs/
Celestrak-TLE-Snapshots (Zweizeilen-Elementesätze) (gps-ops, galileo) Szenarien mit realen Konstellationen Celestrak-Bedingungen (Namensnennung; TLEs (Zweizeilen-Elementesätze) mit Ursprung in der US-Regierung (US: United States)) Eingebunden tests/fixtures/celestrak/ + live scripts/fetch_tles.sh
Referenzausgaben von scipy / scikit-learn / filterpy Validierung numerischer Kerne + Schätzer Lokal erzeugt aus BSD/MIT-Bibliotheken (BSD: Berkeley Software Distribution licence) Eingebunden tests/fixtures/scipy/ (+ Generatorskripte)
Stable32-Referenzabweichungen (ADEV/HDEV-Stufenleitern je Dekade) Gleichstand der Allan-Schätzer Abgeleitete Zusammenfassungswerte (klein) Eingebunden tests/fixtures/cs5071a/, tests/fixtures/phasedat/
Roh-Phasenreihe einer 5071A-Caesium-Uhr (556.990 Punkte, 12 MB) überlappende ADEV/HDEV an einer realen Cs-Uhr Unklar — allantools steht unter LGPL-3.0 (der GNU Lesser General Public License, einer Softwarelizenz) ohne ausdrückliche Erlaubnis zur Weiterverbreitung von Daten; die Datei ist aus der PyPI-Distribution (Python Package Index) ausgeschlossen Fetch-gated scripts/fetch_cs5071a.sh; abgeleitete Stufenleitern committet
Roh-PHASE.DAT (Regressionsreihe mit 1000 Punkten) Reihe für den Gleichstand mit dem Stable32-Schätzer Unklar — mit dem kommerziellen Stable32 (Hamilton Technical Services) verteilt; NIST SP 1065 ist gemeinfrei, druckt die Werte aber nicht Fetch-gated scripts/fetch_phasedat.sh; abgeleitete Stufenleitern committet
JammerTest-2024-Aufzeichnung von GNSS-Jamming/Spoofing (1,4 GB) Kalibrierung von Resilienz-/Anomalieszenarien GPL-3.0-or-later (die GNU General Public License; Zenodo 10.5281/zenodo.15910563) — Weiterverbreitung erlaubt, aber die Größe überschreitet das Dateilimit von 100 MB bei GitHub und das GPL-Copyleft steht im Konflikt mit dem AGPL-Baum (Affero General Public License) Abrufgebunden; den DOI (digital object identifier) angeben

Der Lizenzstatus jedes abrufgebundenen Datensatzes wurde bei der ursprünglichen Autorität recherchiert; die beiden „unklaren“ Uhrendatensätze bleiben gebunden, bis eine ausdrückliche Erlaubnis zur Weiterverbreitung vorliegt (die Werte, die wir veröffentlichen dürfen, committen wir bereits), und der JammerTest-Satz ist trotz seiner offenen Lizenz aus Gründen von Größe/Copyleft gebunden.

7. Neuere Domänen — woher ihre Parameter stammen#

Die seit den obigen Tabellen hinzugekommenen Arten folgen derselben Regel. Jede Zeile nennt die Quelle und den Status der darauf aufbauenden Fähigkeit in der Verifikationsmatrix (VERIFICATION-MATRIX.md enthält die vollständige Zeile).

Bereich Parameter Quelle Status
Telecom-Zeitgebung (telecom-timing) Synchronisationsmasken Empfehlungen der ITU-T (Telecommunication Standardization Sector der International Telecommunication Union), jede Grenze mit ihrer Tabelle oder Klausel, aufgelistet in TELECOM-TIMING.md MODELLED (Transkription)
Telekom-Zeitgebung Oszillator-Presets ocxo, rubidium, caesium, csac vier Datenblätter von Microchip, Dokumentnummern in TELECOM-TIMING.md MODELLED
Telekom-Zeitgebung Schätzer für MTIE (maximaler Zeitintervallfehler) und TDEV (Zeitabweichung) allantools 2024,06 auf tests/fixtures/telecom_timing/ VALIDATED
Sonnensystem (solar-system, body-pnt) Planetenpositionen aus den Kepler-Elementen von Standish des JPL (Jet Propulsion Laboratory) geprüft gegen Zustandsvektoren von JPL Horizons DE441 (Development Ephemeris 441) in tests/fixtures/solar_system/ VALIDATED; Uranus, Neptun, Pluto und die Monde MODELLED
Sonnensystem Gravitationsparameter, Radien und Rotation jedes Körpers JPL-Horizons-Körperdatensätze und die Tabelle der physikalischen Parameter von Satelliten des JPL MODELLED (Transkription)
Konstellationsentwurf (constellation-design) nominelle Slots von GPS, Galileo und GLONASS Galileo Open Service Service Definition Document 1,1; GPS Standard Positioning Service Performance Standard, 5. Ausgabe VALIDATED
LEO-PNT (niedrige Erdumlaufbahn) (leo-signal, leo-pass, leo-pvt) benannte Systempresets die zitierten öffentlichen Zahlen, jedes Preset mit seiner Quelle MODELLED
LEO-Navigationsnachricht (leo-navmsg) Gewichte des Signal-in-Space-Entfernungsfehlers Montenbruck, Steigenberger und Hauschild (2018), Advances in Space Research VALIDATED
LEO-Navigationsnachricht Ephemeridenmodell mit 22 Parametern Liu et al. (2025), Remote Sensing 17(16):2894 MODELLED

Jedes Diagramm, das Kshana rendert — im Browser-Playground, im Export *.chart.svg der CLI (command-line interface) und im Diagramm im druckbaren Bericht *.report.html (HTML, HyperText Markup Language) —, wird unten rechts versehen mit:

Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev

Das scenario <hash> sind die ersten 12 Hex-Zeichen des Szenario-Hashs des Laufs: ein SHA-256 (SHA: Secure Hash Algorithm) über die kanonische Szenariodefinition (Seed, Schwellen, Modellparameter, GNSS-Fenster und so weiter). Es ist derselbe Fingerabdruck, der in der einzeiligen Zusammenfassung des Laufs und im Feld scenario_hash des Ergebnis-JSON erscheint. (Arten, deren Ergebnisdokument kein scenario_hash trägt, wie die Integritäts- und Mondberichte, greifen auf ein SHA-256 des Szenario-Quelltexts in TOML (Tom's Obvious, Minimal Language) zurück, sodass jedes Diagramm weiterhin einen stabilen Fingerabdruck hat.)

Weil der Hash deterministisch und eingabeempfindlich ist, identifiziert sich ein gespeichertes oder eingefügtes Diagrammbild selbst: Es hält die Engine-Version, das genaue Szenario, das es erzeugt hat (für die bitgenaue Reproduktion), und die Quelle fest — und jeder geänderte Parameter ergibt einen anderen Hash, sodass ein falsch beschriftetes Diagramm erkennbar ist.

Zitieren & Reproduzieren#

Jedes Ergebnis ist aus scenario + seed + engine version reproduzierbar. Zitieren Sie die Engine über CITATION.cff / den Zenodo-Konzept-DOI 10.5281/zenodo.20528627 und zitieren Sie die oben genannten Parameter-Quellen für die Kennzahlen, von denen ein gegebener Lauf abhängt — sie reisen in den Feldern provenance des Ergebnis-JSON mit, sodass ein veröffentlichtes Ergebnis sich selbst dokumentiert.

Wo eine Kennzahl ein Weltraumziel auf Bodenhardware ist (jede Zahl einer optischen Strontiumuhr) oder eine Demonstration im Bodenlabor (Kaltatom-Beschleunigungsmesser), sagen dieses Dokument und die Ergebnisherkunft das ausdrücklich. Kshana stellt Labor- oder Zielwerte nicht als geflogene Leistung dar.