Sõnastik

Kshanas kasutatud terminite lihtkeelsed määratlused. Iga kirje algab ühe reaga „lihtsalt öeldes“ ja lisab seejärel täpse tähenduse seal, kus see aitab. Lühendid, mida jaotises ei määratleta, on A-st Z-ni tabelis lõpu lähedal, Kõik muud lühendid, A-st Z-ni.

Navigatsioon ja ajastus#

PNT — positsioneerimine, navigatsioon ja aeg (Positioning, Navigation, and Timing). Teadmine, kus te olete, mis suunas liigute ja mis kell on — täpselt. Kaasaegne PNT tuleb enamasti satelliidisignaalidest (GNSS, ülemaailmsed satelliitnavigatsioonisüsteemid, mida määratletakse järgmisena); Kshana uurib, mis juhtub ajaga ja asukohaga, kui need signaalid kaovad.

GNSS — ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem (Global Navigation Satellite System). Satelliidikonstellatsioonid, mis annavad PNT-d: GPS (Global Positioning System, USA (Ameerika Ühendriigid)), Galileo (EL), GLONASS (Venemaa ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem), BeiDou (Hiina). Vastuvõtja, mis näeb ≥ 4 satelliiti, saab arvutada täieliku 3D asukoha ja aja fikseeringu.

GNSS-i katkestus / keelatud / halvenenud / segatud. Kui satelliidisignaalid pole kättesaadavad (blokeeritud, segatud või vaatlusalast väljas). Katkestuse ajal peab süsteem „libisema“ oma pardaandurite abil. Kshana kogu eesmärk on mõõta, kui hästi see libiseb.

Holdover. Lihtsalt öeldes: kui kaua kell suudab pärast GNSS-i kaotamist ise õiget aega hoida. Parem kell hoiab kauem, enne kui selle viga ületab lubatud piiri.

Dead-reckoning. Lihtsalt öeldes: oma asukoha hindamine mõõdetud liikumise liitmise teel, ilma välise etalonita. Vead kuhjuvad, seega triivib parem inertsiaalandur aeglasemalt.

Spetsifikatsioon / lävi. Maksimaalne viga, mis on lubatud, enne kui lahendus loetakse „spetsifikatsioonist väljas“ olevaks — nt „ajastus peab püsima 20 ns piires“ või „asukoht 100 m piires“.

Andurid, mida Kshana võrdleb#

Kell (aatomkell). Seade, mis hoiab aega, lugedes aatomi loomulikku võnkumist. Siin kaks näidet:

• CSAC — kiibimõõtmetega aatomkell (Chip-Scale Atomic Clock). Väike, kasutusel olev kommertskell („klassikaline“ etalon). Hea, kuid triivib pika katkestuse jooksul märgatavalt.
• Optiline võrekell (nt strontsium). Palju stabiilsem „kvant“kell; laborite tipptase, mida pole veel kosmoses lennutatud.

Kiirendusmõõtur. Mõõdab kiirendust (liikumise muutust). Kaks korda integreerituna annab see asukoha — seega kasvab iga viga kiiresti. Külmaatomi kiirendusmõõtur on kvantversioon palju parema pikaajalise stabiilsusega; navigatsioonitaseme on klassikaline.

Güroskoop. Mõõdab pöörlemist. Väike pöörlemisviga kallutab platvormi, mis laseb gravitatsiooni horisontaalsuunda lekkida ja rikub asukohahinnangu.

IMU — inertsiaalmõõteseade (Inertial Measurement Unit). Kiirendusmõõturi ja güroskoobi komplekt ise: kolm telge mõlemast, mis raporteerivad erijõudu ja nurkkiirust. See mõõdab liikumist; üksi ei tea see, kus see asub.

INS — inertsiaalnavigatsioonisüsteem (Inertial Navigation System). IMU pluss „mehhaniseerimine“, mis integreerib selle väljundi asendiks, kiiruseks ja asukohaks. INS on see, mis GNSS-i katkestuse ajal dead-reckoning-ut teeb, ja selle täpsuse määravad allpool loetletud IMU veaprotsessid.

Aja edastamine. Täpse ajasignaali saatmine kahe koha vahel (nt satelliidilt satelliidile). Optilised lingid on palju täpsemad kui RF (raadiosageduslikud) lingid.

Kuidas vigu modelleeritakse (kella müra)#

Kella viga koosneb standardsetest „mürateadetest“, millest igaühel on teada signatuur:

Valge FM (valge sagedusmodulatsioon). Lihtsalt öeldes: kiire, juhuslik värin kella kiiruses. Selle keskmistamine paraneb ajaga. Parameeter q_wf.

Juhusliku käimise FM. Lihtsalt öeldes: kella kiirus uitab aeglaselt. See domineerib pikki katkestusi. Parameeter q_rw.

Flicker FM (1/f müra). Lihtsalt öeldes: jäärapäine müratase, millest kell kunagi allapoole keskmistada ei saa. See on keskmistamisaegade üle tasane. Parameeter flicker_floor.

Vananemine / triiv. Aeglane, ennustatav kiiruse muutus aja jooksul; kuna see on ennustatav, eemaldab Kshana hindaja selle. Parameeter drift.

VRW — kiiruse juhuslik käimine (Velocity Random Walk). Kiirendusmõõturi vaste valgele mürale: juhuslikud tõuked kiirusele, mis kuhjuvad asukohaveaks. Parameeter q_va.

ARW — nurga juhuslik käimine (Angular Random Walk). Güroskoobi vaste: juhuslikud tõuked orientatsioonile. Parameeter q_arw.

Kuidas stabiilsust mõõdetakse#

Alani hälve (σ_y(τ)). Lihtsalt öeldes: standardne viis öelda, kui stabiilne kell on antud keskmistamisaja τ jooksul. Kella andmeleht esitab nt σ_y(1 s) = 3×10⁻¹⁰. Kshana valideerib oma kellamudelit, arvutades oma väljundi Alani hälbe ja kontrollides, et see ühtib avaldatud arvuga. (Viide: Riley, NIST SP 1065 — National Institute of Standards and Technology Special Publication 1065.)

PSD — võimsusspektri tihedus (Power Spectral Density). Kuidas müra võimsus on sageduste vahel jaotunud; ametlik viis valge / juhusliku käimise / flicker-müra täpsustamiseks.

Kvaliteedinäitajad (kuidas käivitust hinnatakse)#

Kuus operatiivset PNT kvaliteedinäitajat, mida Kshana raporteerib (vt README tabelit „Output“):

FoM — kvaliteedinäitaja (Figure of Merit). Üks arv, mis hindab käivituse ühte aspekti ja mida raporteeritakse koos ühiku ning sellega, kas see on valideeritud või modelleeritud. Allolevad kuus on Kshana operatiivsed FoM-id.

• Positsioneerimise / ajastuse toimivus — vea suurus, RMS-ina (ruutkeskmine, ruutkeskmine väärtus) ja 95. protsentiilina.
• Autonoomsus — holdover-i kestus (kui kaua see püsib spetsifikatsioonis ilma GNSS-ita).
• Vastupidavus — kui kiiresti viga kasvab pärast GNSS-i kaotust.
• Kättesaadavus — käivituse osa, mille jooksul on spetsifikatsioonis lahendus.
• Terviklikkus — kas te saate usaldada süsteemi enda hinnangut oma veale? Kshana raporteerib katkestuse valimite osa, mille tegelik viga jääb filtri kaitsepiiri sisse.
• Turvalisus — vastupidavus spuufimisele: kella stabiilsusel põhinev spuufimise tuvastatavuse skoor (alates v0.3.0), mõttekas ainult siis, kui spuufimisrünnaku stsenaarium on seadistatud. See ei ole lennunduse klassi terviklikkus: see ei arvuta horisontaalset ega vertikaalset kaitsetaset (HPL/VPL) ega käivita vastuvõtja autonoomset terviklikkuse seiret (RAIM), täiustatud ega muud. Need tulevad eraldi terviklikkuse ja ARAIM-i (täiustatud RAIM) stsenaariumi liikidest ning on määratletud allpool jaotises „Integrity & augmentation“. Ekspordikontrolliga.

Kvaliteedinäitajatega koos kasutatavad terminid:

Spuufimine. Lihtsalt öeldes: võlts satelliidisignaal, mis valetab asukoha või aja kohta. Spuufija söödab vastuvõtjale usutava, kuid vale vastuse, mis on hullem kui segamine, sest vastuvõtja ei pruugi seda märgata.

1-DOF — üks vabadusaste. Üks telg. Kshana stsenaariumipaketi asukohaviga on ühe-teljeline; täielik 3-D vastus vajab kolmeteljelist mudelit.

Monte Carlo ansambel. Sama stsenaariumi käivitamine mitu korda erinevate juhuslike algväärtustega (seed) ja tulemuste hajuvuse raporteerimine ühe käivituse asemel.

CI — usaldusvahemik (confidence interval). Vahemik, kuhu statistik eeldatavasti langeb kindlaksmääratud tõenäosusega (näiteks 95 %). README tabelites ja märkides tähendab „CI“ sagedamini pidevat integratsiooni (continuous integration) — automaatset ehitus- ja testikäivitust iga muudatuse korral; kontekst ütleb, kumb.

k-sigma piir. Piir, mis on seatud k standardhälbele filtri enda ebakindlusest; terviklikkuse kvaliteedinäitaja loeb, kui sageli jääb tegelik viga selle sisse.

CEP / 2DRMS — ringvea tõenäosusraadius / kahekordne ruutkeskmine kaugus (circular error probable / twice the distance root mean square). Kaks standardset viisi 2-D horisontaalse täpsuse väljendamiseks: CEP on raadius, mis sisaldab 50 % fikseeringutest; 2DRMS on kahekordne horisontaalse vea ruutkeskmine. Teek suudab mõlemat arvutada asukoha kovariatsioonist (src/fom.rs), kuid ükski stsenaariumi liik neid veel ei raporteeri.

Tulemuse lugemine: väljundi terminid#

Need on nimed, millega kohtute tulemusefailis või mänguväljaku kokkuvõttes, esmalt lihtsalt öeldes.

Holdover (holdover_s). Lihtsalt öeldes: mitu sekundit püsis süsteem pärast GNSS-i kaotust oma veapiiri sees. Kshana raporteerib lühima sellise libisemise kõigi käivituse katkestuste hulgas, mõõdetuna käivituse ajavõrgul, seega on see alumine piir ajasammu lahutusel. Holdover, mis võrdub katkestuse pikkusega, tähendab, et piiri ei ületatud kunagi.

p95 (timing_p95_ns). Lihtsalt öeldes: 95 % ajast oli ajastusviga selle suurune või väiksem. See on vea 95. protsentiil katkestuse jooksul. Väga väike väärtus võib lühikokkuvõttes kuvada kujul 0.0; tulemuse JSON (JavaScript Object Notation) fail sisaldab täistäpsusega arvu.

Terviklikkus (integrity). Lihtsalt öeldes: kui sageli oli süsteemi enda veahinnang aus. See on katkestuse valimite osa, mille tegelik viga jäi filtri k-sigma piiri sisse (määratletud allpool). Väärtus lähedal arvule 1 tähendab, et hindaja ei alahinnanud oma viga. See ei ole lennunduse kaitsetase; vt allpool „Integrity & augmentation“ ja INTEGRITY.md.

Turvaskoor (security). Lihtsalt öeldes: kui tõenäoline on, et spuufimisrünnak tabatakse. See on tõenäosus, et seadistatud rünnak tuvastatakse — üks miinus tuvastamata jäänud sündmuse tõenäosus P_md — tuletatud kella stabiilsusest. See tähendab midagi ainult siis, kui stsenaarium seadistab spuufimisrünnaku. Kui rünnakut pole seadistatud, prindib üherealine kokkuvõte security n/a (no attack) ja tulemus märgib näitaja plokis figure_tiers väärtusega applicable: false; väärtus jääb dokumenti ja tähendab „ei kohaldu“, mitte „null turvalisus“.

PDOP — asukoha täpsuse halvenemise tegur (position dilution of precision; võtmed nagu pdop_min). Lihtsalt öeldes: kui palju satelliidigeomeetria võimendab kaugusmõõtmise viga asukohaveaks. Asukohaviga on ligikaudu PDOP korrutatud kaugusmõõtmise veaga, seega väiksem on parem. Vt DOP jaotises „Estimation & geometry“.

sigma_y (σ_y(τ), Alani hälve). Lihtsalt öeldes: kui palju kella kiirus kõigub, kui seda keskmistada aja τ jooksul. Andmelehe rida nagu sigma_y(1 s) = 3e-10 tähendab, et kiirus, keskmistatuna ühe sekundi jooksul, varieerub umbes 3 osa võrra 10¹⁰-st. Väiksem on stabiilsem kell. Vt ülal „Kuidas stabiilsust mõõdetakse“.

q_wf — valge sagedusmüra intensiivsus. Lihtsalt öeldes: kiire, juhusliku värina tugevus kella kiiruses. See on valge sagedusmüra koefitsient valemis σ_y²(τ) = q_wf / τ, seega seab stsenaarium väärtuse q_wf = sigma_y(1 s)² andmelehe ühesekundilisest Alani hälbest. Selle kaaslased on q_rw (juhusliku käimise sagedusmüra) ja drift (vananemine); vt ülal „Kuidas vigu modelleeritakse“.

Telekommunikatsiooni ajastuse terminid#

Telekommunikatsioonivõrgud jaotavad aega pakettvõrkude kaudu (Precision Time Protocol) GNSS-iga toidetud etalonkellast ning Rahvusvahelise Telekommunikatsiooniliidu telekommunikatsiooni standardimissektor (ITU-T) seab piirid ajaveale, mida iga kell võib lisada. Need terminid esinevad stsenaariumi liigis telecom-timing; vt TELECOM-TIMING.md.

TE — ajaviga (time error). Lihtsalt öeldes: kui kaugel on kella aeg etalonajast ühel ajahetkel. Positiivne või negatiivne, tavaliselt nanosekundites.

max|TE| — maksimaalne absoluutne ajaviga. Lihtsalt öeldes: halvim mõõtmise jooksul nähtud ajaviga, märki ignoreerides. See on peamine piir, mille enamik maske seab.

cTE — konstantne ajaviga (constant time error). Lihtsalt öeldes: ajavea püsiv nihkeosa — keskmine viga, mis mõõtmise jooksul ei muutu.

dTE — dünaamiline ajaviga (dynamic time error). Lihtsalt öeldes: ajavea kõikuv osa — see, mis jääb alles pärast konstantse nihke eemaldamist. Seda hinnatakse MTIE ja TDEV abil.

MTIE — maksimaalne ajaintervalli viga (maximum time interval error). Lihtsalt öeldes: suurim ajavea kõikumine, mida on nähtud mis tahes antud pikkusega aknas. Iga akna pikkuse jaoks libistab see akent mööda kirjet ja võtab suurima tipust tipuni muutuse; mask annab iga akna pikkuse jaoks suurima lubatud väärtuse.

TDEV — ajahälve (time deviation). Lihtsalt öeldes: ajavea tüüpiline (ruutkeskmine) uitamine antud keskmistamisajal, pärast lühiajalise värina keskmistamist. See on Alani hälbe ajadomeeni sugulane ja nagu MTIE, kontrollitakse seda maski vastu.

PRTC — primaarne etalonaja kell (primary reference time clock). Telekommunikatsiooni ajastusahela tipus olev kell, mida tavaliselt juhib GNSS. Selle toimivuspiirid on ITU-T soovituses G.8272.

ePRTC — täiustatud primaarne etalonaja kell (enhanced primary reference time clock). PRTC rangema ajavea piiriga, mida toetab väga stabiilne kohalik aatomkell, nii et see suudab aega hoida läbi pika GNSS-i kaotuse. ITU-T soovitus G.8272.1.

T-BC — telekommunikatsiooni piirikell (telecom boundary clock). Võrgukell, mis võtab aja ülesvoolust vastu ja annab selle allavoolu edasi, lisades veidi oma ajaviga. ITU-T soovitus G.8273.2.

T-TSC — telekommunikatsiooni aja orjakell (telecom time slave clock). Ahela lõpus olev kell, mis võtab aja vastu ja annab selle seadmetele, mis seda vajavad (näiteks raadiobaasjaam). Hõlmab samuti ITU-T soovitus G.8273.2.

OCXO — ahjuga juhitav kvartsostsillaator (oven-controlled crystal oscillator). Kvartsostsillaator, mida hoitakse väikeses ahjus konstantsel temperatuuril, mis teeb selle palju stabiilsemaks kui tavaline kvartsostsillaator. Levinud holdover-kell võrguseadmetes; see vananeb (triivib) päevade jooksul märgatavalt.

CSAC — kiibimõõtmetega aatomkell (chip-scale atomic clock). Väga väike aatomkell (vt ülal „Andurid, mida Kshana võrdleb“). Stabiilsem pikkade holdover-ite korral kui OCXO, kõrgema hinna ja energiakuluga.

Tõendustasemed: VALIDATED, MODELLED, PARTNER#

Iga masinkontrollitud kontrollimaatriksi (VERIFICATION-MATRIX.md) võimekus kannab ühte kolmest tasemest.

VALIDATED. Lihtsalt öeldes: kontrollitud kellegi teise vastuse vastu. Võimekuse väljundit võrreldi sõltumatu välise sõltumatu etaloniga — tegelikud mõõdetud andmed, kellegi teise kirjutatud sõltumatu teek või avaldatud etalonväärtused — ja see nõustus kindlaksmääratud tolerantsi piires. Pideva integratsiooni kontroll lükkab tagasi VALIDATED rea, mis ei nimeta ühtegi välist sõltumatut etaloni.

MODELLED. Lihtsalt öeldes: ehitatud usaldusväärsest füüsikast ja kontrollitud sisemise kooskõla suhtes, kuid pole veel võrreldud välise vastusega. Näitajad on mõttekad võrdluseks ja kavandamise kompromissideks; need ei ole tõend, et tegelik seade toimiks nii. MODELLED-RATIONALE.md selgitab, miks iga selline rida on modelleeritud.

PARTNER. Lihtsalt öeldes: see osa kuulub riistvara- või tootekvaliteedi tagamise partnerile ja Kshana ei väida selle kohta midagi. Rida on olemas, et lünk oleks nähtav, mitte vaikiv.

Spektri ja häire terminid#

Need terminid esinevad stsenaariumi liigis spectrum; vt SPECTRUM.md.

• BPSK(n) — kahendfaasmanipulatsioon sagedusel n × 1,023 Mchip/s (binary phase-shift keying). GPS L1 jämeda/leidmise (C/A) ja L2 tsiviilsignaali (L2C) (n = 1) ning GPS L5 ja Galileo E5a (n = 10) ristkülikukujuline kiipmodulatsioon. Selle spekter on sinc², nullidega iga n × 1,023 MHz järel.
• BOC(m, n) — kahendnihkekandja (binary offset carrier). Hajutuskood sagedusel n × 1,023 Mchip/s, korrutatud ristlaine alamkandjaga sagedusel m × 1,023 MHz, mis jagab spektri kaheks hõlmikuks kandja mõlemal küljel.
• MBOC(6,1,1/11) — multipleksitud kahendnihkekandja (multiplexed binary offset carrier). Võimsusspektri tihedus 10/11 × BOC(1 1) + 1/11 × BOC(6 1), mille suhtes lepiti kokku Galileo E1 avatud teenuse ja GPS L1C jaoks; Galileo edastab selle liit-BOC-ina (CBOC).
• CW — pidevlaine (continuous wave). Moduleerimata kandja: üks toon.
• J/S — segaja ja signaali suhe (jammer-to-signal ratio). Vastuvõetud segaja võimsus vastuvõetud signaali võimsuse suhtes detsibellides.
• SSC — spektraalse eraldamise koefitsient (spectral separation coefficient). κ = ∫ G_s(f) G_j(f) df üle vastuvõtja ribas: kui suur osa ühikvõimsusega häirija spektrist langeb sinna, kuhu signaali oma. Efektiivne kandja ja müra tiheduse suhe on [1/(C/N₀) + (J/S)·κ]⁻¹.
• Müranäitaja. Kui palju vastuvõtja soojusmürale lisab, suhtena F detsibellides; süsteemi müratemperatuur on T_ant + 290 K × (F − 1).
• Juga (waterfall). Spektri aeg-sageduspilt: sagedus põikisuunas, aeg allapoole, värv võimsuse jaoks.
• Welchi hinnang. Võimsusspektri tihedus, mida hinnatakse akendatud kattuvate periodogrammide keskmistamisega (Welch 1967).
• SigMF — signaali metaandmete vorming (Signal Metadata Format). Avatud salvestusvorming: JSON-fail .sigmf-meta, mis kirjeldab valimite toorfaili .sigmf-data (siin kompleksne cf32_le, ci16_le või ci8).
• IQ — samafaasne ja kvadratuurne (in-phase and quadrature). Kompleksse baasribavalimi kaks komponenti.

LEO-PNT signaali terminid#

Need terminid esinevad stsenaariumi liigis leo-signal ja mitmeribalistes spectrum stsenaariumides; vt LEO-SIGNAL.md.

• LEO-PNT — madala Maa orbiidi positsioneerimine, navigatsioon ja aeg. Navigatsioonisignaalid, mida edastatakse mõnesajast kuni umbes 1200 km kõrguselt satelliitidelt: tugevamad ja kiiremini liikuvad kui GNSS keskmiselt Maa orbiidilt.
• RNSS, RDSS, MSS, EESS — raadionavigatsiooni satelliitteenus (Radio Navigation Satellite Service), raadiopositsioneerimise satelliitteenus (Radio Determination Satellite Service), mobiilne satelliitteenus (Mobile Satellite Service), Maa kaugseire satelliitteenus (Earth Exploration-Satellite Service). ITU (Rahvusvaheline Telekommunikatsiooniliit) teenuste jaotused, kuhu sagedusriba võib kuuluda.
• Pilootkomponent, andmekomponent ja omandamiskomponent. Ühe signaali osad: andmeteta pilootkomponent kaugusmõõtmiseks, andmekomponent, mis kannab navigatsioonisõnumit, ning lühike madala andmekiirusega omandamiskomponent, mida on lihtne leida.
• FDMA — sagedusjaotusega hulgipöördus (frequency-division multiple access). Komponendid või satelliidid, mis on eraldatud kandesageduse, mitte koodi alusel.
• Gabori (RMS) ribalaius. β = √(∫ f² G df / ∫ G df) üle vastuvõtja riba: signaali võimsuse hajuvus sageduses, mis määrab, kui täpselt see kaugust mõõta saab.
• DLL — viivituse lukustussilmus (delay lock loop). Koodi jälgimissilmus; selle varajase-hilise korrelaatori vahe ja müraribalaius määravad termilise müra kaugusmõõtmise värina.
• EFQPSK — täiustatud Feheri kvadratuurfaasmanipulatsioon (enhanced Feher quadrature phase-shift keying). Konstantse mähisega modulatsioon (Xona Pulsar); siin lähendatud ristkülikukujulise kiibi spektriga.
• OFDM — ortogonaalne sagedusjaotusega multipleksimine (orthogonal frequency-division multiplexing). Mitmekandjaline lainekuju (Starlinki allalink); siin joonistatud tasase ribana.
• TEC — elektronide koguhulk (total electron content). Elektrone ruutmeetri kohta mööda teekonda; 1 TECU = 10¹⁶ el/m². Esimese järgu ionosfääriviivitus on 40,3·TEC/f² meetrit.
• EIRP — ekvivalentne isotroopne kiirgusvõimsus (effective isotropic radiated power). Saatevõimsus korrutatud antenni võimendusega vastuvõtja suunas.

Integrity & augmentation#

Terviklikkus on usalduse küsimus: mitte „kui suur on minu viga?“, vaid „kas ma saan seda piirata ja kas mulle öeldakse, kui piir on ületatud?“ Need on selle lennunduse terminid.

RAIM — vastuvõtja autonoomne terviklikkuse seire (Receiver Autonomous Integrity Monitoring). Lihtsalt öeldes: vastuvõtja kontrollib satelliite üksteise vastu. Kui satelliite on rohkem kui neli, mida fikseering vajab, peaksid ülejäägid (jäägid) olema väikesed; suur jääk tähendab, et üks satelliit valetab, ning vastuvõtja saab seda öelda ilma maapealse abita. Realiseeritud failis src/raim.rs.

ARAIM — täiustatud vastuvõtja autonoomne terviklikkuse seire (Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring). RAIM-i kaasaegne kahesageduslik mitme konstellatsiooni vorm. Sellele antakse terviklikkuse tugisõnum, mis ütleb iga satelliidi eeldatava vea ja rikketõenäosuse, ning see tagastab kaitsetasemed, mitte läbimise/mittelabimise lipu. Täielik käsitlus, koos kõigi eeldustega, failis ARAIM_REFERENCE.md.

SISRE — signaali ruumis kaugusviga (Signal-in-Space Range Error). Lihtsalt öeldes: kui palju satelliidi edastatav orbiit ja kell muudavad tüüpilise kasutaja mõõdetud kaugust. Orbiidiviga jagatakse radiaal-, piki- ja ristsuunalisteks osadeks ning kaalutakse selle järgi, kui palju iga neist keskmisel vaatejoonel esile tuleb, seejärel kombineeritakse kellaveaga (Montenbruck et al. 2018). Madala Maa orbiidi satelliidi puhul kaaluvad piki- ja ristsuunalised osad palju rohkem kui GPS-i puhul, sest kasutajad näevad seda nadiirist kaugelt. Kasutab liik leo-navmsg.

RAC — radiaal-, piki- ja ristsuund (Radial, Along-track, Cross-track). Kolm suunda, millesse orbiidiviga lahutatakse: Maa keskpunktist väljapoole, lennusuunas ja orbiiditasandiga risti. Stsenaariumi liigi leo-navmsg mudel kepler-rac lisab igaühele parandusepolünoomi.

SVID — kosmoseaparaadi identifikaator (Space-Vehicle Identifier). Number, millega navigatsioonisõnum nimetab satelliiti, mis selle saatis.

IOD — andmeväljaanne (Issue of Data). Loendur, mis muutub alati, kui satelliidi navigatsioonisõnumi sisu muutub, nii et vastuvõtja suudab uut sõnumit kordusest eristada. (Mitte segi ajada orbiidil demonstreerimisega, mida samuti lühendatakse IOD, nagu ESA Celeste IOD-is.)

TOW — nädala aeg (Time of Week). Sekundid praeguse GNSS-i nädala algusest (pühapäev 00:00).

CRC-24Q — 24-bitine tsükliline koondkontroll (Qualcommi polünoom). Veatuvastuskontroll, mida kannavad RTCM 10403 ja Galileo sõnumid: sõnumibittide 24-bitine jääk, jagatuna polünoomiga 0x1864CFB. Vastuvõtja arvutab selle uuesti ja loobub sõnumist, mis ei ühti.

URE — kasutaja kaugusviga (User Range Error). Lihtsalt öeldes: kui palju satelliidi enda edastatav orbiit ja kell muudavad iga kauguse selleni valeks. Seda nimetatakse ka signaali ruumis veaks (SISE); see on satelliidi kohta käiv veaeelarve, mida ARAIM ja RAIM saavad (sigma_ure_m failis src/raim.rs).

MHSS — mitme hüpoteesi lahenduse eraldamine (Multiple Hypothesis Solution Separation). Meetod, mida ARAIM kasutab. Iga viisi kohta, kuidas konstellatsioon võib rikkis olla, moodustab see lahenduse, mis välistab kahtlusalused satelliidid, ning piirab, kui kaugel see alamlahendus võib olla kõigi nähtavate satelliitide lahendusest.

HPL / VPL — horisontaalne / vertikaalne kaitsetase (Horizontal / Vertical Protection Level). Lihtsalt öeldes: raadius, mille sees süsteem lubab tegeliku vea olevat kindlaksmääratud terviklikkusriskil. See on piir, mille algoritm arvutab, mitte mõõdetud viga. Käivitus on kättesaadav, kui kaitsetase jääb alla häirepiiri, mida operatsioon lubab (VAL, vertikaalne häirepiir; HAL, horisontaalne).

SBAS — satelliidipõhine täiendussüsteem (Satellite-Based Augmentation System). Maapealne võrk, mis jälgib GNSS-i, arvutab paranduste ja terviklikkuse piirid ning edastab need geostatsionaarsetelt satelliitidelt. WAAS — Wide Area Augmentation System on USA oma; EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) on Euroopa vaste. Kshana arvutab kaitsetasemed DO-229E kaalutud vähimruutude kujul (DO-229E on RTCA minimaalne tööstandard SBAS-i vastuvõtjatele; RTCA oli varem Radio Technical Commission for Aeronautics) (src/sbas.rs).

Estimation & geometry#

Hindaja. Algoritm, mis ennustab katkestuse ajal tegelikku asukohta/aega anduri mudeli põhjal. Kshanal on analüütiline holdover-i ennustaja ja Kalmani filter.

Kalmani filter. Lihtsalt öeldes: algoritm, mis jälgib suurust ja jälgib ka seda, kui ebakindel see on. Kshana kasutab selle ebakindluse piiri terviklikkuse arvutamiseks.

EKF — laiendatud Kalmani filter (Extended Kalman Filter). Kalmani filter mittelineaarse ülesande jaoks: see lineariseerib mudeli iga sammu juures praeguse hinnangu ümber. Standardvalik GNSS-i sidumiseks INS-iga.

unscented Kalmani filter (UKF). Sama töö ilma lineariseerimata: see suunab väikese hulga deterministlikult valitud valimipunkte läbi tegeliku mittelineaarse mudeli ja ehitab keskmise ning kovariatsiooni uuesti sellest, kuhu need jõuavad. Käitub paremini, kui mittelineaarsus on tugev, mistõttu orbiidi määramine seda kasutab.

DOP — täpsuse halvenemise tegur (Dilution Of Precision). Lihtsalt öeldes: kui palju satelliitide geomeetria võimendab kaugusmõõtmise viga asukoha- või ajaveaks. Asukohaviga ≈ PDOP × kaugusmõõtmise viga, seega madal arv on hea geomeetria. Pere: GDOP (geomeetriline — asukoht ja aeg koos), PDOP (asukoht), HDOP (horisontaalne), VDOP (vertikaalne), TDOP (aeg).

Walkeri konstellatsioon. Standardne viis kirjeldada satelliidikonstellatsiooni orbiiditasandite arvu ja satelliitide arvu kaudu tasandil (GPS on umbes 24/6 Walkeri kest).

Kõrgusnurga mask. Minimaalne nurk kohaliku horisondi kohal, mille puhul satelliiti peetakse kasutatavaks; liiga madalad signaalid välistatakse.

Varjutus (occultation). Kui Maa blokeerib füüsiliselt vaatejoone satelliidini.

Silmapiirijoon (skyline mask). Lihtsalt öeldes: hoonete, kraanade või künkate piirjoon taeva taustal, kõrgusnurgana iga asimuudi kohta. Satelliiti loetakse nähtavaks ainult üle max(elevation mask, skyline) selle asimuudil ning satelliiti, mis on maski kohal, kuid silmapiirijoone taga, nimetatakse „silmapiirijoone poolt varjatuks“. Kshana ehitab selle tabelist, tänavakanjonist, sektoritest ja maastikust (nende punktiviisiline maksimum) või REPRESENTATIVE eelseadistusest; ainult vaatejoon, ilma peegelduse või difraktsioonita (SKYLINE.md).

Taevageomeetria. Millised satelliidid koht silmapiirijoone all näeb ja mida see lahendusele teeb: DOP-tegurid, vähimruutude fikseeringu ida-põhja-üles kovariatsioon ja selle veaellips, horisontaalne piirkond, mis sisaldab fikseeringute kindlaksmääratud osa (vaikimisi 95 %) sõltumatute, võrdsete Gaussi kaugusvigade korral. MODELLED geomeetria kindlaksmääratud veamudeli all, mitte vastuvõtja tegelik viga (SKYLINE.md).

CTI — komponeeritud ajastuse terminviklikkus (Composed Timing Integrity). Kaitsetasemed ajale, mitte asukohale, arvutatud üleminekul erinevate ajaallikate vahel — näiteks satelliidiga kontrollitud (RAIM-kättesaadavalt) kellalt vabalt töötavale kellale holdover-is —, nii et piir jääb üleminekul kehtima (src/integrity/mod.rs).

TIB — ajastuse terviklikkuse etalonkatse (Timing Integrity Benchmark). Mõõdupuu teiste inimeste ajastusmonitoridele: see süstib valiku rikkeid ja kontrollib, kas monitori väidetav kaitsetase tegelikult piiras selle viga. See ei esita oma täpsusväidet ja seetõttu ei saa seda üle hinnata (src/benchmark/mod.rs).

Orbiidid ja tsislunaarne ruum#

CR3BP — ringjooneline piiratud kolme keha probleem (Circular Restricted Three-Body Problem). Maa–Kuu süsteem, mida käsitletakse kahe kehana ringorbiitidel ühise massikeskme ümber, pluss kosmoseaparaat, mis on liiga kerge, et tagasi tõmmata. Kuu lähedal on kahe keha Kepleri ellips lihtsalt vale kujuga; CR3BP on odavaim dünaamika, mis on õige (src/cr3bp.rs).

NRHO — peaaegu sirgjooneline halo-orbiit (Near-Rectilinear Halo Orbit). Perioodiline CR3BP orbiit, mis kaldub lähedalt üle ühe Kuu poolusest ja kaugele üle teise, nii et otsa pealt on see peaaegu sirgjoon — seetõttu „peaaegu sirgjooneline“. See on Kuu Gateway jaoks valitud orbiit ja see hoiab peaaegu pideva vaatejoone Maale.

DRO — kauge retrograadne orbiit (Distant Retrograde Orbit). Teine CR3BP perekond: suur, stabiilne orbiit, mis tiirleb ümber Kuu tagurpidi, nagu seda pöörlevas tugisüsteemis nähakse.

EOP — Maa orientatsiooniparameetrid (Earth Orientation Parameters). Maa mõõdetud, veidi ebaregulaarne kõikumine ja pöörlemine (poolusenihe, UT1 (Universal Time 1, Maa pöörlemisaeg)−UTC — Maa pöörlemisaeg miinus koordineeritud maailmaaeg — ja päeva pikkus), mida on vaja Maaga seotud asukoha muutmiseks inertsiaalseks täpsusega, mis on parem kui meetrid. Neid avaldab IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service); Kshana loeb selle faili finals2000A lipu --eop kaudu.

Standardid, vormingud ja organisatsioonid#

Lühendid, mida README ja paketilehed kasutavad standardite, failivormingute, ajaskaalade, tugisüsteemide ja nende taga olevate organite jaoks. Igaüks on ka nendel lehtedel esimesel kasutamisel lahti kirjutatud.

Orbiidid, tugisüsteemid ja aeg

• SGP4 / SDP4 — Simplified General Perturbations 4 / Simplified Deep-space Perturbations 4. Standardsed analüütilised propagaatorid avaldatud satelliidiorbiitide jaoks.
• TLE — kaherealine elemendikomplekt (two-line element set). Avalik orbiidivorming, mida SGP4 loeb.
• LEO / MEO / GTO / IGSO — madal Maa orbiit / keskmine Maa orbiit / geostatsionaarne siirdeorbiit / kaldega geosünkroonne orbiit. Orbiidirežiimid; enamik GNSS-satelliite lendab MEO-l.
• LMO — madal Marsi orbiit.
• ECI / ECEF — Maa keskne inertsiaalne / Maa keskne, Maaga seotud (Earth-centred inertial / Earth-centred, Earth-fixed). Tugisüsteem, mis Maaga ei pöörle, ja üks, mis pöörleb.
• TEME — tõeline ekvaator, keskmine pööripäev (true equator, mean equinox). Tugisüsteem, milles SGP4 väljundi annab.
• GCRS / ITRS / ITRF — geotsentriline taevane tugisüsteem (Geocentric Celestial Reference System) / rahvusvaheline maapealne tugisüsteem (International Terrestrial Reference System) / selle realisatsioon, rahvusvaheline maapealne tugiraam (International Terrestrial Reference Frame). Kaasaegsed inertsiaalne ja Maaga seotud tugisüsteem.
• CIO — taevane vaheorigo (Celestial Intermediate Origin). Kaasaegse, pööripäevavaba Maa pöörlemisahela etalonpunkt.
• LVLH — kohalik vertikaal, kohalik horisontaal (local vertical, local horizontal). Tugisüsteem, mis liigub kosmoseaparaadiga kaasa.
• WGS-84 — World Geodetic System 1984. Maa ellipsoid, mida GPS kasutab.
• UTC / TAI / TT / UT1 / TDB — koordineeritud maailmaaeg / rahvusvaheline aatomaeg / maaaeg / maailmaaeg 1 (Maa pöörlemisega seotud aeg) / barütsentriline dünaamiline aeg.
• LTC / TCL — Kuu koordinaatide aeg (Temps-Coordonnée Lunaire). Kavandatud ajaskaala Kuule.
• OD — orbiidi määramine (orbit determination). Orbiidi taastamine jälgimismõõtmistest.
• CR3BP, NRHO ja DRO on määratletud ülal jaotises „Orbiidid ja tsislunaarne ruum“.

Failivormingud ja sõnumid

• SP3 — Standard Product 3. Rahvusvahelise GNSS-teenistuse (IGS) täpse orbiidi failivorming, versioonides c ja d.
• RINEX — vastuvõtjast sõltumatu vahetusvorming (Receiver Independent Exchange Format). Standardne failivorming GNSS-i vaatluste ja edastatud efemeriidide jaoks.
• IONEX — ionosfääri kaardi vahetusvorming (IONosphere map EXchange format).
• OEM / OMM / TDM — orbiidi efemeriidisõnum (Orbit Ephemeris Message) / orbiidi keskmiste elementide sõnum (Orbit Mean-elements Message) / jälgimisandmete sõnum (Tracking Data Message). Standardsed sõnumid orbiitide ja jälgimisandmete jaoks Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) poolt.
• TOML — Tom's Obvious, Minimal Language. Kshana stsenaariumide lihttekstivorming.
• KIF — Kshana Interchange Format. Kshana versioonitud, ise end kirjeldav tulemuste ümbris.

Standardid

• DO-229E / DO-316. RTCA minimaalsed tööstandardid SBAS-i vastuvõtjatele ja lennukipõhise täiendusega GPS-i pardaseadmetele.
• IS-GPS-200 / IS-GPS-705. GPS-i liidese spetsifikatsioonid (teine katab L5 signaali).
• NIST SP 1065. National Institute of Standards and Technology Handbook of Frequency Stability Analysis.
• TRL — tehnoloogilise küpsuse tase (technology readiness level). Riistvara küpsuse skaala 1-st 9-ni.

Organisatsioonid

• ESA / ESOC / ESTRACK — Euroopa Kosmoseagentuur, selle Euroopa Kosmoseoperatsioonide Keskus ja selle Euroopa kosmosejälgimisvõrk.
• NASA / JPL / NAIF / DSN — USA riiklik aeronautika- ja kosmoseamet, selle Jet Propulsion Laboratory, selle Navigation and Ancillary Information Facility (mis avaldab tööriistakomplekti SPICE — Spacecraft, Planet, Instrument, C-matrix, Events) ning selle Deep Space Network.
• IGS — rahvusvaheline GNSS-teenistus (International GNSS Service). IERS — International Earth Rotation and Reference Systems Service. IAU — Rahvusvaheline Astronoomia Liit (mille SOFA teek, Standards of Fundamental Astronomy, ja selle avatud port ERFA, Essential Routines for Fundamental Astronomy, on Kshana tugisüsteemide etalonid).
• CCSDS — Consultative Committee for Space Data Systems. AIAA — American Institute of Aeronautics and Astronautics. RTCA — varem Radio Technical Commission for Aeronautics.

Tarkvara ja tarneahel

• CLI — käsurea liides (command-line interface). MCP — Model Context Protocol, protokoll, mida Kshana agendiserver kõneleb. IDE — integreeritud arenduskeskkond (integrated development environment).
• SBOM — tarkvara komponentide loend (software bill of materials). SLSA — Supply-chain Levels for Software Artifacts, ehitusprovenantsi raamistik, mille all Kshana väljalasked on tõendatud.

Kõik muud lühendid, A-st Z-ni#

Iga hoidla dokumentatsioonis kasutatud lühend (docs/ ja neli README-d), mida ükski ülaltoodud jaotis ei määratle, pluss mõned, mida üks määratleb, korratud otsimiseks. Iga leht kirjutab oma lühendid ka esimesel kasutamisel lahti; see tabel on üks koht, kust neid kõiki üles otsida. Mõned kirjed on identifikaatorid või nimed, mitte lühendid, ja ütlevad seda.

Reprodutseeritavus ja litsentsimine#

Reprodutseeritav (deterministlik). Sama sisend annab alati bitthaaval identse väljundi — scenario + seed + version → identical result. Mingit varjatud juhuslikkust ei ole.

Algväärtus (seed). Arv, millega algväärtustatakse (deterministlik) juhuarvugeneraator, et käigud oleksid korratavad.

Avatud tuum. Ärimudel: mootor on vaba ja avatud lähtekoodiga (AGPL-3.0, allpool määratletud GNU Affero General Public License; kahe litsentsiga, ka kommertslitsents); jätkusuutlik äri on tugi, integreerimine, kommertslitsentsid ja suletud lisandmoodulid — mitte kasutajakohatasud avatud mootori eest.

AGPL-3.0. GNU Affero General Public License v3 — OSI (Open Source Initiative) poolt heaks kiidetud tugeva copyleft-põhimõttega avatud lähtekoodiga litsents. Nagu GPL (GNU General Public License), kuid lisaklausliga (§13), mis hõlmab tarkvara, mida pakutakse kasutajatele üle võrgu: üle võrgu kättesaadav muudetud versioon peab pakkuma neile kasutajatele oma vastavat lähtekoodi. Kshana avatud litsents.

Kahe litsentsiga levitamine. Sama koodi pakutakse kahe litsentsi alusel, et kasutajad saaksid valida: siin AGPL-3.0 (avatud, copyleft) või Ashforde OÜ (Eesti osaühing) kommertslitsents suletud kasutuseks, mida AGPL ei sobita. Vt LICENSING.md.

Kasutusel ka saidil kshana.dev

Veebisaidil kasutatavad lühendid, mida ülaltoodud hoidla sõnastikus ei ole.

GPS

Global Positioning System (ülemaailmne positsioneerimissüsteem)

C/N₀

kandja ja müratiheduse suhe, dB-Hz

L-band

1 kuni 2 GHz raadioriba, mida GNSS kasutab

C/A

GPS L1 jämedus- ja hankekood

AFS

täiendatud edastatav signaal (Kuu)

MEMS

mikroelektromehaanilised süsteemid

UAS

mehitamata õhusõidukisüsteem

PL · AL

kaitsetase · häirepiir

APV-I

lähenemine vertikaaljuhtimisega, tase I

LEO · GEO

madal Maa orbiit · geostatsionaarne orbiit

OEM · OMM · TDM

CCSDS-i orbiidi efemeriidi, orbiidi keskmiste elementide ja jälgimisandmete sõnumid

IGRF

Rahvusvaheline Geomagnetilise Tugivälja Mudel

DSN

Deep Space Network (süvakosmose võrk)

VLBI

väga pika baasjoonega interferomeetria

LLR

Kuu laserkaugusmõõtmine

TCXO · OCXO

temperatuurikompenseeritud · termostaadiga kvartsostsillaator

RAFS

rubiidiumi aatomsageduse etalon

PHM

passiivne vesinikmaser

USO · DSAC

ülistabiilne ostsillaator · süvakosmose aatomkell

MTIE · TDEV

maksimaalne ajavahemiku viga · ajahälve

PRTC · ePRTC

esmane etalonajakell · täiustatud PRTC

ADEV · σy(τ)

Alani hälve keskmistamisajal τ

ITU-T

Rahvusvaheline Telekommunikatsiooniliit, telekommunikatsiooni standardimise sektor

NIS · NEES

normaliseeritud innovatsiooni ruut · normaliseeritud hinnangu vea ruut

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers (elektri- ja elektroonikainseneride instituut)

WASM

WebAssembly

JSON · CSV · SVG

JavaScript Object Notation · komadega eraldatud väärtused · skaleeritav vektorgraafika

CLI · API · IDE

käsurealiides · rakendusliides · integreeritud arenduskeskkond

SBOM · SLSA

tarkvara koostisosade loend · Supply-chain Levels for Software Artifacts

NDA

konfidentsiaalsuslepe

DOI

Digital Object Identifier (digitaalse objekti identifikaator)

C/N₀ juga

diagramm kandja ja müratiheduse suhtest satelliidi kohta aja jooksul

HPL · VPL

horisontaalne · vertikaalne kaitsetase

LROC

Lunar Reconnaissance Orbiteri kaamera