Kus Kshana asub

Kshana on avatud, reprodutseeritav PNT (positsioneerimine, navigatsioon ja aeg) vastupidavuse tõendimootor. Kirjeldatakse stsenaarium — andurid või kellad, GNSS-i (ülemaailmse satelliitnavigatsioonisüsteemi) katkestus, segamis- või spuufimisrünnak, eelarve — ja mootor ütleb, kui hästi aeg ja asukoht vastu peavad, hinnatuna operatiivsete kvaliteedinäitajate (FoM) vastu. Iga nende arvude taga olev võimekus on masinkontrollitud maatriksis märgitud kui VALIDATED (kontrollitud sõltumatu välise sõltumatu etaloni vastu), MODELLED (sisemiselt kooskõlas, väliselt kontrollimata) või PARTNER (kuulub riistvarapartnerile). See leht ütleb, kus see juhib, milleks see on ja mis see ei ole.

Kus see juhib: ajastus ja holdover kriitilise taristu jaoks#

Mootori kõige paremini valideeritud osa on ajastus. Telekommunikatsioonivõrgud, elektrivõrgud ja finantskohad saavad oma aja GNSS-ist ning igaühel tuleb mõõta holdover: kui kaua kohalik kell saab GNSS-i kaotuse ajal vabalt töötada, enne kui selle ajaviga eelarvet rikub.

• Mis on VALIDATED. Sagedusstabiilsuse hindajad, millest holdoveri vastus on ehitatud — Alani hälve (ADEV), modifitseeritud Alani hälve (MDEV), ajahälve (TDEV), maksimaalne ajavahemiku viga (MTIE) ja laiendatud ulatusega Theo1 hindaja — on kontrollitud Stable32 etalonhälvete, sõltumatu allantools teegi ja päris mõõdetud tseesiumkella vastu. Holdoveri libisemise dispersiooni arvutus ja selle pöördamine holdoveri ajaks on kontrollitud SciPy vastu. Iga rida, selle test ja selle etalon on failis VERIFICATION-MATRIX.md.
• Mis jääb MODELLED. Kellaklassi kaupa müra põhjad (näiteks antud ostsillaatoriklassi pikaajaline põhi) määravad vastuse stabiilse kella jaoks ning need on esinduslikud arvud, mitte seadme mõõtmised. Arvu jaoks, mida kavatsetakse kaitsta, tuleb anda mõõdetud põhjad.
• Telekommunikatsiooni ühikud. Stsenaariumi liik telecom-timing esitab MTIE ja TDEV, kontrollib neid Rahvusvahelise Telekommunikatsiooni Liidu telekommunikatsiooni standardimissektori (ITU-T) maskide vastu — G.8272 primaarse etalonaja kella (PRTC) jaoks, G.8272.1 täiustatud PRTC (ePRTC) jaoks, G.8273.2 telekommunikatsiooni piirikella (T-BC) jaoks ja G.8271.1 võrgu piiride jaoks referentspunktis C — ning esitab, kui kaua holdover püsib iga ajavea eelarve sees. Vt TELECOM-TIMING.md.

Mis seda eristab#

Füüsika ja standardid ei ole erinevus: Simplified General Perturbations 4 (SGP4) levitamine, Alani hälve, tugisüsteemid ja täpsuse halvenemise tegur on teistes teekides saadaval, tasuta ja õiged ning Kshana kontrollib end mitme nende vastu. Erinevus on tõenduste distsipliin:

• Avatud. Mootor on GNU Affero General Public License (AGPL) all, nii et igaüks saab seda lugeda ja uuesti käivitada. Suletud integreerimiseks on olemas kommertslitsents.
• Reprodutseeritav. Tulemuse määrab scenario + seed + engine version bitthaaval ning käivituse saab jagada lingina brauseri mänguväljakule.
• Päritoluga märgistatud. Iga anduriparameeter on jälgitud avaldatud allikani (PROVENANCE.md) ja iga võimekus kannab oma taset VALIDATED / MODELLED / PARTNER. Pideva integratsiooni (CI) kaitse keeldub reast VALIDATED ilma sõltumatu välise etaloniga, nii et sisemist enesekontrolli ei saa esitada valideerimisena.

Me ei ole leidnud teist avatud tööriista, mis ühendaks need holdoveri, terviklikkuse, inertsiaalse libisemise ja kvantandurite üle, kuid otsing, mis midagi ei leia, ei ole tõend, et midagi pole olemas; me ei väida, et oleme ainsad.

Kvant: neutraalne kompromissimeetod, tulemused märgitud MODELLED#

Kshana võrdleb kvant- ja klassikalisi kellasid ning inertsiaalandureid samal stsenaariumil sama koodiga: iga seade on veamudel ja mootor ei tea, milline neist on „kvant“. Seda tuleb käsitleda kui neutraalset kvant-vs-klassikalist kompromissimeetodit, mille tulemused on märgitud MODELLED. Enamik sisendeid on avaldatud Alani/müra-eelarve koefitsiendid; külmaatom-interferomeetri kiirendusmõõturil on esimeste printsiipide kiht, mis tuletab selle müra koefitsiendi. Partneri mõõdetud Alani hälbe andmeid saab sisestada liigi quantum-trade kaudu, mis on tee konkreetse seadme arvude edutamiseks. Vt QUANTUM.md ja QUANTUM-MODELS.md.

Kuu, tsislunaarne ja kaugkosmos: hoitakse alles, mitte pealkirjaks#

Kuu / tsislunaarne komplekt (Kuu terviklikkuse seire, Maa–Kuu kolme keha tuum, Kuu ajaskaalad, teenindusmahu analüüs) ja kaugkosmose radiomeetrilise navigatsiooni mootor on hooldatavad võimekused. Enamik nende ridu on MODELLED ning Kuu navigatsiooni teenindavad juba spetsiaalsed tööriistad, seega pakutakse neid sama mootori võimekustena, igaühel oma tase, mitte juhtivana.

Ülejäänud mootor#

Sama mootor samade tasemetega katab ka:

• Madala Maa orbiidi (LEO) PNT otsast lõpuni. Signaalikujundus (leo-signal), läbilend ja riba kaupa sidelingi eelarve (leo-pass), edastatav navigatsioonisõnum (leo-navmsg), liidetud keskmise ja madala Maa orbiidi positsioneerimine (leo-pvt), täpse punktpositsioneerimise (PPP) koondumine LEO täiendusega (leo-ppp), positsioneerimine 5G mitte-maapealsest võrgust (ntn-positioning) ning leo-pnt-chain, mis annab iga etapi väljundi edasi järgmisele ühe süsteemi jaoks.
• Spekter. L-riba (ning ülikõrgsagedus- (UHF), S- ja C-riba) võimsusspektri tiheduse juga skriptitud segaja ajajoone all, riba kaupa segaja ja signaali suhtega ning efektiivse kandja ja müra tihedusega (spectrum), ja Signal Metadata Format (SigMF) salvestis sisse ja välja.
• Päikesesüsteem ja mis tahes keskkeha. Planeetide ja suuremate kuude asukohad ja füüsikalised konstandid (solar-system), positsioneerimine ümber mis tahes nende kehade (body-pnt) ning Walkeri ja avaldatud pesadega konstellatsiooni kavandamine koos katvuse ja täpsuse halvenemise teguri kaartidega ümber mis tahes nende (constellation-design).
• Kampaaniad. Olemasolevad liigid, mis on aheldatud ühele jagatud ajajoonele, pühitud, käivitatud algväärtusega Monte Carlo ansamblitena või käivitatud kõrvuti jagatud tingimuste all (campaign).
• Väljundid. Iga käivitus kirjutab tulemusdokumendi, diagrammi ja aruande HTML-is (HyperText Markup Language) ja JSON-is (JavaScript Object Notation); --animate kirjutab SVG (Scalable Vector Graphics), HTML või kaadrijadaga animatsiooni; --export kirjutab CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON või STK (Systems Tool Kit) efemeriidi neile liikidele, mis paigutavad asju Maale, ja SigMF faili spectrum jaoks.

Enamik neist ridadest on MODELLED; kontrollmaatriks nimetab vähesed, mis on VALIDATED (näiteks Rahvusvahelise Telekommunikatsiooni Liidu vihma ja tuikamise soovitused, Galileo edastatud efemeriidi algoritm, CRC-24Q (24-bitine tsükliline liiasuse kontroll) kaadrikontroll ja planeetide valguse käiguaja lahendaja).

Mis Kshana ei ole#

• See ei ole raadiosagedus- (RF) signaalisimulaator ega riistvara-ahelas-stend (HIL). Kshana ei juhi raadioriistvara ega edasta midagi. Enamik sellest töötab veamudelite ja sidelingi eelarvete tasemel, enne kui riistvara või laboriaega ostetakse. Signaalitasemel on see ainult tarkvara: GNSS IQ kiht (iq) kirjutab seaduslike GNSS-i signaalide baasribas faasisisese/kvadratuurse (IQ) valimifailid tarkvaravastuvõtjatele ja käivitab neil oma tarkvaravastuvõtja; liigi spectrum jaotis [iq] (alates 0.29.0) kirjutab oma analüütilise mudeli SigMF (Signal Metadata Format) hetktõmmise, mis sisaldab seadistatud segajaid (müra sarnased segajad ribade kaupa, toonid ja siristused lainekujudena); ning spoof_capture summeerib autentse ja spuufija koopiasignaali mälus, et testida silmuse haaramist, seda välja kirjutamata. Riistvaravastuvõtja testimine päris RF-stiimuli vastu on RF-simulaatori ülesanne.
• See ei asenda MATLAB/Simulinkit, STK-d ega Orekiti. See asub nende kõrval. See loeb ja kirjutab vahetusvorminguid, mida need kasutavad — CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) orbiidi efemeriidisõnumeid, SP3 (Standard Product 3) täppisorbiite, RINEX-it (Receiver Independent Exchange Format) —, kirjutab nende vaatajatele CZML-i, KML-i, GeoJSON-it ja STK efemeriidi ning selle numbriline jõumudel on ristkontrollitud Orekitiga, mitte ei pakuta selle asemel.
• See ei ole kandelaine faasiga GNSS-i töötlusmootor ega positsioneerimisteenus (vt allpool).
• See ei ole sertifitseerimisasutus. Silt VALIDATED tähendab, et võimekus vastab välisele sõltumatule etalonile; see ei ole ühegi toote ega operaatori sertifitseerimine.

Mis Kshana on ja ei ole GNSS-i töötlusmootori kõrval#

Kshana ei ole kandelaine faasiga GNSS-i töötlusmootor ja ükski stsenaariumi liik ei ole positsioneerimisteenus. Sellel on siiski jalg mõõtmisdomeenis, teegikoodina, millele tulemuslikkuse uuring toetub ja mis on kontrollitud sõltumatute etalonide vastu. Lühibaasjoonega reaalajas kinemaatiline (RTK) positsioneerimine LAMBDA (least-squares ambiguity decorrelation adjustment) täisarvufikseerimisega töötab päris kahesageduslikel RINEX-i vaatlustel, nagu ka staatiline ujuvkomaga täpse punktpositsioneerimise (PPP) filter IGS-i lõplike orbiitide ja kelladega, ning kell, mida see filter hindab, on ajalahend IGS-i lõpliku jaamakella vastu. Kõik kolm on kontrollimaatriksi VALIDATED rida, IGS-i jaamaandmete vastu, mille see seal nimetab, ning kõik töötavad staatilistel, lühikestel vaatlusakendel, mitte voogteenusena, kus oleks täisarvuliste mitmetähenduslikkuste lahendamine pikkadel baasjoontel, kandelaine silumine või kinemaatiline rover. Liik leo-ppp käivitab ujuvkomaga PPP filtri koodil ja kandelaine faasil, kuid mõõtmistel, mille see ise simuleerib, et uurida koondumisaega LEO täiendusega ja ilma; see ei töötle vaatlusfaili. Liik pvt (asukoht, kiirus ja aeg) lahendab vastuvõtja asukoha päris RINEX-i koodipseudovahemaadest pluss edastatud efemeriidist, valideeritud rahvusvahelise GNSS-i teenistuse (IGS) mõõdistatud koordinaadi vastu (jaam ABMF, 2018-05-13) täpsusega 5,7 m 3-D RMS (ruutkeskmine) / 1,1 m horisontaalselt. Kuid toode on tulemuslikkuse uuring, mitte positsioneerimisteenus, ja allolev raamistik on mõeldud säästma tulevast kasutajat valest tööriistast tulenevast pettumusest.

Täiendavad, mitte konkureerivad — RTKLIB ja gLAB#

RTKLIB ja gLAB on küpsed, laialt kasutatavad GNSS-i töötluskomplektid. Need võtavad päris mõõtmised ja annavad positsioneerimislahendi (SPP/PPP/RTK; gLAB on ka suurepärane õppevahend tugeva pärandiga Euroopa Kosmoseagentuuris (ESA) ja Euroopa geostatsionaarses navigatsioonilisandsüsteemis (EGNOS)). Kshana ei asenda neid ega püüa seda teha. Selle vaatlustee on kitsas: koodi ühepunktpositsioneerimine (pvt) ning kontrollitud teegikoodina lühibaasjoonega RTK LAMBDA täisarvufikseerimisega ja staatiline ujuvkomaga PPP filter päris kahesageduslikel vaatlustel, mõlemad VALIDATED IGS-i jaamaandmete vastu (PPP filter ka RTKLIB-i käivituse vastu samadel sisenditel). Sellel pole kandelaine silumist, kinemaatilist ega voogtöötlust ning pikkade baasjoonte täisarvuliste mitmetähenduslikkuste lahendamist ja pvt ei hinda troposfääri ega ionosfääri — see rakendab Saastamoineni/Nielli troposfäärimudeleid ja L1/L2 ionosfäärivaba kombinatsiooni, see ei lahenda neid olekutena.

Torujuhe on täiendav:

• RTKLIB / gLAB vastavad küsimusele „kus ma nende signaalide põhjal olen?“
• Kshana vastab küsimusele „kui kaua jääb mul hea vastus alles, kui need signaalid lakkavad — ja kui palju annab parem kell või inertsiaalandur, klassikaline või kvant?“

Loomulik töövoog kasutab töötlusmootorit GNSS-i olemasoleva lõigu jaoks ja Kshanat holdoveri käitumise ja selle ümbritseva andurikompromissi ruumi uurimiseks. Kui on vaja kandelaine faasiga positsioneerimisteenust — kinemaatiline PPP või RTK, pikad baasjooned, võrgu täisarvuliste mitmetähenduslikkuste lahendamine —, tuleb kasutada RTKLIB-i või gLAB-i; kui on vaja reprodutseeritavaid, märgistatud tõendeid vastupidavuse ja holdoveri kohta, on see ülesanne, milleks Kshana on ehitatud.

Nullpaigaldusega brauseritase#

Enamik selle valdkonna simulatsioonitööriistu (RTKLIB, gLAB, General Mission Analysis Tool (GMAT), Orekit, STK) nõuab natiivset paigaldust või litsentsi ja õppimiskõverat enne esimest tulemust. Kshana kompileeritakse WebAssemblyks ja töötab täielikult brauseris — mänguväljak laadib töönäite stsenaariumi, käivitab päris mootori kliendipoolselt (midagi ei laadita üles) ja näitab tulemust sekunditega. Juhitud liugurid ja ühe klõpsuga stsenaariumid tähendavad, et esimene kasulik tulemus ei vaja TOML-i (Tom's Obvious Minimal Language, stsenaariumifaili vorming) ega tööriistaahelat.

See nullpaigaldusega tase on teadlik positsioon:

• Haare — ülevaataja, õpilane või hankespetsialist saab päris mootorit linkidest proovida, igal seadmel, ilma seadistuseta.
• Reprodutseeritavus — sama mootor, mis tarnitakse brauseris, on teek, mis tarnitakse crates.io-s, Python Package Indexis (PyPI) ja npm-is; tulemus on reprodutseeritav failist scenario + seed + engine version ja käivituse saab jagada URL-ina (veebiaadress).
• Ausus — mootori ise käivitamine avatult on tugevaim vastus väitele „usalda arve“: brauseritase on auditipind.

Brauseritase ei tee Kshanast töölaua töötluskomplekti asendajat — see teeb tulemuslikkuse kompromissiuuringu küsimuse ligipääsetavaks inimestele, kes ei paigaldaks seda kunagi.

Vt ka#

• CAPABILITY.md — rida-realt ulatuse kaart (lahendaja pvt täielik ulatus ja jäägid on reas GNSS / PNT töötlus).
• VALIDATION.md — mis on valideeritud, koos tõenditega.
• TELECOM-TIMING.md — telekommunikatsiooni ajastuse liik ja selle maskid.
• GLOSSARY.md — siin kasutatud terminite lihtsas keeles definitsioonid.
• web/README.md — brauseri mänguväljak.