Proveniens – hver parameter kan spores til en publisert kilde
Kshanas sentrale ærlighetsdisiplin er at hver sensorparameter, fysiske modell og hvert valideringsdatasett kan spores til en publisert kilde – et datablad, en fagfellevurdert artikkel, en ICD for signal i rommet (interface control document) eller en standard. Dette dokumentet samler disse proveniensstrengene i én enkelt siterbar referansetabell.
Proveniens er ikke bare dokumentasjon: hver sensortabell i et scenario (for eksempel [clock_quantum] og [clock_classical]) har en provenance-streng (ModelSpec i src/types.rs; with_provenance i src/inertial/imu_errors.rs for feilmodellen til treghetsmåleenheten (IMU)) som flyter videre inn i resultat-JSON-en (JavaScript Object Notation) som quantum.spec.provenance og classical.spec.provenance, slik at hver kjøring bærer sine egne parametersiteringer. Resultatets units-blokk merker også hvert numerisk felt med en proveniensklasse (input, computed, closed-form, internal-consistency, …). Tabellene nedenfor er den samlede, menneskelesbare indeksen over disse strengene, pluss proveniensen for algoritmer og validering fra kildekommentarene.
Modenhet er merket ærlig gjennomgående: flygekvalifisert (har fløyet), bakkelab / sonderakett (demonstrert, ikke fløyet) eller romfartsmål på bakkemaskinvare (et ambisiøst tall for maskinvare som ikke har fløyet – særlig hvert tall for optiske gitterklokker med strontium). Se VALIDATION.md for merkelappene validated / modelled / not modeled per tall og QUANTUM-MODELS.md for drøftingen av modenhet mellom bakkelab og flyging.
1. Parametere for klokker og frekvensreferanser#
| Sensor | Nøkkeltall | Kilde | Modenhet |
|---|---|---|---|
| Microchip (Microsemi) SA.45s / SA65 CSAC (chip-scale atomic clock) | σ_y(1 s) = 3,0×10⁻¹⁰ | Produsentens datablad | flygekvalifisert (kommersiell del i bruk) |
| Optisk gitterklokke med strontium (romfartsmål) | σ_y(1 s) = 1×10⁻¹⁵ | Origlia, Schiller, Bongs et al., arXiv:1503,08457 | romfartsmål på bakkemaskinvare – ingen optisk Sr-klokke har fløyet |
| Optisk gitterklokke med strontium (labrekord) | σ_y(1 s) = 4,8×10⁻¹⁷ | Oelker et al., Nature Photonics (2019) | bare bakkelab |
| ACES/PHARAO (Atomic Clock Ensemble in Space / Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite; referanse på ISS (International Space Station)) | i størrelsesorden 1×10⁻¹⁶ etter integrasjon over flere døgn | ESA (European Space Agency) ACES/PHARAO, i drift på ISS siden april 2025 (siter ESAs publiserte resultater) | flygekvalifisert (mikrobølge/maser, ikke optisk) |
Allans koeffisient for hvit frekvens som holdover-modellen bruker er q_wf = σ_y(1 s)²; flickerfrekvensmodulasjon (flicker FM) og aldring modelleres bare der et flicker_floor er satt eksplisitt (se VALIDATION.md), ellers er de ikke modellert.
2. Parametere for treghetssensorer#
| Sensor | Nøkkeltall | Kilde | Modenhet |
|---|---|---|---|
| Exails hybride kvanteakselerometer-triade | biasstabilitet 6×10⁻⁸ g = 5,88×10⁻⁷ m/s² (24 t); støy 22 µg/√Hz = 2,16×10⁻⁴ (m/s²)/√Hz | Templier et al., Science Advances (2022), arXiv:2209,13209 | ground-lab |
| Honeywell QA-2000, kvartsakselerometer av navigasjonsklasse | biasstabilitet ~160 µg = 1,57×10⁻³ m/s²; støy ~20 µg/√Hz; biasustabilitet ~1 µg | Produsent / Groves AESS (Aerospace and Electronic Systems Society) Tutorial | flight-qualified |
| IMU-feilmodell (skalafaktor, skjevstilling, g-følsomhet, kvantisering, ratterampe) | fem systematiske kategorier | IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952-1997 §A.2; Groves 2013 §4,3, Table 4,1 | modell |
| Strapdown-mekanisering (NED, nord–øst–ned; coning/sculling) | kvaternionbasert orientering §2,2, §5,5; NED-mekanisering §5,4; tyngde §2,4 | Groves, Principles of GNSS (global navigation satellite system), Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2. utg. | modell |
3. Parametere for overføring av tid og frekvens#
| Link | Nøkkeltall | Kilde |
|---|---|---|
| Optisk toveis i fritt rom (mellom satellitter) | labgulv ~1 fs; 1 ps som mål som er troverdig i bane | Giorgetta et al. (2013, Nature Photonics); Deschênes et al. (2016, Physical Review X) |
| TWSTFT (toveis satellittbasert overføring av tid og frekvens, Ku-bånd) | enkeltøkt ~0,5 ns | BIPM (Det internasjonale byrået for mål og vekt) / PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Tysklands nasjonale metrologiinstitutt) / NIST (National Institute of Standards and Technology) |
4. Modeller for bane, tidssystem og referansesystem#
| Modell | Ligning / standard | Referanse (kildekommentar) |
|---|---|---|
| Propagering med SGP4/SDP4 (SGP4: Simplified General Perturbations 4; SDP4: Simplified Deep-space Perturbations 4) | WGS-72-modellen (WGS: World Geodetic System) for SGP4 | Vallado et al., «Revisiting Spacetrack Report #3», AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) 2006-6753 (2006) |
| Skuddsekund / tidssystemer (UTC/TAI/TT/UT1 (UTC: koordinert universaltid; TAI: internasjonal atomtid; TT: terrestrisk tid; UT1: universaltid 1, tid basert på jordrotasjon)) | regime med hele skuddsekunder fra 1972-01-01 | IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) Conventions (2010); skuddsekundhistorikk fra IERS Bulletin C |
| Jordrotasjonsvinkel | θ(Tu) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448·Tu) |
IAU (International Astronomical Union) 2000 resolusjon B1.8 |
| Posisjon/klokke for SV (space vehicle, det vil si en satellitt) fra kringkastet efemeride | brukeralgoritme, relativistisk 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 |
| Efemeridekonstanter for Galileo / QZSS (Japans Quasi-Zenith Satellite System) / BeiDou (μ, Ω̇ₑ, C̄₂₀) | ICD-er (interface control documents) for signal i rommet per system | Galileo OS (Open Service) SIS ICD; BeiDou OS SIS ICD (CGCS2000, China Geodetic Coordinate System 2000); GLONASS (Russlands Global Navigation Satellite System) ICD (PZ-90 (PZ: Parametry Zemli, det russiske geodetiske datumet)) |
5. Modeller for GNSS i målingsdomenet og for robusthet#
| Modell | Ligning / standard | Referanse |
|---|---|---|
| Klobuchar enfrekvent ionosfære | semisirkel-algoritme | IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5 |
| Saastamoinen zenittroposfære | hydrostatisk + våt zenittforsinkelse | Davis et al. (1985); Groves §9,4 |
| Niell-mappingfunksjoner | hydrostatisk og våt, mapping etter elevasjon | Niell (1996) |
| Linkbudsjett for anti-jam | [1/(C/N₀) + (J/S)/(Q·Rc)]⁻¹ (C/N₀ forholdet mellom bærebølge og støytetthet, J/S forholdet mellom jamming og signal, Q spektralseparasjonsfaktoren, Rc chiprate) → effektiv C/N₀ → tap av lås |
Kaplan & Hegarty, Understanding GPS/GNSS, 3. utg., §9,4 |
| Spoofing- / energidetektering | Neyman–Pearson / tosidig χ²₁-energitest; Φ⁻¹ via Acklam; erf via Abramowitz & Stegun 7.1.26 | klassisk deteksjonsteori |
| Stabilitet i Allan-familien (ADEV/MDEV/TDEV/HDEV (ADEV: Allan-deviasjon; MDEV: modifisert Allan-deviasjon; TDEV: tidsdeviasjon; HDEV: Hadamard-deviasjon)) | med konfidensintervaller | NIST SP (Special Publication) 1065 (Riley); Kasdin, Proc. IEEE (1995) |
| RAIM (receiver autonomous integrity monitoring) / integritet (HPL/VPL (HPL: horisontalt beskyttelsesnivå; VPL: vertikalt beskyttelsesnivå), ARAIM (advanced receiver autonomous integrity monitoring) med løsningsseparasjon) | snapshot og løsningsseparasjon | se INTEGRITY.md |
6. Valideringsdatasett#
Retningslinje for vendoring. Vi committer en ordrett kopi av hvert valideringsdatasett der lisensen tillater videredistribusjon og størrelsen passer greit i git, slik at en klone kan gjenskape valideringen frakoblet, uten nettverk og uten råtne lenker. Et datasett er fetch-gated (lastet ned av en scripts/fetch_*.sh-hjelper til den git-ignorerte realdata-cache/, med bare de små avledede referanseverdiene committet) bare når lisensen ikke tydelig tillater videredistribusjon, eller når det er for stort for git. Hvert datasett som holdes bak fetch-gate oppgir sin konkrete grunn nedenfor; ingenting holdes bak av bekvemmelighet.
| Datasett | Bruk | Lisens | Status i depotet |
|---|---|---|---|
| AIAA 2006-6753 SGP4-testvektorer (alle 666) | Numerisk validering av SGP4 – verste 4,12 mm | Publiserte referansevektorer (Vallado, AIAA) | Vendoret tests/fixtures/sgp4/ |
| ⁸⁸Sr optisk klokke ADEV σ_y(τ) (Norcia et al., Science 366:93, 2019) | validering av tilpasning til målt stabilitet for optiske klokker | CC-BY-4.0 (Creative Commons Attribution 4,0; Zenodo 10.5281/zenodo.3382347) | Vendoret tests/fixtures/optical_clock_adev/ |
| NASA/USGS (NASA: National Aeronautics and Space Administration; USGS: United States Geological Survey) SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) v3 høydefliser N36W117 (Death Valley, desimert til 6 buesekunder, 722 KB) | validering av .hgt-leseren for terreng-DEM (DEM: digital høydemodell) på ekte relieff (Badwater Basin ≈ −86 m) |
Allemannseie (public domain) (NASA/USGS SRTM v3; via AWS (Amazon Web Services) Open Data elevation-tiles-prod) |
Vendoret tests/fixtures/terrain/N36W117_sub6.hgt |
| Eksempler på CCSDS 502.0/503.0 Blue Book OEM/TDM (OEM: Orbit Ephemeris Message; TDM: Tracking Data Message) | validering av rundtur for CCSDS-parseren | Publiserte standardeksempler (CCSDS) | Vendoret tests/fixtures/ccsds/ |
| IGS (International GNSS Service) SP3 (Standard Product 3, formatet for presise baner) presis bane + RINEX (Receiver Independent Exchange Format) navigasjonsprøver | validering av banetilpasning og integritet | Åpne data fra IGS (fri til enhver bruk, med kreditering) | Vendoret tests/fixtures/igs/ |
Øyeblikksbilder av Celestrak-TLE-er (two-line element set) (gps-ops, galileo) |
scenarioer med reelle konstellasjoner | Celestraks vilkår (kreditering; TLE-er (two-line element sets) med opprinnelse i den amerikanske staten (US: United States)) | Vendoret tests/fixtures/celestrak/ + levende scripts/fetch_tles.sh |
| referanseutdata fra scipy / scikit-learn / filterpy | validering av numeriske kjerner og estimatorer | Generert lokalt fra BSD/MIT-biblioteker (BSD: Berkeley Software Distribution-lisensen) | Vendoret tests/fixtures/scipy/ (+ generatorskript) |
| Referansedeviasjoner fra Stable32 (ADEV/HDEV-trapper per dekade) | paritet for Allan-estimatorer | Avledede sammendragsverdier (små) | Vendoret tests/fixtures/cs5071a/, tests/fixtures/phasedat/ |
| Rå fasetidsserie fra 5071A cesium (556 990 punkter, 12 MB) | overlappende ADEV/HDEV på en ekte Cs-klokke | Uklart – allantools er LGPL-3.0 (GNU Lesser General Public License, en programvarelisens) uten noen eksplisitt tillatelse til videredistribusjon av data; filen er utelatt fra PyPI-distribusjonen (Python Package Index) |
Fetch-gated scripts/fetch_cs5071a.sh; avledede trapper er committet |
| rå PHASE.DAT (regresjonsserie med 1000 punkter) | paritetsserie for Stable32-estimatorer | Uklart – distribuert med den kommersielle Stable32 (Hamilton Technical Services); NIST SP 1065 er allemannseie, men skriver ikke ut verdiene | Fetch-gated scripts/fetch_phasedat.sh; avledede trapper er committet |
| JammerTest 2024 opptak av GNSS-jamming/-spoofing (1,4 GB) | kalibrering av scenarioer for robusthet og anomalier | GPL-3.0-or-later (GNU General Public License; Zenodo 10.5281/zenodo.15910563) – videredistribusjon er tillatt, men størrelsen overskrider GitHubs filgrense på 100 MB, og GPL-copyleft strider mot AGPL-treet (Affero General Public License) | Fetch-gated; henvis til DOI-en (digital object identifier) |
Lisensstatusen til hvert datasett bak fetch-gate ble undersøkt mot den opprinnelige autoriteten; de to «uklare» klokkedatasettene forblir bak gate i påvente av en eksplisitt tillatelse til videredistribusjon (vi committer allerede verdiene vi har lisens til å publisere), og JammerTest-settet holdes bak gate på grunn av størrelse og copyleft, til tross for den åpne lisensen.
7. Nyere domener – hvor parametrene kommer fra#
Typene som er lagt til siden tabellene ovenfor følger den samme regelen. Hver rad oppgir kilden og statusen i verifikasjonsmatrisen for funksjonen som er bygget på den (VERIFICATION-MATRIX.md har hele raden).
| Område | Parametere | Kilde | Status |
|---|---|---|---|
Tidssynkronisering for telekom (telecom-timing) |
synkroniseringsmasker | ITU-T-anbefalinger (Telecommunication Standardization Sector i International Telecommunication Union), hver grense med sin tabell eller klausul, oppført i TELECOM-TIMING.md |
MODELLED (avskrift) |
| Teletidssynkronisering | forhåndsinnstillinger for oscillatorer ocxo, rubidium, caesium, csac |
fire datablad fra Microchip, dokumentnumre i TELECOM-TIMING.md |
MODELLED |
| Teletidssynkronisering | estimatorer for MTIE (maksimal tidsintervallfeil) og TDEV (tidsdeviasjon) | allantools 2024,06 på tests/fixtures/telecom_timing/ |
VALIDATED |
Solsystemet (solar-system, body-pnt) |
planetposisjoner fra JPLs (Jet Propulsion Laboratory) Keplerelementer fra Standish | kontrollert mot tilstandsvektorer fra JPL Horizons DE441 (Development Ephemeris 441) i tests/fixtures/solar_system/ |
VALIDATED; Uranus, Neptun, Pluto og månene MODELLED |
| Solsystemet | gravitasjonsparametere, radier og rotasjon for hvert legeme | JPL Horizons' legemeregistre og JPLs tabell over fysiske parametere for satellitter | MODELLED (avskrift) |
Utforming av konstellasjoner (constellation-design) |
nominelle slots for GPS, Galileo og GLONASS | Galileo Open Service Service Definition Document 1,1; GPS Standard Positioning Service Performance Standard, 5. utgave | VALIDATED |
PNT i LEO (lav jordbane) (leo-signal, leo-pass, leo-pvt) |
navngitte forhåndsinnstillinger for systemer | de siterte offentlige tallene, hver forhåndsinnstilling med sin kilde | MODELLED |
Navigasjonsmelding for LEO (leo-navmsg) |
vekter for avstandsfeil i signal i rommet | Montenbruck, Steigenberger og Hauschild (2018), Advances in Space Research | VALIDATED |
| LEO-navigasjonsmelding | efemeridemodell med 22 parametere | Liu et al. (2025), Remote Sensing 17(16):2894 | MODELLED |
Bunntekst med proveniens for diagram#
Hvert diagram Kshana tegner – i nettleser-playgrounden, i CLI-ens (kommandolinjegrensesnitt) *.chart.svg-eksport og i diagrammet i den utskrivbare *.report.html-rapporten (HTML, HyperText Markup Language) – stemples nederst til høyre med:
Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev
scenario <hash> er de første 12 heksadesimale tegnene i kjøringens scenario-hash: en SHA-256 (SHA: Secure Hash Algorithm) over den kanoniske scenariodefinisjonen (seed, terskler, modellparametere, GNSS-vinduer og så videre). Det er det samme fingeravtrykket som vises i enlinjesammendraget av kjøringen og i resultat-JSON-ens scenario_hash-felt. (Typer der resultatdokumentet ikke har noen scenario_hash, som integritets- og månerapportene, faller tilbake til en SHA-256 av scenariokildens TOML (Tom's Obvious, Minimal Language), slik at hvert diagram likevel har et stabilt fingeravtrykk.)
Fordi hashen er deterministisk og følsom for inndata, identifiserer et lagret eller limt inn diagrambilde seg selv: det registrerer motorversjonen, det nøyaktige scenarioet som produserte det (for bit-for-bit-gjenskaping) og kilden – og enhver endret parameter gir en annen hash, slik at et feilmerket diagram kan oppdages.
Hvordan du siterer og gjenskaper#
Hvert resultat kan gjenskapes fra scenario + seed + engine version. Siter motoren via CITATION.cff / Zenodos konsept-DOI 10.5281/zenodo.20528627, og siter kildene til parametrene ovenfor for tallene en gitt kjøring avhenger av – de følger med i resultat-JSON-ens provenance-felt, slik at et publisert resultat dokumenterer seg selv.
Der et tall er et romfartsmål på bakkemaskinvare (hvert tall for optiske strontiumklokker) eller en demonstrasjon i bakkelab (kaldatom-akselerometer), sier dette dokumentet og resultatets proveniens det eksplisitt. Kshana fremstiller ikke lab- eller måltall som ytelse i flyging.