Verklarende woordenlijst

Begrijpelijke definities van de termen die in Kshana worden gebruikt. Elk item begint met een eenregelige uitleg "in gewone woorden" en voegt daarna de exacte betekenis toe waar dat helpt. Afkortingen die niet in een sectie zijn gedefinieerd, staan in de A-tot-Z-tabel bijna aan het einde, Elke andere afkorting, van A tot Z.

Navigatie en tijdsynchronisatie#

PNT — Positioning, Navigation, and Timing (positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie). Precies weten waar u bent, welke kant u op gaat en hoe laat het is. Moderne PNT komt meestal van satellietsignalen (GNSS, de hierna gedefinieerde globale navigatiesatellietsystemen); Kshana onderzoekt wat er met tijd en positie gebeurt wanneer die signalen verloren gaan.

GNSS — Global Navigation Satellite System. De satellietconstellaties die PNT leveren: GPS (het Global Positioning System, VS (Verenigde Staten)), Galileo (EU), GLONASS (het Global Navigation Satellite System van Rusland), BeiDou (China). Een ontvanger die ≥ 4 satellieten kan zien, kan een volledige 3D-positie en tijd bepalen.

GNSS-uitval / geweigerd / gedegradeerd / gejamd. Wanneer de satellietsignalen niet beschikbaar zijn (geblokkeerd, gejamd of buiten zicht). Tijdens een uitval moet het systeem op zijn eigen sensoren aan boord "coasten". Het hele doel van Kshana is meten hoe goed dat coasten gaat.

Holdover. In gewone woorden: hoe lang de klok op eigen kracht de juiste tijd kan houden nadat ze GNSS kwijt is. Een betere klok houdt het langer vol voordat haar fout de toegestane grens overschrijdt.

Koppelnavigatie. In gewone woorden: schatten waar u bent door uw gemeten beweging op te tellen, zonder externe referentie. Fouten stapelen zich op, dus een betere inertiële sensor driftt langzamer.

Specificatie / drempel. De maximale fout die u mag hebben voordat de oplossing als "buiten specificatie" telt — bijvoorbeeld "de tijdsynchronisatie moet binnen 20 ns blijven" of "de positie binnen 100 m".

De sensoren die Kshana vergelijkt#

Klok (atoomklok). Een apparaat dat de tijd bijhoudt door de natuurlijke oscillatie van een atoom te tellen. Twee voorbeelden hier:

• CSAC — Chip-Scale Atomic Clock. Een kleine, ingezette, commerciële klok (de "klassieke" referentie). Goed, maar driftt merkbaar bij een lange uitval.
• Optische roosterklok (bijvoorbeeld strontium). Een veel stabielere "kwantum"klok; de stand van de techniek in laboratoria, nog niet in de ruimte gevlogen.

Versnellingsmeter. Meet versnelling (verandering van beweging). Twee keer geïntegreerd levert hij positie op — dus elke fout groeit snel. Koudeatoomversnellingsmeter is de kwantumversie met veel betere stabiliteit op lange termijn; navigatiekwaliteit is de klassieke.

Gyroscoop. Meet rotatie. Een kleine rotatiefout kantelt het platform, waardoor zwaartekracht in de horizontale richting lekt en de positieschatting wordt verstoord.

IMU — Inertial Measurement Unit. Het pakket van versnellingsmeter en gyroscoop zelf: van elk drie assen, die specifieke kracht en hoeksnelheid melden. Het meet beweging; op zichzelf weet het niet waar het is.

INS — Inertial Navigation System. Een IMU plus de "mechanisatie" die zijn uitvoer integreert tot oriëntatie, snelheid en positie. De INS is wat tijdens een GNSS-uitval aan koppelnavigatie doet, en zijn nauwkeurigheid wordt bepaald door de foutprocessen van de IMU die hieronder staan.

Tijdoverdracht. Een nauwkeurig tijdsignaal tussen twee plaatsen sturen (bijvoorbeeld van satelliet naar satelliet). Optische verbindingen zijn veel nauwkeuriger dan RF-verbindingen (radiofrequentie).

Hoe fouten worden gemodelleerd (klokruis)#

De klokfout wordt opgebouwd uit standaard "ruissoorten", elk met een bekende signatuur:

Witte FM (witte frequentiemodulatie). In gewone woorden: snelle, willekeurige jitter in de gang van de klok. Uitmiddelen verbetert het met de tijd. Parameter q_wf.

Random-walk-FM. In gewone woorden: de gang van de klok dwaalt langzaam weg. Dit domineert lange uitvallen. Parameter q_rw.

Flicker-FM (1/f-ruis). In gewone woorden: een hardnekkige ruisondergrens waar de klok nooit onder kan uitmiddelen. Ze is vlak over alle middelingstijden. Parameter flicker_floor.

Veroudering / drift. Een langzame, voorspelbare verandering van de gang in de tijd; omdat ze voorspelbaar is, verwijdert de schatter van Kshana haar. Parameter drift.

VRW — Velocity Random Walk. Het equivalent van witte ruis voor de versnellingsmeter: willekeurige stoten in de snelheid die zich opstapelen tot positiefout. Parameter q_va.

ARW — Angular Random Walk. Het equivalent voor de gyroscoop: willekeurige stoten in de oriëntatie. Parameter q_arw.

Hoe stabiliteit wordt gemeten#

Allan-deviatie (σ_y(τ)). In gewone woorden: de standaardmanier om te vermelden hoe stabiel een klok is over een gegeven middelingstijd τ. Een gegevensblad van een klok noemt bijvoorbeeld σ_y(1 s) = 3×10⁻¹⁰. Kshana toetst zijn klokmodel door de Allan-deviatie van zijn eigen uitvoer te berekenen en na te gaan of die overeenkomt met het gepubliceerde getal. (Referentie: Riley, NIST SP 1065 — National Institute of Standards and Technology Special Publication 1065.)

PSD — Power Spectral Density. Hoe het vermogen van ruis over frequenties is verdeeld; de formele manier om witte, random-walk- en flickerruis te specificeren.

De kwaliteitsmaten (hoe een run wordt gescoord)#

De zes operationele PNT-kwaliteitsmaten die Kshana meldt (zie de tabel "Output" in de README):

FoM — Figure of Merit. Eén getal dat één aspect van een run scoort, gemeld met zijn eenheid en met de vermelding of het is getoetst aan een externe referentie of berekend uit een model. De zes hieronder zijn de operationele FoM's van Kshana.

• Positie- / tijdsynchronisatieprestaties — de grootte van de fout, als RMS (root mean square, het kwadratisch gemiddelde) en als 95e percentiel.
• Autonomie — de holdoverduur (hoe lang het zonder GNSS binnen de specificatie blijft).
• Veerkracht — hoe snel de fout groeit zodra GNSS verloren is.
• Beschikbaarheid — het deel van de run met een oplossing binnen de specificatie.
• Integriteit — kunt u de eigen schatting van het systeem van zijn fout vertrouwen? Kshana meldt het deel van de samples tijdens de uitval waarvan de ware fout binnen de beschermende grens van het filter blijft.
• Beveiliging — robuustheid tegen spoofing: een score voor de detecteerbaarheid van spoofing op basis van klokstabiliteit (sinds v0.3.0), die alleen zinvol is wanneer een spoofingaanvalsscenario is geconfigureerd. Het is niet integriteit op luchtvaartniveau: het berekent geen horizontaal of verticaal beschermingsniveau (HPL/VPL) en draait geen receiver autonomous integrity monitoring (RAIM), geavanceerd of anderszins. Die komen uit de afzonderlijke scenariosoorten voor integriteit en ARAIM (advanced RAIM) en zijn gedefinieerd onder "Integriteit en augmentatie" hieronder. Exportgevoelig.

Termen die naast de kwaliteitsmaten worden gebruikt:

Spoofing. In gewone woorden: een vals satellietsignaal dat liegt over positie of tijd. Een spoofer voert de ontvanger een aannemelijk maar fout antwoord, wat erger is dan jamming omdat de ontvanger het misschien niet merkt.

1-DOF — één vrijheidsgraad. Eén enkele as. De positiefout in het scenariopakket van Kshana is eenassig; een volledig 3D-antwoord vraagt het model met drie assen.

Monte Carlo-ensemble. Hetzelfde scenario vele malen draaien met verschillende willekeurige seeds en de spreiding van de resultaten melden in plaats van één run.

CI — betrouwbaarheidsinterval. Het bereik waarin een statistiek naar verwachting valt met een vermelde waarschijnlijkheid (bijvoorbeeld 95 %). In de tabellen en badges van de README betekent "CI" vaker continuous integration — de geautomatiseerde build-en-testrun bij elke wijziging; de context zegt welke bedoeld is.

k-sigmagrens. Een grens op k standaarddeviaties van de eigen onzekerheid van het filter; de kwaliteitsmaat Integriteit telt hoe vaak de ware fout erbinnen blijft.

CEP / 2DRMS — circular error probable / tweemaal de wortel uit het gemiddelde kwadraat van de afstand. Twee standaardmanieren om 2D-horizontale nauwkeurigheid te vermelden: CEP is de straal die 50 % van de positiebepalingen bevat; 2DRMS is tweemaal de kwadratisch gemiddelde horizontale fout. De bibliotheek kan beide berekenen uit een positiecovariantie (src/fom.rs), maar geen enkele scenariosoort meldt ze al.

Een resultaat lezen: de termen in de uitvoer#

Dit zijn de namen die u tegenkomt in een resultaatbestand of in de samenvatting van de playground, eerst in gewone woorden.

Holdover (holdover_s). In gewone woorden: hoeveel seconden het systeem binnen zijn foutgrens bleef nadat GNSS verloren was. Kshana meldt de kortste zulke coast over alle uitvallen in de run, gemeten op het tijdraster van de run, dus het is een ondergrens bij de resolutie van de tijdstap. Een holdover gelijk aan de duur van de uitval betekent dat de grens nooit is overschreden.

p95 (timing_p95_ns). In gewone woorden: in 95 % van de tijd was de tijdfout zo klein of kleiner. Het is het 95e percentiel van de fout tijdens de uitval. Een zeer kleine waarde kan in een korte samenvatting als 0.0 worden getoond; het JSON-resultaatbestand (JavaScript Object Notation) bevat het getal met volledige precisie.

Integriteit (integrity). In gewone woorden: hoe vaak de eigen foutschatting van het systeem eerlijk was. Het is het deel van de samples tijdens de uitval waarvan de ware fout binnen de k-sigmagrens van het filter bleef (hieronder gedefinieerd). Een waarde dicht bij 1 betekent dat de schatter zijn fout niet te laag inschatte. Het is geen beschermingsniveau voor de luchtvaart; zie "Integriteit en augmentatie" hieronder en INTEGRITY.md.

Beveiligingsscore (security). In gewone woorden: hoe waarschijnlijk het is dat een spoofingaanval wordt opgemerkt. Het is de kans dat de geconfigureerde aanval wordt gedetecteerd — één min de kans op gemiste detectie P_md — afgeleid uit de stabiliteit van de klok. Het betekent alleen iets wanneer het scenario een spoofingaanval configureert. Zonder geconfigureerde aanval drukt de eenregelige samenvatting security n/a (no attack) af en markeert het resultaat het cijfer als applicable: false in zijn blok figure_tiers; de waarde blijft in het document staan en betekent "niet van toepassing", niet "geen beveiliging".

PDOP — positie-dilution of precision (sleutels zoals pdop_min). In gewone woorden: hoezeer de satellietgeometrie afstandsmetingsfouten vergroot tot positiefouten. De positiefout is ruwweg PDOP maal de afstandsmetingsfout, dus lager is beter. Zie DOP onder "Schatting en geometrie".

sigma_y (σ_y(τ), de Allan-deviatie). In gewone woorden: hoezeer de gang van een klok schommelt wanneer ze over een tijd τ wordt gemiddeld. Een regel in een gegevensblad zoals sigma_y(1 s) = 3e-10 betekent dat de gang, gemiddeld over één seconde, ongeveer 3 delen op 10¹⁰ varieert. Kleiner is een stabielere klok. Zie "Hoe stabiliteit wordt gemeten" hierboven.

q_wf — intensiteit van witte frequentieruis. In gewone woorden: de sterkte van de snelle, willekeurige jitter in de gang van een klok. Het is de coëfficiënt in σ_y²(τ) = q_wf / τ voor witte frequentieruis, dus een scenario stelt q_wf = sigma_y(1 s)² in uit de Allan-deviatie bij één seconde in het gegevensblad. De metgezellen zijn q_rw (random-walk-frequentieruis) en drift (veroudering); zie "Hoe fouten worden gemodelleerd" hierboven.

Termen voor telecomtijdsynchronisatie#

Telecomnetwerken verspreiden tijd over pakketnetwerken (Precision Time Protocol) vanaf een door GNSS gevoede referentieklok, en de International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) stelt grenzen aan de tijdfout die elke klok mag toevoegen. Deze termen komen voor in de soort telecom-timing; zie TELECOM-TIMING.md.

TE — time error (tijdfout). In gewone woorden: hoever de tijd van een klok op één moment van de referentietijd afligt. Positief of negatief, meestal in nanoseconden.

max|TE| — maximale absolute tijdfout. In gewone woorden: de grootste tijdfout die tijdens de meting is gezien, zonder rekening te houden met het teken. Het is de hoofdgrens die de meeste maskers stellen.

cTE — constante tijdfout. In gewone woorden: het vaste offsetdeel van de tijdfout — de gemiddelde fout die tijdens de meting niet verandert.

dTE — dynamische tijdfout. In gewone woorden: het schommelende deel van de tijdfout — wat overblijft nadat de constante offset is verwijderd. Ze wordt beoordeeld met MTIE en TDEV.

MTIE — maximum time interval error. In gewone woorden: de grootste uitslag van de tijdfout binnen een venster van een gegeven lengte. Voor elke vensterlengte schuift het een venster langs de registratie en neemt de grootste piek-tot-piekverandering; een masker geeft de grootste toegestane waarde per vensterlengte.

TDEV — time deviation. In gewone woorden: de typische (kwadratisch gemiddelde) zwerving van de tijdfout bij een gegeven middelingstijd, nadat kortetermijnjitter is uitgemiddeld. Het is een verwant van de Allan-deviatie in het tijdsdomein en wordt, net als MTIE, getoetst aan een masker.

PRTC — primary reference time clock. De klok bovenaan een telecomketen voor tijdsynchronisatie, normaal gestuurd door GNSS. De prestatiegrenzen ervan staan in ITU-T Recommendation G.8272.

ePRTC — enhanced primary reference time clock. Een PRTC met een strengere tijdfoutgrens, ondersteund door een zeer stabiele lokale atoomklok zodat hij de tijd kan vasthouden tijdens een lang GNSS-verlies. ITU-T Recommendation G.8272.1.

T-BC — telecom boundary clock. Een netwerkklok die tijd van stroomopwaarts ontvangt en stroomafwaarts doorgeeft, waarbij hij zelf een kleine tijdfout toevoegt. ITU-T Recommendation G.8273.2.

T-TSC — telecom time slave clock. De klok aan het einde van de keten die tijd ontvangt en aanbiedt aan de apparatuur die haar nodig heeft (bijvoorbeeld een radiobasisstation). Ook gedekt door ITU-T Recommendation G.8273.2.

OCXO — oven-controlled crystal oscillator. Een kwartsoscillator die in een kleine oven op constante temperatuur wordt gehouden, waardoor hij veel stabieler is dan een gewone kwartsoscillator. Een veelgebruikte holdoverklok in netwerkapparatuur; hij veroudert (driftt) merkbaar over dagen.

CSAC — chip-scale atomic clock. Een zeer kleine atoomklok (zie "De sensoren die Kshana vergelijkt" hierboven). Stabieler dan een OCXO bij lange holdovers, tegen hogere kosten en een hoger vermogen.

Bewijsniveaus: VALIDATED, MODELLED, PARTNER#

Elke mogelijkheid in de machinaal gecontroleerde verificatiematrix (VERIFICATION-MATRIX.md) heeft een van drie niveaus.

VALIDATED. In gewone woorden: getoetst aan het antwoord van iemand anders. De uitvoer van de mogelijkheid is vergeleken met een onafhankelijke externe referentie — echte gemeten gegevens, een onafhankelijke bibliotheek van iemand anders of gepubliceerde referentiewaarden — en kwam binnen een vermelde tolerantie overeen. Een continuous-integration-controle weigert een VALIDATED-rij die geen externe referentie noemt.

MODELLED. In gewone woorden: gebouwd op degelijke fysica en gecontroleerd op interne consistentie, maar nog niet vergeleken met een extern antwoord. De cijfers zijn zinvol voor vergelijking en ontwerpafwegingen; ze zijn geen bewijs dat een echt apparaat zo zal presteren. MODELLED-RATIONALE.md legt uit waarom elke zo'n rij berekend is uit een model.

PARTNER. In gewone woorden: dit onderdeel is van een hardware- of productzekerheidspartner, en Kshana beweert er niets over. De rij bestaat zodat de leemte zichtbaar is in plaats van onzichtbaar.

Termen voor spectrum en interferentie#

Deze termen komen voor in de soort spectrum; zie SPECTRUM.md.

• BPSK(n) — binary phase-shift keying bij n × 1,023 Mchip/s. De rechthoekige chipmodulatie van GPS L1 coarse/acquisition (C/A) en L2 civil (L2C) (n = 1) en GPS L5 en Galileo E5a (n = 10). Het spectrum is een sinc² met nullen om de n × 1,023 MHz.
• BOC(m, n) — binary offset carrier. Een spreidingscode bij n × 1,023 Mchip/s vermenigvuldigd met een blokgolfsubdraaggolf bij m × 1,023 MHz, wat het spectrum splitst in twee lobben aan weerszijden van de draaggolf.
• MBOC(6,1,1/11) — multiplexed binary offset carrier. De spectrale vermogensdichtheid 10/11 × BOC(1.1) + 1/11 × BOC(6.1), overeengekomen voor Galileo E1 open service en GPS L1C; Galileo zendt haar uit als composite BOC (CBOC).
• CW — continuous wave. Een ongemoduleerde draaggolf: één enkele toon.
• J/S — jammer-to-signal ratio. Ontvangen jammervermogen ten opzichte van ontvangen signaalvermogen, in decibel.
• SSC — spectral separation coefficient. κ = ∫ G_s(f) G_j(f) df over de ontvangerband: hoeveel van het spectrum van een storer met eenheidsvermogen terechtkomt waar dat van het signaal ligt. De effectieve draaggolf-ruisdichtheid is [1/(C/N₀) + (J/S)·κ]⁻¹.
• Ruisgetal. Hoeveel een ontvanger aan de thermische ruis toevoegt, als verhouding F in decibel; de systeemruistemperatuur is T_ant + 290 K × (F − 1).
• Waterfall. Een tijd-frequentiebeeld van een spectrum: frequentie dwars, tijd naar beneden, kleur voor vermogen.
• Welch-schatting. Een spectrale vermogensdichtheid geschat door gevensterde, overlappende periodogrammen uit te middelen (Welch 1967).
• SigMF — Signal Metadata Format. Een open opnameformaat: een JSON-bestand .sigmf-meta dat een ruw bestand .sigmf-data met samples beschrijft (hier complex cf32_le, ci16_le of ci8).
• IQ — in-phase and quadrature. De twee componenten van een complexe basisbandsample.

Signaaltermen voor LEO-PNT#

Deze termen komen voor in de soort leo-signal en in de multibandscenario's spectrum; zie LEO-SIGNAL.md.

• LEO-PNT: positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie vanuit een lage baan om de aarde. Navigatiesignalen die worden uitgezonden door satellieten op een hoogte van enkele honderden tot ongeveer 1200 km: sterker en sneller bewegend dan GNSS vanuit een middelhoge baan om de aarde.
• RNSS, RDSS, MSS, EESS: Radio Navigation Satellite Service, Radio Determination Satellite Service, Mobile Satellite Service, Earth Exploration-Satellite Service. Dienstentoewijzingen van de ITU (International Telecommunication Union) waarin een band kan vallen.
• Pilot-, data- en acquisitiecomponenten. De delen van één signaal: een datavrije pilot voor afstandsmeting, een datacomponent die het navigatiebericht draagt, en een korte acquisitiecomponent met lage datasnelheid die gemakkelijk te vinden is.
• FDMA: frequency-division multiple access (frequentieverdelingsmultitoegang). Componenten of satellieten die worden gescheiden op basis van draaggolffrequentie in plaats van op basis van code.
• Gabor-bandbreedte (RMS). β = √(∫ f² G df / ∫ G df) over de ontvangerband: de spreiding van het vermogen van een signaal in de frequentie, die bepaalt hoe nauwkeurig het afstanden kan meten.
• DLL: delay lock loop (vertragingsvergrendelingslus). De codevolglus; de early-late-correlatorafstand en de ruisbandbreedte bepalen de thermische-ruisjitter van de afstandsmeting.
• EFQPSK: enhanced Feher quadrature phase-shift keying. Een modulatie met constante omhullende (Xona Pulsar); hier benaderd door een spectrum van rechthoekige chips.
• OFDM: orthogonal frequency-division multiplexing. Een multicarriergolfvorm (de downlink van Starlink); hier getekend als een vlakke band.
• TEC: total electron content (totale elektronendichtheid langs het pad). Elektronen per vierkante meter langs het pad; 1 TECU = 10¹⁶ el/m². De ionosferische vertraging van de eerste orde is 40,3·TEC/f² meter.
• EIRP: effective isotropic radiated power (equivalent isotroop uitgestraald vermogen). Zendvermogen maal antennewinst in de richting van de ontvanger.

Integriteit en augmentatie#

Integriteit is de vraag naar vertrouwen: niet "hoe groot is mijn fout?" maar "kan ik haar begrenzen, en word ik gewaarschuwd wanneer de grens wordt overschreden?" Dit zijn de termen uit de luchtvaart daarvoor.

RAIM: Receiver Autonomous Integrity Monitoring. In gewone woorden: de ontvanger controleert de satellieten onderling. Bij meer satellieten dan de vier die een positiebepaling nodig heeft, moeten de overblijvende restwaarden (de residuen) klein zijn; een groot residu betekent dat één satelliet liegt, en de ontvanger kan dat zonder hulp van de grond vaststellen. Geïmplementeerd in src/raim.rs.

ARAIM: Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring. De moderne vorm van RAIM voor meerdere frequenties en meerdere constellaties. Hij krijgt een integriteitsondersteuningsbericht met de aangenomen fout en foutkans van elke satelliet en geeft beschermingsniveaus terug in plaats van een geslaagd/mislukt-vlag. De volledige behandeling, met elke aanname, staat in ARAIM_REFERENCE.md.

SISRE: Signal-in-Space Range Error. In gewone woorden: hoe ver de uitgezonden baan en klok van een satelliet de afstand die een gemiddelde gebruiker meet ernaast doen zitten. De baanfout wordt opgesplitst in radiale, along-track- en cross-trackcomponenten, gewogen naar hoezeer elk daarvan doorwerkt langs een gemiddelde zichtlijn, en vervolgens gecombineerd met de klokfout (Montenbruck et al. 2018). Voor een satelliet in een lage baan om de aarde wegen de along- en cross-trackcomponenten veel zwaarder dan voor GPS, omdat gebruikers de satelliet onder een grote hoek ten opzichte van het nadir zien. Gebruikt door de soort leo-navmsg.

RAC: Radial, Along-track, Cross-track. De drie richtingen waarin een baanfout wordt ontbonden: van het middelpunt van de aarde af, langs de vliegrichting en loodrecht op het baanvlak. Het kepler-rac-model van de soort leo-navmsg voegt in elk daarvan een correctiepolynoom toe.

SVID: Space-Vehicle Identifier. Het nummer waarmee een navigatiebericht de satelliet aanduidt die het heeft verzonden.

IOD: Issue of Data. Een teller die verandert wanneer de inhoud van het navigatiebericht van een satelliet verandert, zodat een ontvanger een nieuw bericht van een herhaling kan onderscheiden. (Niet te verwarren met een in-orbit demonstratie, ook afgekort tot IOD, zoals bij Celeste IOD van ESA.)

TOW: Time of Week. Seconden sinds het begin van de huidige GNSS-week (zondag 00:00).

CRC-24Q: 24-bit cyclic redundancy check (Qualcomm-polynoom). De foutdetectiecontrole die RTCM 10403- en Galileo-berichten dragen: een rest van 24 bit van de berichtbits gedeeld door de polynoom 0x1864CFB. Een ontvanger berekent haar opnieuw en verwerpt een bericht dat niet overeenkomt.

URE: User Range Error. In gewone woorden: hoe onjuist de eigen uitgezonden baan en klok van een satelliet elke afstand tot die satelliet maken. Ook wel de signal-in-space-fout (SISE) genoemd; het is het foutbudget per satelliet dat aan ARAIM en RAIM wordt gevoerd (sigma_ure_m in src/raim.rs).

MHSS: Multiple Hypothesis Solution Separation. De methode die ARAIM gebruikt. Voor elke manier waarop de constellatie kan zijn gestoord vormt hij een oplossing die de verdachte satellieten uitsluit, en begrenst hij hoever die deeloplossing van de oplossing met alle satellieten in zicht kan afliggen.

HPL / VPL: Horizontal / Vertical Protection Level. In gewone woorden: de straal waarbinnen het systeem belooft dat de ware fout ligt, bij een vermeld integriteitsrisico. Het is een grens die het algoritme berekent, geen gemeten fout. Een run is beschikbaar wanneer het beschermingsniveau onder de alarmgrens blijft die de operatie toestaat (VAL, de verticale alarmgrens; HAL, de horizontale).

SBAS: Satellite-Based Augmentation System. Een grondnetwerk dat GNSS bewaakt, correcties en integriteitsgrenzen berekent en deze uitzendt vanaf geostationaire satellieten. WAAS: Wide Area Augmentation System is het Amerikaanse systeem; EGNOS (de European Geostationary Navigation Overlay Service) is het Europese equivalent. Kshana berekent beschermingsniveaus in de DO-229E-vorm met gewogen kleinste kwadraten (DO-229E is de minimale operationele prestatienorm van RTCA voor SBAS-ontvangers; RTCA was voorheen de Radio Technical Commission for Aeronautics) (src/sbas.rs).

Schatting en geometrie#

Schatter. Het algoritme dat tijdens een onderbreking de ware positie of tijd voorspelt op basis van het sensormodel. Kshana heeft een analytische holdover-voorspeller en een Kalman-filter.

Kalman-filter. In gewone woorden: een algoritme dat een grootheid volgt en ook bijhoudt hoe onzeker die is. Kshana gebruikt de onzekerheidsgrens ervan om integriteit te berekenen.

EKF: Extended Kalman Filter. Een Kalman-filter voor een niet-lineair probleem: het linealiseert het model bij elke stap rond de huidige schatting. De standaardkeuze voor het koppelen van GNSS aan een INS.

UKF: Unscented Kalman Filter. Dezelfde taak zonder te linealiseren: het stuurt een kleine set deterministisch gekozen steekpunten door het werkelijke niet-lineaire model en bouwt het gemiddelde en de covariantie opnieuw op uit de plaats waar ze terechtkomen. Gedraagt zich beter wanneer de niet-lineariteit sterk is, en daarom gebruikt de baanbepaling het.

DOP: Dilution Of Precision. In gewone woorden: hoezeer de geometrie van de satellieten de afstandsmeetfout versterkt tot een positie- of tijdfout. Positiefout ≈ PDOP × afstandsmeetfout, dus een laag getal betekent een goede geometrie. De familie: GDOP (geometrisch: positie en tijd samen), PDOP (positie), HDOP (horizontaal), VDOP (verticaal), TDOP (tijd).

Walker-constellatie. Een standaardmanier om een satellietconstellatie te beschrijven aan de hand van het aantal baanvlakken en satellieten per vlak (GPS is grofweg een Walker-schil van 24/6).

Elevatiemasker. De minimale hoek boven de lokale horizon waarbij een satelliet als bruikbaar wordt beschouwd; signalen die te laag staan worden uitgesloten.

Occultatie. Wanneer de aarde de zichtlijn naar een satelliet fysiek blokkeert.

Skyline (skylinemasker). In gewone woorden: de omtrek van gebouwen, hijskranen of heuvels tegen de lucht, als een elevatie voor elk azimut. Een satelliet telt alleen als in zicht boven max(elevation mask, skyline) op zijn azimut, en een satelliet boven het masker maar achter de skyline is "afgeschermd door de skyline". Kshana bouwt er een op uit een tabel, een straatcanyon, sectoren en terrein (hun puntsgewijze maximum) of een REPRESENTATIVE-voorinstelling; alleen zichtlijn, geen reflectie of diffractie (SKYLINE.md).

Hemelgeometrie. Welke satellieten een locatie onder een skyline ziet en wat dat met de oplossing doet: de DOP-factoren, de oost-noord-omhoog-covariantie van de positiebepaling met kleinste kwadraten en de bijbehorende foutellips, het horizontale gebied dat het vermelde aandeel van de positiebepalingen bevat (95 % standaard) bij onafhankelijke, gelijke Gaussische afstandsfouten. MODELLED geometrie onder een vermeld foutmodel, niet de werkelijke fout van een ontvanger (SKYLINE.md).

CTI: Composed Timing Integrity. Beschermingsniveaus voor tijd in plaats van positie, berekend over een overdracht tussen verschillende tijdbronnen, bijvoorbeeld van een door satellieten gecontroleerde klok (met RAIM beschikbaar) naar een vrijlopende klok in holdover, zodat de grens geldig blijft tijdens de overgang (src/integrity/mod.rs).

TIB: Timing Integrity Benchmark. Een maatstaf voor de tijdsynchronisatiemonitors van anderen: hij injecteert een menu van fouten en controleert of het vermelde beschermingsniveau van de monitor zijn fout werkelijk heeft begrensd. Hij doet zelf geen nauwkeurigheidsclaim en kan er dus ook geen overdrijven (src/benchmark/mod.rs).

Banen en cislunair#

CR3BP: Circular Restricted Three-Body Problem. Het aarde-maansysteem behandeld als twee lichamen op cirkelvormige banen om hun gemeenschappelijke zwaartepunt, plus een ruimtevaartuig dat te licht is om terug te trekken. Dicht bij de maan is een tweelichamen-Kepler-ellips eenvoudigweg de verkeerde vorm; het CR3BP is de goedkoopste dynamica die wel klopt (src/cr3bp.rs).

NRHO: Near-Rectilinear Halo Orbit. Een periodieke CR3BP-baan die dicht langs de ene maanpool zwaait en ver langs de andere, zodat hij van de kant gezien bijna een rechte lijn is, vandaar "near-rectilinear". Het is de baan die voor het maanstation Gateway is gekozen, en hij behoudt bijna continu zichtlijn naar de aarde.

DRO: Distant Retrograde Orbit. Een andere CR3BP-familie: een grote, stabiele baan die in het roterende stelsel gezien achterwaarts om de maan cirkelt.

EOP: Earth Orientation Parameters. De gemeten, enigszins onregelmatige wobbel en draaiing van de aarde (poolbeweging, UT1 (Universal Time 1, aardrotatietijd)−UTC, oftewel aardrotatietijd min gecoördineerde wereldtijd, en daglengte) die nodig is om een aardvaste positie op beter dan meters nauwkeurig in een inertiale positie om te zetten. De IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) publiceert ze; Kshana leest het bestand finals2000A ervan via --eop.

Normen, formaten en organisaties#

De afkortingen die de README en de pakketpagina's gebruiken voor normen, bestandsformaten, tijdschalen, referentiestelsels en de organisaties erachter. Elke afkorting wordt ook uitgeschreven bij het eerste gebruik op die pagina's.

Banen, referentiestelsels en tijd

• SGP4 / SDP4: Simplified General Perturbations 4 / Simplified Deep-space Perturbations 4. De standaard analytische propagators voor gepubliceerde satellietbanen.
• TLE: two-line element set (tweeregelige elementenset). Het openbare baanformaat dat SGP4 leest.
• LEO / MEO / GTO / IGSO: lage baan om de aarde / middelhoge baan om de aarde / geostationaire transferbaan / hellende geosynchrone baan. Baanregimes; de meeste GNSS-satellieten vliegen in een MEO.
• LMO: lage baan om Mars.
• ECI / ECEF: Earth-centred inertial / Earth-centred, Earth-fixed (geocentrisch inertiaal / geocentrisch aardvast). Een stelsel dat niet met de aarde meedraait, en een stelsel dat dat wel doet.
• TEME: true equator, mean equinox. Het stelsel waarin SGP4 zijn uitvoer geeft.
• GCRS / ITRS / ITRF: Geocentric Celestial Reference System / International Terrestrial Reference System / de realisatie ervan, het International Terrestrial Reference Frame. De moderne inertiale en aardvaste stelsels.
• CIO: Celestial Intermediate Origin. Het referentiepunt van de moderne aardrotatieketen zonder equinox.
• LVLH: local vertical, local horizontal. Een stelsel dat met het ruimtevaartuig meebeweegt.
• WGS-84: World Geodetic System 1984. De aardellipsoïde die GPS gebruikt.
• UTC / TAI / TT / UT1 / TDB: gecoördineerde wereldtijd / internationale atoomtijd / terrestrische tijd / Universal Time 1 (aardrotatietijd) / barycentrische dynamische tijd.
• LTC / TCL: Lunar Coordinate Time (Temps-Coordonnée Lunaire). De voorgestelde tijdschaal voor de maan.
• OD: baanbepaling. Het herleiden van een baan uit volgmetingen.
• CR3BP, NRHO en DRO worden hierboven gedefinieerd onder "Banen en cislunair".

Bestandsformaten en berichten

• SP3: Standard Product 3. Het bestandsformaat voor nauwkeurige banen van de International GNSS Service (IGS), in de versies c en d.
• RINEX: Receiver Independent Exchange Format. Het standaardbestandsformaat voor GNSS-waarnemingen en uitgezonden efemeriden.
• IONEX: IONosphere map EXchange format.
• OEM / OMM / TDM: Orbit Ephemeris Message / Orbit Mean-elements Message / Tracking Data Message. Standaardberichten voor banen en volggegevens van het Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS).
• TOML: Tom's Obvious, Minimal Language. Het platte-tekstformaat van Kshana-scenario's.
• KIF: Kshana Interchange Format. Het van versies voorziene, zelfbeschrijvende resultaatomhulsel van Kshana.

Standaarden

• DO-229E / DO-316. Minimale operationele prestatienormen van RTCA voor SBAS-ontvangers en voor GPS-boordapparatuur met augmentatie aan boord van het luchtvaartuig.
• IS-GPS-200 / IS-GPS-705. De GPS-interfacespecificaties (de tweede behandelt het L5-signaal).
• NIST SP 1065. Het Handbook of Frequency Stability Analysis van het National Institute of Standards and Technology.
• TRL: technology readiness level. Een schaal van 1 tot 9 voor de rijpheid van hardware.

Organisaties

• ESA / ESOC / ESTRACK: de Europese ruimtevaartorganisatie, haar European Space Operations Centre en haar European Space Tracking network.
• NASA / JPL / NAIF / DSN: de Amerikaanse National Aeronautics and Space Administration, haar Jet Propulsion Laboratory, haar Navigation and Ancillary Information Facility (die de toolkit SPICE publiceert: Spacecraft, Planet, Instrument, C-matrix, Events) en haar Deep Space Network.
• IGS: de International GNSS Service. IERS: de International Earth Rotation and Reference Systems Service. IAU: de International Astronomical Union (wier SOFA-bibliotheek, Standards of Fundamental Astronomy, en de open port ERFA, Essential Routines for Fundamental Astronomy, de referenties van Kshana voor stelsels zijn).
• CCSDS: het Consultative Committee for Space Data Systems. AIAA: het American Institute of Aeronautics and Astronautics. RTCA: voorheen de Radio Technical Commission for Aeronautics.

Software en toeleveringsketen

• CLI: opdrachtregelinterface. MCP: Model Context Protocol, het protocol dat de agentserver van Kshana spreekt. IDE: geïntegreerde ontwikkelomgeving.
• SBOM: software bill of materials (softwarestuklijst). SLSA: Supply-chain Levels for Software Artifacts, het raamwerk voor bouwherkomst waaronder de releases van Kshana worden geattesteerd.

Elke andere afkorting, van A tot Z#

Elke afkorting die in de documentatie van de repository (docs/ en de vier README's) wordt gebruikt en die geen enkele sectie hierboven definieert, plus enkele die er wel een definieert, herhaald om op te zoeken. Elke pagina schrijft haar afkortingen ook uit bij het eerste gebruik; deze tabel is de ene plek om ze allemaal op te zoeken. Enkele items zijn identificatiecodes of namen in plaats van afkortingen en zeggen dat ook.

Reproduceerbaarheid en licenties#

Reproduceerbaar (deterministisch). Dezelfde invoer geeft altijd bit-voor-bit identieke uitvoer: scenario + seed + version → identical result. Geen verborgen willekeur.

Seed. Het getal waarmee de (deterministische) willekeurige generator wordt geïnitialiseerd, zodat runs herhaalbaar zijn.

Open core. Het bedrijfsmodel: de engine is gratis en open source (AGPL-3.0, de hieronder gedefinieerde GNU Affero General Public License; commercieel onder dubbele licentie); het bedrijf wordt gedragen door support, integratie, commerciële licenties en propriëtaire add-ons, niet door gebruikerskosten voor de open engine.

AGPL-3.0. De GNU Affero General Public License v3: een sterke copyleft-opensourcelicentie die de OSI (Open Source Initiative) als open source aanmerkt. Net als de GPL (GNU General Public License), maar met een extra clausule (§13) voor software die aan gebruikers wordt aangeboden via een netwerk: een aangepaste versie die via een netwerk bereikbaar is, moet die gebruikers de bijbehorende broncode aanbieden. De open licentie van Kshana.

Dubbele licentiëring. Dezelfde code onder twee licenties aanbieden, zodat gebruikers kiezen: hier de AGPL-3.0 (open, copyleft) of een commerciële licentie van Ashforde OÜ (een Estse besloten vennootschap; OÜ = osaühing) voor propriëtair/gesloten gebruik waarvoor de AGPL niet geschikt is. Zie LICENSING.md.

Ook gebruikt op kshana.dev

Afkortingen die de website gebruikt en die niet in de woordenlijst van de repository hierboven staan.

GPS

Global Positioning System

C/N₀

draaggolf-ruisdichtheidsverhouding, in dB-Hz

L-band

de radioband van 1 tot 2 GHz die GNSS gebruikt

C/A

coarse/acquisition-code van GPS L1

AFS

augmented forward signal (maan)

MEMS

micro-elektromechanische systemen

UAS

onbemand luchtvaartuigsysteem

PL · AL

beschermingsniveau · alarmgrens

APV-I

approach with vertical guidance, niveau I

LEO · GEO

lage baan om de aarde · geostationaire baan

OEM · OMM · TDM

CCSDS-berichten voor baanefemeriden, gemiddelde baanelementen en volggegevens

IGRF

International Geomagnetic Reference Field

DSN

Deep Space Network

VLBI

interferometrie met zeer lange basislijn

LLR

maanlaserafstandsmeting

TCXO · OCXO

temperatuurgecompenseerde · in een oven geregelde kristaloscillator

RAFS

atomaire frequentiestandaard met rubidium

PHM

passieve waterstofmaser

USO · DSAC

ultrastabiele oscillator · atoomklok voor de diepe ruimte

MTIE · TDEV

maximale tijdsintervalfout · tijdsdeviatie

PRTC · ePRTC

primaire referentietijdklok · verbeterde PRTC

ADEV · σy(τ)

Allan-deviatie bij middelingstijd τ

ITU-T

International Telecommunication Union, Telecommunication Standardization Sector

NIS · NEES

genormaliseerde gekwadrateerde innovatie · genormaliseerde gekwadrateerde schattingsfout

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

WASM

WebAssembly

JSON · CSV · SVG

JavaScript Object Notation · door komma's gescheiden waarden · Scalable Vector Graphics

CLI · API · IDE

opdrachtregelinterface · application programming interface · geïntegreerde ontwikkelomgeving

SBOM · SLSA

software bill of materials · Supply-chain Levels for Software Artifacts

NDA

geheimhoudingsovereenkomst

DOI

Digital Object Identifier

C/N₀-waterval

een grafiek van de draaggolf-ruisdichtheidsverhouding per satelliet in de tijd

HPL · VPL

horizontaal · verticaal beschermingsniveau

LROC

Lunar Reconnaissance Orbiter Camera