Kampanie

Pojedynczy scenariusz odpowiada na jedno pytanie o jednej sytuacji. Misja to ciąg sytuacji, a badanie projektowe to ich rodzina. Rodzaj scenariusza campaign składa istniejące rodzaje w jeden przebieg bez ponownej implementacji któregokolwiek z nich: każdy element jest zwykłą tabelą scenariusza z własnym kind, wywoływaną przez api::run_toml dokładnie tak, jak uruchomiłoby ją kshana <file>.toml, a kampania tylko odczytuje liczby z dokumentów wyników.

Kampania jest MODELLED. Jej tożsamości składania są testowane (poniżej), ale łączenie faz w łańcuch jest wyborem modelowania, a każda faza jest tak dobra, jak rodzaj, który ją uruchomił.

Uruchom ją jak każdy inny scenariusz:

kshana scenarios/campaign-jam-spoof-holdover-integrity.toml
# writes .result.json, .chart.svg, .report.html and .report.json next to the file

Kampania może zawierać dowolną kombinację czterech sekcji; kampania bez żadnej uruchamia się, a jej podsumowanie mówi, że nic nie złożyła.

[[phases]]: misja połączona w łańcuch na jednej osi czasu#

Każda faza uruchamia jeden lub więcej scenariuszy w oknie wspólnej osi czasu misji, na przykład zegar w holdover i bezwładnościowy system nawigacji (INS) dryfujący w tym samym czasie. Wyniki każdego przebiegu są wczytywane do nazwanych kanałów, umieszczane w czasie początku fazy i przepróbkowywane na wspólną siatkę ([timeline] step_s) przez zatrzymanie zerowego rzędu: czas siatki przyjmuje najnowszą próbkę przebiegu fazy będącej właścicielem, nie późniejszą niż on, i jest pusty (null), gdy żaden przebieg tej fazy nie dostarcza kanału.

<side> to classical, chyba że przebieg ustawia side = "quantum". Każda inna wielkość jest odczytywana jawnym wpisem [[phases.runs.series]]: ścieżka czasu z jednym [] nazywającym wiersze (epochs[].t), ścieżka wartości dzieląca te wiersze lub skalar rozgłoszony na każdy wiersz (przedrostek input: odczytuje scenariusz przebiegu zamiast jego wyniku), opcjonalna redukcja (mean, min, max, count) dla kilku wartości w jednym wierszu, skala oraz jednostka dla kanału, którego kampania nie zna.

Alarmy pochodzą z trzech miejsc, łączonych logicznym OR w obrębie fazy:

• flagi ustawień wstępnych odczytane z przebiegu: jamming alarmuje, gdy śledzi mniej niż cztery satelity (własna definicja dostępności); integrity alarmuje w epokach, które oznacza jako niedostępne;
• reguły ustawień wstępnych na kanałach fazy, oceniane po carry: clock alarmuje, gdy bezwzględny błąd czasu przekracza guard_ns; gnss-ins, gdy błąd pozycji przekracza position_threshold_m; jawne reguły trafiają do [[phases.runs.alarms]];
• zdarzenia alarmujące: spoof zgłasza jedno przy detect_time_s swojego monitora wspomaganego zegarem; spoof-detect zgłasza jedno na początku fazy, gdy jego scalona decyzja alarmuje.

Stan jest przekazywany między fazami na trzy jawne sposoby:

• carry = ["time_error_ns"] dodaje wartość kanału z końca poprzedniej fazy do wartości tej fazy. Faza zegara, którą przeciągnął spoofer, jest punktem, od którego zaczyna się holdover. Dodanie przesunięcia jest dokładne dla fazy zegara, który całkuje częstotliwość; dla błędu pozycji zakłada, że oba błędy są współliniowe, co jest przypadkiem pesymistycznym.
• [[phases.handoff]] zapisuje liczbę z poprzedniej fazy (channel:<name> dla wartości końcowej kanału lub dowolnej ścieżki wyniku poprzedniego przebiegu) do klucza z kropkami w scenariuszu tej fazy przed jego uruchomieniem, z opcjonalną skalą i przesunięciem.
• end_at = "<result path>" kończy fazę w czasie obliczonym przez przebieg, ograniczonym do duration_s. Dołączona misja kończy swoją fazę spoofingu przy classical.detect_time_s.

skip_s odrzuca pierwsze sekundy własnej osi czasu przebiegu (rozgrzewkę) przed zerem czasu fazy.

Dołączona misja#

scenarios/campaign-jam-spoof-holdover-integrity.toml uruchamia 18 scenariuszy składowych w sześciu fazach na siatce 10 s:

Przebiegi integralności używają własnej trajektorii użytkownika z przykładu integrity (kołowa trajektoria na wysokości 0,4 km), a nie stałego stanowiska odbiornika zagłuszania, a maska 25 deg zastępuje częściowe niebo odbiornika odzyskującego śledzenie. Są to wybory scenariusza, podane w pliku.

Misja napędzana widmem pasma L#

scenarios/campaign-spectrum-holdover-integrity.toml uruchamia 8 scenariuszy składowych w trzech fazach na siatce 1 s, z C/N0 dla GPS L1 C/A i Galileo E1 odczytywanym z rodzaju spectrum (zob. SPECTRUM.md), a nie z tabeli rodzaju jamming dla poszczególnych satelitów. Zagłuszacze są takie jak w scenarios/l-band-waterfall-jamming.toml.

Odzyskanie E1 pod tonem CW opiera się na traktowaniu widma ciągłego w rodzaju widma: ton leży w zerze widma MBOC i niczego nie sprzęga. Prawdziwy ton sprzęgałby się przez linie widmowe kodu; jest to podane w pliku i w SPECTRUM.md.

[sweep]: siatka parametrów dla dowolnego rodzaju#

Od jednego do trzech kluczy scenariusza w zapisie z kropkami, każdy w zakresie liniowym lub logarytmicznym, na tych samych wartościach osi, których używa rodzaj sweep-nd. Każda oś ma nazwę i jednostkę; każda metryka ma nazwę i ścieżkę wyniku, a jej jednostka jest odczytywana z własnego bloku jednostek badanego rodzaju, chyba że kampania deklaruje własną. Przy runs > 1 każdy węzeł jest zasianym zespołem Monte Carlo (realizacja k przy ziarnie węzła plus k), raportowanym ze statystykami poniżej. scenarios/campaign-sweep-jammer-power.toml przegląda zagłuszacz w odległości 1 km od odbiornika od -50 do +10 dBW: średni stosunek zagłuszacza do sygnału zmienia się dokładnie o 1 dB na dB (od 12,2 do 72,2 dB), a dostępność spada z 1 do 0 między -30 a -25 dBW.

Klucz z kropkami może indeksować tablicę tabel według położenia: system.2.sisre_m to sisre_m trzeciej tabeli [[system]], a case.0.system.0.shell.0.altitude_km sięga trzy poziomy w głąb.

[monte_carlo]: zasiany zespół#

Realizacja k uruchamia scenariusz z kluczem ziarna ustawionym na base_seed + k, zgodnie z konwencją, której już używa zespół zegara, dzięki czemu zespół odtwarza się dokładnie. Każda metryka podaje średnią, odchylenie standardowe populacji, percentyle 5., 50. i 95. metodą najbliższej rangi, percentylowy przedział ufności bootstrap 95% dla średniej o stałym ziarnie (2000 prób) oraz domyślnie każdą próbkę w kolejności ziaren. Ścieżki wyniku mogą indeksować tablice: classical.series[-1].error_ns to ostatnia próbka.

[compose]: kilka scenariuszy we wspólnych warunkach#

Nazwane wartości wspólne (liczba lub tablica liczb, z jednostką) są zapisywane w każdym elemencie pod kluczami, do których je wiąże, więc elementy nie mogą się nie zgadzać co do wspólnego warunku. Każdy element jest uruchamiany, a dla każdej metryki podsumowanie zbiorcze podaje najmniejszą, największą i średnią wartość po elementach, wskazując najlepszy i najgorszy. scenarios/campaign-shared-jammer-sea-road.toml umieszcza jeden zagłuszacz 8 dBW między statkiem w Zatoce Fińskiej (około 30 km dalej) a samochodem na nadmorskiej drodze w Helsinkach (około 50 km): statek traci każdego satelitę (średni stosunek zagłuszacza do sygnału 39,0 dB), a samochód zachowuje co najmniej czterech (34,6 dB).

[optimize]: najlepsza wartość jednej metryki#

Od jednego do trzech kluczy scenariusza w zapisie z kropkami, każdy ograniczony do [lo, hi] w skali lin lub log, jest przeszukiwanych pod kątem najlepszej wartości jednej metryki (goal = "minimize", "maximize" lub "target", co minimalizuje odległość od target).

Są dwie metody:

• method = "grid" uruchamia każdy węzeł siatki o steps na klucz, na wartościach osi przeglądu.
• method = "nelder-mead" (domyślna) uruchamia deterministyczny sympleks Neldera–Meada we współrzędnych znormalizowanych do [0, 1] na klucz. Punkty próbne są rzutowane na pudełko. Sekcja przyjmuje max_evals, początkowy step oraz tolerancje zatrzymania ftol i xtol.

Przebieg, którego metryka jest nieobecna lub nieskończona, otrzymuje najgorszy wynik i pozostaje w śladzie. Przy runs > 1 metryką jest średnia z tych samych ziaren przy każdej ewaluacji. Wynik podaje best_coords, best_metric, best_score, evals, stop_reason oraz każdą ewaluację w trace.

scenarios/campaign-optimize-link-budget.toml przeszukuje zasięg i szybkość transmisji danych pod kątem zapasu łącza 3 dB. Optimum jest lokalne względem pudełka i punktu startu. Jest to MODELLED, nigdy twierdzenie globalne.

Protokół i jego wstępnie zarejestrowane progi znajdują się w docs/design/evidence/cap32-optimize/. Test to tests/campaign_optimize_reference.rs. Wyniki:

• rozwiązanie celu 1-D zgadza się ze wzorem zamkniętym do 6e-15;
• metoda siatki zgadza się co do bitu z niezależną pętlą przeszukiwania wyczerpującego;
• sympleks radzi sobie co najmniej tak dobrze jak siatka 41 × 41, w około jednej dziesiątej jej przebiegów.

Próg 1-D rundy 1 jest zapisany jako NOT MET: wstępnie zarejestrowane pudełko wykluczało rozwiązanie.

Odtwarzalność#

Każdy wynik kampanii zawiera scenario_hash, czyli SHA-256 (Secure Hash Algorithm 2, 256-bitowy skrót) kanonicznej postaci JavaScript Object Notation (JSON) dokumentu kampanii (kolejność kluczy i formatowanie jej nie zmieniają), oraz blok reproducibility z liczbą przebiegów składowych i run_digest, czyli SHA-256 ze skrótów wyników wszystkich elementów w kolejności dyspozytora. Dwa przebiegi o tym samym skrócie dały identyczne co do bajta wyniki elementów. Każdy przebieg fazy zapisuje też swój rodzaj, własny scenario_hash, jeśli rodzaj go ma, oraz SHA-256 swojego dokumentu wyniku. Każda liczba w dokumencie ma wpis jednostek.

Rdzeń jest sekwencyjny i nie czyta plików, więc kampania działa bez zmian w kompilacji WebAssembly. Kampanie nie mogą zawierać kampanii.

Eksporty#

--export na kampanii zapisuje każdy scenariusz składowy, który ma geometrię, jako osobny zestaw plików, z etykietą elementu wstawioną przed przyrostkiem formatu: każdy przebieg fazy (<phase> lub <phase>-<k>, gdy faza ma kilka przebiegów), scenariusz bazowy przeglądu (sweep), scenariusz Monte Carlo (monte-carlo) i każdy złożony element (jego własna etykieta, z zapisanymi wartościami wspólnymi, które wiąże). Element identyczny z wcześniejszym jest zapisywany raz; przekazania oraz wartości przeglądu lub ziarna stosowane w czasie przebiegu nie są w eksportowanych scenariuszach.

kshana scenarios/campaign-shared-jammer-sea-road.toml --export kml
# after the usual result, chart and report files:
# wrote scenarios/campaign-shared-jammer-sea-road.ship-strait.kml
# wrote scenarios/campaign-shared-jammer-sea-road.car-coast-road.kml

Format, którego żaden z elementów nie potrafi opisać, jest odrzucany z podaniem tego powodu. Tabela dla poszczególnych scenariuszy znajduje się w INTEROP.md.

Kampanie LEO-PNT#

Piętnaście dołączonych kampanii ujmuje pytania o pozycjonowanie, nawigację i czas (PNT) na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO); LEO-PNT.md opisuje, co pokazuje każda z nich. Co każda uruchamia, w ujęciu wiersza poleceń:

MEO to średnia orbita okołoziemska, UHF to częstotliwość ultrawysoka, a 5G to piąta generacja sieci komórkowych.

Co jest sprawdzane#

tests/campaign_composition_reference.rs przypina tożsamości składania:

• Kampania jednofazowa odtwarza samodzielny przebieg co do bitu. Dla clock, integrity i jamming dokument wyniku elementu jest identyczny co do bajta z run_toml na pliku scenariusza, jego skrót jest tym, który podaje kampania, a przy siatce o własnym kroku przebiegu każda wyrównana wartość równa się wartości samodzielnego szeregu (C/N0 zagłuszania równa się średniej obliczonej niezależnie z dokumentu samodzielnego).
• Przegląd jednowęzłowy i złożenie jednoelementowe odczytują dokładnie samodzielną liczbę.
• Zespół o stałym ziarnie jest stabilny co do bajta, a realizacja k jest dokładnie samodzielnym przebiegiem przy seed + k; skrót kampanii ignoruje kolejność kluczy.
• Przypadek analityczny. scenarios/campaign-monte-carlo-clock-holdover.toml uruchamia 200 ziaren zegara atomowego w skali układu scalonego z wyłącznie białym szumem częstotliwości (q_wf = 9e-20 s^2/s, Microchip SA.45s sigma_y(1 s) = 3e-10), zsynchronizowanego do 590 s i dryfującego do 3600 s. Końcowy błąd czasu ma rozkład Gaussa ze średnią 0 i odchyleniem standardowym sqrt(q_wf * 3010 s) = 16,459 ns (błądzenie losowe fazy przy białym szumie częstotliwości, National Institute of Standards and Technology (NIST) Technical Note 1337). Podany przedział, [-2.52, 1,59] ns, zawiera prawdziwą średnią 0; odchylenie standardowe próbki, 14,93 ns, daje statystykę chi-kwadrat 164,5 przy 199 stopniach swobody, mieszczącą się w dwustronnym przedziale 99% [151,37, 254,14]. Przy 3000 ziarnach ten sam scenariusz daje 16,31 ns.
• Łańcuch napędzany widmem odczytuje liczby samodzielne: faza początkowa trwa dokładnie tyle, ile czas pierwszej utraty w przebiegu widma, a każda wartość L1 C/A i E1 na osi czasu równa się, z dokładnością do 1e-9 dB, wierszowi samodzielnego przykładu wodospadu dla tego samego stanu zagłuszacza (nominalny, sam czirp, sam ton CW).
• Łańcuch przekazuje stan dalej zgodnie z dokumentacją: faza spoofingu trwa dokładnie tyle, ile czas detekcji w przebiegu spoofingu, holdover przenosi dokładnie przesunięcie przebiegu spoofingu w chwili detekcji, odzyskiwanie nie przenosi niczego, a alarm trwa wszędzie tam, gdzie brakuje poziomu ochrony lub przekracza on limit alarmowy.

Te sprawdzenia pokazują, że składanie nie zmienia niczego, czego nie powinno. Nie walidują misji połączonej w łańcuch względem zmierzonej, dlatego trzy wiersze kampanii w VERIFICATION-MATRIX.md są MODELLED.