Słownik

Przystępne definicje pojęć używanych w Kshana. Każde hasło zaczyna się jednowierszowym „po prostu” i dodaje dokładne znaczenie tam, gdzie to pomaga. Skróty niezdefiniowane w sekcji znajdują się w tabeli od A do Z pod koniec, Wszystkie pozostałe skróty, od A do Z.

Nawigacja i synchronizacja czasu#

PNT — pozycjonowanie, nawigacja i czas. Wiedza, gdzie jesteś, w którą stronę zmierzasz i która jest godzina — z precyzją. Nowoczesne PNT pochodzi głównie z sygnałów satelitarnych (GNSS, globalne systemy nawigacji satelitarnej zdefiniowane dalej); Kshana bada, co dzieje się z czasem i pozycją, gdy te sygnały zanikają.

GNSS — globalny system nawigacji satelitarnej. Konstelacje satelitów dostarczające PNT: GPS (Global Positioning System, USA (Stany Zjednoczone Ameryki)), Galileo (UE), GLONASS (rosyjski Global Navigation Satellite System), BeiDou (Chiny). Odbiornik widzący ≥ 4 satelity może obliczyć pełne rozwiązanie pozycji 3D i czasu.

Przerwa w GNSS / odmowa / pogorszenie / zagłuszanie (jamming). Gdy sygnały satelitarne są niedostępne (zablokowane, zagłuszone lub poza zasięgiem widzenia). W czasie przerwy system musi „dryfować” na własnych czujnikach pokładowych. Całym celem Kshana jest zmierzenie, jak dobrze sobie z tym radzi.

Holdover. Po prostu: jak długo zegar potrafi utrzymać dobry czas samodzielnie po utracie GNSS. Lepszy zegar wytrzymuje dłużej, zanim jego błąd przekroczy dozwolony próg.

Nawigacja zliczeniowa. Po prostu: szacowanie, gdzie jesteś, przez sumowanie zmierzonego ruchu, bez żadnego zewnętrznego odniesienia. Błędy się kumulują, więc lepszy czujnik inercyjny dryfuje wolniej.

Specyfikacja / próg. Maksymalny błąd, jaki wolno mieć, zanim rozwiązanie uzna się za „poza specyfikacją” — np. „czas musi mieścić się w 20 ns” lub „pozycja w 100 m”.

Czujniki, które porównuje Kshana#

Zegar (zegar atomowy). Urządzenie odmierzające czas przez liczenie naturalnych drgań atomu. Tu dwa przykłady:

• CSAC — Chip-Scale Atomic Clock (zegar atomowy w skali układu scalonego). Mały, wdrożony, komercyjny zegar (odniesienie „klasyczne”). Dobry, ale zauważalnie dryfuje podczas długiej przerwy.
• Optyczny zegar sieciowy (np. strontowy). Znacznie stabilniejszy zegar „kwantowy”; stan wiedzy w laboratoriach, jeszcze nie testowany w kosmosie.

Akcelerometr. Mierzy przyspieszenie (zmianę ruchu). Całkowany dwukrotnie daje pozycję — więc każdy błąd szybko rośnie. Akcelerometr zimnoatomowy to wersja kwantowa ze znacznie lepszą stabilnością długoterminową; klasy nawigacyjnej to wersja klasyczna.

Żyroskop. Mierzy obrót. Mały błąd obrotu przechyla platformę, co przenosi grawitację na kierunek poziomy i psuje estymatę pozycji.

IMU — Inertial Measurement Unit (inercyjna jednostka pomiarowa). Sam zestaw akcelerometrów i żyroskopów: po trzy osie każdego, raportujący siłę właściwą i prędkość kątową. Mierzy ruch; sam nie wie, gdzie jest.

INS — Inertial Navigation System (inercyjny system nawigacji). IMU plus „mechanizacja”, która całkuje jego wyjście do orientacji, prędkości i pozycji. INS jest tym, co prowadzi nawigację zliczeniową podczas przerwy w GNSS, a jego dokładność wyznaczają procesy błędów IMU wymienione niżej.

Transfer czasu. Wysyłanie precyzyjnego sygnału czasu między dwoma miejscami (np. z satelity na satelitę). Łącza optyczne są znacznie precyzyjniejsze niż łącza RF (radiowe).

Jak modeluje się błędy (szum zegara)#

Błąd zegara składa się ze standardowych „rodzajów szumu”, z których każdy ma znaną sygnaturę:

White FM (biała modulacja częstotliwości). Po prostu: szybki, losowy jitter tempa zegara. Uśrednianie go poprawia się z czasem. Parametr q_wf.

Random-walk FM. Po prostu: tempo zegara powoli wędruje. To dominuje w długich przerwach. Parametr q_rw.

Flicker FM (szum 1/f). Po prostu: uparty poziom szumu, poniżej którego zegar nigdy nie uśrednia. Jest płaski dla wszystkich czasów uśredniania. Parametr flicker_floor.

Starzenie / dryf. Powolna, przewidywalna zmiana tempa w czasie; ponieważ jest przewidywalna, estymator Kshana ją usuwa. Parametr drift.

VRW — Velocity Random Walk (błądzenie losowe prędkości). Odpowiednik białego szumu dla akcelerometru: losowe szarpnięcia prędkości, które narastają w błąd pozycji. Parametr q_va.

ARW — Angular Random Walk (kątowe błądzenie losowe). Odpowiednik dla żyroskopu: losowe szarpnięcia orientacji. Parametr q_arw.

Jak mierzy się stabilność#

Odchylenie Allana (σ_y(τ)). Po prostu: standardowy sposób podania, jak stabilny jest zegar przy danym czasie uśredniania τ. Karta katalogowa zegara podaje np. σ_y(1 s) = 3×10⁻¹⁰. Kshana sprawdza swój model zegara, obliczając odchylenie Allana własnego wyniku i sprawdzając, czy zgadza się z opublikowaną liczbą. (Źródło: Riley, NIST SP 1065 — National Institute of Standards and Technology Special Publication 1065.)

PSD — Power Spectral Density (widmowa gęstość mocy). Jak moc szumu rozkłada się po częstotliwościach; formalny sposób określania szumu białego, błądzenia losowego i migotania.

Wskaźniki jakości (jak ocenia się przebieg)#

Sześć operacyjnych wskaźników jakości PNT, które raportuje Kshana (zob. tabelę „Output” w README):

FoM — Figure of Merit (wskaźnik jakości). Jedna liczba oceniająca jeden aspekt przebiegu, podawana z jednostką i informacją, czy jest sprawdzona względem niezależnego wzorca, czy obliczona na podstawie modelu. Sześć poniższych to operacyjne FoM Kshana.

• Wydajność pozycjonowania / synchronizacji czasu — wielkość błędu, jako RMS (pierwiastek ze średniej kwadratowej) i jako 95. percentyl.
• Autonomia — czas holdover (jak długo mieści się w specyfikacji bez GNSS).
• Odporność — jak szybko rośnie błąd po utracie GNSS.
• Dostępność — ułamek przebiegu, w którym jest rozwiązanie mieszczące się w specyfikacji.
• Integralność — czy można ufać własnej estymacie błędu systemu? Kshana podaje ułamek próbek z przerwy, dla których prawdziwy błąd mieści się w ochronnej granicy filtra.
• Bezpieczeństwo — odporność na spoofing: oparty na stabilności zegara wskaźnik wykrywalności spoofingu (od v0.3.0), mający sens tylko wtedy, gdy skonfigurowano scenariusz ataku spoofingowego. To nie jest integralność klasy lotniczej: nie oblicza poziomu ochrony poziomego ani pionowego (HPL/VPL) i nie uruchamia autonomicznego monitorowania integralności przez odbiornik (RAIM), ani zwykłego, ani zaawansowanego. Te pochodzą z osobnych rodzajów scenariuszy integralności i ARAIM (zaawansowany RAIM) i są zdefiniowane niżej w „Integralność i wspomaganie”. Wrażliwe eksportowo.

Pojęcia używane obok wskaźników jakości:

Spoofing. Po prostu: fałszywy sygnał satelity, który kłamie o pozycji lub czasie. Spoofer podaje odbiornikowi wiarygodną, ale błędną odpowiedź, co jest gorsze niż zagłuszanie, bo odbiornik może tego nie zauważyć.

1-DOF — jeden stopień swobody. Pojedyncza oś. Błąd pozycji w pakiecie scenariuszy Kshana jest jednoosiowy; pełna odpowiedź 3D wymaga modelu trzyosiowego.

Zbiór Monte Carlo. Uruchamianie tego samego scenariusza wiele razy z różnymi ziarnami (seed) i raportowanie rozrzutu wyników zamiast jednego przebiegu.

CI — przedział ufności. Zakres, w którym statystyka ma się znaleźć z podanym prawdopodobieństwem (na przykład 95 %). W tabelach i plakietkach README „CI” częściej oznacza ciągłą integrację — automatyczny przebieg budowania i testów przy każdej zmianie; kontekst mówi, które.

Granica k-sigma. Granica ustawiona na k odchyleń standardowych własnej niepewności filtra; wskaźnik jakości Integralności liczy, jak często prawdziwy błąd mieści się w niej.

CEP / 2DRMS — okrągły błąd prawdopodobny / dwukrotna odległość pierwiastka ze średniej kwadratowej. Dwa standardowe sposoby podawania dokładności poziomej 2D: CEP to promień zawierający 50 % rozwiązań; 2DRMS to dwukrotny poziomy błąd średniokwadratowy. Biblioteka potrafi obliczyć oba z kowariancji pozycji (src/fom.rs), ale żaden rodzaj scenariusza jeszcze ich nie raportuje.

Czytanie wyniku: pojęcia w wyjściu#

To są nazwy, które spotkasz w pliku wyniku lub podsumowaniu placu zabaw, najpierw po prostu.

Holdover (holdover_s). Po prostu: ile sekund system mieścił się w swoim limicie błędu po utracie GNSS. Kshana podaje najkrótszy taki dryf spośród wszystkich przerw w przebiegu, mierzony na siatce czasu przebiegu, więc jest to dolna granica w rozdzielczości kroku czasu. Holdover równy długości przerwy oznacza, że limit nigdy nie został przekroczony.

p95 (timing_p95_ns). Po prostu: w 95 % czasu błąd czasu był tak mały lub mniejszy. To 95. percentyl błędu w czasie przerwy. Bardzo mała wartość może w krótkim podsumowaniu wyświetlić się jako 0.0; plik JSON (JavaScript Object Notation) wyniku zawiera liczbę z pełną precyzją.

Integralność (integrity). Po prostu: jak często własna estymata błędu systemu była uczciwa. To ułamek próbek z przerwy, dla których prawdziwy błąd mieścił się w granicy k-sigma filtra (zdefiniowanej niżej). Wartość bliska 1 oznacza, że estymator nie zaniżał swojego błędu. To nie jest poziom ochrony klasy lotniczej; zob. „Integralność i wspomaganie” niżej oraz INTEGRITY.md.

Wskaźnik bezpieczeństwa (security). Po prostu: jak prawdopodobne jest wykrycie ataku spoofingowego. To prawdopodobieństwo wykrycia skonfigurowanego ataku — jeden minus prawdopodobieństwo niewykrytego zdarzenia P_md — wyprowadzone ze stabilności zegara. Ma sens tylko wtedy, gdy scenariusz konfiguruje atak spoofingowy. Gdy nie skonfigurowano ataku, jednowierszowe podsumowanie wypisuje security n/a (no attack), a wynik oznacza wartość jako applicable: false w bloku figure_tiers; wartość pozostaje w dokumencie i oznacza „nie dotyczy”, a nie „zerowe bezpieczeństwo”.

PDOP — rozmycie dokładności pozycji (klucze takie jak pdop_min). Po prostu: jak bardzo geometria satelitów powiększa błąd pomiaru odległości w błąd pozycji. Błąd pozycji to z grubsza PDOP razy błąd pomiaru odległości, więc im mniej, tym lepiej. Zob. DOP w „Estymacja i geometria”.

sigma_y (σ_y(τ), odchylenie Allana). Po prostu: jak bardzo tempo zegara faluje po uśrednieniu w czasie τ. Wiersz karty katalogowej, taki jak sigma_y(1 s) = 3e-10, oznacza, że tempo uśrednione w ciągu jednej sekundy zmienia się o około 3 części na 10¹⁰. Mniej znaczy stabilniejszy zegar. Zob. „Jak mierzy się stabilność” wyżej.

q_wf — intensywność szumu częstotliwości białego. Po prostu: siła szybkiego, losowego jittera tempa zegara. To współczynnik w σ_y²(τ) = q_wf / τ dla szumu częstotliwości białego, więc scenariusz ustawia q_wf = sigma_y(1 s)² z jednosekundowego odchylenia Allana z karty katalogowej. Jego towarzyszami są q_rw (szum częstotliwości typu błądzenie losowe) i drift (starzenie); zob. „Jak modeluje się błędy” wyżej.

Pojęcia synchronizacji czasu w telekomunikacji#

Sieci telekomunikacyjne dystrybuują czas przez sieci pakietowe (Precision Time Protocol) z zegara odniesienia zasilanego z GNSS, a Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna, Sektor Normalizacji Telekomunikacji (ITU-T) ustala limity błędu czasu, który może dodać każdy zegar. Te pojęcia występują w rodzaju telecom-timing; zob. TELECOM-TIMING.md.

TE — time error (błąd czasu). Po prostu: jak daleko czas zegara jest od czasu odniesienia w jednej chwili. Dodatni lub ujemny, zwykle w nanosekundach.

max|TE| — maksymalny bezwzględny błąd czasu. Po prostu: najgorszy błąd czasu widoczny w pomiarze, bez względu na znak. To naczelny limit, który ustala większość masek.

cTE — stały błąd czasu. Po prostu: stała część przesunięcia błędu czasu — średni błąd, który nie zmienia się w trakcie pomiaru.

dTE — dynamiczny błąd czasu. Po prostu: falująca część błędu czasu — to, co zostaje po usunięciu stałego przesunięcia. Ocenia się go za pomocą MTIE i TDEV.

MTIE — maksymalny błąd interwału czasu. Po prostu: największe wahnięcie błędu czasu widoczne w dowolnym oknie danej długości. Dla każdej długości okna przesuwa okno po zapisie i bierze największą zmianę od szczytu do szczytu; maska podaje największą dozwoloną wartość dla każdej długości okna.

TDEV — odchylenie czasu. Po prostu: typowe (średniokwadratowe) wędrowanie błędu czasu przy danym czasie uśredniania, po uśrednieniu krótkoterminowego jittera. To kuzyn odchylenia Allana w dziedzinie czasu i, jak MTIE, jest sprawdzany względem maski.

PRTC — primary reference time clock (podstawowy zegar odniesienia czasu). Zegar na szczycie telekomunikacyjnego łańcucha synchronizacji, zwykle sterowany przez GNSS. Jego limity wydajności są w zaleceniu ITU-T G.8272.

ePRTC — enhanced primary reference time clock (ulepszony podstawowy zegar odniesienia czasu). PRTC z ciaśniejszym limitem błędu czasu, wspierany przez bardzo stabilny lokalny zegar atomowy, aby mógł utrzymać czas podczas długiej utraty GNSS. Zalecenie ITU-T G.8272.1.

T-BC — telecom boundary clock (telekomunikacyjny zegar graniczny). Zegar sieciowy, który odbiera czas z góry i przekazuje go w dół, dodając trochę własnego błędu czasu. Zalecenie ITU-T G.8273.2.

T-TSC — telecom time slave clock (telekomunikacyjny zegar podrzędny czasu). Zegar na końcu łańcucha, który odbiera czas i udostępnia go urządzeniom, które go potrzebują (na przykład stacji bazowej radiowej). Obejmuje go również zalecenie ITU-T G.8273.2.

OCXO — oven-controlled crystal oscillator (oscylator kwarcowy w termostacie). Oscylator kwarcowy utrzymywany w stałej temperaturze w małym piecyku, co czyni go znacznie stabilniejszym niż zwykły oscylator kwarcowy. Częsty zegar holdover w sprzęcie sieciowym; starzeje się (dryfuje) zauważalnie w ciągu dni.

CSAC — chip-scale atomic clock (zegar atomowy w skali układu scalonego). Bardzo mały zegar atomowy (zob. „Czujniki, które porównuje Kshana” wyżej). Stabilniejszy niż OCXO przy długim holdover, za cenę większego kosztu i mocy.

Poziomy dowodowe: VALIDATED, MODELLED, PARTNER#

Każda możliwość w sprawdzanej maszynowo macierzy weryfikacji (VERIFICATION-MATRIX.md) ma jeden z trzech poziomów.

VALIDATED. Po prostu: sprawdzone względem cudzej odpowiedzi. Wynik możliwości porównano z niezależną zewnętrzną wyrocznią — rzeczywistymi zmierzonymi danymi, niezależną biblioteką napisaną przez kogoś innego lub opublikowanymi wartościami odniesienia — i zgadzał się w podanej tolerancji. Kontrola ciągłej integracji odrzuca wiersz VALIDATED, który nie wskazuje żadnej zewnętrznej wyroczni.

MODELLED. Po prostu: zbudowane na rzetelnej fizyce i sprawdzone pod kątem spójności wewnętrznej, ale jeszcze nieporównane z zewnętrzną odpowiedzią. Wartości mają sens do porównań i kompromisów projektowych; nie są dowodem, że rzeczywiste urządzenie zadziała w taki sposób. MODELLED-RATIONALE.md wyjaśnia, dlaczego każdy taki wiersz jest obliczony na podstawie modelu.

PARTNER. Po prostu: ta część należy do partnera od sprzętu lub zapewnienia jakości produktu, a Kshana niczego o niej nie twierdzi. Wiersz istnieje po to, by luka była widoczna, a nie przemilczana.

Pojęcia dotyczące widma i zakłóceń#

Te pojęcia występują w rodzaju spectrum; zob. SPECTRUM.md.

• BPSK(n) — binary phase-shift keying przy n × 1,023 Mchip/s. Modulacja prostokątnym chipem GPS L1 coarse/acquisition (C/A) i L2 civil (L2C) (n = 1) oraz GPS L5 i Galileo E5a (n = 10). Jego widmo to sinc² z zerami co n × 1,023 MHz.
• BOC(m, n) — binary offset carrier. Kod rozpraszający przy n × 1,023 Mchip/s pomnożony przez podnośną prostokątną przy m × 1,023 MHz, co dzieli widmo na dwa płaty po obu stronach nośnej.
• MBOC(6,1,1/11) — multiplexed binary offset carrier. Widmowa gęstość mocy 10/11 × BOC(1 1) + 1/11 × BOC(6 1), uzgodniona dla otwartej usługi Galileo E1 i GPS L1C; Galileo nadaje ją jako composite BOC (CBOC).
• CW — continuous wave (fala ciągła). Niemodulowana nośna: pojedynczy ton.
• J/S — stosunek zagłuszacza do sygnału. Odebrana moc zagłuszacza względem odebranej mocy sygnału, w decybelach.
• SSC — spectral separation coefficient (współczynnik separacji widmowej). κ = ∫ G_s(f) G_j(f) df po paśmie odbiornika: ile widma zakłócenia o mocy jednostkowej wpada tam, gdzie widmo sygnału. Efektywny stosunek nośnej do gęstości szumu to [1/(C/N₀) + (J/S)·κ]⁻¹.
• Współczynnik szumów. Ile odbiornik dodaje do szumu termicznego, jako stosunek F w decybelach; temperatura szumowa systemu to T_ant + 290 K × (F − 1).
• Waterfall. Obraz czas-częstotliwość widma: częstotliwość w poziomie, czas w dół, kolor dla mocy.
• Estymata Welcha. Widmowa gęstość mocy estymowana przez uśrednianie okienkowanych, nakładających się periodogramów (Welch 1967).
• SigMF — Signal Metadata Format. Otwarty format nagrań: plik JSON .sigmf-meta opisujący surowy plik .sigmf-data z próbkami (tutaj zespolonymi cf32_le, ci16_le lub ci8).
• IQ — in-phase and quadrature (składowa równofazowa i kwadraturowa). Dwie składowe zespolonej próbki pasma podstawowego.

Pojęcia sygnału LEO-PNT#

Te pojęcia występują w rodzaju leo-signal i w wielopasmowych scenariuszach spectrum; zob. LEO-SIGNAL.md.

• LEO-PNT — pozycjonowanie, nawigacja i czas z niskiej orbity okołoziemskiej. Sygnały nawigacyjne nadawane z satelitów znajdujących się od kilkuset do około 1200 km nad Ziemią: silniejsze i szybciej poruszające się niż GNSS ze średniej orbity okołoziemskiej.
• RNSS, RDSS, MSS, EESS — usługa radionawigacji satelitarnej, usługa radiolokalizacji satelitarnej, usługa satelitarna ruchoma, usługa satelitarna badania Ziemi. Przydziały usług ITU (Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego), w których może mieścić się pasmo.
• Składowe pilotowa, danych i akwizycyjna. Części jednego sygnału: pilot bez danych do pomiaru odległości, składowa danych niosąca komunikat nawigacyjny oraz krótka składowa akwizycyjna o niskiej szybkości, którą łatwo odnaleźć.
• FDMA — wielodostęp z podziałem częstotliwości. Składowe lub satelity rozdzielone częstotliwością nośnej, a nie kodem.
• Szerokość pasma Gabora (RMS). β = √(∫ f² G df / ∫ G df) w paśmie odbiornika: rozrzut mocy sygnału w częstotliwości, który określa, jak dokładnie można mierzyć odległość.
• DLL — pętla synchronizacji opóźnienia. Pętla śledzenia kodu; odstęp korelatora wczesny–późny i szerokość pasma szumów określają fluktuację pomiaru odległości wynikającą z szumu termicznego.
• EFQPSK — ulepszona kwadraturowa modulacja z kluczowaniem fazy Fehera. Modulacja o stałej obwiedni (Xona Pulsar); tutaj przybliżona widmem chipów prostokątnych.
• OFDM — multipleksowanie z ortogonalnym podziałem częstotliwości. Przebieg wielonośnikowy (łącze w dół Starlink); tutaj narysowany jako płaskie pasmo.
• TEC — całkowita zawartość elektronów. Liczba elektronów na metr kwadratowy wzdłuż drogi sygnału; 1 TECU = 10¹⁶ el/m². Opóźnienie jonosferyczne pierwszego rzędu wynosi 40,3·TEC/f² metra.
• EIRP — równoważna moc promieniowana izotropowo. Moc nadawania razy zysk anteny w kierunku odbiornika.

Integralność i wspomaganie#

Integralność to pytanie o zaufanie: nie „jak duży jest mój błąd?”, lecz „czy potrafię go ograniczyć i czy zostanę poinformowany, gdy to ograniczenie zostanie przekroczone?”. Oto lotnicze terminy opisujące tę kwestię.

RAIM — autonomiczne monitorowanie integralności w odbiorniku. Mówiąc prosto: odbiornik porównuje satelity ze sobą. Gdy satelitów jest więcej niż cztery potrzebne do wyznaczenia pozycji, nadwyżki (residua) powinny być małe; duże residuum oznacza, że jeden satelita podaje błędne dane, a odbiornik może to stwierdzić bez pomocy z ziemi. Zaimplementowane w src/raim.rs.

ARAIM — zaawansowane autonomiczne monitorowanie integralności w odbiorniku. Nowoczesna, dwuczęstotliwościowa, wielokonstelacyjna postać RAIM. Otrzymuje komunikat wspierający integralność, podający zakładany błąd i prawdopodobieństwo usterki każdego satelity, a zamiast flagi zaliczenia lub niezaliczenia zwraca poziomy ochrony. Pełne omówienie, z każdym założeniem, w ARAIM_REFERENCE.md.

SISRE — błąd odległości w przestrzeni sygnału. Mówiąc prosto: o ile nadawana orbita i zegar satelity zniekształcają odległość mierzoną przez typowego użytkownika. Błąd orbity dzieli się na składowe radialną, wzdłuż toru i poprzeczną, waży się je tym, jak bardzo każda z nich przejawia się wzdłuż przeciętnej linii widzenia, a następnie łączy z błędem zegara (Montenbruck i in. 2018). Dla satelity na niskiej orbicie okołoziemskiej składowe wzdłuż toru i poprzeczna ważą znacznie więcej niż dla GPS, ponieważ użytkownik widzi go daleko od nadiru. Używane przez rodzaj leo-navmsg.

RAC — radialna, wzdłuż toru, poprzeczna. Trzy kierunki, na które rozkłada się błąd orbity: od środka Ziemi na zewnątrz, wzdłuż kierunku lotu i prostopadle do płaszczyzny orbity. Model kepler-rac rodzaju leo-navmsg dodaje w każdym z nich wielomian korekcyjny.

SVID — identyfikator pojazdu kosmicznego. Numer, którym komunikat nawigacyjny wskazuje satelitę, który go nadał.

IOD — wydanie danych. Licznik zmieniający się za każdym razem, gdy zmienia się treść komunikatu nawigacyjnego satelity, dzięki czemu odbiornik odróżnia nowy komunikat od powtórzenia. (Nie mylić z demonstracją w locie, również skracaną do IOD, jak w przypadku Celeste IOD z ESA.)

TOW — czas tygodnia. Sekundy od początku bieżącego tygodnia GNSS (niedziela 00:00).

CRC-24Q — 24-bitowa cykliczna kontrola nadmiarowa (wielomian Qualcomm). Kontrola wykrywająca błędy, którą niosą komunikaty RTCM 10403 i Galileo: 24-bitowa reszta z dzielenia bitów komunikatu przez wielomian 0x1864CFB. Odbiornik przelicza ją ponownie i odrzuca komunikat, który się nie zgadza.

URE — błąd odległości użytkownika. Mówiąc prosto: jak bardzo własna nadawana orbita i zegar satelity zniekształcają każdą odległość do niego. Nazywany też błędem w przestrzeni sygnału (SISE); to budżet błędu dla poszczególnych satelitów, którym zasilane są ARAIM i RAIM (sigma_ure_m w src/raim.rs).

MHSS — separacja rozwiązań dla wielu hipotez. Metoda stosowana w ARAIM. Dla każdego sposobu, w jaki konstelacja mogłaby być uszkodzona, tworzy rozwiązanie wykluczające podejrzane satelity i ogranicza, jak daleko to rozwiązanie cząstkowe może leżeć od rozwiązania ze wszystkich widocznych satelitów.

HPL / VPL — pozioma / pionowa wartość poziomu ochrony. Mówiąc prosto: promień, w którym system obiecuje, że znajduje się prawdziwy błąd, przy podanym ryzyku dla integralności. To ograniczenie obliczane przez algorytm, a nie zmierzony błąd. Przebieg jest dostępny, gdy poziom ochrony pozostaje poniżej limitu alarmowego dopuszczonego dla danej operacji (VAL, pionowy limit alarmowy; HAL, poziomy).

SBAS — satelitarny system wspomagania. Sieć naziemna, która obserwuje GNSS, oblicza poprawki i ograniczenia integralności oraz nadaje je z satelitów geostacjonarnych. WAAS — system wspomagania obszaru rozległego to system amerykański; EGNOS (Europejska Służba Nakładkowa Nawigacji Geostacjonarnej) jest jego europejskim odpowiednikiem. Kshana oblicza poziomy ochrony w postaci ważonych najmniejszych kwadratów według DO-229E (DO-229E to minimalna norma użytkowa RTCA dla odbiorników SBAS; RTCA to dawna Radio Technical Commission for Aeronautics) (src/sbas.rs).

Estymacja i geometria#

Estymator. Algorytm, który na podstawie modelu czujnika przewiduje prawdziwą pozycję lub czas podczas przerwy w sygnale. Kshana ma analityczny predyktor holdover oraz filtr Kalmana.

Filtr Kalmana. Mówiąc prosto: algorytm, który śledzi pewną wielkość i jednocześnie śledzi, jak bardzo jest ona niepewna. Kshana używa jego ograniczenia niepewności do obliczania integralności.

EKF — rozszerzony filtr Kalmana. Filtr Kalmana dla problemu nieliniowego: w każdym kroku linearyzuje model wokół bieżącego oszacowania. Standardowy wybór przy sprzęganiu GNSS z INS.

UKF — filtr Kalmana typu unscented. To samo zadanie bez linearyzacji: przepuszcza niewielki zbiór deterministycznie dobranych punktów próbnych przez prawdziwy model nieliniowy i odtwarza średnią oraz kowariancję z miejsc, w których te punkty wylądują. Zachowuje się lepiej, gdy nieliniowość jest silna, dlatego korzysta z niego wyznaczanie orbity.

DOP — rozmycie dokładności. Mówiąc prosto: w jakim stopniu geometria satelitów wzmacnia błąd pomiaru odległości do błędu pozycji lub czasu. Błąd pozycji ≈ PDOP × błąd pomiaru odległości, więc niska wartość oznacza dobrą geometrię. Rodzina: GDOP (geometryczny — pozycja i czas łącznie), PDOP (pozycja), HDOP (poziomy), VDOP (pionowy), TDOP (czas).

Konstelacja Walkera. Standardowy sposób opisu konstelacji satelitów przez liczbę płaszczyzn orbitalnych i satelitów w płaszczyźnie (GPS to w przybliżeniu powłoka Walkera 24/6).

Maska elewacji. Minimalny kąt nad lokalnym horyzontem, przy którym satelita uznawany jest za użyteczny; sygnały zbyt nisko są wykluczane.

Okultacja. Sytuacja, gdy Ziemia fizycznie przesłania linię widzenia do satelity.

Skyline (maska linii nieba). Mówiąc prosto: zarys budynków, żurawi lub wzgórz na tle nieba, jako elewacja dla każdego azymutu. Satelita liczy się jako widoczny tylko powyżej max(elevation mask, skyline) w swoim azymucie, a satelita powyżej maski, ale za linią nieba, jest „zasłonięty przez skyline”. Kshana buduje ją z tabeli, kanionu ulicznego, sektorów i terenu (ich maksimum punktowe) lub z ustawienia REPRESENTATIVE; tylko linia widzenia, bez odbić i dyfrakcji (SKYLINE.md).

Geometria nieba. Które satelity widzi stanowisko pod daną linią nieba i jak wpływa to na rozwiązanie: współczynniki DOP, kowariancja wschód–północ–góra rozwiązania najmniejszych kwadratów i jej elipsa błędu, czyli obszar poziomy zawierający podany odsetek wyznaczeń (95 % domyślnie) dla niezależnych, jednakowych gaussowskich błędów odległości. Geometria MODELLED przy podanym modelu błędu, a nie rzeczywisty błąd odbiornika (SKYLINE.md).

CTI — złożona integralność czasu. Poziomy ochrony dla czasu, a nie pozycji, obliczane przy przekazaniu między różnymi źródłami czasu — na przykład od zegara sprawdzanego przez satelity (z dostępnym RAIM) do zegara swobodnie biegnącego w trybie holdover — tak aby ograniczenie pozostawało ważne podczas przejścia (src/integrity/mod.rs).

TIB — wzorzec integralności czasu. Miarka dla monitorów czasu innych osób: wprowadza zestaw usterek i sprawdza, czy podany przez monitor poziom ochrony rzeczywiście ograniczał jego błąd. Nie stawia żadnego własnego twierdzenia o dokładności, więc nie może go zawyżyć (src/benchmark/mod.rs).

Orbity i przestrzeń cislunarna#

CR3BP — kołowy ograniczony problem trzech ciał. Układ Ziemia–Księżyc traktowany jako dwa ciała na orbitach kołowych wokół wspólnego środka masy oraz statek kosmiczny zbyt lekki, by oddziaływać zwrotnie. W pobliżu Księżyca elipsa Keplera dla dwóch ciał ma po prostu zły kształt; CR3BP jest najtańszą dynamiką, która jest właściwa (src/cr3bp.rs).

NRHO — prawie prostoliniowa orbita halo. Okresowa orbita CR3BP, która przechodzi blisko jednego bieguna Księżyca i daleko nad drugim, więc widziana wzdłuż osi jest niemal linią prostą — stąd „prawie prostoliniowa”. To orbita wybrana dla księżycowego Gateway; zapewnia niemal ciągłą linię widzenia do Ziemi.

DRO — odległa orbita wsteczna. Kolejna rodzina CR3BP: duża, stabilna orbita, która okrąża Księżyc wstecznie, patrząc w układzie obracającym się.

EOP — parametry orientacji Ziemi. Mierzone, nieco nieregularne drgania i obrót Ziemi (ruch bieguna, UT1 (czas uniwersalny 1, czas obrotu Ziemi)−UTC — czas obrotu Ziemi minus uniwersalny czas koordynowany — oraz długość doby), potrzebne do przekształcenia pozycji związanej z Ziemią w pozycję inercjalną z dokładnością lepszą niż metry. Publikuje je IERS (Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi i Układów Odniesienia); Kshana odczytuje jej plik finals2000A przez --eop.

Normy, formaty i organizacje#

Skróty, których README i strony pakietów używają dla norm, formatów plików, skal czasu, układów odniesienia i stojących za nimi instytucji. Każdy jest też rozwinięty przy pierwszym użyciu na tych stronach.

Orbity, układy odniesienia i czas

• SGP4 / SDP4 — uproszczone perturbacje ogólne 4 / uproszczone perturbacje głębokiego kosmosu 4. Standardowe analityczne propagatory publikowanych orbit satelitów.
• TLE — dwuwierszowy zestaw elementów. Publiczny format orbity, który odczytuje SGP4.
• LEO / MEO / GTO / IGSO — niska orbita okołoziemska / średnia orbita okołoziemska / geostacjonarna orbita transferowa / nachylona orbita geosynchroniczna. Rodzaje orbit; większość satelitów GNSS lata na MEO.
• LMO — niska orbita wokół Marsa.
• ECI / ECEF — inercjalny układ związany ze środkiem Ziemi / układ związany ze środkiem Ziemi i z Ziemią. Układ, który nie obraca się z Ziemią, i układ, który się obraca.
• TEME — prawdziwy równik, średnie równonocy. Układ, w którym SGP4 podaje wyniki.
• GCRS / ITRS / ITRF — geocentryczny niebieski system odniesienia / międzynarodowy system odniesienia związany z Ziemią / jego realizacja, międzynarodowy układ odniesienia związany z Ziemią. Nowoczesne układy inercjalny i związany z Ziemią.
• CIO — niebieski początek pośredni. Punkt odniesienia nowoczesnego łańcucha obrotu Ziemi, niezależnego od równonocy.
• LVLH — lokalna pionowa, lokalna pozioma. Układ, który porusza się ze statkiem kosmicznym.
• WGS-84 — Światowy System Geodezyjny 1984. Elipsoida Ziemi używana przez GPS.
• UTC / TAI / TT / UT1 / TDB — uniwersalny czas koordynowany / międzynarodowy czas atomowy / czas ziemski / czas uniwersalny 1 (czas obrotu Ziemi) / barycentryczny czas dynamiczny.
• LTC / TCL — księżycowy czas współrzędnych (Temps-Coordonnée Lunaire). Proponowana skala czasu dla Księżyca.
• OD — wyznaczanie orbity. Odtwarzanie orbity z pomiarów śledzenia.
• CR3BP, NRHO i DRO są zdefiniowane powyżej w części „Orbity i przestrzeń cislunarna”.

Formaty plików i komunikaty

• SP3 — produkt standardowy 3. Format pliku precyzyjnych orbit Międzynarodowej Służby GNSS (IGS), w wersjach c i d.
• RINEX — format wymiany niezależny od odbiornika. Standardowy format pliku dla obserwacji GNSS i efemeryd nadawanych.
• IONEX — format wymiany map jonosfery.
• OEM / OMM / TDM — komunikat efemeryd orbity / komunikat średnich elementów orbity / komunikat danych śledzenia. Standardowe komunikaty dla orbit i danych śledzenia, opracowane przez Konsultacyjny Komitet ds. Systemów Danych Kosmicznych (CCSDS).
• TOML — Tom's Obvious, Minimal Language. Format tekstowy scenariuszy Kshana.
• KIF — Kshana Interchange Format. Wersjonowana, samoopisująca się koperta wyniku Kshana.

Standardy

• DO-229E / DO-316. Minimalne normy użytkowe RTCA dla odbiorników SBAS oraz dla lotniczego wyposażenia GPS ze wspomaganiem opartym na statku powietrznym.
• IS-GPS-200 / IS-GPS-705. Specyfikacje interfejsu GPS (druga obejmuje sygnał L5).
• NIST SP 1065. Handbook of Frequency Stability Analysis Narodowego Instytutu Standardów i Technologii.
• TRL — poziom gotowości technologicznej. Skala od 1 do 9 dojrzałości sprzętu.

Organizacje

• ESA / ESOC / ESTRACK — Europejska Agencja Kosmiczna, jej Europejskie Centrum Operacji Kosmicznych i jej europejska sieć śledzenia kosmicznego.
• NASA / JPL / NAIF / DSN — amerykańska Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej, jej Jet Propulsion Laboratory, jej Navigation and Ancillary Information Facility (które publikuje zestaw narzędzi SPICE — Spacecraft, Planet, Instrument, C-matrix, Events) oraz jej Deep Space Network.
• IGS — Międzynarodowa Służba GNSS. IERS — Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi i Układów Odniesienia. IAU — Międzynarodowa Unia Astronomiczna (której biblioteka SOFA, Standards of Fundamental Astronomy, i jej otwarty port ERFA, Essential Routines for Fundamental Astronomy, są odniesieniem dla układów odniesienia w Kshana).
• CCSDS — Konsultacyjny Komitet ds. Systemów Danych Kosmicznych. AIAA — Amerykański Instytut Aeronautyki i Astronautyki. RTCA — dawna Radio Technical Commission for Aeronautics.

Oprogramowanie i łańcuch dostaw

• CLI — interfejs wiersza poleceń. MCP — Model Context Protocol, protokół, którym posługuje się serwer agentowy Kshana. IDE — zintegrowane środowisko programistyczne.
• SBOM — wykaz składników oprogramowania. SLSA — Supply-chain Levels for Software Artifacts, framework pochodzenia kompilacji, według którego atestowane są wydania Kshana.

Każdy pozostały skrót, od A do Z#

Każdy skrót użyty w dokumentacji repozytorium (docs/ i czterech plikach README), którego nie definiuje żadna sekcja powyżej, oraz kilka takich, które definiuje, powtórzonych dla ułatwienia wyszukiwania. Każda strona rozwija też swoje skróty przy pierwszym użyciu; ta tabela to jedno miejsce, w którym można sprawdzić je wszystkie. Kilka pozycji to identyfikatory lub nazwy, a nie skróty, i jest to tam zaznaczone.

Odtwarzalność i licencjonowanie#

Odtwarzalny (deterministyczny). To samo wejście zawsze daje bit po bicie identyczny wynik — scenario + seed + version → identical result. Żadnej ukrytej losowości.

Ziarno (seed). Liczba inicjująca (deterministyczny) generator liczb losowych, dzięki czemu przebiegi można powtórzyć.

Open core. Model biznesowy: silnik jest darmowy i otwartoźródłowy (AGPL-3.0, GNU Affero General Public License zdefiniowana poniżej; z podwójnym licencjonowaniem komercyjnym); podtrzymujący go biznes to wsparcie, integracja, licencje komercyjne i zastrzeżone dodatki, a nie opłaty za stanowiska za otwarty silnik.

AGPL-3.0. GNU Affero General Public License v3 — licencja otwartoźródłowa z silnym copyleftem, zatwierdzona przez OSI (Open Source Initiative). Podobna do GPL (GNU General Public License), lecz z dodatkową klauzulą (§13) obejmującą oprogramowanie udostępniane użytkownikom przez sieć: zmodyfikowana wersja dostępna przez sieć musi oferować tym użytkownikom swój odpowiadający jej kod źródłowy. Otwarta licencja Kshana.

Podwójne licencjonowanie. Oferowanie tego samego kodu na dwóch licencjach, spośród których użytkownicy wybierają: tutaj AGPL-3.0 (otwarta, copyleft) albo licencja komercyjna od Ashforde OÜ (estońskiej spółki z ograniczoną odpowiedzialnością; OÜ = osaühing) do użytku zastrzeżonego lub zamkniętego, do którego AGPL się nie nadaje. Zob. LICENSING.md.

Używane także na kshana.dev

Skróty używane na stronie internetowej, których nie ma w glosariuszu repozytorium powyżej.

GPS

Global Positioning System

C/N₀

stosunek mocy nośnej do gęstości szumu, w dB-Hz

L-band

pasmo radiowe od 1 do 2 GHz używane przez GNSS

C/A

kod zgrubny/akwizycyjny GPS L1

AFS

Augmented Forward Signal (księżycowy)

MEMS

systemy mikroelektromechaniczne

UAS

system bezzałogowego statku powietrznego

PL · AL

poziom ochrony · limit alarmowy

APV-I

podejście z prowadzeniem pionowym, poziom I

LEO · GEO

niska orbita okołoziemska · orbita geostacjonarna

OEM · OMM · TDM

komunikaty CCSDS: efemerydy orbity, średnie elementy orbity i dane śledzenia

IGRF

Międzynarodowe Pole Referencyjne Geomagnetyzmu

DSN

Deep Space Network

VLBI

interferometria o bardzo długiej bazie

LLR

laserowe pomiary odległości do Księżyca

TCXO · OCXO

oscylator kwarcowy z kompensacją temperatury · w termostacie

RAFS

rubidowy wzorzec częstotliwości atomowy

PHM

pasywny maser wodorowy

USO · DSAC

oscylator ultrastabilny · Deep Space Atomic Clock

MTIE · TDEV

maksymalny błąd interwału czasu · odchylenie czasu

PRTC · ePRTC

podstawowy zegar czasu odniesienia · rozszerzony PRTC

ADEV · σy(τ)

odchylenie Allana przy czasie uśredniania τ

ITU-T

Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny, Sektor Normalizacji Telekomunikacji

NIS · NEES

znormalizowany kwadrat innowacji · znormalizowany kwadrat błędu estymacji

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

WASM

WebAssembly

JSON · CSV · SVG

JavaScript Object Notation · wartości rozdzielone przecinkami · Scalable Vector Graphics

CLI · API · IDE

interfejs wiersza poleceń · interfejs programistyczny aplikacji · zintegrowane środowisko programistyczne

SBOM · SLSA

wykaz składników oprogramowania · Supply-chain Levels for Software Artifacts

NDA

umowa o zachowaniu poufności

DOI

Digital Object Identifier

wodospad C/N₀

wykres stosunku mocy nośnej do gęstości szumu dla każdego satelity w czasie

HPL · VPL

poziomy · pionowy poziom ochrony

LROC

Lunar Reconnaissance Orbiter Camera