Pochodzenie: każdy parametr można wskazać w opublikowanym źródle
Główną zasadą uczciwości w Kshana jest to, że każdy parametr czujnika, model fizyczny i zbiór danych walidacyjnych można wskazać w opublikowanym źródle: karcie katalogowej, recenzowanej pracy, ICD sygnału w przestrzeni (dokumencie kontroli interfejsu) lub standardzie. Ten dokument zbiera te ciągi pochodzenia w jedną tabelę odniesień, którą można cytować.
Pochodzenie to nie tylko dokumentacja: każda tabela czujnika w scenariuszu (na przykład [clock_quantum] i [clock_classical]) niesie ciąg provenance (ModelSpec w src/types.rs; with_provenance w src/inertial/imu_errors.rs dla modelu błędów inercyjnej jednostki pomiarowej (IMU)), który przechodzi do JSON wyniku (JavaScript Object Notation) jako quantum.spec.provenance i classical.spec.provenance, więc każdy przebieg niesie własne cytowania parametrów. Blok units wyniku oznacza też każde pole liczbowe klasą pochodzenia (input, computed, closed-form, internal-consistency, …). Poniższe tabele są skonsolidowanym, czytelnym dla człowieka indeksem tych ciągów, plus pochodzenie algorytmiczne i walidacyjne z komentarzy w źródle.
Dojrzałość jest wszędzie oznaczona uczciwie: zakwalifikowana do lotu (latała), laboratoryjna naziemna / rakieta sondażowa (zademonstrowana, nie latała) lub cel kosmiczny na sprzęcie naziemnym (aspiracyjna wartość dla sprzętu, który nie latał, w szczególności każda wartość dla optycznego zegara sieciowego ze strontem). Zob. VALIDATION.md, gdzie są etykiety validated / modelled / not modeled dla poszczególnych wartości, i QUANTUM-MODELS.md, gdzie jest omówienie dojrzałości: laboratorium naziemne a lot.
1. Parametry zegarów i wzorców częstotliwości#
| Czujnik | Kluczowa wartość | Źródło | Dojrzałość |
|---|---|---|---|
| Microchip (Microsemi) SA.45s / SA65 CSAC (atomowy zegar w skali układu scalonego) | σ_y(1 s) = 3,0×10⁻¹⁰ | Karta katalogowa producenta | zakwalifikowany do lotu (wdrożona część komercyjna) |
| Optyczny zegar sieciowy ze strontem (cel kosmiczny) | σ_y(1 s) = 1×10⁻¹⁵ | Origlia, Schiller, Bongs i in., arXiv:1503,08457 | cel kosmiczny na sprzęcie naziemnym: żaden optyczny zegar Sr nie latał |
| Optyczny zegar sieciowy ze strontem (rekord laboratoryjny) | σ_y(1 s) = 4,8×10⁻¹⁷ | Oelker i in., Nature Photonics (2019) | tylko laboratorium naziemne |
| ACES/PHARAO (Atomic Clock Ensemble in Space / Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite; wzorzec na ISS (Międzynarodowej Stacji Kosmicznej)) | rzędu 1×10⁻¹⁶ po wielodniowym całkowaniu | ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) ACES/PHARAO, działający na ISS od kwietnia 2025 (cytuj opublikowane wyniki ESA) | zakwalifikowany do lotu (mikrofalowy/maser, nie optyczny) |
Współczynnik białego szumu częstotliwości Allana używany przez model holdover to q_wf = σ_y(1 s)²; szum migotania częstotliwości (flicker FM) i starzenie są modelowane tylko tam, gdzie wprost ustawiono flicker_floor (zob. VALIDATION.md), w przeciwnym razie nie są modelowane.
2. Parametry czujników inercyjnych#
| Czujnik | Kluczowe wartości | Źródło | Dojrzałość |
|---|---|---|---|
| Hybrydowa trójka akcelerometrów kwantowych Exail | stabilność biasu 6×10⁻⁸ g = 5,88×10⁻⁷ m/s² (24 h); szum 22 µg/√Hz = 2,16×10⁻⁴ (m/s²)/√Hz | Templier i in., Science Advances (2022), arXiv:2209,13209 | ground-lab |
| Kwarcowy akcelerometr klasy nawigacyjnej Honeywell QA-2000 | stabilność biasu ~160 µg = 1,57×10⁻³ m/s²; szum ~20 µg/√Hz; niestabilność biasu ~1 µg | Producent / Groves, AESS (Aerospace and Electronic Systems Society) Tutorial | flight-qualified |
| Model błędów IMU (współczynnik skali, niewspółosiowość, czułość na g, kwantyzacja, narastanie prędkości) | pięć kategorii systematycznych | IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952-1997 §A.2; Groves 2013 §4,3, Tabela 4,1 | model |
| Mechanizacja strapdown (NED, północ–wschód–dół; coning/sculling) | orientacja kwaternionowa §2,2, §5,5; mechanizacja NED §5,4; grawitacja §2,4 | Groves, Principles of GNSS (global navigation satellite system), Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, wyd. 2 | model |
3. Parametry transferu czasu i częstotliwości#
| Łącze | Kluczowa wartość | Źródło |
|---|---|---|
| Optyczne dwukierunkowe w wolnej przestrzeni (międzysatelitarne) | poziom laboratoryjny ~1 fs; 1 ps jako cel wiarygodny na orbicie | Giorgetta i in. (2013, Nature Photonics); Deschênes i in. (2016, Physical Review X) |
| TWSTFT (dwukierunkowy satelitarny transfer czasu i częstotliwości, pasmo Ku) | jedna sesja ~0,5 ns | BIPM (Międzynarodowe Biuro Miar) / PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, niemiecki narodowy instytut metrologiczny) / NIST (National Institute of Standards and Technology) |
4. Modele orbit, systemów czasu i ramek#
| Model | Równanie / standard | Źródło (komentarz w kodzie) |
|---|---|---|
| Propagacja SGP4/SDP4 (SGP4: Simplified General Perturbations 4; SDP4: Simplified Deep-space Perturbations 4) | model SGP4 WGS-72 (WGS: World Geodetic System) | Vallado i in., „Revisiting Spacetrack Report #3”, AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) 2006-6753 (2006) |
| Sekundy przestępne / systemy czasu (UTC/TAI/TT/UT1 (UTC: uniwersalny czas koordynowany; TAI: międzynarodowy czas atomowy; TT: czas ziemski; UT1: czas uniwersalny 1, czas obrotu Ziemi)) | reżim całkowitych sekund przestępnych od 1972-01-01 | IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) Conventions (2010); historia sekund przestępnych z IERS Bulletin C |
| Kąt obrotu Ziemi | θ(Tu) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448·Tu) |
IAU (Międzynarodowa Unia Astronomiczna) 2000, rezolucja B1.8 |
| Położenie/zegar SV (statku kosmicznego, czyli satelity) z efemeryd rozgłaszanych | algorytm użytkownika, relatywistyczny 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 |
| Stałe efemeryd Galileo / QZSS (japoński Quasi-Zenith Satellite System) / BeiDou (μ, Ω̇ₑ, C̄₂₀) | ICD SIS poszczególnych systemów (dokumenty kontroli interfejsu) | Galileo OS (Open Service) SIS ICD; BeiDou OS SIS ICD (CGCS2000, China Geodetic Coordinate System 2000); ICD GLONASS (rosyjski Global Navigation Satellite System) (PZ-90 (PZ: Parametry Zemli, rosyjski układ geodezyjny)) |
5. Modele GNSS w dziedzinie pomiarów i odporności#
| Model | Równanie / standard | Źródła |
|---|---|---|
| Jednoczęstotliwościowa jonosfera Klobuchara | algorytm półokręgów | IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5 |
| Zenitalna troposfera Saastamoinena | opóźnienie zenitalne hydrostatyczne + mokre | Davis i in. (1985); Groves §9,4 |
| Funkcje odwzorowania Niella | odwzorowanie hydrostatyczne i mokre względem elewacji | Niell (1996) |
| Budżet łącza antyzagłuszeniowego | [1/(C/N₀) + (J/S)/(Q·Rc)]⁻¹ (C/N₀ to stosunek gęstości nośnej do szumu, J/S to stosunek zagłuszarki do sygnału, Q to współczynnik separacji widmowej, Rc to tempo chipów) → efektywne C/N₀ → utrata synchronizacji |
Kaplan & Hegarty, Understanding GPS/GNSS, wyd. 3, §9,4 |
| Spoofing / detekcja energii | Test energii Neymana–Pearsona / dwustronny χ²₁; Φ⁻¹ metodą Acklama; erf według Abramowitza i Stegun 7.1.26 | klasyczna teoria detekcji |
| Stabilność z rodziny Allana (ADEV/MDEV/TDEV/HDEV (ADEV: odchylenie Allana; MDEV: zmodyfikowane odchylenie Allana; TDEV: odchylenie czasu; HDEV: odchylenie Hadamarda)) | z przedziałami ufności | NIST SP (Special Publication) 1065 (Riley); Kasdin, Proc. IEEE (1995) |
| RAIM (autonomiczne monitorowanie integralności przez odbiornik) / integralność (HPL/VPL (HPL: poziom ochrony w poziomie; VPL: poziom ochrony w pionie), separacja rozwiązań ARAIM (zaawansowane autonomiczne monitorowanie integralności przez odbiornik)) | migawkowy i z separacją rozwiązań | zob. INTEGRITY.md |
6. Zbiory danych walidacyjnych#
Zasady przechowywania. Zatwierdzamy dosłowną kopię każdego zbioru danych walidacyjnych, którego licencja zezwala na redystrybucję i którego rozmiar swobodnie mieści się w git, aby klon mógł odtworzyć walidację offline, bez sieci i bez zerwanych odnośników. Zbiór danych jest blokowany do pobrania (fetch-gated) (pobierany pomocnikiem scripts/fetch_*.sh do ignorowanego przez git realdata-cache/, z zatwierdzonymi tylko małymi pochodnymi wartościami referencyjnymi) tylko wtedy, gdy jego licencja jasno nie zezwala na redystrybucję lub gdy jest zbyt duży dla git. Każdy zbiór blokowany podaje poniżej konkretny powód; nic nie jest blokowane dla wygody.
| Zbiór danych | Zastosowanie | Licencja | Status w repozytorium |
|---|---|---|---|
| Wektory testowe SGP4 AIAA 2006-6753 (wszystkie 666) | Numeryczna walidacja SGP4: najgorszy przypadek 4,12 mm | Opublikowane wektory referencyjne (Vallado, AIAA) | Dołączony tests/fixtures/sgp4/ |
| ADEV σ_y(τ) optycznego zegara ⁸⁸Sr (Norcia i in., Science 366:93, 2019) | walidacja dopasowania zmierzonej stabilności zegara optycznego | CC-BY-4.0 (Creative Commons Attribution 4,0; Zenodo 10.5281/zenodo.3382347) | Dołączony tests/fixtures/optical_clock_adev/ |
| Kafel wysokości NASA/USGS (NASA: National Aeronautics and Space Administration; USGS: United States Geological Survey) SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) v3 N36W117 (Dolina Śmierci, zredukowany do 6 sekund łuku, 722 KB) | walidacja czytnika .hgt terenowego DEM (DEM: cyfrowy model terenu) na rzeczywistej rzeźbie (Badwater Basin ≈ −86 m) |
Domena publiczna (NASA/USGS SRTM v3; przez AWS (Amazon Web Services) Open Data elevation-tiles-prod) |
Dołączony tests/fixtures/terrain/N36W117_sub6.hgt |
| Przykłady CCSDS 502.0/503.0 Blue Book OEM/TDM (OEM: Orbit Ephemeris Message; TDM: Tracking Data Message) | walidacja obiegu parsera CCSDS | Opublikowane przykłady ze standardu (CCSDS) | Dołączony tests/fixtures/ccsds/ |
| Precyzyjna orbita IGS (International GNSS Service) SP3 (Standard Product 3, format precyzyjnych orbit) + próbki nawigacji RINEX (Receiver Independent Exchange Format) | walidacja dopasowania orbity i integralności | Otwarte dane IGS (bezpłatne do dowolnego użytku, z podaniem autorstwa) | Dołączony tests/fixtures/igs/ |
Migawki TLE Celestrak (zestawów elementów dwuwierszowych) (gps-ops, galileo) |
scenariusze z rzeczywistymi konstelacjami | Warunki Celestrak (podanie autorstwa; TLE (zestawy elementów dwuwierszowych) pochodzenia rządowego USA) | Dołączony tests/fixtures/celestrak/ + bieżące scripts/fetch_tles.sh |
| wyniki referencyjne scipy / scikit-learn / filterpy | walidacja jąder numerycznych i estymatorów | Wygenerowane lokalnie z bibliotek BSD/MIT (BSD: licencja Berkeley Software Distribution) | Dołączony tests/fixtures/scipy/ (+ skrypty generatora) |
| Odchylenia referencyjne Stable32 (dekadowe drabinki ADEV/HDEV) | zgodność estymatora Allana | Pochodne wartości podsumowujące (małe) | Dołączony tests/fixtures/cs5071a/, tests/fixtures/phasedat/ |
| Surowy szereg fazy cezowego 5071A (556 990 pkt, 12 MB) | nakładające się ADEV/HDEV na rzeczywistym zegarze Cs | Niejasne: allantools jest na LGPL-3.0 (GNU Lesser General Public License, licencja oprogramowania) i nie ma wyraźnego zezwolenia na redystrybucję danych; plik jest wyłączony z dystrybucji PyPI (Python Package Index) |
Fetch-gated scripts/fetch_cs5071a.sh; pochodne drabinki zatwierdzone |
| surowy PHASE.DAT (szereg regresyjny 1000 punktów) | Szereg zgodności estymatora Stable32 | Niejasne: rozpowszechniane z komercyjnym Stable32 (Hamilton Technical Services); NIST SP 1065 jest w domenie publicznej, ale nie drukuje tych wartości | Fetch-gated scripts/fetch_phasedat.sh; pochodne drabinki zatwierdzone |
| Nagranie zagłuszania/spoofingu GNSS JammerTest 2024 (1,4 GB) | kalibracja scenariuszy odporności i anomalii | GPL-3.0-or-later (GNU General Public License; Zenodo 10.5281/zenodo.15910563): redystrybucja dozwolona, ale rozmiar przekracza limit pliku GitHub 100 MB, a copyleft GPL jest sprzeczny z drzewem AGPL (Affero General Public License) | Blokowany do pobrania (fetch-gated); odwołanie do DOI (identyfikatora obiektu cyfrowego) |
Status licencji każdego zbioru blokowanego do pobrania zbadano względem organu źródłowego; dwa zbiory danych zegarów o statusie „niejasne” pozostają zablokowane do czasu wyraźnego zezwolenia na redystrybucję (wartości, które mamy licencję publikować, już zatwierdzamy), a zbiór JammerTest jest zablokowany z powodu rozmiaru i copyleftu, mimo otwartej licencji.
7. Nowsze dziedziny: skąd pochodzą ich parametry#
Rodzaje dodane od czasu powyższych tabel zachowują tę samą zasadę. Każdy wiersz podaje źródło i status w macierzy weryfikacji możliwości na nim zbudowanej (VERIFICATION-MATRIX.md ma pełny wiersz).
| Dziedzina | Parametry | Źródło | Status |
|---|---|---|---|
Synchronizacja telekomunikacyjna (telecom-timing) |
maski synchronizacji | Zalecenia ITU-T (Sektor Normalizacji Telekomunikacji Międzynarodowej Unii Telekomunikacyjnej), każdy limit z tabelą lub punktem, wymienione w TELECOM-TIMING.md |
MODELLED (transkrypcja) |
| Synchronizacja czasu w telekomunikacji | ustawienia wstępne oscylatorów ocxo, rubidium, caesium, csac |
cztery karty katalogowe Microchip, numery dokumentów w TELECOM-TIMING.md |
MODELLED |
| Synchronizacja czasu w telekomunikacji | estymatory MTIE (maksymalny błąd przedziału czasu) i TDEV (odchylenie czasu) | allantools 2024,06 na tests/fixtures/telecom_timing/ |
VALIDATED |
Układ słoneczny (solar-system, body-pnt) |
położenia planet z elementów keplerowskich Standisha z JPL (Jet Propulsion Laboratory) | sprawdzone względem wektorów stanu JPL Horizons DE441 (Development Ephemeris 441) w tests/fixtures/solar_system/ |
VALIDATED; Uran, Neptun, Pluton i księżyce MODELLED |
| Układ Słoneczny | parametry grawitacyjne, promienie i obrót każdego ciała | rekordy ciał z JPL Horizons i tabela parametrów fizycznych satelitów JPL | MODELLED (transkrypcja) |
Projekt konstelacji (constellation-design) |
nominalne sloty GPS, Galileo i GLONASS | Galileo Open Service Service Definition Document 1,1; GPS Standard Positioning Service Performance Standard, wydanie 5 | VALIDATED |
PNT na LEO (niskiej orbicie okołoziemskiej) (leo-signal, leo-pass, leo-pvt) |
nazwane ustawienia wstępne systemów | cytowane publiczne wartości, każde ustawienie wstępne ze swoim źródłem | MODELLED |
Komunikat nawigacyjny LEO (leo-navmsg) |
wagi błędu odległości sygnału w przestrzeni | Montenbruck, Steigenberger i Hauschild (2018), Advances in Space Research | VALIDATED |
| Komunikat nawigacyjny LEO | 22-parametrowy model efemeryd | Liu i in. (2025), Remote Sensing 17(16):2894 | MODELLED |
Stopka pochodzenia wykresu#
Każdy wykres renderowany przez Kshana, w przeglądarkowym placu zabaw, w eksporcie *.chart.svg z CLI (interfejsu wiersza poleceń) i na wykresie w drukowalnym raporcie *.report.html (HTML, HyperText Markup Language), jest opatrzony w prawym dolnym rogu napisem:
Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev
Wartość scenario <hash> to pierwsze 12 znaków szesnastkowych skrótu scenariusza przebiegu: SHA-256 (SHA: Secure Hash Algorithm) obliczonego z kanonicznej definicji scenariusza (ziarno, progi, parametry modelu, okna GNSS i tak dalej). Jest to ten sam odcisk, który pojawia się w jednowierszowym podsumowaniu przebiegu i w polu scenario_hash wynikowego pliku JSON. (Rodzaje, których dokument wynikowy nie zawiera pola scenario_hash, takie jak raporty integralności i księżycowe, wykorzystują SHA-256 źródłowego pliku TOML scenariusza (Tom's Obvious, Minimal Language), dzięki czemu każdy wykres ma stały odcisk.)
Ponieważ skrót jest deterministyczny i wrażliwy na dane wejściowe, zapisany lub wklejony obraz wykresu sam się identyfikuje: zawiera wersję silnika, dokładny scenariusz, który go wytworzył (do odtworzenia bit po bicie), oraz źródło, a każdy zmieniony parametr daje inny skrót, więc błędnie opisany wykres można wykryć.
Jak cytować i odtwarzać#
Każdy wynik można odtworzyć na podstawie scenario + seed + engine version. Silnik cytuje się przez CITATION.cff / koncepcyjny DOI w Zenodo 10.5281/zenodo.20528627, a dla wartości, od których zależy dany przebieg, cytuje się powyższe źródła parametrów: trafiają one do pól provenance wynikowego pliku JSON, więc opublikowany wynik sam się dokumentuje.
Tam, gdzie wartość jest celem dla przestrzeni kosmicznej, osiągniętym na sprzęcie naziemnym (każda liczba dla optycznego zegara strontowego), albo demonstracją w laboratorium naziemnym (akcelerometr na zimnych atomach), ten dokument i pochodzenie wyniku mówią o tym wprost. Kshana nie przedstawia wartości laboratoryjnych ani docelowych jako parametrów uzyskanych w locie.