Glossário

Definições em linguagem simples dos termos usados no Kshana. Cada verbete começa com uma linha “em termos simples” e depois acrescenta o significado preciso quando isso ajuda. As abreviações não definidas em uma seção estão na tabela de A a Z perto do final, Todas as outras abreviações, de A a Z.

Navegação e temporização#

PNT — Positioning, Navigation, and Timing (posicionamento, navegação e temporização). Saber onde você está, para onde está indo e que horas são — com precisão. O PNT moderno vem em sua maior parte de sinais de satélite (GNSS, os sistemas globais de navegação por satélite definidos a seguir); o Kshana estuda o que acontece com o tempo e a posição quando esses sinais se perdem.

GNSS — Global Navigation Satellite System (sistema global de navegação por satélite). As constelações de satélites que fornecem PNT: GPS (Global Positioning System, EUA (Estados Unidos da América)), Galileo (UE), GLONASS (Global Navigation Satellite System da Rússia), BeiDou (China). Um receptor que enxerga ≥ 4 satélites pode calcular uma posição 3D e um ajuste de tempo completos.

Interrupção / negação / degradação / bloqueio do GNSS. Quando os sinais de satélite estão indisponíveis (obstruídos, bloqueados por jamming ou fora de vista). Durante uma interrupção, o sistema precisa “navegar por inércia” com seus próprios sensores de bordo. Todo o propósito do Kshana é medir quão bem ele faz isso.

Holdover. Em termos simples: por quanto tempo o relógio consegue manter a hora certa sozinho depois de perder o GNSS. Um relógio melhor aguenta mais tempo antes que seu erro ultrapasse o limite permitido.

Navegação estimada (dead-reckoning). Em termos simples: estimar onde você está somando o movimento medido, sem nenhuma referência externa. Os erros se acumulam, de modo que um sensor inercial melhor deriva mais lentamente.

Especificação / limiar. O erro máximo permitido antes de a solução ser considerada “fora da especificação” — por exemplo, “a temporização deve permanecer dentro de 20 ns” ou “a posição dentro de 100 m”.

Os sensores que o Kshana compara#

Relógio (relógio atômico). Um dispositivo que mantém o tempo contando a oscilação natural de um átomo. Dois exemplos aqui:

• CSAC — Chip-Scale Atomic Clock (relógio atômico em escala de chip). Um relógio pequeno, implantado e comercial (a referência “clássica”). Bom, mas deriva de forma perceptível em uma interrupção longa.
• Relógio de rede óptica (por exemplo, estrôncio). Um relógio “quântico” bem mais estável; o estado da arte em laboratórios, ainda não levado ao espaço.

Acelerômetro. Mede a aceleração (variação do movimento). Integrado duas vezes, dá a posição — de modo que qualquer erro cresce rapidamente. O acelerômetro de átomos frios é a versão quântica, com estabilidade de longo prazo muito melhor; o de grau de navegação é o clássico.

Giroscópio. Mede a rotação. Um pequeno erro de rotação inclina a plataforma, o que faz a gravidade vazar para a direção horizontal e corrompe a estimativa de posição.

IMU — Inertial Measurement Unit (unidade de medição inercial). O próprio conjunto de acelerômetro e giroscópio: três eixos de cada, informando força específica e taxa angular. Ela mede movimento; sozinha, não sabe onde está.

INS — Inertial Navigation System (sistema de navegação inercial). Uma IMU mais a “mecanização” que integra sua saída em atitude, velocidade e posição. O INS é o que faz a navegação estimada durante uma interrupção do GNSS, e sua exatidão é determinada pelos processos de erro da IMU listados abaixo.

Transferência de tempo. Enviar um sinal de tempo preciso entre dois lugares (por exemplo, de satélite para satélite). Os enlaces ópticos são muito mais precisos que os enlaces RF (radiofrequência).

Como os erros são modelados (ruído do relógio)#

O erro do relógio é construído a partir de “tipos de ruído” padrão, cada um com uma assinatura conhecida:

FM branca (modulação de frequência branca). Em termos simples: jitter rápido e aleatório na taxa do relógio. Tirar a média o reduz com o tempo. Parâmetro q_wf.

FM de passeio aleatório. Em termos simples: a taxa do relógio vagueia lentamente. Isso domina as interrupções longas. Parâmetro q_rw.

FM flicker (ruído 1/f). Em termos simples: um piso de ruído persistente abaixo do qual o relógio nunca consegue chegar por média. Ele é plano ao longo dos tempos de média. Parâmetro flicker_floor.

Envelhecimento / deriva. Uma variação lenta e previsível da taxa ao longo do tempo; por ser previsível, o estimador do Kshana a remove. Parâmetro drift.

VRW — Velocity Random Walk (passeio aleatório de velocidade). O equivalente do ruído branco para o acelerômetro: chutes aleatórios na velocidade que se acumulam em erro de posição. Parâmetro q_va.

ARW — Angular Random Walk (passeio aleatório angular). O equivalente para o giroscópio: chutes aleatórios na orientação. Parâmetro q_arw.

Como a estabilidade é medida#

Desvio de Allan (σ_y(τ)). Em termos simples: a forma padrão de declarar quão estável um relógio é ao longo de um tempo de média τ dado. A folha de dados de um relógio cita, por exemplo, σ_y(1 s) = 3×10⁻¹⁰. O Kshana valida seu modelo de relógio calculando o desvio de Allan de sua própria saída e verificando que ele coincide com o número publicado. (Referência: Riley, NIST SP 1065 — National Institute of Standards and Technology Special Publication 1065.)

PSD — Power Spectral Density (densidade espectral de potência). Como a potência de um ruído se distribui entre as frequências; a forma formal de especificar ruído branco / de passeio aleatório / flicker.

As figuras de mérito (como uma execução é pontuada)#

As seis figuras de mérito operacionais de PNT que o Kshana informa (veja a tabela “Output” do README):

FoM — Figure of Merit (figura de mérito). Um número que pontua um aspecto de uma execução, informado com sua unidade e com a indicação de se é validado ou modelado. As seis abaixo são as FoMs operacionais do Kshana.

• Desempenho de posicionamento / temporização — o tamanho do erro, como RMS (raiz do valor quadrático médio, a média quadrática) e como o percentil 95.
• Autonomia — a duração do holdover (por quanto tempo ele permanece dentro da especificação sem GNSS).
• Resiliência — com que rapidez o erro cresce depois que o GNSS é perdido.
• Disponibilidade — a fração da execução que tem uma solução dentro da especificação.
• Integridade — você pode confiar na própria estimativa de erro do sistema? O Kshana informa a fração das amostras de interrupção cujo erro verdadeiro permanece dentro do limite de proteção do filtro.
• Segurança — robustez contra spoofing: uma pontuação de detectabilidade de spoofing baseada na estabilidade do relógio (desde a v0.3.0), significativa apenas quando um cenário de ataque de spoofing está configurado. Ela não é integridade de nível aeronáutico: não calcula nenhum nível de proteção horizontal ou vertical (HPL/VPL) e não executa nenhum monitoramento autônomo de integridade pelo receptor (RAIM), avançado ou não. Esses vêm dos tipos de cenário separados de integridade e ARAIM (RAIM avançado) e são definidos em “Integridade e aumentação” abaixo. Sujeito a controle de exportação.

Termos usados junto com as figuras de mérito:

Spoofing. Em termos simples: um sinal de satélite falso que mente sobre a posição ou o tempo. Um spoofer entrega ao receptor uma resposta plausível, mas errada, o que é pior que jamming porque o receptor pode não perceber.

1-DOF — um grau de liberdade. Um único eixo. O erro de posição do pacote de cenários do Kshana é de eixo único; uma resposta 3-D completa exige o modelo de três eixos.

Conjunto de Monte Carlo. Executar o mesmo cenário muitas vezes com sementes aleatórias diferentes e informar a dispersão dos resultados, em vez de uma única execução.

CI — intervalo de confiança. A faixa em que se espera que uma estatística caia com uma probabilidade declarada (por exemplo, 95 %). Nas tabelas e nos selos do README, “CI” muitas vezes significa integração contínua — a execução automatizada de build e testes a cada alteração; o contexto indica qual.

Limite de k sigma. Um limite fixado em k desvios padrão da própria incerteza do filtro; a figura de mérito de Integridade conta com que frequência o erro verdadeiro permanece dentro dele.

CEP / 2DRMS — erro circular provável / duas vezes a raiz do valor quadrático médio da distância. Duas formas padrão de declarar a exatidão horizontal 2-D: CEP é o raio que contém 50 % das correções; 2DRMS é o dobro do erro horizontal quadrático médio. A biblioteca pode calcular ambos a partir de uma covariância de posição (src/fom.rs), mas nenhum tipo de cenário os informa ainda.

Lendo um resultado: os termos da saída#

Estes são os nomes que você encontra em um arquivo de resultado ou no resumo do playground, primeiro em termos simples.

Holdover (holdover_s). Em termos simples: quantos segundos o sistema permaneceu dentro de seu limite de erro depois que o GNSS foi perdido. O Kshana informa o mais curto desses períodos de navegação por inércia entre todas as interrupções da execução, medido na grade de tempo da execução, de modo que é um limite inferior na resolução do passo de tempo. Um holdover igual à duração da interrupção significa que o limite nunca foi ultrapassado.

p95 (timing_p95_ns). Em termos simples: em 95 % do tempo, o erro de temporização foi igual ou menor que este valor. É o percentil 95 do erro ao longo da interrupção. Um valor muito pequeno pode aparecer como 0.0 em um resumo curto; o arquivo JSON (JavaScript Object Notation) de resultado contém o número em precisão total.

Integridade (integrity). Em termos simples: com que frequência a própria estimativa de erro do sistema foi honesta. É a fração das amostras de interrupção cujo erro verdadeiro permaneceu dentro do limite de k sigma do filtro (definido abaixo). Um valor próximo de 1 significa que o estimador não subestimou seu erro. Não é um nível de proteção aeronáutico; veja “Integridade e aumentação” abaixo e INTEGRITY.md.

Pontuação de segurança (security). Em termos simples: qual a probabilidade de um ataque de spoofing ser detectado. É a probabilidade de que o ataque configurado seja detectado — um menos a probabilidade de falha de detecção P_md — derivada da estabilidade do relógio. Só tem significado quando o cenário configura um ataque de spoofing. Sem ataque configurado, o resumo de uma linha imprime security n/a (no attack) e o resultado marca a figura como applicable: false em seu bloco figure_tiers; o valor permanece no documento e significa “não aplicável”, não “segurança zero”.

PDOP — diluição de precisão de posição (chaves como pdop_min). Em termos simples: quanto a geometria dos satélites amplifica o erro de medição de distância em erro de posição. O erro de posição é aproximadamente o PDOP vezes o erro de medição de distância, portanto menor é melhor. Veja DOP em “Estimação e geometria”.

sigma_y (σ_y(τ), o desvio de Allan). Em termos simples: quanto a taxa de um relógio oscila quando tirada a média ao longo de um tempo τ. Uma linha de folha de dados como sigma_y(1 s) = 3e-10 significa que a taxa, com média de um segundo, varia cerca de 3 partes em 10¹⁰. Menor é um relógio mais estável. Veja “Como a estabilidade é medida” acima.

q_wf — intensidade do ruído de frequência branco. Em termos simples: a intensidade do jitter rápido e aleatório na taxa de um relógio. É o coeficiente em σ_y²(τ) = q_wf / τ para ruído de frequência branco, de modo que um cenário define q_wf = sigma_y(1 s)² a partir do desvio de Allan de um segundo da folha de dados. Seus companheiros são q_rw (ruído de frequência de passeio aleatório) e drift (envelhecimento); veja “Como os erros são modelados” acima.

Termos de temporização de telecomunicações#

As redes de telecomunicações distribuem o tempo por redes de pacotes (Precision Time Protocol) a partir de um relógio de referência alimentado por GNSS, e o Setor de Normalização das Telecomunicações da União Internacional de Telecomunicações (ITU-T) estabelece limites para o erro de tempo que cada relógio pode acrescentar. Estes termos aparecem no tipo de cenário telecom-timing; veja TELECOM-TIMING.md.

TE — time error (erro de tempo). Em termos simples: quão longe o tempo de um relógio está do tempo de referência, em um instante. Positivo ou negativo, geralmente em nanossegundos.

max|TE| — erro de tempo absoluto máximo. Em termos simples: o pior erro de tempo visto durante a medição, ignorando o sinal. É o limite principal que a maioria das máscaras estabelece.

cTE — constant time error (erro de tempo constante). Em termos simples: a parte de deslocamento estável do erro de tempo — o erro médio que não muda ao longo da medição.

dTE — dynamic time error (erro de tempo dinâmico). Em termos simples: a parte oscilante do erro de tempo — o que resta depois de removido o deslocamento constante. É avaliado com MTIE e TDEV.

MTIE — maximum time interval error (erro máximo de intervalo de tempo). Em termos simples: a maior oscilação do erro de tempo vista dentro de qualquer janela de um dado comprimento. Para cada comprimento de janela, ele desliza uma janela ao longo do registro e toma a maior variação pico a pico; uma máscara dá o maior valor permitido para cada comprimento de janela.

TDEV — time deviation (desvio de tempo). Em termos simples: a divagação típica (raiz do valor quadrático médio) do erro de tempo em um dado tempo de média, depois que o jitter de curto prazo é eliminado pela média. É um parente no domínio do tempo do desvio de Allan e, como o MTIE, é verificado em relação a uma máscara.

PRTC — primary reference time clock (relógio de tempo de referência primário). O relógio no topo de uma cadeia de temporização de telecomunicações, normalmente guiado por GNSS. Seus limites de desempenho estão na Recomendação ITU-T G.8272.

ePRTC — enhanced primary reference time clock (relógio de tempo de referência primário aprimorado). Um PRTC com limite de erro de tempo mais estreito, sustentado por um relógio atômico local altamente estável, para poder manter o tempo durante uma longa perda de GNSS. Recomendação ITU-T G.8272.1.

T-BC — telecom boundary clock (relógio de fronteira de telecomunicações). Um relógio de rede que recebe o tempo de cima e o repassa para baixo, acrescentando um pequeno erro de tempo próprio. Recomendação ITU-T G.8273.2.

T-TSC — telecom time slave clock (relógio escravo de tempo de telecomunicações). O relógio no fim da cadeia que recebe o tempo e o fornece ao equipamento que precisa dele (por exemplo, uma estação rádio base). Também coberto pela Recomendação ITU-T G.8273.2.

OCXO — oven-controlled crystal oscillator (oscilador a cristal controlado por forno). Um oscilador de quartzo mantido em temperatura constante dentro de um pequeno forno, o que o torna muito mais estável que um oscilador de quartzo comum. Um relógio de holdover comum em equipamentos de rede; envelhece (deriva) de forma perceptível ao longo de dias.

CSAC — chip-scale atomic clock (relógio atômico em escala de chip). Um relógio atômico muito pequeno (veja “Os sensores que o Kshana compara” acima). Mais estável que um OCXO em holdovers longos, com maior custo e consumo de energia.

Níveis de evidência: VALIDATED, MODELLED, PARTNER#

Cada capacidade da matriz de verificação verificada por máquina (VERIFICATION-MATRIX.md) traz um de três níveis.

VALIDATED. Em termos simples: conferido com a resposta de outra pessoa. A saída da capacidade foi comparada com uma referência independente externa — dados reais medidos, uma biblioteca independente escrita por outra pessoa ou valores de referência publicados — e concordou dentro de uma tolerância declarada. Uma verificação de integração contínua recusa uma linha VALIDATED que não nomeie nenhuma referência independente externa.

MODELLED. Em termos simples: construído a partir de física sólida e verificado quanto à consistência interna, mas ainda não comparado com uma resposta externa. Os valores são significativos para comparação e estudos de projeto; não são evidência de que um dispositivo real terá esse desempenho. MODELLED-RATIONALE.md explica por que cada uma dessas linhas é modelada.

PARTNER. Em termos simples: esta parte pertence a um parceiro de hardware ou de garantia do produto, e o Kshana não afirma nada sobre ela. A linha existe para que a lacuna fique visível em vez de silenciosa.

Termos de espectro e interferência#

Estes termos aparecem no tipo de cenário spectrum; veja SPECTRUM.md.

• BPSK(n) — binary phase-shift keying (modulação por deslocamento de fase binária) a n × 1,023 Mchip/s. A modulação de chip retangular do GPS L1 coarse/acquisition (C/A) e L2 civil (L2C) (n = 1) e do GPS L5 e Galileo E5a (n = 10). Seu espectro é um sinc² com nulos a cada n × 1,023 MHz.
• BOC(m, n) — binary offset carrier (portadora com deslocamento binário). Um código de espalhamento a n × 1,023 Mchip/s multiplicado por uma subportadora de onda quadrada a m × 1,023 MHz, o que divide o espectro em dois lóbulos, um de cada lado da portadora.
• MBOC(6,1,1/11) — multiplexed binary offset carrier (portadora com deslocamento binário multiplexada). A densidade espectral de potência 10/11 × BOC(1.1) + 1/11 × BOC(6.1), acordada para o serviço aberto Galileo E1 e o GPS L1C; o Galileo a transmite como BOC composto (CBOC).
• CW — continuous wave (onda contínua). Uma portadora não modulada: um único tom.
• J/S — razão entre jammer e sinal. Potência recebida do jammer sobre a potência recebida do sinal, em decibéis.
• SSC — spectral separation coefficient (coeficiente de separação espectral). κ = ∫ G_s(f) G_j(f) df sobre a banda do receptor: quanto do espectro de um interferente de potência unitária cai onde cai o do sinal. A densidade de portadora sobre ruído efetiva é [1/(C/N₀) + (J/S)·κ]⁻¹.
• Figura de ruído. Quanto um receptor acrescenta ao ruído térmico, como uma razão F em decibéis; a temperatura de ruído do sistema é T_ant + 290 K × (F − 1).
• Waterfall (cascata). Uma imagem tempo-frequência de um espectro: frequência na horizontal, tempo para baixo, cor para a potência.
• Estimativa de Welch. Uma densidade espectral de potência estimada pela média de periodogramas com janela e sobrepostos (Welch 1967).
• SigMF — Signal Metadata Format. Um formato aberto de gravação: um arquivo JSON .sigmf-meta que descreve um arquivo bruto .sigmf-data de amostras (aqui complexas cf32_le, ci16_le ou ci8).
• IQ — in-phase and quadrature (em fase e em quadratura). As duas componentes de uma amostra complexa em banda base.

Termos de sinal LEO-PNT#

Estes termos aparecem no tipo de cenário leo-signal e nos cenários spectrum multibanda; veja LEO-SIGNAL.md.

• LEO-PNT — posicionamento, navegação e temporização em órbita terrestre baixa. Sinais de navegação transmitidos por satélites a algumas centenas até cerca de 1200 km de altitude: mais fortes e de movimento mais rápido que o GNSS de órbita terrestre média.
• RNSS, RDSS, MSS, EESS — Radio Navigation Satellite Service, Radio Determination Satellite Service, Mobile Satellite Service, Earth Exploration-Satellite Service. Alocações de serviço da ITU (União Internacional de Telecomunicações) em que uma banda pode se enquadrar.
• Componentes piloto, de dados e de aquisição. As partes de um sinal: um piloto sem dados para medição de distância, um componente de dados que carrega a mensagem de navegação e um componente de aquisição curto e de baixa taxa, fácil de encontrar.
• FDMA — frequency-division multiple access (acesso múltiplo por divisão de frequência). Componentes ou satélites separados pela frequência da portadora em vez de pelo código.
• Largura de banda de Gabor (RMS). β = √(∫ f² G df / ∫ G df) sobre a banda do receptor: a dispersão da potência de um sinal em frequência, que determina com que finura ele pode medir distância.
• DLL — delay lock loop (malha de captura de atraso). A malha de rastreamento de código; o espaçamento do correlador adiantado-atrasado e a largura de banda de ruído determinam o jitter de medição de distância por ruído térmico.
• EFQPSK — enhanced Feher quadrature phase-shift keying. Uma modulação de envoltória constante (Xona Pulsar); aproximada aqui por um espectro de chip retangular.
• OFDM — orthogonal frequency-division multiplexing (multiplexação por divisão de frequência ortogonal). Uma forma de onda multiportadora (o enlace de descida do Starlink); desenhada aqui como uma banda plana.
• TEC — total electron content (conteúdo total de elétrons). Elétrons por metro quadrado ao longo do percurso; 1 TECU = 10¹⁶ el/m². O atraso ionosférico de primeira ordem é 40,3·TEC/f² metros.
• EIRP — effective isotropic radiated power (potência isotrópica radiada efetiva). Potência de transmissão vezes o ganho da antena na direção do receptor.

Integridade e aumentação#

A integridade é a pergunta de confiança: não “quão grande é o meu erro?”, mas “consigo limitá-lo, e serei avisado quando o limite for rompido?”. Estes são os termos da aviação para isso.

RAIM — Receiver Autonomous Integrity Monitoring (monitoramento autônomo de integridade pelo receptor). Em termos simples: o receptor confere os satélites uns contra os outros. Com mais satélites que os quatro necessários para uma correção, as sobras (os resíduos) devem ser pequenas; um resíduo grande significa que um satélite está mentindo, e o receptor pode dizê-lo sem ajuda do solo. Implementado em src/raim.rs.

ARAIM — Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring (monitoramento autônomo avançado de integridade pelo receptor). A forma moderna do RAIM, de dupla frequência e multiconstelação. Ele recebe uma mensagem de suporte à integridade que declara o erro assumido e a probabilidade de falha de cada satélite, e devolve níveis de proteção em vez de um indicador de sucesso/falha. O tratamento completo, com cada suposição, está em ARAIM_REFERENCE.md.

SISRE — Signal-in-Space Range Error (erro de distância no sinal no espaço). Em termos simples: quanto a órbita e o relógio transmitidos por um satélite afastam a distância que um usuário típico mede. O erro de órbita é dividido em partes radial, ao longo da trajetória e transversal, ponderadas pelo quanto cada uma aparece ao longo de uma linha de visada média, e então combinado com o erro de relógio (Montenbruck et al. 2018). Para um satélite de órbita terrestre baixa, as partes ao longo da trajetória e transversal pesam muito mais que para o GPS, porque os usuários o veem muito longe do nadir. Usado pelo tipo de cenário leo-navmsg.

RAC — Radial, Along-track, Cross-track (radial, ao longo da trajetória, transversal). As três direções em que um erro de órbita é decomposto: para fora do centro da Terra, ao longo da direção de voo e perpendicular ao plano orbital. O modelo kepler-rac do tipo de cenário leo-navmsg acrescenta um polinômio de correção em cada uma.

SVID — Space-Vehicle Identifier (identificador de veículo espacial). O número que uma mensagem de navegação usa para nomear o satélite que a enviou.

IOD — Issue of Data (emissão de dados). Um contador que muda sempre que o conteúdo da mensagem de navegação de um satélite muda, para que um receptor possa distinguir uma mensagem nova de uma repetição. (Não confundir com uma demonstração em órbita, também abreviada IOD, como no Celeste IOD da ESA.)

TOW — Time of Week (hora da semana). Segundos desde o início da semana GNSS atual (domingo 00:00).

CRC-24Q — verificação de redundância cíclica de 24 bits (polinômio Qualcomm). A verificação de detecção de erros que as mensagens RTCM 10403 e Galileo carregam: um resto de 24 bits dos bits da mensagem divididos pelo polinômio 0x1864CFB. Um receptor a recalcula e descarta uma mensagem que não coincida.

URE — User Range Error (erro de distância do usuário). Em termos simples: quanto a órbita e o relógio transmitidos pelo próprio satélite erram cada distância até ele. Também chamado de erro de sinal no espaço (SISE); é o orçamento de erro por satélite com que o ARAIM e o RAIM são alimentados (sigma_ure_m em src/raim.rs).

MHSS — Multiple Hypothesis Solution Separation (separação de soluções por múltiplas hipóteses). O método que o ARAIM usa. Para cada forma como a constelação poderia estar em falha, ele forma uma solução que exclui os satélites suspeitos e limita o quanto essa subsolução pode se afastar da solução com todos os satélites em vista.

HPL / VPL — Horizontal / Vertical Protection Level (nível de proteção horizontal / vertical). Em termos simples: o raio dentro do qual o sistema promete que o erro verdadeiro está, a um risco de integridade declarado. É um limite que o algoritmo calcula, não um erro medido. Uma execução está disponível quando o nível de proteção fica abaixo do limite de alerta que a operação admite (VAL, o limite de alerta vertical; HAL, o horizontal).

SBAS — Satellite-Based Augmentation System (sistema de aumentação baseado em satélites). Uma rede em solo que observa o GNSS, calcula correções e limites de integridade e os transmite a partir de satélites geoestacionários. O WAAS — Wide Area Augmentation System é o dos Estados Unidos; o EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) é o equivalente europeu. O Kshana calcula níveis de proteção na forma de mínimos quadrados ponderados da DO-229E (a DO-229E é o padrão de desempenho operacional mínimo da RTCA para receptores SBAS; a RTCA era antigamente a Radio Technical Commission for Aeronautics) (src/sbas.rs).

Estimação e geometria#

Estimador. O algoritmo que prevê a posição/hora verdadeira durante uma interrupção a partir do modelo do sensor. O Kshana tem um preditor analítico de holdover e um filtro de Kalman.

Filtro de Kalman. Em termos simples: um algoritmo que rastreia uma grandeza e também rastreia quão incerta ela é. O Kshana usa seu limite de incerteza para calcular a Integridade.

EKF — Extended Kalman Filter (filtro de Kalman estendido). Um filtro de Kalman para um problema não linear: ele lineariza o modelo em torno da estimativa atual a cada passo. A escolha padrão para acoplar o GNSS a um INS.

Filtro de Kalman unscented (UKF). A mesma tarefa sem linearizar: ele passa um pequeno conjunto de pontos de amostra escolhidos deterministicamente pelo modelo não linear verdadeiro e reconstrói a média e a covariância a partir de onde eles caem. Comporta-se melhor quando a não linearidade é forte, e é por isso que a determinação de órbita o usa.

DOP — Dilution Of Precision (diluição de precisão). Em termos simples: quanto a geometria dos satélites amplifica o erro de medição de distância em erro de posição ou de tempo. Erro de posição ≈ PDOP × erro de medição de distância, de modo que um número baixo é boa geometria. A família: GDOP (geométrico — posição e tempo juntos), PDOP (posição), HDOP (horizontal), VDOP (vertical), TDOP (tempo).

Constelação Walker. Uma forma padrão de descrever uma constelação de satélites por seu número de planos orbitais e de satélites por plano (o GPS é aproximadamente uma camada Walker 24/6).

Máscara de elevação. O ângulo mínimo acima do horizonte local em que um satélite é considerado utilizável; sinais muito baixos são excluídos.

Ocultação. Quando a Terra bloqueia fisicamente a linha de visada até um satélite.

Skyline (máscara de horizonte urbano). Em termos simples: o contorno de edifícios, guindastes ou morros contra o céu, como uma elevação para cada azimute. Um satélite conta como em vista apenas acima de max(elevation mask, skyline) em seu azimute, e um acima da máscara, mas atrás do skyline, é “mascarado pelo skyline”. O Kshana constrói um a partir de uma tabela, um cânion urbano, setores e terreno (o máximo ponto a ponto deles) ou uma predefinição REPRESENTATIVE; apenas linha de visada, sem reflexão nem difração (SKYLINE.md).

Geometria do céu. Quais satélites um local enxerga sob um skyline e o que isso faz com a solução: os fatores DOP, a covariância leste-norte-cima da correção de mínimos quadrados e sua elipse de erro, a região horizontal que contém a parcela declarada das correções (95 % por padrão) para erros de distância gaussianos independentes e iguais. Geometria MODELLED sob um modelo de erro declarado, não o erro real de um receptor (SKYLINE.md).

CTI — Composed Timing Integrity (integridade de temporização composta). Níveis de proteção para o tempo em vez da posição, calculados ao longo de uma transferência entre diferentes fontes de tempo — por exemplo, de um relógio verificado por satélite (com RAIM disponível) para um em funcionamento livre em holdover — de modo que o limite permaneça válido durante a transição (src/integrity/mod.rs).

TIB — Timing Integrity Benchmark. Uma régua para os monitores de temporização de outras pessoas: ele injeta um cardápio de falhas e verifica se o nível de proteção declarado do monitor de fato limitou seu erro. Ele não faz nenhuma afirmação de exatidão própria, de modo que não pode exagerar uma (src/benchmark/mod.rs).

Órbitas e cislunar#

CR3BP — Circular Restricted Three-Body Problem (problema restrito circular de três corpos). O sistema Terra–Lua tratado como dois corpos em órbitas circulares em torno de seu centro de massa comum, mais uma espaçonave leve demais para puxar de volta. Perto da Lua, uma elipse de Kepler de dois corpos simplesmente tem a forma errada; o CR3BP é a dinâmica mais barata que está certa (src/cr3bp.rs).

NRHO — Near-Rectilinear Halo Orbit (órbita halo quase retilínea). Uma órbita periódica do CR3BP que passa perto sobre um polo lunar e longe sobre o outro, de modo que, vista de ponta, é quase uma linha reta — daí “quase retilínea”. É a órbita escolhida para o Gateway lunar e mantém uma linha de visada quase contínua com a Terra.

DRO — Distant Retrograde Orbit (órbita retrógrada distante). Outra família do CR3BP: uma órbita grande e estável que circunda a Lua para trás, vista no referencial rotativo.

EOP — Earth Orientation Parameters (parâmetros de orientação da Terra). A oscilação e a rotação medidas, levemente irregulares, da Terra (movimento polar, UT1 (Tempo Universal 1, tempo de rotação da Terra)−UTC — tempo de rotação da Terra menos o Tempo Universal Coordenado — e duração do dia) que são necessárias para converter uma posição fixa à Terra em uma inercial com melhor que metros de precisão. O IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service) as publica; o Kshana lê seu arquivo finals2000A por meio de --eop.

Padrões, formatos e organizações#

As abreviações que o README e as páginas de pacotes usam para padrões, formatos de arquivo, escalas de tempo, referenciais e os órgãos por trás deles. Cada uma também é escrita por extenso no primeiro uso nessas páginas.

Órbitas, referenciais e tempo

• SGP4 / SDP4 — Simplified General Perturbations 4 / Simplified Deep-space Perturbations 4. Os propagadores analíticos padrão para órbitas de satélites publicadas.
• TLE — two-line element set (conjunto de elementos de duas linhas). O formato público de órbita que o SGP4 lê.
• LEO / MEO / GTO / IGSO — órbita terrestre baixa / órbita terrestre média / órbita de transferência geoestacionária / órbita geossíncrona inclinada. Regimes orbitais; a maioria dos satélites GNSS voa em MEO.
• LMO — órbita baixa de Marte.
• ECI / ECEF — Earth-centred inertial / Earth-centred, Earth-fixed (inercial centrado na Terra / centrado e fixo na Terra). Um referencial que não gira com a Terra e outro que gira.
• TEME — true equator, mean equinox (equador verdadeiro, equinócio médio). O referencial em que o SGP4 produz sua saída.
• GCRS / ITRS / ITRF — Geocentric Celestial Reference System / International Terrestrial Reference System / sua realização, o International Terrestrial Reference Frame. Os referenciais inercial e fixo à Terra modernos.
• CIO — Celestial Intermediate Origin (origem intermediária celeste). O ponto de referência da cadeia moderna de rotação da Terra, livre de equinócio.
• LVLH — local vertical, local horizontal (vertical local, horizontal local). Um referencial que se move com a espaçonave.
• WGS-84 — World Geodetic System 1984. O elipsoide da Terra que o GPS usa.
• UTC / TAI / TT / UT1 / TDB — Tempo Universal Coordenado / Tempo Atômico Internacional / Tempo Terrestre / Tempo Universal 1 (tempo de rotação da Terra) / Tempo Dinâmico Baricêntrico.
• LTC / TCL — Lunar Coordinate Time (Temps-Coordonnée Lunaire). A escala de tempo proposta para a Lua.
• OD — determinação de órbita. Recuperar uma órbita a partir de medições de rastreamento.
• CR3BP, NRHO e DRO são definidos em “Órbitas e cislunar” acima.

Formatos de arquivo e mensagens

• SP3 — Standard Product 3. O formato de arquivo de órbita precisa do International GNSS Service (IGS), nas versões c e d.
• RINEX — Receiver Independent Exchange Format. O formato de arquivo padrão para observações GNSS e efemérides transmitidas.
• IONEX — IONosphere map EXchange format.
• OEM / OMM / TDM — Orbit Ephemeris Message / Orbit Mean-elements Message / Tracking Data Message. Mensagens padrão para órbitas e dados de rastreamento do Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS).
• TOML — Tom's Obvious, Minimal Language. O formato de texto simples dos cenários do Kshana.
• KIF — Kshana Interchange Format. O envelope de resultado versionado e autodescritivo do Kshana.

Normas

• DO-229E / DO-316. Padrões de desempenho operacional mínimo da RTCA para receptores SBAS e para equipamentos aerotransportados GPS com aumentação baseada na aeronave.
• IS-GPS-200 / IS-GPS-705. As especificações de interface do GPS (a segunda cobre o sinal L5).
• NIST SP 1065. O Handbook of Frequency Stability Analysis do National Institute of Standards and Technology.
• TRL — nível de maturidade tecnológica. Uma escala de 1 a 9 da maturidade do hardware.

Organizações

• ESA / ESOC / ESTRACK — a Agência Espacial Europeia, seu Centro Europeu de Operações Espaciais e sua rede europeia de rastreamento espacial.
• NASA / JPL / NAIF / DSN — a National Aeronautics and Space Administration dos EUA, seu Jet Propulsion Laboratory, sua Navigation and Ancillary Information Facility (que publica o kit de ferramentas SPICE — Spacecraft, Planet, Instrument, C-matrix, Events) e sua Deep Space Network.
• IGS — o International GNSS Service. IERS — o International Earth Rotation and Reference Systems Service. IAU — a União Astronômica Internacional (cuja biblioteca SOFA, Standards of Fundamental Astronomy, e seu port aberto ERFA, Essential Routines for Fundamental Astronomy, são as referências de referenciais do Kshana).
• CCSDS — o Consultative Committee for Space Data Systems. AIAA — o American Institute of Aeronautics and Astronautics. RTCA — antigamente a Radio Technical Commission for Aeronautics.

Software e cadeia de suprimentos

• CLI — interface de linha de comando. MCP — Model Context Protocol, o protocolo que o servidor de agentes do Kshana fala. IDE — ambiente de desenvolvimento integrado.
• SBOM — lista de materiais de software. SLSA — Supply-chain Levels for Software Artifacts, o framework de proveniência de build sob o qual as versões do Kshana são atestadas.

Todas as outras abreviações, de A a Z#

Toda abreviação usada na documentação do repositório (docs/ e os quatro READMEs) que nenhuma seção acima define, mais algumas que uma define, repetidas para consulta. Cada página também escreve suas abreviações por extenso no primeiro uso; esta tabela é o único lugar para consultá-las todas. Algumas entradas são identificadores ou nomes em vez de abreviações, e dizem isso.

Reprodutibilidade e licenciamento#

Reprodutível (determinístico). A mesma entrada sempre dá uma saída idêntica bit a bit — scenario + seed + version → identical result. Nenhuma aleatoriedade oculta.

Semente. O número que inicializa o gerador aleatório (determinístico), de modo que as execuções sejam repetíveis.

Open core. O modelo de negócio: o motor é livre e de código aberto (AGPL-3.0, a GNU Affero General Public License definida abaixo; com licenciamento duplo comercial); o negócio que sustenta o projeto é suporte, integração, licenças comerciais e extensões proprietárias — não taxas por assento sobre o motor aberto.

AGPL-3.0. A GNU Affero General Public License v3 — uma licença de código aberto com copyleft forte, reconhecida pela OSI (Open Source Initiative). Como a GPL (GNU General Public License), mas com uma cláusula extra (§13) que cobre software oferecido a usuários por uma rede: uma versão modificada acessada por uma rede deve oferecer a esses usuários o seu código-fonte correspondente. A licença aberta do Kshana.

Licenciamento duplo. Oferecer o mesmo código sob duas licenças para que os usuários escolham: aqui, a AGPL-3.0 (aberta, copyleft) ou uma licença comercial da Ashforde OÜ (uma sociedade limitada privada estoniana; OÜ = osaühing) para uso proprietário/fechado ao qual a AGPL não serve. Veja LICENSING.md.

Também usadas em kshana.dev

Abreviações que o site usa e que não estão no glossário do repositório acima.

GPS

Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global)

C/N₀

densidade de portadora sobre ruído, em dB-Hz

L-band

a banda de rádio de 1 a 2 GHz que o GNSS usa

C/A

código coarse/acquisition do GPS L1

AFS

augmented forward signal (lunar)

MEMS

sistemas microeletromecânicos

UAS

sistema de aeronave não tripulada

PL · AL

nível de proteção · limite de alerta

APV-I

aproximação com guiamento vertical, nível I

LEO · GEO

órbita terrestre baixa · órbita geoestacionária

OEM · OMM · TDM

mensagens do CCSDS de efemérides de órbita, de elementos médios de órbita e de dados de rastreamento

IGRF

International Geomagnetic Reference Field

DSN

Deep Space Network

VLBI

interferometria de linha de base muito longa

LLR

medição de distância a laser até a Lua

TCXO · OCXO

oscilador a cristal compensado em temperatura · controlado por forno

RAFS

padrão de frequência atômico de rubídio

PHM

maser de hidrogênio passivo

USO · DSAC

oscilador ultraestável · relógio atômico de espaço profundo

MTIE · TDEV

erro máximo de intervalo de tempo · desvio de tempo

PRTC · ePRTC

relógio de tempo de referência primário · PRTC aprimorado

ADEV · σy(τ)

desvio de Allan no tempo de média τ

ITU-T

União Internacional de Telecomunicações, Setor de Normalização das Telecomunicações

NIS · NEES

inovação normalizada ao quadrado · erro de estimação normalizado ao quadrado

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

WASM

WebAssembly

JSON · CSV · SVG

JavaScript Object Notation · valores separados por vírgula · Scalable Vector Graphics

CLI · API · IDE

interface de linha de comando · interface de programação de aplicações · ambiente de desenvolvimento integrado

SBOM · SLSA

lista de materiais de software · Supply-chain Levels for Software Artifacts

NDA

acordo de confidencialidade

DOI

Digital Object Identifier

waterfall de C/N₀

um gráfico da densidade de portadora sobre ruído por satélite ao longo do tempo

HPL · VPL

nível de proteção horizontal · vertical

LROC

Lunar Reconnaissance Orbiter Camera