Кампании

Один сценарий отвечает на один вопрос об одной ситуации. Миссия — это последовательность ситуаций, а исследование проекта — их семейство. Вид сценария campaign объединяет существующие виды в один прогон, не реализуя ни один из них заново: каждый участник — это обычная таблица сценария со своим kind, диспетчеризуемая через api::run_toml точно так же, как её запустил бы kshana <file>.toml, а кампания только считывает числа из документов результатов.

Кампания имеет уровень MODELLED. Её тождества композиции проверены (см. ниже), но цепочка фаз — это выбор моделирования, и каждая фаза настолько хороша, насколько хорош вид, который её выполнил.

Запустите её, как любой другой сценарий:

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

Кампания может содержать любую комбинацию из четырёх разделов; кампания без них запускается, а её сводка сообщает, что ничего не скомпоновано.

`[[phases]]`: цепочка миссии на одной временной шкале#

Каждая фаза запускает один или несколько сценариев на окне общей временной шкалы миссии, например часы в режиме holdover и инерциальную навигационную систему (INS) в режиме выбега одновременно. Результаты каждого прогона считываются в именованные каналы, помещаются в момент начала фазы и передискретизируются на общую сетку ([timeline] step_s) удержанием нулевого порядка: узел сетки берёт последний отсчёт прогона соответствующей фазы в этот момент или раньше и равен null там, где ни один прогон этой фазы не предоставляет канал.

Канал	Единица	Что это	Источник пресета
`time_error_ns`	нс	ошибка времени часов	`clock`: `<side>.series[].error_ns`; `spoof`: `<side>.series[].offset_ns`
`guard_ns`	нс	защитный интервал ошибки времени	собственный `threshold_ns` прогона
`cn0_dbhz`	dB-Hz	среднее эффективное отношение мощности несущей к спектральной плотности шума (C/N0) по видимым спутникам	`jamming`: среднее значение `epochs[].sats[].cn0_effective_dbhz`
`cn0_floor_dbhz`	dB-Hz	порог потери слежения	`jamming`: `tracking_threshold_dbhz` сценария, если он задан
`tracking`	число	спутники, всё ещё находящиеся на слежении	`jamming`: `epochs[].tracking`
`protection_level_m`	m	вертикальный уровень защиты	`integrity`: `epochs[].vpl_m`
`alert_limit_m`	m	вертикальный предел тревоги	`integrity`: `al_v_m`
`position_error_m`	m	ошибка положения	`gnss-ins`: `<side>.series[].error_m`
`position_threshold_m`	m	порог ошибки положения	`gnss-ins`: `threshold_m`
`alarm`	1	1 пока любой монитор фазы подаёт тревогу	см. ниже

<side> равно classical, если прогон не задаёт side = "quantum". Любая другая величина читается с помощью явной записи [[phases.runs.series]]: путь времени с одним [], называющим строки (epochs[].t), путь значения, использующий те же строки, или скаляр, распространяемый на каждую строку (префикс input: читает сценарий прогона, а не его результат), необязательное свёртывание (mean, min, max, count) для нескольких значений в одной строке, масштаб и единица измерения для канала, который кампании неизвестен.

Тревоги поступают из трёх источников, объединяемых логическим ИЛИ внутри фазы:

флаги пресетов, считываемые из прогона: jamming подаёт тревогу, пока на слежении менее четырёх спутников (собственное определение доступности); integrity подаёт тревогу в эпохи, которые он отмечает как недоступные;
правила пресетов для каналов фазы, вычисляемые после carry: clock подаёт тревогу, пока абсолютная ошибка времени превышает guard_ns; gnss-ins — пока ошибка положения превышает position_threshold_m; явные правила помещаются в [[phases.runs.alarms]];
события-тревоги: spoof порождает одно в detect_time_s своего монитора с поддержкой часов; spoof-detect порождает одно в начале фазы, когда его объединённое решение подаёт тревогу.

Состояние передаётся между фазами тремя явными способами:

carry = ["time_error_ns"] добавляет значение канала в конце предыдущей фазы к значениям этого канала в данной фазе. Фаза часов, которую сдвинул спуфер, — это точка, от которой начинается holdover. Добавление смещения точно для фазы часов, которая интегрирует частоту; для ошибки положения оно предполагает, что две ошибки коллинеарны, то есть пессимистичный случай.
[[phases.handoff]] записывает число из предыдущей фазы (channel:<name> для конечного значения канала или любой путь результата предыдущего прогона) в ключ с точками сценария этой фазы перед её запуском, с необязательными масштабом и смещением.
end_at = "<result path>" завершает фазу в момент, вычисленный прогоном, с ограничением duration_s. Поставляемая миссия завершает свою фазу спуфинга на classical.detect_time_s.

skip_s отбрасывает первые секунды собственной временной шкалы прогона (прогрев) до нулевого момента фазы.

Поставляемая миссия#

scenarios/campaign-jam-spoof-holdover-integrity.toml запускает 18 сценариев-участников в шести фазах на сетке 10 с:

Фаза	Прогоны	Что показывает временная шкала
норма, 600 с	`clock`, `jamming` (без передатчика помех), `integrity`	ошибка времени 0 нс; C/N0 43,0 дБ-Гц при пороге 25 дБ-Гц; вертикальный уровень защиты от 9,1 до 21,6 м при пределе тревоги 50 м
подавление, 600 с	то же, передатчик помех -30 дБВт, 1 км	C/N0 падает до 27,7 дБ-Гц, все 8 спутников остаются на слежении
спуфинг, завершён на 370 с по `end_at`	`spoof` (линейное смещение времени 0,1 нс/с), `spoof-detect`, `jamming`	ошибка времени нарастает до 36 нс; радиочастотный детектор подаёт тревогу в начале фазы, монитор с поддержкой часов — на 370 с
holdover, 1800 с	`clock` (GNSS недоступен, несёт 37,0 нс), `gnss-ins` (тактический блок в режиме выбега), `jamming` при 10 дБВт	потеряны все спутники (C/N0 около -12 дБ-Гц); ошибка времени от 36,4 до 62,7 нс при защитном интервале 50 нс; ошибка положения до 24 км
тревога целостности, 600 с	`clock` (несёт 59,6 нс), `jamming` и `integrity` с маской 25 град	на слежении 5 спутников; уровень защиты от 19 до 135 м, отсутствует в 18 из 60 узлов сетки по времени; перенесённая ошибка времени, от 52,1 до 61,7 нс, остаётся выше защитного интервала 50 нс, поэтому тревога держится всю фазу
восстановление, 600 с	`clock`, `jamming` (без передатчика помех), `integrity`	ошибка времени вернулась к 0 нс; тревога снята

Прогоны целостности используют собственную трассу пользователя из примера integrity (круговая трасса на высоте 0,4 км), а не фиксированное место приёмника из прогона подавления, а маска 25 град заменяет частичное небо повторно захватывающего приёмника. Это выбор сценария, заявленный в файле.

Миссия, управляемая спектром L-диапазона#

scenarios/campaign-spectrum-holdover-integrity.toml запускает 8 сценариев-участников в трёх фазах на сетке 1 с, причём C/N0 для GPS L1 C/A и Galileo E1 считывается из вида spectrum (см. SPECTRUM.md), а не из таблицы по спутникам вида jamming. Передатчики помех — те же, что в scenarios/l-band-waterfall-jamming.toml.

Фаза	Прогоны	Что показывает временная шкала
начало, завершено на 10 с по `end_at`	`clock`, `spectrum` (чирп с 10 с), `integrity`	L1 C/A 43,48 и E1 44,73 дБ-Гц; фаза заканчивается на первой потере L1 C/A в собственном прогоне спектра (`timeline.bands[0].first_loss_t_s`); уровень защиты 21,6 м при 50 м
holdover, 600 с	`clock` (GNSS недоступен, несёт ошибку начала, здесь 0 нс), `spectrum` (чирп включён)	L1 C/A 3,38 и E1 4,44 дБ-Гц, оба ниже порога 25 дБ-Гц; ошибка времени от -0.07 до 5,06 нс при защитном интервале 50 нс; тревога держится
резерв Galileo, 300 с	`clock` (повторно синхронизированы), `spectrum` (тон CW на несущей L1), `integrity` на Walker 24/3/1, подобном Galileo	L1 C/A удерживается на 17,98 дБ-Гц, E1 вернулся к 44,73 дБ-Гц; уровень защиты от 6,1 до 17,7 м; тревога снята

Восстановление E1 под тоном CW опирается на обработку непрерывного спектра в виде spectrum: тон находится в нуле спектра MBOC и ничего не связывает. Настоящий тон связывался бы через спектральные линии кода; это заявлено в файле и в SPECTRUM.md.

`[sweep]`: сетка параметров для любого вида#

От одного до трёх ключей сценария с точками, каждый в линейном или логарифмическом диапазоне, на тех же значениях оси, что использует вид sweep-nd. У каждой оси есть имя и единица измерения; у каждой метрики есть имя и путь результата, а её единица измерения читается из собственного блока единиц перебираемого вида, если кампания не объявляет свою. При runs > 1 каждый узел — это ансамбль Монте-Карло с начальными значениями (реализация k при начальном значении узла плюс k), отчёт по которому даётся со статистиками ниже. scenarios/campaign-sweep-jammer-power.toml перебирает передатчик помех на расстоянии 1 км от приёмника от -50 до +10 дБВт: среднее отношение помехи к сигналу меняется ровно на 1 дБ на дБ (от 12,2 до 72,2 дБ), а доступность падает с 1 до 0 между -30 и -25 дБВт.

Ключ с точками может индексировать массив таблиц по позиции: system.2.sisre_m — это sisre_m третьей таблицы [[system]], а case.0.system.0.shell.0.altitude_km уходит на три уровня вглубь.

`[monte_carlo]`: ансамбль с начальными значениями#

Реализация k запускает сценарий с ключом начального значения, равным base_seed + k, — по соглашению, которое уже использует ансамбль часов, — так что ансамбль воспроизводится точно. Каждая метрика сообщает среднее, стандартное отклонение по генеральной совокупности, 5-й, 50-й и 95-й процентили по ближайшему рангу, процентильный доверительный интервал бутстрепа 95% для среднего с фиксированным начальным значением (2000 передискретизаций) и по умолчанию каждый отсчёт в порядке начальных значений. Пути результатов могут индексировать массивы: classical.series[-1].error_ns — последний отсчёт.

`[compose]`: несколько сценариев при общих условиях#

Именованные общие значения (число или массив чисел с единицей измерения) записываются в каждого участника по ключам, к которым он их привязывает, так что участники не могут расходиться в общем условии. Выполняется каждый участник, а для каждой метрики объединённая сводка даёт наименьшее, наибольшее и среднее значения по участникам с указанием лучшего и худшего. scenarios/campaign-shared-jammer-sea-road.toml помещает один передатчик помех мощностью 8 дБВт между судном в Финском заливе (около 30 км) и автомобилем на прибрежной дороге Хельсинки (около 50 км): судно теряет каждый спутник (среднее отношение помехи к сигналу 39,0 дБ), а автомобиль сохраняет не менее четырёх (34,6 дБ).

`[optimize]`: наилучшее значение одной метрики#

От одного до трёх ключей сценария с точками, каждый в границах [lo, hi] на шкале lin или log, перебираются в поиске наилучшего значения одной метрики (goal = "minimize", "maximize" или "target", минимизирующее расстояние от target).

Существуют два метода:

method = "grid" запускает каждый узел сетки из steps на ключ, на значениях оси перебора.
method = "nelder-mead" (по умолчанию) запускает детерминированный симплекс Нелдера–Мида в координатах, нормированных на [0, 1] по каждому ключу. Пробные точки проецируются на параллелепипед. Раздел принимает max_evals, начальный step и допуски остановки ftol и xtol.

Прогон, у которого метрика отсутствует или не конечна, получает худшую оценку и сохраняется в трассе. При runs > 1 метрика — это среднее по тем же начальным значениям при каждой оценке. Результат содержит best_coords, best_metric, best_score, evals, stop_reason и каждую оценку в trace.

scenarios/campaign-optimize-link-budget.toml ищет дальность и скорость передачи данных для запаса линии 3 дБ. Оптимум локален для параллелепипеда и начальной точки. Он имеет уровень MODELLED и никогда не является глобальным утверждением.

Протокол и его заранее зарегистрированные пороги приведены в docs/design/evidence/cap32-optimize/. Тест — tests/campaign_optimize_reference.rs. Результаты:

решение для цели 1-D совпадает с замкнутой формой до 6e-15;
метод сетки совпадает побитово с независимым перебором в цикле;
симплекс справляется не хуже сетки 41 × 41 примерно за одну десятую её прогонов.

Порог 1-D раунда 1 записан как NOT MET: заранее зарегистрированный параллелепипед исключал решение.

Воспроизводимость#

Каждый результат кампании содержит scenario_hash — SHA-256 (Secure Hash Algorithm 2, 256-битный дайджест) канонической формы JavaScript Object Notation (JSON) документа кампании (порядок ключей и форматирование его не меняют) — и блок reproducibility с числом прогонов участников и run_digest — SHA-256 по дайджесту каждого результата участника в порядке диспетчеризации. Два прогона с одним и тем же дайджестом дали побайтно идентичные результаты участников. Каждый прогон фазы также записывает свой вид, собственный scenario_hash, если он есть у этого вида, и SHA-256 своего документа результата. У каждого числа в документе есть запись единицы измерения.

Ядро последовательно и не читает файлов, поэтому кампания без изменений работает в сборке WebAssembly. Кампании не могут содержать кампании.

Экспорт#

--export для кампании записывает каждого участника-сценарий с геометрией в виде отдельного набора файлов, вставляя метку участника перед суффиксом формата: каждый прогон фазы (<phase> или <phase>-<k>, когда у фазы несколько прогонов), базовый сценарий перебора (sweep), сценарий Монте-Карло (monte-carlo) и каждого составного участника (со своей меткой и с записанными в него привязанными общими значениями). Участник, идентичный более раннему, записывается один раз; передачи между фазами и значения перебора или начальные значения, применённые во время выполнения, в экспортируемые сценарии не попадают.

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

Формат, который не может описать ни один из участников, отклоняется с указанием этой причины. Таблица по сценариям приведена в INTEROP.md.