Глоссарий

Определения терминов, используемых в Kshana, простым языком. Каждая статья начинается с однострочного пояснения «простыми словами», а затем, где это полезно, уточняет точный смысл. Сокращения, не определённые в разделе, есть в таблице от A до Z ближе к концу: Все остальные сокращения, от A до Z.

Навигация и время#

PNT — позиционирование, навигация и время. Знать, где вы находитесь, куда вы движетесь и который час — точно. Современные PNT в основном получают из спутниковых сигналов (ГНСС, глобальные навигационные спутниковые системы, определённые далее); Kshana изучает, что происходит со временем и положением, когда эти сигналы потеряны.

GNSS — глобальная навигационная спутниковая система. Спутниковые орбитальные группировки, обеспечивающие PNT: GPS (Global Positioning System, США (Соединённые Штаты Америки)), Galileo (ЕС), ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система России), BeiDou (Китай). Приёмник, видящий ≥ 4 спутников, может вычислить полное 3D-определение положения и времени.

Перерыв в работе GNSS / отказ / ухудшение / подавление. Когда спутниковые сигналы недоступны (заблокированы, подавлены или вне видимости). Во время перерыва система должна «двигаться по инерции» на собственных бортовых датчиках. Вся цель Kshana — измерить, насколько хорошо она это делает.

Holdover (удержание времени). Простыми словами: как долго часы могут сами держать точное время после потери GNSS. Чем лучше часы, тем дольше они держат время, прежде чем ошибка превысит допустимый предел.

Счисление пути. Простыми словами: оценка своего положения сложением измеренных перемещений, без внешнего эталона. Ошибки накапливаются, поэтому более совершенный инерциальный датчик дрейфует медленнее.

Спецификация / порог. Максимальная ошибка, допустимая до того, как решение считается «вне спецификации», например «синхронизация времени должна оставаться в пределах 20 нс» или «положение — в пределах 100 м».

Датчики, которые сравнивает Kshana#

Часы (атомные часы). Устройство, которое отсчитывает время, считая естественные колебания атома. Здесь два примера:

• CSAC — чип-масштабные атомные часы. Небольшие, применяемые на практике коммерческие часы («классический» эталон). Хорошие, но заметно уходят при долгом перерыве.
• Оптические решёточные часы (например, на стронции). Гораздо более стабильные «квантовые» часы; передовой край лабораторных разработок, в космосе пока не летали.

Акселерометр. Измеряет ускорение (изменение движения). После двукратного интегрирования даёт положение, поэтому любая ошибка быстро растёт. Холодноатомный акселерометр — квантовая версия с гораздо лучшей долговременной стабильностью; навигационного класса — классическая.

Гироскоп. Измеряет вращение. Небольшая ошибка вращения наклоняет платформу, из-за чего гравитация попадает в горизонтальное направление и искажает оценку положения.

IMU — инерциальный измерительный блок. Сам блок из акселерометров и гироскопов: по три оси каждого, выдающий удельную силу и угловую скорость. Он измеряет движение; сам по себе он не знает, где находится.

INS — инерциальная навигационная система. IMU плюс «механизация», которая интегрирует его выходные данные в ориентацию, скорость и положение. INS — это то, что счисляет путь во время перерыва в работе GNSS, и её точность определяется перечисленными ниже процессами ошибок IMU.

Передача времени. Отправка точного сигнала времени между двумя местами (например, от спутника к спутнику). Оптические линии гораздо точнее линий RF (радиочастотных).

Как моделируются ошибки (шум часов)#

Ошибка часов строится из стандартных «типов шума», у каждого из которых своя известная сигнатура:

Белая частотная модуляция (white FM). Простыми словами: быстрое случайное дрожание частоты часов. Усреднение уменьшает его со временем. Параметр q_wf.

Частотная модуляция случайным блужданием (random-walk FM). Простыми словами: частота часов медленно блуждает. Преобладает при долгих перерывах. Параметр q_rw.

Фликкер-шум частоты (flicker FM, шум 1/f). Простыми словами: упорный шумовой пол, ниже которого часы не могут усреднить ошибку никогда. Он постоянен при любых временах усреднения. Параметр flicker_floor.

Старение / дрейф. Медленное, предсказуемое изменение частоты со временем; поскольку оно предсказуемо, оценщик Kshana его убирает. Параметр drift.

VRW — случайное блуждание скорости. Аналог белого шума для акселерометра: случайные толчки скорости, накапливающиеся в ошибку положения. Параметр q_va.

ARW — случайное блуждание угла. Аналог для гироскопа: случайные толчки ориентации. Параметр q_arw.

Как измеряется стабильность#

Девиация Аллана (σ_y(τ)). Простыми словами: стандартный способ указать, насколько стабильны часы при заданном времени усреднения τ. В паспорте часов приводится, например, σ_y(1 s) = 3×10⁻¹⁰. Kshana проверяет свою модель часов, вычисляя девиацию Аллана собственных выходных данных и сверяя её с опубликованным числом. (Источник: Riley, NIST SP 1065 — специальная публикация 1065 Национального института стандартов и технологий.)

PSD — спектральная плотность мощности. Как мощность шума распределена по частотам; формальный способ задать белый шум, шум случайного блуждания и фликкер-шум.

Показатели качества (как оценивается прогон)#

Шесть эксплуатационных показателей качества PNT, которые сообщает Kshana (см. таблицу «Output» в README):

FoM — показатель качества. Одно число, оценивающее один аспект прогона, сообщаемое с единицей измерения и указанием, проверено оно или смоделировано. Шесть приведённых ниже — эксплуатационные показатели качества Kshana.

• Характеристики позиционирования / синхронизации времени — размер ошибки в виде RMS (среднеквадратичное значение, квадратичное среднее) и 95-го процентиля.
• Автономность — длительность holdover (как долго решение остаётся в пределах спецификации без GNSS).
• Устойчивость — как быстро растёт ошибка после потери GNSS.
• Доступность — доля прогона, в которой есть решение в пределах спецификации.
• Целостность — можно ли доверять собственной оценке системой своей ошибки? Kshana сообщает долю отсчётов перерыва, у которых истинная ошибка остаётся внутри защитной границы фильтра.
• Безопасность — устойчивость к спуфингу: оценка обнаруживаемости спуфинга по стабильности часов (начиная с v0.3.0), имеющая смысл, только если настроен сценарий атаки спуфингом. Это не целостность авиационного класса: она не вычисляет ни горизонтального, ни вертикального уровня защиты (HPL/VPL) и не запускает автономного контроля целостности приёмником (RAIM), ни обычного, ни расширенного. Они берутся из отдельных видов сценариев по целостности и ARAIM (расширенный RAIM) и определены ниже в разделе «Целостность и аугментация». Подлежит экспортному контролю.

Термины, встречающиеся рядом с показателями качества:

Спуфинг. Простыми словами: поддельный спутниковый сигнал, лгущий о положении или времени. Спуфер подаёт приёмнику правдоподобный, но неверный ответ, что хуже подавления, потому что приёмник может этого не заметить.

1-DOF — одна степень свободы. Одна ось. Ошибка положения в наборе сценариев Kshana одноосная; для полного 3-D-ответа нужна трёхосная модель.

Ансамбль Монте-Карло. Многократный запуск одного и того же сценария с разными случайными начальными значениями (seed) и сообщение разброса результатов вместо одного прогона.

CI — доверительный интервал. Диапазон, в который статистика должна попадать с заданной вероятностью (например, 95 %). В таблицах и значках README «CI» чаще означает непрерывную интеграцию — автоматизированный запуск сборки и тестов при каждом изменении; какое значение имеется в виду, видно из контекста.

Граница k сигма. Граница, заданная в k стандартных отклонениях собственной неопределённости фильтра; показатель качества «Целостность» подсчитывает, как часто истинная ошибка остаётся внутри неё.

CEP / 2DRMS — круговая вероятная ошибка / удвоенное среднеквадратичное расстояние. Два стандартных способа указать 2-D горизонтальную точность: CEP — радиус, содержащий 50 % определений; 2DRMS — удвоенная среднеквадратичная горизонтальная ошибка. Библиотека может вычислить оба по ковариации положения (src/fom.rs), но ни один вид сценария пока их не сообщает.

Чтение результата: термины в выходных данных#

Это названия, которые встречаются в файле результата или в сводке песочницы, сначала простыми словами.

Holdover (holdover_s). Простыми словами: сколько секунд система оставалась в пределах допустимой ошибки после потери GNSS. Kshana сообщает самый короткий такой промежуток среди всех перерывов в прогоне, измеренный на временной сетке прогона, поэтому это нижняя граница с разрешением шага по времени. Holdover, равный длине перерыва, означает, что предел не был пересечён ни разу.

p95 (timing_p95_ns). Простыми словами: в 95 % времени ошибка синхронизации была не больше этой. Это 95-й процентиль ошибки за время перерыва. Очень малое значение в краткой сводке может отображаться как 0.0; файл результата JSON (JavaScript Object Notation) содержит число с полной точностью.

Целостность (integrity). Простыми словами: как часто собственная оценка ошибки системой была честной. Это доля отсчётов перерыва, у которых истинная ошибка осталась внутри границы k сигма фильтра (определена ниже). Значение около 1 означает, что оценщик не занижал свою ошибку. Это не авиационный уровень защиты; см. «Целостность и аугментация» ниже и INTEGRITY.md.

Оценка безопасности (security). Простыми словами: насколько вероятно, что атака спуфингом будет обнаружена. Это вероятность того, что настроенная атака обнаружена, то есть единица минус вероятность пропуска обнаружения P_md, выведенная из стабильности часов. Она имеет смысл, только если в сценарии настроена атака спуфингом. Если атака не настроена, однострочная сводка выводит security n/a (no attack), а результат помечает показатель как applicable: false в блоке figure_tiers; значение остаётся в документе и означает «неприменимо», а не «нулевая безопасность».

PDOP — геометрический фактор положения (ухудшение точности), ключи вроде pdop_min. Простыми словами: во сколько раз геометрия спутников увеличивает ошибку дальности до ошибки положения. Ошибка положения примерно равна PDOP, умноженному на ошибку дальности, поэтому чем меньше, тем лучше. См. DOP в разделе «Оценивание и геометрия».

sigma_y (σ_y(τ), девиация Аллана). Простыми словами: насколько колеблется частота часов при усреднении за время τ. Строка паспорта вроде sigma_y(1 s) = 3e-10 означает, что частота, усреднённая за одну секунду, меняется примерно на 3 части из 10¹⁰. Чем меньше, тем стабильнее часы. См. «Как измеряется стабильность» выше.

q_wf — интенсивность белого шума частоты. Простыми словами: сила быстрого случайного дрожания частоты часов. Это коэффициент в σ_y²(τ) = q_wf / τ для белого шума частоты, поэтому сценарий задаёт q_wf = sigma_y(1 s)² по односекундной девиации Аллана из паспорта. Его спутники — q_rw (шум частоты случайного блуждания) и drift (старение); см. «Как моделируются ошибки» выше.

Термины телекоммуникационной синхронизации#

Телекоммуникационные сети распределяют время по пакетным сетям (Precision Time Protocol) от эталонных часов, получающих сигнал от GNSS, а Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T) устанавливает пределы ошибки времени, которую может добавить каждые часы. Эти термины встречаются в виде telecom-timing; см. TELECOM-TIMING.md.

TE — ошибка времени. Простыми словами: насколько время часов отличается от эталонного в один момент. Положительная или отрицательная, обычно в наносекундах.

max|TE| — максимальная абсолютная ошибка времени. Простыми словами: наихудшая ошибка времени за измерение без учёта знака. Это главный предел, который задаёт большинство масок.

cTE — постоянная ошибка времени. Простыми словами: неизменная составляющая смещения в ошибке времени — средняя ошибка, не меняющаяся за измерение.

dTE — динамическая ошибка времени. Простыми словами: колеблющаяся составляющая ошибки времени — то, что остаётся после удаления постоянного смещения. Оценивается по MTIE и TDEV.

MTIE — максимальная ошибка временного интервала. Простыми словами: наибольший размах ошибки времени в любом окне заданной длины. Для каждой длины окна оно скользит вдоль записи и берёт наибольшее изменение от пика до пика; маска задаёт наибольшее допустимое значение для каждой длины окна.

TDEV — девиация времени. Простыми словами: типичный (среднеквадратичный) дрейф ошибки времени при заданном времени усреднения после усреднения кратковременного дрожания. Это временной аналог девиации Аллана, и, как и MTIE, она проверяется по маске.

PRTC — первичные эталонные часы времени. Часы на вершине цепочки телекоммуникационной синхронизации, обычно управляемые от GNSS. Пределы их характеристик приведены в Рекомендации ITU-T G.8272.

ePRTC — улучшенные первичные эталонные часы времени. PRTC с более жёстким пределом ошибки времени, подкреплённые высокостабильными локальными атомными часами, чтобы удерживать время при долгой потере GNSS. Рекомендация ITU-T G.8272.1.

T-BC — телекоммуникационные граничные часы. Сетевые часы, получающие время сверху и передающие его вниз, добавляя немного собственной ошибки времени. Рекомендация ITU-T G.8273.2.

T-TSC — телекоммуникационные подчинённые часы времени. Часы в конце цепочки, получающие время и передающие его оборудованию, которому оно нужно (например, базовой станции). Также охвачены Рекомендацией ITU-T G.8273.2.

OCXO — кварцевый генератор с термостатом. Кварцевый генератор, поддерживаемый при постоянной температуре в небольшой печи, что делает его гораздо стабильнее обычного кварцевого генератора. Распространённые часы для holdover в сетевом оборудовании; за несколько суток заметно стареют (дрейфуют).

CSAC — чип-масштабные атомные часы. Очень малые атомные часы (см. «Датчики, которые сравнивает Kshana» выше). При долгом holdover стабильнее OCXO, но дороже и потребляют больше энергии.

Уровни доказательств: VALIDATED, MODELLED, PARTNER#

Каждая возможность в проверяемой машиной матрице верификации (VERIFICATION-MATRIX.md) имеет один из трёх уровней.

VALIDATED. Простыми словами: проверено по чужому ответу. Выходные данные возможности сравнили с независимым внешним оракулом (реальными измеренными данными, независимой библиотекой, написанной кем-то другим, или опубликованными эталонными значениями), и они согласовались в пределах заданного допуска. Проверка непрерывной интеграции отклоняет строку VALIDATED, в которой не назван внешний оракул.

MODELLED. Простыми словами: построено на здравой физике и проверено на внутреннюю согласованность, но ещё не сравнено с внешним ответом. Числа годятся для сравнения и проектных компромиссов; они не свидетельствуют, что реальное устройство будет работать именно так. MODELLED-RATIONALE.md объясняет, почему каждая такая строка остаётся модельной.

PARTNER. Простыми словами: эта часть принадлежит партнёру по аппаратуре или обеспечению качества продукции, и Kshana ничего о ней не утверждает. Строка существует для того, чтобы пробел был виден, а не замалчивался.

Термины спектра и помех#

Эти термины встречаются в виде spectrum; см. SPECTRUM.md.

• BPSK(n) — двоичная фазовая манипуляция на n × 1,023 Мчип/с. Модуляция прямоугольными чипами GPS L1 C/A (грубый код/захват) и L2 civil (L2C) (n = 1), а также GPS L5 и Galileo E5a (n = 10). Её спектр — sinc² с нулями через каждые n × 1,023 МГц.
• BOC(m, n) — двоичная смещённая несущая. Расширяющий код на n × 1,023 Мчип/с, умноженный на меандровую поднесущую на m × 1,023 МГц, которая расщепляет спектр на два лепестка по обе стороны от несущей.
• MBOC(6,1,1/11) — мультиплексированная двоичная смещённая несущая. Спектральная плотность мощности 10/11 × BOC(1 1) + 1/11 × BOC(6 1), согласованная для открытого сервиса Galileo E1 и GPS L1C; Galileo передаёт её как составную BOC (CBOC).
• CW — непрерывная волна. Немодулированная несущая: один тон.
• J/S — отношение мощности помехи к мощности сигнала. Принятая мощность источника помех к принятой мощности сигнала, в децибелах.
• SSC — коэффициент спектрального разделения. κ = ∫ G_s(f) G_j(f) df по полосе приёмника: какая часть спектра помехи единичной мощности попадает туда же, куда и спектр сигнала. Эффективная спектральная плотность отношения несущей к шуму равна [1/(C/N₀) + (J/S)·κ]⁻¹.
• Коэффициент шума. Сколько приёмник добавляет к тепловому шуму, как отношение F в децибелах; шумовая температура системы равна T_ant + 290 K × (F − 1).
• Водопад. Частотно-временное изображение спектра: частота по горизонтали, время вниз, цвет — мощность.
• Оценка Уэлча. Спектральная плотность мощности, оцениваемая усреднением периодограмм с окном и перекрытием (Welch 1967).
• SigMF — Signal Metadata Format. Открытый формат записи: файл JSON .sigmf-meta, описывающий необработанный файл отсчётов .sigmf-data (здесь комплексных cf32_le, ci16_le или ci8).
• IQ — синфазная и квадратурная составляющие. Две компоненты комплексного отсчёта в основной полосе.

Термины сигналов LEO-PNT#

Эти термины встречаются в виде leo-signal и многополосных сценариев spectrum; см. LEO-SIGNAL.md.

• LEO-PNT — позиционирование, навигация и время с низкой околоземной орбиты. Навигационные сигналы, передаваемые со спутников на высоте от нескольких сотен до примерно 1200 км: сильнее и быстрее движущиеся, чем GNSS со средней околоземной орбиты.
• RNSS, RDSS, MSS, EESS — служба радионавигации через спутники, служба радиоопределения через спутники, подвижная спутниковая служба, спутниковая служба исследования Земли. Распределения служб ITU (Международного союза электросвязи), в которых может находиться полоса.
• Пилотная, информационная и поисковая компоненты. Части одного сигнала: пилотная компонента без данных для измерения дальности, информационная компонента, несущая навигационное сообщение, и короткая низкоскоростная поисковая компонента, которую легко найти.
• FDMA — множественный доступ с частотным разделением. Компоненты или спутники разделены по частоте несущей, а не по коду.
• Полоса по Габору (RMS). β = √(∫ f² G df / ∫ G df) по полосе приёмника: разброс мощности сигнала по частоте, определяющий, насколько точно им можно измерять дальность.
• DLL — схема слежения за задержкой. Контур слежения за кодом; расстояние между опережающим и запаздывающим коррелятором и шумовая полоса определяют дрожание дальности из-за теплового шума.
• EFQPSK — улучшенная квадратурная фазовая манипуляция Фехера. Модуляция с постоянной огибающей (Xona Pulsar); здесь приближается спектром прямоугольных чипов.
• OFDM — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением. Многонесущая форма сигнала (нисходящая линия Starlink); здесь изображается плоской полосой.
• TEC — полное электронное содержание. Число электронов на квадратный метр вдоль пути; 1 TECU = 10¹⁶ эл/м². Ионосферная задержка первого порядка равна 40,3·TEC/f² метров.
• EIRP — эквивалентная изотропно излучаемая мощность. Мощность передатчика, умноженная на коэффициент усиления антенны в направлении приёмника.

Целостность и аугментация#

Целостность — это вопрос доверия: не «насколько велика моя ошибка?», а «могу ли я её ограничить и сообщат ли мне, когда граница нарушена?» Вот авиационные термины для этого.

RAIM — автономный контроль целостности приёмником. Простыми словами: приёмник сверяет спутники друг с другом. Если спутников больше четырёх, нужных для определения положения, остатки (невязки) должны быть малы; большая невязка означает, что один спутник лжёт, и приёмник может сказать об этом без помощи с земли. Реализовано в src/raim.rs.

ARAIM — расширенный автономный контроль целостности приёмником. Современная двухчастотная многосистемная форма RAIM. Ей передаётся сообщение поддержки целостности с предполагаемой ошибкой и вероятностью отказа каждого спутника, а возвращает она уровни защиты, а не флаг «пройдено / не пройдено». Полное изложение со всеми допущениями — в ARAIM_REFERENCE.md.

SISRE — ошибка дальности в сигнале в пространстве. Простыми словами: насколько передаваемые спутником орбита и поправка часов искажают дальность, измеряемую типичным пользователем. Ошибка орбиты делится на радиальную, трансверсальную и бинормальную части, взвешивается по тому, насколько каждая проявляется вдоль средней линии визирования, и затем объединяется с ошибкой часов (Montenbruck et al. 2018). Для спутника на низкой околоземной орбите трансверсальная и бинормальная части весят гораздо больше, чем для GPS, потому что пользователи видят его далеко от надира. Используется видом leo-navmsg.

RAC — радиальная, трансверсальная, бинормальная. Три направления, на которые раскладывается ошибка орбиты: от центра Земли, вдоль направления полёта и перпендикулярно плоскости орбиты. Модель kepler-rac вида leo-navmsg добавляет корректирующий полином по каждому.

SVID — идентификатор космического аппарата. Номер, которым навигационное сообщение называет передавший его спутник.

IOD — выпуск данных. Счётчик, меняющийся при каждом изменении содержания навигационного сообщения спутника, чтобы приёмник мог отличить новое сообщение от повтора. (Не путать с демонстрацией на орбите, тоже сокращаемой IOD, как в Celeste IOD ESA.)

TOW — время недели. Секунды от начала текущей недели GNSS (воскресенье 00:00).

CRC-24Q — 24-битная циклическая проверка избыточности (полином Qualcomm). Проверка для обнаружения ошибок, которую несут сообщения RTCM 10403 и Galileo: 24-битный остаток от деления битов сообщения на полином 0x1864CFB. Приёмник пересчитывает её и отбрасывает сообщение, которое не совпадает.

URE — ошибка дальности пользователя. Простыми словами: насколько собственные передаваемые орбита и поправка часов спутника искажают каждую дальность до него. Её также называют ошибкой сигнала в пространстве (SISE); это бюджет ошибки по каждому спутнику, который передаётся в ARAIM и RAIM (sigma_ure_m в src/raim.rs).

MHSS — разделение решений по множественным гипотезам. Метод, который использует ARAIM. Для каждого способа, которым могла бы быть повреждена орбитальная группировка, формируется решение без подозрительных спутников и ограничивается, насколько это частичное решение может отстоять от решения по всем видимым спутникам.

HPL / VPL — горизонтальный / вертикальный уровень защиты. Простыми словами: радиус, внутри которого система обещает истинную ошибку при заданном риске целостности. Это граница, которую вычисляет алгоритм, а не измеренная ошибка. Прогон считается доступным, когда уровень защиты остаётся ниже предела тревоги, допустимого для операции (VAL — вертикальный предел тревоги; HAL — горизонтальный).

SBAS — спутниковая система функционального дополнения. Наземная сеть, которая наблюдает за GNSS, вычисляет поправки и границы целостности и передаёт их с геостационарных спутников. WAAS — Wide Area Augmentation System — американская; EGNOS (Европейская геостационарная служба навигационного покрытия) — европейский аналог. Kshana вычисляет уровни защиты в форме взвешенного метода наименьших квадратов по DO-229E (DO-229E — минимальный стандарт эксплуатационных характеристик RTCA для приёмников SBAS; RTCA ранее называлась Radio Technical Commission for Aeronautics) (src/sbas.rs).

Оценивание и геометрия#

Оценщик. Алгоритм, который предсказывает истинное положение и время во время перерыва по модели датчика. В Kshana есть аналитический предсказатель holdover и фильтр Калмана.

Фильтр Калмана. Простыми словами: алгоритм, отслеживающий величину и одновременно степень её неопределённости. Kshana использует его границу неопределённости для вычисления показателя «Целостность».

EKF — расширенный фильтр Калмана. Фильтр Калмана для нелинейной задачи: на каждом шаге он линеаризует модель около текущей оценки. Стандартный выбор для связки GNSS с INS.

UKF — фильтр Калмана с сигма-точками. Та же задача без линеаризации: небольшой набор детерминированно выбранных выборочных точек пропускается через истинную нелинейную модель, а среднее и ковариация восстанавливаются по тому, куда они попали. Ведёт себя лучше при сильной нелинейности, поэтому определение орбиты использует его.

DOP — геометрический фактор (ухудшение точности). Простыми словами: во сколько раз геометрия спутников усиливает ошибку дальности до ошибки положения или времени. Ошибка положения ≈ PDOP × ошибка дальности, поэтому малое число означает хорошую геометрию. Семейство: GDOP (геометрический — положение и время вместе), PDOP (положение), HDOP (горизонтальный), VDOP (вертикальный), TDOP (время).

Орбитальная группировка Уокера. Стандартный способ описать орбитальную группировку числом плоскостей орбит и спутников в каждой плоскости (GPS — это примерно оболочка Уокера 24/6).

Маска возвышения. Минимальный угол над местным горизонтом, при котором спутник считается пригодным; слишком низкие сигналы исключаются.

Затмение (окклюзия). Когда Земля физически закрывает линию визирования на спутник.

Силуэт горизонта (маска силуэта). Простыми словами: контур зданий, кранов или холмов на фоне неба, заданный как возвышение для каждого азимута. Спутник считается видимым, только если он выше max(elevation mask, skyline) на своём азимуте, а спутник выше маски, но за силуэтом, «закрыт силуэтом». Kshana строит его по таблице, уличному каньону, секторам и рельефу (их поточечный максимум) или по REPRESENTATIVE пресету; только прямая видимость, без отражения и дифракции (SKYLINE.md).

Геометрия неба. Какие спутники видит место при данном силуэте горизонта и как это влияет на решение: факторы DOP, ковариация метода наименьших квадратов в системе восток–север–верх и его эллипс ошибок, горизонтальная область, содержащая заданную долю определений (95 % по умолчанию) при независимых одинаковых гауссовых ошибках дальности. MODELLED-геометрия при заданной модели ошибок, а не реальная ошибка приёмника (SKYLINE.md).

CTI — составная целостность времени. Уровни защиты для времени, а не положения, вычисляемые при переходе между разными источниками времени, например от часов, проверяемых по спутникам (доступен RAIM), к свободно идущим в holdover, чтобы граница оставалась действительной через переход (src/integrity/mod.rs).

TIB — эталонный тест целостности времени. Мерило для мониторов времени других разработчиков: вводит набор отказов и проверяет, действительно ли заявленный монитором уровень защиты ограничивал его ошибку. Он не делает собственных утверждений о точности, поэтому не может их завысить (src/benchmark/mod.rs).

Орбиты и пространство Земля–Луна#

CR3BP — круговая ограниченная задача трёх тел. Система Земля–Луна, рассматриваемая как два тела на круговых орбитах вокруг общего центра масс, плюс космический аппарат, слишком лёгкий, чтобы оказывать обратное влияние. Вблизи Луны эллипс Кеплера из задачи двух тел просто имеет неправильную форму; CR3BP — самая дешёвая динамика, которая верна (src/cr3bp.rs).

NRHO — почти прямолинейная гало-орбита. Периодическая орбита CR3BP, которая проходит близко над одним полюсом Луны и далеко над другим, так что при взгляде с торца она почти прямая — отсюда «почти прямолинейная». Это орбита, выбранная для лунной станции Gateway, и она сохраняет почти непрерывную прямую видимость Земли.

DRO — дальняя ретроградная орбита. Другое семейство CR3BP: большая устойчивая орбита, обходящая Луну в обратном направлении во вращающейся системе отсчёта.

EOP — параметры ориентации Земли. Измеренные, слегка неравномерные колебания и вращение Земли (движение полюса, UT1 (Universal Time 1, время вращения Земли)−UTC — время вращения Земли минус всемирное координированное время — и длительность суток), необходимые, чтобы перевести положение в системе, связанной с Землёй, в инерциальное с точностью лучше метров. Их публикует IERS (Международная служба вращения Земли и систем отсчёта); Kshana читает его файл finals2000A через --eop.

Стандарты, форматы и организации#

Сокращения, которые README и страницы пакетов используют для стандартов, форматов файлов, шкал времени, систем отсчёта и организаций, стоящих за ними. Каждое из них также расшифровывается при первом использовании на этих страницах.

Орбиты, системы отсчёта и время

• SGP4 / SDP4 — Simplified General Perturbations 4 / Simplified Deep-space Perturbations 4. Стандартные аналитические распространители для опубликованных орбит спутников.
• TLE — двухстрочный набор элементов. Открытый формат орбит, который читает SGP4.
• LEO / MEO / GTO / IGSO — низкая околоземная орбита / средняя околоземная орбита / геостационарная переходная орбита / наклонная геосинхронная орбита. Режимы орбит; большинство спутников GNSS летают на MEO.
• LMO — низкая орбита Марса.
• ECI / ECEF — геоцентрическая инерциальная / геоцентрическая связанная с Землёй система. Система отсчёта, не вращающаяся вместе с Землёй, и вращающаяся.
• TEME — истинный экватор, средний equinox. Система отсчёта, в которой SGP4 выдаёт результат.
• GCRS / ITRS / ITRF — геоцентрическая небесная система отсчёта / Международная земная система отсчёта / её реализация, Международная земная опорная система. Современные инерциальная и связанная с Землёй системы отсчёта.
• CIO — небесное промежуточное начало отсчёта. Опорная точка современной цепочки вращения Земли без равноденствия.
• LVLH — местная вертикаль, местная горизонталь. Система отсчёта, движущаяся вместе с космическим аппаратом.
• WGS-84 — Всемирная геодезическая система 1984. Эллипсоид Земли, который использует GPS.
• UTC / TAI / TT / UT1 / TDB — всемирное координированное время / международное атомное время / земное время / всемирное время 1 (время вращения Земли) / барицентрическое динамическое время.
• LTC / TCL — лунное координатное время (Temps-Coordonnée Lunaire). Предлагаемая шкала времени для Луны.
• OD — определение орбиты. Восстановление орбиты по измерениям слежения.
• CR3BP, NRHO и DRO определены выше в разделе «Орбиты и пространство Земля–Луна».

Форматы файлов и сообщения

• SP3 — Standard Product 3. Формат файлов точных орбит Международной службы GNSS (IGS), в версиях c и d.
• RINEX — независимый от приёмника формат обмена. Стандартный формат файлов для наблюдений GNSS и передаваемых эфемерид.
• IONEX — формат обмена картами ионосферы.
• OEM / OMM / TDM — сообщение с эфемеридами орбиты / сообщение со средними элементами орбиты / сообщение с данными слежения. Стандартные сообщения Консультативного комитета по космическим системам передачи данных (CCSDS) для орбит и данных слежения.
• TOML — Tom's Obvious, Minimal Language. Текстовый формат сценариев Kshana.
• KIF — Kshana Interchange Format. Версионируемая самоописывающая оболочка результата Kshana.

Стандарты

• DO-229E / DO-316. Минимальные стандарты эксплуатационных характеристик RTCA для приёмников SBAS и для бортового оборудования GPS с авиационным функциональным дополнением.
• IS-GPS-200 / IS-GPS-705. Интерфейсные спецификации GPS (вторая охватывает сигнал L5).
• NIST SP 1065. Handbook of Frequency Stability Analysis Национального института стандартов и технологий.
• TRL — уровень технологической готовности. Шкала зрелости аппаратуры от 1 до 9.

Организации

• ESA / ESOC / ESTRACK — Европейское космическое агентство, его Европейский центр управления космическими полётами и его Европейская сеть слежения за космическими аппаратами.
• NASA / JPL / NAIF / DSN — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США, его Лаборатория реактивного движения, его Navigation and Ancillary Information Facility (публикующая набор инструментов SPICE — Spacecraft, Planet, Instrument, C-matrix, Events) и его Сеть дальней космической связи.
• IGS — Международная служба GNSS. IERS — Международная служба вращения Земли и систем отсчёта. IAU — Международный астрономический союз (чья библиотека SOFA, Standards of Fundamental Astronomy, и её открытый порт ERFA, Essential Routines for Fundamental Astronomy, служат для Kshana эталоном систем отсчёта).
• CCSDS — Консультативный комитет по космическим системам передачи данных. AIAA — Американский институт аэронавтики и астронавтики. RTCA — ранее Radio Technical Commission for Aeronautics.

Программное обеспечение и цепочка поставок

• CLI — интерфейс командной строки. MCP — Model Context Protocol, протокол, на котором работает агентный сервер Kshana. IDE — интегрированная среда разработки.
• SBOM — перечень компонентов программного обеспечения. SLSA — Supply-chain Levels for Software Artifacts, система происхождения сборок, по которой заверяются выпуски Kshana.

Все остальные сокращения, от A до Z#

Все сокращения, используемые в документации репозитория (docs/ и четырёх README), которые не определены ни в одном разделе выше, а также несколько таких, которые определены, повторённые для поиска. Каждая страница также расшифровывает свои сокращения при первом использовании; эта таблица — единственное место, где можно найти их все. Некоторые записи — это идентификаторы или названия, а не сокращения, и это в них указано.

Воспроизводимость и лицензирование#

Воспроизводимость (детерминированность). Одни и те же входные данные всегда дают побитово идентичный результат — scenario + seed + version → identical result. Скрытой случайности нет.

Начальное значение (seed). Число, которым инициализируется (детерминированный) генератор случайных чисел, благодаря чему прогоны повторяемы.

Открытое ядро. Бизнес-модель: движок бесплатен и имеет открытый исходный код (AGPL-3.0, GNU Affero General Public License, определение ниже; коммерческое двойное лицензирование); основу бизнеса составляют поддержка, интеграция, коммерческие лицензии и проприетарные дополнения, а не плата за рабочие места при использовании открытого движка.

AGPL-3.0. GNU Affero General Public License v3 — одобренная OSI (Open Source Initiative) лицензия на открытое программное обеспечение с сильным копилефтом. Аналогична GPL (GNU General Public License), но содержит дополнительное положение (§13) о программном обеспечении, предоставляемом пользователям по сети: изменённая версия, доступная по сети, должна предлагать этим пользователям соответствующий исходный код. Открытая лицензия Kshana.

Двойное лицензирование. Предоставление одного и того же кода под двумя лицензиями на выбор пользователя: здесь это AGPL-3.0 (открытая, с копилефтом) или коммерческая лицензия от Ashforde OÜ (эстонское частное общество с ограниченной ответственностью; OÜ = osaühing) для проприетарного или закрытого использования, для которого AGPL не подходит. См. LICENSING.md.

Также используется на kshana.dev

Аббревиатуры, которые использует сайт и которых нет в глоссарии репозитория выше.

GPS

Глобальная система позиционирования (Global Positioning System)

C/N₀

отношение мощности несущей к спектральной плотности шума, в дБ-Гц

L-band

радиодиапазон от 1 до 2 ГГц, используемый ГНСС

C/A

код грубого захвата GPS L1 (coarse/acquisition)

AFS

усиленный прямой сигнал (лунный)

MEMS

микроэлектромеханические системы

UAS

беспилотная авиационная система

PL · AL

уровень защиты · предел тревоги

APV-I

заход на посадку с вертикальным наведением, уровень I

LEO · GEO

низкая околоземная орбита · геостационарная орбита

OEM · OMM · TDM

сообщения CCSDS: эфемериды орбиты, средние элементы орбиты и данные слежения

IGRF

International Geomagnetic Reference Field

DSN

Сеть дальней космической связи (Deep Space Network)

VLBI

радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой

LLR

лазерная дальнометрия Луны

TCXO · OCXO

кварцевый генератор с температурной компенсацией · термостатированный кварцевый генератор

RAFS

рубидиевый атомный стандарт частоты

PHM

пассивный водородный мазер

USO · DSAC

сверхстабильный генератор · атомные часы для дальнего космоса

MTIE · TDEV

максимальная ошибка временного интервала · временная девиация

PRTC · ePRTC

первичные эталонные часы времени · усовершенствованные PRTC

ADEV · σy(τ)

девиация Аллана при времени усреднения τ

ITU-T

Международный союз электросвязи, сектор стандартизации электросвязи

NIS · NEES

нормализованный квадрат инновации · нормализованный квадрат ошибки оценки

IEEE

Институт инженеров по электротехнике и электронике

WASM

WebAssembly

JSON · CSV · SVG

JavaScript Object Notation · значения, разделённые запятыми · Scalable Vector Graphics

CLI · API · IDE

интерфейс командной строки · программный интерфейс приложения · интегрированная среда разработки

SBOM · SLSA

перечень компонентов программного обеспечения · Supply-chain Levels for Software Artifacts

NDA

соглашение о неразглашении

DOI

цифровой идентификатор объекта (Digital Object Identifier)

водопад C/N₀

график отношения мощности несущей к спектральной плотности шума по каждому спутнику во времени

HPL · VPL

горизонтальный · вертикальный уровень защиты

LROC

камера Lunar Reconnaissance Orbiter