• Отрепетируйте минуту, когда ГНСС пропадает
• Что нового в 0,40, Что нового в 0,39, Что нового в 0,38 и 0,38 подробно: оценка Jammertest, собственные флаги приёмника, машинные входные данные, синхронизация времени и holdover, пакеты стандартов, LunaNet AFS, круговой цикл с лабораторией, kshana-bench, обсерватория, экспортёры, оптика, навигация пользователей в космосе и лунная инфраструктура
• Kshana Studio и каждая страница Studio
• Возможности: таблица областей, каждый вид сценария по семействам, каждая команда, каждая поверхность
• Как работает прогон, Миссии
• Доказательства: реестр (ledger), области возможностей
• Установка, Архитектура (и схемы), ИИ-помощник
• Редакции, Исследования, Цитирование, Лицензия
• Справочник: использование, формат сценария, вывод, структура репозитория, ЧаВо, устранение неполадок, версионирование, дорожная карта, участие в разработке, документация

Запустите любой из них с помощью kshana example <scenario> > s.toml && kshana s.toml: сценарии — l-band-waterfall-jamming, constellation-multi-gnss-coverage, solar-system-tour и leo-pass-iridium.

Все четыре — выдуманные данные консультативного характера: они показывают формат и поведение программного обеспечения, а не то, как какой-либо приёмник или система ведёт себя при помехах. Первое запустите с помощью kshana receiver-trust examples/maritime-trust/session.toml, второе — с помощью kshana route-exposure на образцах в examples/interference-map/, третье — с помощью kshana nmea-scenario scenarios/training/coastal-drag-off.toml --out drag.nmea (только для обучения: никогда не подавайте его на действующее навигационное оборудование), а четвёртое — как описано в docs/EVIDENCE-PACKS.md.

Далее следует полное описание по областям; реестр зрелости по каждой возможности см. в docs/CAPABILITY.md и docs/VALIDATION.md.

Каждая возможность доступна как API Rust, как запускаемый kind сценария или обоими способами. Зрелость каждой возможности — validated, runnable или library — отслеживается в docs/CAPABILITY.md. Машинно проверяемая матрица верификации (src/verification.rs) выводит перекрёстную ссылку требование → модуль → тест → оракул → статус с протестированными на уровне модулей инвариантами честности, которые допускают метку validated только там, где её подкрепляет независимый внешний оракул, — и которые фиксируют аппаратные возможности и возможности обеспечения качества продукции (PA), которые Kshana намеренно не предоставляет.

Результаты#

Каждый сценарий сравнивает квантовый датчик с его классическим аналогом при отказе GNSS примерно на ~1,8 ч. Числа воспроизводимы (scenario + seed + version).

_{Что дают квантовые датчики, когда GNSS недоступна — clock-holdover · seed 42 · нарисовано на движке 0.40.0, и каждый рисунок выше при каждой сборке заново проверяется по текущему движку с помощью tests/published_figures_still_reproduce.rs · SVG}

Преимущество зависит от длительности отказа и вибрации, с явной точкой безубыточности, где выигрывают классические решения, — показано честно по шкале технологической готовности (показатели оптических часов — целевые для наземных демонстраторов; ни одни стронциевые оптические часы не летали):

_{Точка пересечения устойчивости квантовых и классических решений — шкала TRL для holdover часов (сверху) · карта инерциального преимущества с контуром безубыточности (снизу). Воспроизводится через cargo run --release --bin crossover_study.}

Ошибка положения при счислении пути во время отказа GNSS: квантовый датчик (синий) остаётся ровно вблизи допуска; классический датчик (красный) расходится до десятков километров. Построено Kshana из scenarios/imu-deadreckoning.toml.

Завершающий сценарий показывает тезис об объединении: оптическая межспутниковая передача времени удерживает в синхронизме даже классические часы, оставляя инерциальный датчик слабым звеном классического комплекта — то есть квантовая инерциальная система и оптический хронометраж вместе.

Holdover часов при отказе GNSS: оптические часы (синий) остаются в пределах допуска 20 нс на всём выбеге; часы чипового масштаба (красный) нарушают его на полпути. Построено Kshana из scenarios/clock-holdover.toml.

Ещё один сценарий, orbit-gnss-challenged.toml, выводит доступность GNSS из орбитальной геометрии, а не из задаваемых вручную окон: космический аппарат внутри оболочки GNSS распространяется относительно GPS-подобной орбитальной группировки Уокера, а число видимых спутников (линия визирования, затмение Землёй, маска возвышения) задаёт состояние определения положения на каждом шаге. За сутки пользователь находится в режиме определения положения лишь ~59 % времени; квантовые часы удерживают решение по времени 5 нс через каждый перерыв (доступность 1.0), часы чипового масштаба — только ~0.83.

Ошибка времени за сутки при доступности GNSS, выведенной из орбитальной геометрии: число видимых спутников (линия визирования, затмение Землёй, маска возвышения) задаёт состояние определения положения на каждом шаге, поэтому часы должны выдержать каждый перерыв — оптические часы удерживают допуск 5 нс, тогда как часы чипового масштаба нарушают его. Построено Kshana из scenarios/orbit-gnss-challenged.toml.

Орбитальную группировку можно также задать реальными двухстрочными наборами элементов (TLE). Полный TLE (строка 1 + строка 2) распространяется по полной модели SGP4/SDP4 — включая атмосферное торможение, лунно-солнечные члены дальнего космоса и резонансные члены 12 ч / 24 ч, существенные для орбит ГНСС ~12 ч, — проверенной по официальным векторам AIAA 2006-6753 с наихудшим расхождением ≈ 4 мм. scenarios/orbit-sgp4-gps.toml содержит реальный снимок Celestrak gps-ops действующей орбитальной группировки GPS (2021-07-28, 30 спутников) и требует корректных контрольных сумм TLE — двухстрочные наборы элементов являются открытыми данными из каталога Космических сил США / 18-й эскадрильи космической обороны, перераспространяемыми Celestrak (д-р Т. С. Келсо, celestrak.org); обновление — через scripts/fetch_tles.sh. Блок только со строкой 2 сохраняет аналитическое двухтельное распространение (scenarios/orbit-real-tle.toml); обе формы можно смешивать в одной орбитальной группировке. Орбитальную группировку можно столь же успешно построить из блока записей вещательных эфемерид GPS RINEX-3 — формата, который декодирует приёмник, — распространяемых по пользовательскому алгоритму IS-GPS-200 и пропускаемых через ту же геометрию (scenarios/orbit-rinex.toml).

Что это и чем не является#

Это: детерминированный движок с малым числом зависимостей, охватывающий весь стек PNT — орбитальную геометрию, инерциальную навигацию, объединение GNSS/INS, целостность, часы и синхронизацию времени. Он запускает сценарий (часто отказ GNSS), прогоняет калиброванные модели ошибок датчиков через подходящий оценщик и оценивает результат по эксплуатационным показателям качества, выдавая воспроизводимый результат JSON (JavaScript Object Notation) и диаграмму SVG из библиотеки Rust, интерфейса командной строки (CLI), расширения Python, браузерного модуля WebAssembly, сервера Model Context Protocol (MCP) для ИИ-агентов или плагина для IDE JetBrains (интегрированная среда разработки).

Это не: лётная аппаратура, проект квантовой полезной нагрузки, полноценный приёмник сигналов GNSS, имитатор радиочастотного (РЧ) сигнала или стенд hardware-in-the-loop, а также не авионический продукт с сертификацией — и он не заменяет MATLAB/Simulink, STK (Systems Tool Kit) или Orekit; он работает рядом с ними и обменивается с ними файлами. Точность квантовой аппаратуры берётся из опубликованных моделей ошибок, а не из этого инструмента. Детальная зрелость каждой возможности описана в docs/CAPABILITY.md.

Это пока не: полноценный физический движок атомной интерферометрии (большинство квантовых датчиков используют опубликованные коэффициенты Аллана/шумового бюджета; у акселерометра CAI (холодно-атомный интерферометр) есть слой из первых принципов — фаза Маха — Цендера, проекционный шум, спад контраста и связь с вибрацией, плюс систематики Кориолиса и светового сдвига, — но систематики волнового фронта и разрешение неоднозначности полос остаются слоем дорожной карты P2 (фаза 2 дорожной карты, слой квантовой физики), см. ROADMAP.md и docs/QUANTUM-MODELS.md); приёмник GNSS с сертификацией или аппаратный (он решает одноточечное определение положения PVT (положение, скорость и время) по реальным кодовым наблюдениям RINEX (Receiver Independent Exchange Format) — проверено на реальных данных IGS (Международная служба GNSS) — а его слой IQ (kshana iq, с 0.31.0) захватывает и сопровождает записанные или сгенерированные отсчёты основной полосы программно, как анализирующий приёмник: он не управляет радиооборудованием и ничего не передаёт, не является приёмником с сертификацией и не выполняет позиционирование по фазе несущей (RTK или PPP)); или полноценный набор для проектирования миссии (в нём есть строительные блоки Ламберта / porkchop / манёвров / определения орбиты, но это слой моделирования характеристик над GMAT (General Mission Analysis Tool)/Orekit, а не замена). Этот объём сознательно ограничен. Если вам нужны бюджеты ошибок холодно-атомного интерферометра из первых принципов (например, класса CARIOQA-PMP — Cold Atom Rubidium Interferometry in Orbit for Quantum Accelerometry, Pathfinder Mission Preparation — или валидация в стиле X-37B), см. дорожную карту P2 и свяжитесь с нами для сотрудничества.

Валидация, воспроизводимость и честность#

• Каждый шумовой член откалиброван по опубликованному, процитированному значению и проверен по стандартному соотношению (девиация Аллана для часов; рост ошибки счисления пути по Гроувсу для инерциальных систем; пересчёт времени в дальность для передачи времени). Статус каждого члена отслеживается в docs/VALIDATION.md как validated или not modeled — ничто не выдаётся за проверенное, если это не так.
• Воспроизводимо по построению: scenario + seed + engine version → identical bits. scripts/check-reproducible.sh обеспечивает это; квантовые и классические прогоны используют независимые начальные значения (seed), поэтому их шум не коррелирован.
• Зрелость указана честно: показатели оптических часов и оптических линий — это результаты целевых значений / наземных демонстраторов, а не лётные.

Метка доказательств на каждом значении#

Каждое значение и каждая таблица, которые записывает прогон, сообщают, насколько им можно доверять и на какие строки реестра они опираются. В результирующем JSON есть ключ evidence, в SVG-диаграмме — строка под графиком (и элемент <metadata id="kshana-evidence">), а в CSV-таблице — строки комментариев # evidence: в начале (читаются с comment='#'). В ней указан уровень — VALIDATED, MODELLED или PARTNER — и идентификаторы (VM- и восемь шестнадцатеричных цифр) строк матрицы верификации, задействованных прогоном. Уровень определяется самой слабой из этих строк, поэтому прогон, опирающийся на одну смоделированную строку, получает метку MODELLED, сколько бы проверенных строк ни находилось рядом; метка никогда не заявляет больше, чем реестр. Строки, статусы и идентификаторы считываются из матрицы, а не вводятся вручную (docs/VERIFICATION-MATRIX.md, docs/SCHEMA.md), и tests/evidence_labels_doc_sync.rs завершается ошибкой, если у значения нет метки или метка расходится с матрицей.

Валидация вкратце#

Каждая строка обеспечивается именованным тестом в CI. Эта таблица — подборка избранного; полная машинно проверяемая матрица содержит 401 строк — 176 VALIDATED, 221 MODELLED, 4 PARTNER (src/verification.rs), а полные доказательства (и то, что честно ещё не проверено) приведены в docs/VALIDATION.md и в артефакте kshana-validation-summary.html каждого выпуска (создаётся командой cargo run --bin validation_report, с аттестацией SLSA — Supply-chain Levels for Software Artifacts, уровни защиты цепочки поставок программного обеспечения).

Столбец Статус указывает вид доказательства в соответствии с лестницей валидации выше: VALIDATED = проверено по независимому внешнему оракулу (реальные данные, независимая библиотека или опубликованные эталонные векторы); MODELLED = проверено по аналитической истине или самосогласованности моделирования (без независимого внешнего набора данных). VALIDATED описывает способ проверки, а не прохождение/непрохождение — честное расхождение с реальным внешним оракулом остаётся VALIDATED, тогда как сравнение, которое ни одна строка матрицы не называет оракулом (подгонка LRO — Lunar Reconnaissance Orbiter — выше), показано как MODELLED. Строки CI — это процессные ограждения, а не показатели качества. Несколько островков реальных данных (измеренные цезиевые часы, Stable32 PHASE.DAT и проверки OPS-SAT/ICGEM, где исходные данные не имеют лицензии на распространение) завязаны на данные: тест выводит уведомление о пропуске и остаётся зелёным, когда входных данных нет, а публичные эталонные числа закоммичены в tests/fixtures/. Воспроизведите исходные данные соответствующим scripts/fetch_*.sh.

_{Как возможность получает свою метку — инвариант, обеспечиваемый CI: нет внешнего оракула ⇒ не может быть Validated · SVG}

_{Сверху: каждая строка Validated подкреплена внешним набором данных по построению. Снизу: SGP4 совпадает с официальным эталоном в каждом режиме (наихудшее 4,12 мм). SVG · SVG}

_{176 проверено · 221 смоделировано · 4 у партнёра — SVG}

import json, kshana

toml = open("clock-holdover.toml").read()
result = json.loads(kshana.run(toml))
print(kshana.version(), result["quantum"]["fom"]["holdover_s"], result["classical"]["fom"]["holdover_s"])
# 0.40.0 6600.0 2610.0

Помимо run, модуль предоставляет run_full (JSON, SVG и однострочную сводку сразу), run_typed, validate_toml, list_kinds / scenario_kinds и error_kind; см. docs/PYTHON_API.md.

Пакет npm — это весь движок, скомпилированный в WebAssembly. В Node.js передайте двоичный файл в initSync; в браузере его загружает await init() (см. README.npm.md).

import { readFileSync } from "node:fs";
import { createRequire } from "node:module";
import { initSync, run, summary, version } from "kshana";

const wasm = createRequire(import.meta.url).resolve("kshana/kshana_bg.wasm");
initSync({ module: readFileSync(wasm) });

const toml = readFileSync("clock-holdover.toml", "utf8");
const result = JSON.parse(run(toml));
console.log(version(), result.quantum.fom.holdover_s, result.classical.fom.holdover_s);
// 0.40.0 6600 2610
console.log(summary(toml));

Один движок, много точек входа. Единое ядро на Rust (kshana) запускает каждый сценарий; доступ к нему даёт интерфейс командной строки, расширение для Python, модуль WebAssembly в браузере, сервер MCP для ИИ-агентов и плагин для IDE JetBrains — все они сходятся в одной диспетчеризации api::run_toml. Внутри пакеты датчиков подключаются к общему интерфейсу моделей ошибок; рядом с ними находятся слой систем отсчёта (прецессия–нутация IAU 2006/2000A и приведение GCRS↔ITRS на основе CIO), астродинамический/численный слой (аналитические SGP4/SDP4 и численный пропагатор Коуэлла с силовой моделью EGM2008/возмущений, проектирование манёвров и определение орбиты), слой целостности/ГНСС (RAIM/ARAIM, SBAS, область измерений, подавление, цислунное пространство), слой объединения данных / альтернативного PNT (оценщики ГНСС/ИНС и сопоставление с гравитационными, рельефными и магнитными картами), слой дальнего космоса и Луны (радиометрический Mars-PNT и лунный набор PNT; уровень доказательств каждой части указан в матрице — время LTC, VLBI, совместное определение орбиты и часов, реализация системы отсчёта, зона обслуживания, дифференциальный PNT, совместимость), слой анализа миссий (запуск / вход в атмосферу / покрытие / наведение / пролёт / бюджеты линий связи и космическая погода) и открытый слой исследований устойчивости и машинного обучения (оценка устойчивости RPCF, разрыв оптимизма при РЧ-искажениях и демонстратор PNT на квантовых технологиях), воспроизводимые артефакты которого опираются на проверенные ядра.

Рядом с ядром находятся два самостоятельных крейта, исключённых из рабочего пространства: mcp/kshana-mcp (сервер MCP, построенный на SDK rmcp редакции 2024) и xval/anise-frames (перекрёстная проверка систем координат ANISE/SPICE, которая подтягивает зависимости под MPL-2.0 (Mozilla Public License 2,0)). Список exclude в корневом Cargo.toml исключает их из графа зависимостей опубликованного крейта, из Cargo.lock, из проверки лицензий и из сборки по MSRV (минимально поддерживаемой версии Rust). Плагин для JetBrains (ide/jetbrains) — отдельный проект на Kotlin. Полный набор диаграмм см. в docs/ARCHITECTURE.md.

Готовые диаграммы (поток движка, карта модулей, распространение) находятся в docs/ARCHITECTURE.md.

Сценарии и отчёты

Экспорт и совместимость

Доверие к приёмнику и судну

IQ ГНСС (файлы рабочего каталога; в режиме HTTP отключено)

Сопоставление compliance

Бенчмарк

На чём построен Kshana Pro. Каждая часть Pro работает от открытого движка и оставляет его неизменным:

• Оптимизатор конструкции, исследование неопределённости и досье миссии запускают сценарии открытого движка через его публичный интерфейс и вычисляют каждое число по результатам прогонов. Каждый вывод сохраняет уровень VALIDATED, MODELLED или PARTNER, который открытый движок присвоил каждому показателю, и никогда не более высокий.
• Цифровые двойники часов используют модель часов открытого движка и его оценщик девиации Аллана: двойник калибруется по опубликованному бюджету Аллана устройства, а затем проверяется оценкой девиации Аллана двойника открытым оценщиком.
• Сравнительные исследования запускают каждый вариант архитектуры как сценарий открытого движка без изменений и ранжируют варианты по показателю качества, считанному из результата каждого прогона.
• Слежение за кампанией считывает свои показатели из результатов прогонов сценариев пакета на открытом движке и сравнивает их с предыдущим успешным прогоном.
• Сосуществование спектра считывает каждое физическое число из прогонов открытого движка видов leo-signal и constellation-design и добавляет только сумму по видимым спутникам и ранжирование планов.
• Служба заданий на собственных серверах запускает открытые сценарии и сценарии Pro на одном и том же движке и сохраняет каждый результат в том виде, в каком его вернул прогон.
• Пакеты доказательств записывают для каждого прогона хеш сценария, который открытый движок проставляет в своём результате, так что показатель в пакете можно воспроизвести повторным прогоном его сценария.
• Инструменты системной инженерии и программ. Инструменты Kshana Pro для модельно-ориентированной системной инженерии (MBSE) и программ проверяют требования программы по прогонам открытого движка: они импортируют требования в виде значений, разделённых запятыми (CSV), либо в виде документированного подмножества Requirements Interchange Format (ReqIF) или текста Systems Modeling Language версии 2 (SysML v2), оценивают каждый критерий приёмки с его единицей измерения по значениям, записанным прогоном, и создают перекрёстную матрицу верификации (VCRM), модель SysML v2, отчёт о влиянии изменений и автономный пакет доказательств. Они ничего не перезапускают и не пересчитывают и читают только то, что публикует открытый движок: result.json каждого прогона (поля, названные критерием, их единицы, штамп воспроизводимости из хеша сценария, начального значения (seed), версии движка и версии схемы, а также метка прогона и уровни показателей), его report.json (вид, запись воспроизводимости и метки возможностей), файл сценария (его хеш, вид, начальное значение (seed) и параметры), схему единиц полей (единица, происхождение и уровень доказательств каждого поля) и матрицу верификации (метку VALIDATED, MODELLED или PARTNER каждой возможности).

Поддержка и профессиональные услуги#

Kshana бесплатен и имеет открытый исходный код под AGPL-3.0, а профессионально разрабатывается и сопровождается Ashforde® OÜ (Эстония). Открытый движок полон и пригоден для самостоятельного использования. Для организаций, которым нужно больше, Ashforde® OÜ предлагает:

• Коммерческая поддержка и интеграция — встраивание Kshana в вашу цепочку инструментов, индивидуальные сценарии и приоритетные исправления.
• Индивидуальные модели датчиков — откалиброванные под ваше оборудование, включая модели устойчивости, на которые распространяются экспортные ограничения и которые сопровождаются в закрытом расширении.
• Kshana Pro — проприетарные инструменты модельно-ориентированной системной инженерии (MBSE) и программ, которые проверяют требования программы по прогонам открытого движка и создают перекрёстную матрицу верификации (VCRM), модель Systems Modeling Language версии 2 (SysML v2), отчёт о влиянии изменений и автономный пакет доказательств. Они ничего не перезапускают и читают только опубликованные выходные данные движка: result.json и report.json каждого прогона, файл сценария, схему единиц полей и метки матрицы верификации (полный список приведён в разделе Редакции).
• Инструменты Kshana Pro для конструкции, неопределённости и миссий — фронт Парето пространства проектных решений, неопределённость и чувствительность по тысячам прогонов и досье миссии одной командой с матрицей верификации и PDF; см. docs/PRO.md.
• Слежение за кампанией, сосуществование спектра и служба заданий Kshana Pro — конвейер, который останавливается, когда отслеживаемый показатель ухудшается, планы сигналов, проверенные против открытых навигационных спутниковых сигналов в обоих направлениях, и очередь заданий на собственных серверах с хеш-цепочкой журнала доставки; см. docs/PRO.md.
• Обучение и консультирование по анализу характеристик квантового и классического PNT.

Это модель open-core: движок имеет и сохраняет открытую лицензию; бизнес держится на экспертизе, поддержке и проприетарных расширениях, а не на лицензионных платежах. Связаться: contact@ashforde.org · ashforde.org.

Установка и сборка#

Требуется набор инструментов Rust (≥ 1,88, указано в rust-version в Cargo.toml; разработка велась на 1,93).

git clone https://github.com/ashfordeOU/kshana
cd kshana
cargo build --release
cargo test          # all tests pass

Использование#

Запустите любой сценарий; CLI выбирает обработку по полю kind сценария и записывает рядом с ним <scenario>.result.json, <scenario>.chart.svg, <scenario>.report.html и <scenario>.report.json, а для видов, публикующих таблицу, ещё и <scenario>.table.csv. Отчёт (страница HyperText Markup Language (HTML) и документ JSON с тем же содержимым) содержит краткое резюме, каждый входной параметр с его единицей измерения, результаты и графики, таблицы перебора, Монте-Карло или цепочек кампании, временную шкалу событий, метку VALIDATED / MODELLED / PARTNER и источник каждой возможности, использованной в прогоне, перечень того, что не моделируется, и запись воспроизводимости (версия движка, дайджесты Secure Hash Algorithm 256-bit (SHA-256), начальное значение (seed), платформа и точная команда). Отчёт выводится на печать в чистый файл PDF (Portable Document Format) из браузера на бумаге A4 или Letter; сам движок PDF не записывает. См. docs/REPORTS.md.

cargo run -- scenarios/clock-holdover.toml
cargo run -- scenarios/imu-deadreckoning.toml
cargo run -- scenarios/timetransfer.toml
cargo run -- scenarios/hybrid-pnt.toml
cargo run -- scenarios/orbit-gnss-challenged.toml
cargo run -- scenarios/orbit-sgp4-gps.toml
cargo run -- scenarios/orbit-rinex.toml
cargo run -- scenarios/integrity-raim.toml

# Export a propagated constellation to an SP3-c precise-ephemeris file:
cargo run -- scenarios/orbit-sgp4-gps.toml --export-sp3 gps.sp3

# Export the constellation's mean elements to a CCSDS OMM catalogue (one OMM
# message per TLE-defined satellite, with its real NORAD id / COSPAR designator):
cargo run -- scenarios/orbit-sgp4-gps.toml --export-omm gps.omm

# Export the velocity-carrying state to a CCSDS OEM 2.0 ephemeris (GMAT/Orekit/STK):
cargo run -- scenarios/orbit-sgp4-gps.toml --export-oem gps.oem

# Export the geometry for a globe, a map or a mission-analysis tool: CZML, KML,
# GeoJSON, STK .e, or SigMF for the spectrum kind (every format that applies):
cargo run -- scenarios/jamming-demo.toml --export all

--export <czml|kml|geojson|stk|sigmf|all|list> записывает рядом со сценарием записи CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON (Request for Comments 7946), эфемериды Ansys STK (Systems Tool Kit) .e и записи SigMF (Signal Metadata Format), а --import-route <route.geojson> передаёт линию GeoJSON в виды, моделирующие полёт по трассе. Каждый формат проверяется по опубликованной спецификации, а если формат к сценарию не применим, сообщается причина: см. docs/INTEROP.md.

Другие режимы CLI — проверка сценария (lint), подача реальных данных об ориентации Земли или запуск целого набора:

# Lint a scenario without running it (checks the kind + required fields):
cargo run -- --validate scenarios/integrity-raim.toml

# Feed a real IERS Earth-orientation file (finals2000A) for frame precision:
cargo run -- scenarios/orbit-sgp4-gps.toml --eop tests/fixtures/agency/eop/finals2000A_2022001.txt

# Run a SUITE of scenarios into one aggregated, stamped study artifact
# (writes <suite>.study.json + <suite>.study.html next to the manifest):
cargo run -- --study scenarios/quantum-pnt-demonstrator.suite.toml

# Animate a run's time series: an animated SVG, a self-contained HTML player, and a
# numbered SVG frame sequence with manifest.json (see docs/ANIMATION.md):
cargo run -- scenarios/campaign-jam-spoof-holdover-integrity.toml --animate all

Экспорт анимации. --animate svg|html|frames|all записывает <scenario>.animation.svg (ключевые кадры Cascading Style Sheets (CSS), без скриптов), <scenario>.animation.html (воспроизведение, пауза, перемотка, скорость и синхронизированные панели, без внешних ресурсов) и <scenario>.frames/ (frame_0000.svg, … плюс manifest.json с частотой кадров и длительностью). Кампания воспроизводит свои фазы и тревоги, прогон спектра — свою водопадную диаграмму; тема следует prefers-color-scheme, а prefers-reduced-motion показывает готовую картинку. Анимация отображает собственные отсчёты прогона, побайтово идентична при повторном прогоне и не добавляет доказательств. См. docs/ANIMATION.md.

Манифест набора — это небольшой файл TOML (Tom's Obvious, Minimal Language) с полем title и массивом scenarios = [ … ] путей к сценариям, который движок прогоняет по очереди, сводя каждый результат (с его метками MODELLED / VALIDATED) в один самоописывающийся артефакт исследования. См. scenarios/quantum-pnt-demonstrator.suite.toml.

Роль в совместимости. Kshana — это слой моделирования характеристик, который работает рядом с цепочкой инструментов постобработки, а не заменяет её: передавайте его вывод RINEX в RTKLIB или gLAB для получения решения по положению, а его вывод SP3 используйте как продукт прецизионной орбиты для таких инструментов, как Ginan — Kshana отвечает на вопрос какую устойчивость даёт данная архитектура PNT ещё до появления реальных сигналов, в форматах, которые эти инструменты уже принимают (--export-sp3, либо export_sp3 = true в сценарии orbit, записывает <scenario>.sp3). Ту же орбиту можно опубликовать как средние элементы CCSDS OMM, относящиеся к стандартизируемым (--export-omm, либо export_omm = true, записывает <scenario>.omm) — по одному сообщению OMM 502,0 KVN (нотация «ключ = значение») на каждый спутник, определённый по TLE, с реальным каталожным номером NORAD (Командование воздушно-космической обороны Северной Америки), международным обозначением COSPAR (Комитет по космическим исследованиям) и эпохой каждого объекта, для любого потребителя, поддерживающего OMM, вместо специального двухстрочного набора элементов.

Пример вывода (holdover часов — обратите внимание, как приводятся показатели качества «Целостность» и «Безопасность»):

scenario 5ba83a232b94 | quantum holdover 6600s p95 1.20e-4ns integrity 1.000 security n/a (no attack) | classical holdover 2610s p95 19.7ns integrity 1.000 security n/a (no attack)
wrote scenarios/clock-holdover.result.json, scenarios/clock-holdover.chart.svg, scenarios/clock-holdover.report.html, and scenarios/clock-holdover.report.json

Ошибка времени оптических часов по 95-му процентилю (p95) составляет 1.20e-4 нс: сводка выводит малые значения со значащими цифрами, а не округляет их до 0.0. security показывает n/a (no attack), потому что в этом сценарии не настроена атака, так что обнаруживать нечего. Результат JSON по-прежнему содержит аналитическую границу обнаружимости спуфинга для каждых часов в fom.security (0,997 для оптических часов, 0,000 для атомных часов чипового масштаба, собственный шум которых за окно мониторинга превышает спецификацию 20 нс), а его блок figure_tiers помечает этот показатель как applicable: false. Вид spoof оценивает обнаружение на фоне внедрённой атаки. figure_tiers также присваивает каждому приведённому показателю его уровень верификации — VALIDATED (проверено по внешнему оракулу) или MODELLED — и строку матрицы верификации, из которой этот уровень считывается. Сценарий орбиты дополнительно сообщает блок геометрии — долю отсчётов с решением, а также наилучший/медианный геометрический фактор DOP по положению (PDOP) и точность по положению — наряду с результатом по часам.

Внимательно прочитайте эти два числа. security — это аналитическая граница обнаружимости спуфинга, выведенная из стабильности каждых часов; она имеет смысл только для настроенного сценария спуфинга и не является многоспутниковым детектором RAIM. integrity здесь — это самосогласованность фильтра (доля отсчётов в пропадании сигнала внутри его собственной границы k сигм), а не показатель целостности HPL/VPL авиационного типа. См. docs/INTEGRITY.md.

Для подлинной автономной целостности приёмника вид сценария integrity (scenarios/integrity-raim.toml) запускает настоящий RAIM по моментальному снимку и с разделением решений (в стиле ARAIM) по геометрии пропагированной орбитальной группировки: он вычисляет горизонтальные и вертикальные уровни защиты (HPL/VPL) для каждой эпохи и сообщает долю эпох, удовлетворяющих заданным пределам оповещения, а также стэнфордскую диаграмму целостности для классификации «ошибка — уровень защиты» (PL).

Воспроизводимые артефакты исследований

Четыре открытых исследования воспроизводят побайтово детерминированный артефакт (с фиксированным начальным значением) одной командой — числа, лежащие в основе исследований перекрёстной точки квантовых и классических систем, разрыва оптимизма при РЧ-искажениях, оценки устойчивости PNT и уровня защиты времени:

# Quantum-vs-classical resilience crossover map (writes paper/crossover/*.json):
cargo run --release --bin crossover_study -- paper/crossover

# RF-impairment optimism-gap study (13-detector panel, scaling laws, LOO predictor):
cargo run --release --example optimism_study -- paper-artifacts/optimism-study.json

# Framework-aligned PNT-resilience scoring + decision-instability study:
cargo run --release --example resilience_report -- paper-artifacts/resilience-study.json

# Conditional Timing Protection Level, calibrated on a real recorded spoof:
cargo run --release --example tpl_jammertest

Каждый артефакт записывает версию движка, начальные значения (seed) и хеш конфигурации и несёт честную метку MODELLED/VALIDATED. Зонды на реальных данных (*_probe) прогоняют тот же конвейер по записям, которые вы предоставляете локально; наборы данных в репозиторий не включены. Исследование разрыва оптимизма при РЧ-искажениях описано в препринте arXiv:2606,22054, а условный уровень защиты времени (tpl_jammertest выше) — в препринте arXiv:2606,24210 (см. Цитирование).

Опубликованные исследования лунного PNT (arXiv:2607,06212 — DOP при маяках на поверхности, arXiv:2607,02566 — наблюдаемость при VLBI и arXiv:2610,23871 — наблюдаемость по длине дуги в цислунном пространстве) имеют свои утверждения о геометрии, геометрическом факторе DOP, прогнозе системы отсчёта в реальном времени / параметров ориентации Земли (EOP), дальних retrograde-орбитах и РЧ-дальнометрии независимо перекрёстно проверенными в tests/validate_p*.rs по отдельным оракулам (scipy.special.j1, независимое решение DOP на NumPy (HᵀH)⁻¹, повторный разбор на NumPy тех же строк IERS finals2000A и база данных периодических орбит задачи трёх тел NASA/JPL). Это дополнительные регрессионные проверки модельного лунного набора; они не меняют машинно проверяемое число в матрице.

Формат сценария#

Сценарии — это декларативный TOML. Поле верхнего уровня kind выбирает пакет — всего их пятьдесят (clock по умолчанию, если поле опущено): inertial, timetransfer, hybrid, hybrid-ukf, fusion, gnss-ins, orbit, ephemeris, gnss-sim, integrity, lunar-integrity, lunar-time-offset, spoof, spoof-detect, jamming, sweep, sweep-nd, gravity-map, terrain-nav, terrain-slam, combined-altpnt, pvt, mars-pnt, impairment-eval (испытательный стенд оценки обнаружения РЧ-искажений методами машинного обучения — размеченный синтетический корпус + не зависящая от детектора оснастка ROC/AUC + разрыв оптимизма на распределении и вне его), quantum-trade (сравнение квантовых и классических PNT с приёмом измеренной ADEV + огибающая устойчивости в условиях недоступности ГНСС; MODELLED), space-weather (индексы солнечной и геомагнитной активности + экзосферная температура по Jacchia-71 + плотность термосферы, зависящая от активности, поверх статической атмосферы; MODELLED), oem-interop (мост импорта/кругового преобразования CCSDS OEM для эфемерид GMAT/Orekit/STK; MODELLED), трио анализа миссий launch-window (азимут запуска двух тел / смена плоскости / возможности), reentry (баллистический коридор входа в атмосферу по Аллену–Эггерсу), eo-coverage (геометрия полосы обзора / GSD / доступа / повторного прохода для наблюдения Земли), space-packet (CCSDS 133,0 TM/TC — телеметрия/телекоманды — кадрирование Space Packet — точная раскладка битов, круговая проверка выполнена) и attitude-budget (3-DOF гравитационно-градиентный момент + бюджет ошибки наведения по RSS), passes (прогноз пролётов над наземной станцией по восходу/заходу — AOS/TCA/LOS, максимальное возвышение, доступ) и link-budget (односторонне уравнение линии CCSDS/DSN — FSPL / Eb·N₀ / запас / замыкание); telecom-timing (ошибка времени в holdover, MTIE и TDEV, проверенные по маскам ITU-T); spectrum (вся L-полоса ГНСС как одна спектральная плотность мощности: водопад «частота — время» при заданной по сценарию временной шкале помехи — непрерывной волны, узкополосной, чирп или согласованного шума, отношение помехи к сигналу по полосам и эффективная несущая к плотности шума по коэффициенту спектрального разделения, а также вход и выход записей Signal Metadata Format (SigMF) с оценками спектра по Уэлчу; спектры сигналов VALIDATED по значениям из учебников, сценарий помех MODELLED; см. docs/SPECTRUM.md; тот же вид строит панели диапазонов UHF, S и C с рассчитанными сигналами низкой околоземной орбиты); leo-signal (проекты сигналов позиционирования, навигации и времени на низкой околоземной орбите для любой системы: спектры с ограниченной полосой, дрожание слежения за кодом и точность дальнометрии, поиск захвата и время захвата, спектральное разделение с GPS и Galileo, устойчивость к помехам и сравнение диапазонов от UHF до C, по публичным предустановкам, таким как Xona Pulsar, Iridium, Starlink и CentiSpace, или по встроенным проектам; замкнутые формулы и доплер LEO VALIDATED, проекты MODELLED; см. docs/LEO-SIGNAL.md); solar-system (Солнце, планеты, Плутон, Луна и семь крупных спутников на одну эпоху — положения, константы, времена распространения света и орбитальные треки; положения планет VALIDATED по JPL Horizons) и body-pnt (позиционирование вокруг любого из этих тел с локальной навигационной орбитальной группировкой и линией связи дальнего космоса с Земли; MODELLED); campaign (существующие виды, составленные в цепочку временной шкалы миссии с передачей состояния между фазами, перебор параметров, Монте-Карло ансамбль с начальным значением или несколько сценариев при одном общем условии; MODELLED, см. docs/CAMPAIGNS.md); constellation-design (схемы Walker delta и star, списки элементов и многооболочечные проекты с предустановками GPS, Galileo, BeiDou и ГЛОНАСС, а также покрытие и геометрический фактор DOP по сетке широты/долготы; генератор и глобальный DOP GPS VALIDATED по опубликованным сервисным документам, см. docs/CONSTELLATION-DESIGN.md); leo-pass (пролёт спутника позиционирования, навигации и времени (PNT) на низкой околоземной орбите (LEO) и его бюджет линии по диапазонам, для любой орбитальной группировки и любого проекта сигнала: углы обзора, доплер и скорость доплера, потери ITU-R в дожде, газах, на сцинтилляциях и при проникновении в здания, отношение несущей к плотности шума относительно спутников ГНСС на средней околоземной орбите (MEO) в зоне видимости, ионосфера первого порядка и безионосферные пары, бюджет решения при малой энергии, зондирование ионосферы по каждой паре диапазонов и мониторы спуфинга по согласованности доплера и геометрии пролёта и по согласованности между диапазонами; члены ITU-R и огибающая доплера для неподвижного пользователя VALIDATED, пролёт MODELLED, см. docs/LEO-PASS.md); leo-navmsg (широковещательное сообщение эфемерид и часов спутника PNT на низкой околоземной орбите (LEO), для любой орбиты и несущей: подгонка по интегрированной эталонной орбите к кеплеровскому набору Galileo, этот набор с полиномами поправок вдоль трассы, поперёк трассы и по радиусу, 22-параметрическая модель Liu и др. 2025 или полином ATOMIC с нулевыми часами в ECEF; ошибка дальности сигнала в пространстве (SISRE) в зависимости от интервала подгонки и периода обновления, проверка непрерывности обновления в середине пролёта, собственный документированный двоичный кадр Kshana с проверкой циклическим избыточным кодом CRC-24Q и бюджетом квантования, а также блок в стиле RINEX 4, помеченный как расширение Kshana; веса SISRE, пользовательский алгоритм Galileo и CRC-24Q VALIDATED, подгонки MODELLED; необязательные предустановки для Xona Pulsar, Iridium, Starlink, CentiSpace, типовой системы C-диапазона, ATOMIC и Celeste IOD; см. docs/LEO-NAVMSG.md); трио объединённого PNT на MEO + LEO leo-pvt (доплеровское позиционирование по скорости изменения дальности LEO, совместные решения по псевдодальностям ГНСС + LEO с межсистемными смещениями и геометрическим фактором DOP в зависимости от числа спутников LEO, покрытие полярных и арктических районов и передача времени LEO к UTC — для любой орбитальной группировки, с необязательными предустановками, такими как оппортунистические сигналы Xona Pulsar, Iridium и Starlink; огибающая доплера LEO VALIDATED по опубликованным данным Iridium и Xona), leo-ppp (сходимость прецизионного абсолютного позиционирования только по ГНСС и с дополнением LEO, в сравнении с Li и др. 2019) и ntn-positioning (позиционирование в нетерриториальных сетях 5G по границе Крамера — Рао от полосы сигнала), MODELLED, кроме этой огибающей, см. docs/LEO-PNT-FUSION.md; leo-pnt-chain (одна система LEO-PNT от начала до конца: проект leo-signal, переносимый полосой leo-pass, C/N0 пролёта и ошибка дальности сигнала в пространстве навигационного сообщения, переданные объединённому решению leo-pvt и сходимости leo-ppp, с перечнем каждой передачи; MODELLED, см. docs/LEO-PNT.md, что одновременно служит обзором всех видов и сценариев LEO-PNT, включая кампании устойчивости, по одному сценарию на каждую область фокуса эксперимента и на каждую вертикаль конечных пользователей); набор лунного PNT lunar-vlbi, lunar-joint-od-clock, lunar-frame-realisation, moonlight-service-volume, lunar-differential-pnt, lunar-interop-export; демонстратор PNT на квантовых технологиях quantum-time-transfer, quantum-gnss-free-nav, quantum-anomaly-detect; и исследовательские виды безопасности сигналов, цислунного пространства и многоуровневой устойчивости lunar-attack-surface, realtime-frame-eop, lunar-time-budget, hybrid-optical-rf, cislunar-observability, conflict-resilience — трио анализа миссий и эти более поздние виды все MODELLED (каждый с проверенным замкнутым ядром; см. матрицу). Общие поля: seed, сетка [time], временная шкала доступности [gnss] (источник пропаданий) и блоки отдельных датчиков со строками provenance, указывающими источник каждого показателя. Пример (часы):

seed = 42
threshold_ns = 20.0
[time]
step_s = 10.0
duration_s = 7200.0
[gnss]
windows = [
  { t0 = 0.0,   t1 = 600.0,  state = "nominal" },  # 10 min GNSS sync
  { t0 = 600.0, t1 = 7200.0, state = "denied"  },  # ~1.8 h outage
]
[clock_quantum]
id = "optical-sr-lattice"
provenance = "Strontium optical lattice clock, space-oriented goal sigma_y(1s)=1e-15 (arXiv:1503.08457)"
y0 = 5.0e-17
q_wf = 1.0e-30   # white FM:  q_wf = sigma_y(1s)^2
q_rw = 0.0       # random-walk FM
drift = 0.0      # linear aging (per second)
[clock_classical]
id = "csac-sa45s"
provenance = "Microchip SA65 / SA.45s CSAC datasheet sigma_y(1s)=3e-10"
y0 = 5.0e-10
q_wf = 9.0e-20
q_rw = 0.0
drift = 0.0

Необязательные поля (отключены, если отсутствуют): часы могут добавить flicker_floor (нижняя граница Аллана для 1/f FM — частотной модуляции); инерциальный датчик может добавить gyro_bias и q_arw (смещение гироскопа и угловое случайное блуждание), а также bias_instability и q_aa (нижняя граница Аллана для нестабильности смещения и случайное блуждание ускорения) — вместе это бюджет ошибок одноосного (1-DOF) акселерометра (VRW/ARW — случайное блуждание скорости/угла — и нестабильность смещения). Именно такой бюджет ошибок запускает поставляемый пакет сценариев inertial. Отдельно библиотека теперь содержит проверенный 3-осный бесплатформенный навигатор (src/inertial/{attitude,mechanization,imu_errors}.rs): кватернионную ориентацию с компенсацией конусного и скуллинг-движения, полную механизацию NED (члены угловой скорости Земли и скорости переноса, гравитация Сомильяны WGS-84) и детерминированную модель ошибок IMU, в которой моделируются масштабный коэффициент, неортогональность осей, g-чувствительность, квантование и линейное нарастание скорости (IEEE Std 952-1997, стандарт IEEE на спецификации и методы испытаний гироскопов, §A.2; Groves 2013 §4,3). Этот 3-осный путь теперь подключён к работающему пакету слабосвязанных ГНСС/ИНС (kind = "gnss-ins"): 15-мерный EKF по вектору ошибок дисциплинирует бесплатформенное решение по зашумлённым решениям, пока ГНСС доступна, затем идёт по инерции через пропадание и сообщает объединённую горизонтальную ошибку в сравнении с разомкнутым свободным инерциальным выбегом. Доступно и сильносвязанное обновление по псевдодальности (оно формирует инновацию в области дальностей, поэтому продолжает корректировать при менее чем четырёх спутниках). Сценарий holdover часов может добавить runs (> 1) для запуска ансамбля Монте-Карло — тогда каждый показатель качества приводится как среднее с разбросом между 5-м и 95-м процентилями, а график закрашивает доверительную полосу ошибки (см. scenarios/clock-ensemble.toml).

Сценарий fusion (с теми же блоками, что и hybrid) запускает два независимых оценщика Калмана — один для состояния часов, другой для состояния положения, — дисциплинируемых ГНСС и поддерживаемых оптической передачей времени, и сообщает совокупный показатель качества holdover. Эти два блока не имеют общей кросс-ковариации: это составленная вместе пара бюджетов ошибок, а не настоящий связанный совместный фильтр часов и положения (межблочная ковариация — пункт дорожной карты). См. scenarios/fusion-pnt.toml.

Сценарий spoof внедряет спуфинг времени — один из четырёх видов [attack.shape] (linear_ramp, step_jump, meaconing, replay; простой rate_ns_per_s по-прежнему принимается как линейный рост) — и запускает детектор спуфинга каждых часов. Детектор — это двусторонний тест энергии χ²₁ / Неймана — Пирсона по статистике монитора с поддержкой часов: порог задаётся по целевому бюджету ложных тревог target_pfa, а вероятность пропуска обнаружения P_md приводится и в замкнутой форме, и методом Монте-Карло (mc_runs испытаний на гипотезу — оба значения согласуются с точностью до нескольких ×1/√N). Показатель качества «Безопасность» равен 1 − P_md при эксплуатационно вредной (заданной спецификацией) величине, так что тихие часы, ловящие спуфинг размера спецификации, получают ≈ 1, а шумные, часто его пропускающие, — меньше (см. scenarios/spoof-attack.toml, scenarios/spoof-meaconing.toml).

Сценарий gnss-sim — это моделирование в области измерений: для каждого видимого спутника он синтезирует псевдодальность ρ = geometric range + c·δt_rx − c·δt_sv + I + T + noise + multipath и доплер на L1 с однодиапазонной ионосферой по модели Клобучара ([iono], IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5) и зенитной тропосферой по модели Саастамойнена, спроецированной функцией отображения Нилла (1996) ([tropo]). Невязки поступают в RAIM по моментальному снимку для HPL/VPL по эпохам, а псевдодальность, доплер, C/N₀ и поправки на ионосферу и тропосферу каждого спутника выдаются в массиве JSON gnss_measurements. Это прямой имитатор (он порождает измерения из известной истины), а не приёмник и не решатель: прогон без шума воспроизводит геометрию и поправки с точностью до долей миллиметра (см. scenarios/gnss-sim-raim.toml).

Сценарий jamming моделирует РЧ-помехи как бюджет линии: [jammer] (положение в ECEF, передаваемая мощность power_dbw, тип) повышает отношение помехи к сигналу у [receiver], наблюдающего за орбитальной группировкой Walker [constellation]. По геометрии (потери в свободном пространстве и коэффициент усиления приёмной антенны по направлениям) он вычисляет J/S для каждого спутника, эффективное C/N₀ по стандартному уравнению помехозащиты (выигрыш обработки при сжатии спектра × коэффициент спектрального разделения Q; Kaplan & Hegarty §9,4) и отмечает потерю захвата ниже настраиваемого порога слежения, сообщая показатель качества availability_under_jamming. Широкополосный источник помех мощностью 10 Вт на расстоянии 1 км полностью лишает приёмник связи (J/S ≈ 72 дБ); тот же источник на расстоянии 100 км лишь ухудшает линии (см. scenarios/jamming-demo.toml).

Сценарий sweep выполняет сравнительное исследование: он изменяет один parameter (threshold_ns, duration_s, quantum_q_wf или classical_q_wf) от start до stop по steps точкам на шкале scale lin или log, записывает metric (например, holdover_s) для обоих часов и строит две кривые. Базовый сценарий размещается в [base] (см. scenarios/sweep-clock-stability.toml).

Сценарий sweep-nd обобщает это на любой пакет и любое число осей: он изменяет ключи TOML с точками в сценарии [base] (любого kind) по декартову произведению [[axes]], заново прогоняет каждый узел сетки и записывает metrics, заданные как пути JSON с точками внутри результата (например, classical.fom.holdover_s). Он работает для каждого пакета, потому что действует на границе TOML и результата; нативные прогоны вычисляют сетку параллельно (без дополнительной зависимости, wasm переходит на последовательное выполнение), а вывод детерминирован и построчный (см. scenarios/sweep-nd-inertial.toml).

Сценарий orbit выводит временную шкалу [gnss] из геометрии, а не задаёт её вручную: задайте орбиту [user], [constellation], mask_deg по углу места и два блока часов. Он также сообщает точность по положению по геометрии спутников; необязательный sigma_uere_m (1-сигма эквивалентной пользовательской ошибки дальности, по умолчанию 1 м) масштабирует геометрический фактор DOP по положению в сигму положения. Орбиту пользователя можно сделать эксцентричной с помощью eccentricity и argp_deg, а j2 = true добавляет вековой дрейф от сжатия Земли (см. scenarios/orbit-molniya.toml). Орбитальная группировка может быть и реальной: задайте в [constellation] блок tle с двухстрочными наборами элементов, и спутники будут разобраны из него (см. scenarios/orbit-real-tle.toml). Добавьте один или несколько блоков [[constellations]] для мульти-ГНСС (например, GPS + Galileo; см. scenarios/orbit-multignss.toml):

kind = "orbit"
seed = 7
threshold_ns = 5.0
mask_deg = 10.0
sigma_uere_m = 1.0           # optional; position sigma = position-DOP * this
[time]
step_s = 60.0
duration_s = 86400.0
[user]                       # spacecraft (altitude in km, angles in deg)
altitude_km = 8000.0
inclination_deg = 0.0
[constellation]              # Walker-delta GNSS (GPS-like)
altitude_km = 20180.0
inclination_deg = 55.0
planes = 6
sats_per_plane = 4
phasing_f = 1.0
[clock_quantum]  # ... as above
[clock_classical]  # ... as above

Виды альтернативного PNT при недоступности GPS навигируют вообще без ГНСС, сопоставляя измеренную последовательность поля с картой через корпускулярный фильтр. Сценарий gravity-map прокладывает трассу через поле гравитационных аномалий в сферических гармониках и восстанавливает её по показаниям гравиметра на холодных атомах (scenarios/gps-denied-gravity-nav.toml); сценарий terrain-nav делает то же самое по цифровой модели рельефа SRTM (TERCOM/SITAN, scenarios/terrain-nav.toml); а сценарий combined-altpnt объединяет в одном фильтре гравитацию + магнитное поле IGRF + рельеф (scenarios/combined-altpnt.toml).

Сценарий lunar-integrity оценивает цислунное PNT: он выполняет проход по уровню защиты ARAIM на южном полюсе Луны относительно набора ретрансляторов LunaNet/LNIS и честно сообщает разрыв по целостности — лунное σ_URE около 30 м поднимает уровень защиты намного выше предела оповещения 50 м, поэтому по правилам целостности авиационного типа служба недоступна (scenarios/lunanet-araim.toml).

Сценарий lunar-time-offset сообщает релятивистскую скорость хода часов Земля–Луна — основу шкалы лунного координатного времени (LTC/TCL). Постньютоновское тождество из первых принципов суммирует разность собственных потенциалов (потенциал геоида IAU L_G за вычетом собственного потенциала на поверхности Луны) и кинетический член Луны (поперечный эффект Доплера) в вековую скорость ≈ 57 мкс/сут, которая приводится вместе с опубликованным диапазоном 56–59 мкс/сут; он также даёт накопленное смещение LTC−TT на горизонте и ансамбль с обратной дисперсией (лунные бумажные часы). MODELLED — основной показатель зависит от выбора эталона (геоид Земли и селеноид Луны, окно усреднения), поэтому сообщается диапазон, а не единое сертифицированное число (scenarios/lunar-time-offset.toml).

См. scenarios/: по меньшей мере один рабочий пример для каждого вида (92 видов, 193 файлов сценариев .toml + 1 манифест набора — для нескольких видов поставляется более одного примера). Не у каждого вида есть файл с его именем: lunar-integrity → scenarios/lunanet-araim.toml и gravity-map → scenarios/gps-denied-gravity-nav.toml — два из нескольких таких случаев. Перечислить доступные для запуска виды можно в любой момент с помощью ошибок cargo run -- --validate <file>, функции Python list_kinds() или инструмента MCP list_scenario_kinds.

Вывод#

Артефакт результата — версионированный самоописывающийся JSON: временные ряды по шагам, оценённые показатели качества, действующие спецификации моделей (с происхождением), начальное значение (seed), хеш сценария — так что любой график можно воспроизвести из файла — и для каждых часов adev_curve ([{tau_s, adev, n_samples, noise, edf, ci_lo, ci_hi}]): перекрывающаяся девиация Аллана по временам усреднения с шагом в октаву — стандартный способ оценить стабильность часов — теперь с 95%-й доверительной полосой, зависящей от типа шума, для каждой точки (степенной тип шума записи определяется по наклону модифицированной девиации Аллана, а интервал χ² использует соответствующие эффективные степени свободы по NIST SP 1065). Браузерная песочница отображает её как график «Стабильность часов (ADEV)» в двойном логарифмическом масштабе. (MDEV, TDEV и HDEV доступны как оценщики библиотеки; экспортируемая кривая результата — перекрывающаяся ADEV.) Каждое поле с единицами измерения и указателем на источник описано в docs/SCHEMA.md.

Каждый график самоописывающийся. Браузерная песочница, экспорт *.chart.svg в CLI и карточка результатов HTML (HyperText Markup Language) ставят на каждое изображение графика нижнюю строку вида Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev. scenario <hash> — это первые 12 шестнадцатеричных символов хеша сценария прогона — дайджеста SHA-256 (256-битного Secure Hash Algorithm) по каноническому определению сценария (начальное значение (seed), пороги, параметры моделей, окна ГНСС, …); отчёты о целостности и о Луне, у которых нет собственного хеша, используют SHA-256 исходного текста сценария. Это тот же отпечаток, что показан в однострочной сводке и в JSON результата, так что сохранённый или вставленный график всегда несёт свою версию, точный сценарий, который его создал (для побитового воспроизведения), и источник; измените любой вход — и хеш изменится.

Показатели качества следуют стандартным эксплуатационным показателям качества PNT:

Незнакомые термины? Каждый определён простым языком в глоссарии.

Структура репозитория#

kshana/
├── src/                                       # the kshana core crate (library + CLI)
│   ├── api.rs · main.rs · lib.rs              # typed dispatch (92 kinds) + CLI + crate root
│   ├── python.rs · wasm.rs                    # optional PyO3 / wasm-bindgen bindings
│   ├── types.rs · scenario.rs · allan.rs      # shared core (time grid, GNSS timeline, Allan)
│   │
│   ├── models.rs · estimator.rs · kalman.rs   # Pack 1 — clock holdover + integrity
│   ├── security.rs · detection.rs · spoof.rs · spoof_monitors.rs  # spoof detection
│   ├── filter_health.rs · fom.rs · fom_label.rs · report.rs · chart.rs · run.rs  # health · FoM scoring + labelling · output
│   ├── suite.rs · study.rs                     # scenario suites + aggregated multi-scenario study artifacts (`--study`)
│   ├── inertial/                              # Pack 2 — strapdown INS (attitude · mechanization · imu_errors · quantum_imu)
│   ├── timetransfer.rs · timetransfer_adv.rs · timegeo.rs  # Pack 3 — TWSTFT/CV/PPP/optical, Sagnac
│   ├── hybrid.rs · ensemble.rs · sweep.rs     # Pack 4 — fused PNT, Monte-Carlo, trade sweeps
│   │
│   ├── timescales.rs · jd2.rs · ephem.rs      # time systems, two-part JD, Sun/Moon ephemeris
│   ├── precession.rs · nutation.rs · cio.rs   # IAU 2006/2000A precession-nutation + CIO GCRS↔ITRS
│   ├── frames.rs · *_data.rs                  # TEME↔ECEF + generated nutation/CIO/EGM2008/IGRF tables
│   │
│   ├── orbit.rs · sgp4.rs · tle.rs · walker.rs   # geometry, SGP4/SDP4, TLE, Walker design
│   ├── propagator.rs · forces.rs · gravity_sh.rs · integrator.rs  # Cowell + perturbations (EGM2008 d/o70, GR) + RK4/DOPRI
│   ├── maneuver.rs · batch_ls.rs · orbit_determination.rs  # burns/Lambert/porkchop, Gauss-Newton, OD
│   ├── cr3bp.rs · lunar.rs · lunar_frame.rs · lunar_od.rs  # Earth–Moon CR3BP + halo/NRHO STM corrector, cislunar/LunaNet ARAIM, MCI↔MCMF, lunar OD
│   ├── lunar_time.rs · lunar_vlbi.rs · lunar_combination.rs · lunar_frame_realise.rs · lunar_service.rs · lunar_dpnt.rs · lunar_interop.rs  # tiers per piece in the matrix lunar PNT suite — LTC time · geodetic VLBI · joint OD+clock · frame realisation · Moonlight service-volume · differential PNT · LunaNet/IOAG interop export
│   ├── body.rs · mars_frame.rs · ephem_provider.rs · radiometric.rs · ccsds_tdm.rs  # deep-space: multi-body · Mars frame · ephemeris seam · radiometric obs + CCSDS-TDM
│   ├── deepspace_od.rs · clock_state.rs · mars_atmos.rs · mars_pnt.rs · linkbudget.rs · gse_sim.rs  # SRIF OD · onboard clock · Mars drag · relay-PNT · link budget · GSE sim
│   │
│   ├── fusion/                                # GNSS/INS — EKF · UKF · tightly_coupled(17) · coupled · closed_loop
│   ├── raim.rs · sbas.rs                      # RAIM/ARAIM HPL/VPL, SBAS DO-229E PLs + L1/L5 iono-free
│   ├── gnss_sim.rs · ionex.rs · pvt.rs · jamming.rs  # measurement domain · ionosphere maps · single-point positioning · jamming
│   ├── navsignal.rs                            # nav-signal PSD (BPSK-R/BOC) · spectral-separation → anti-jam Q · DLL code-tracking jitter · multipath envelope
│   ├── gravimeter.rs · igrf.rs · mapmatch.rs · particle_filter.rs · altpnt/  # gravity/magnetic/terrain alt-PNT
│   ├── rinex.rs · rinex_obs.rs · glonass.rs · sp3.rs · oem.rs · omm.rs · permalink.rs  # interop formats
│   ├── launch.rs · reentry.rs · eo_payload.rs · attitude_budget.rs · passes.rs · space_packet.rs  # mission-analysis budgets + CCSDS Space Packet
│   ├── space_weather.rs · holdover.rs · tpl.rs   # space-weather environment · GNSS-denied clock-holdover calculator · conditional Timing Protection Level (under spoofing)
│   ├── resilience/                              # framework-aligned PNT-resilience scoring + decision-instability study (RPCF · Dirichlet · Kendall-τ · diversity collapse · assurance report)
│   ├── impairment_eval.rs · impairment_study.rs · impairment_ml.rs · eval_stats.rs  # Machine-learning RF-impairment eval testbed · optimism-gap study · LR/MLP detectors · bootstrap/DeLong/Spearman stats
│   ├── sdr.rs · realdata/                       # software-defined-receiver front end (IQ/IF → E/P/L taps → SQM) + real-data ingest adapters (RINEX · UBX · GnssLogger · JammerTest · Yunnan · SatGrid)
│   ├── crossover.rs · quantum_trade.rs · frugal.rs · integrity_impact.rs  # quantum-vs-classical crossover map · PNT trade · cost-per-coverage ROI · integrity impact
│   ├── quantum_devices.rs · quantum_faults.rs · quantum_nav_od.rs · qtrade.rs · timetransfer_chain.rs · representativeness.rs  # Quantum-Enabled PNT demonstrator — device error models · fault catalogue · GNSS-free quantum OD · unified trade harness · quantum time-transfer chain · representativeness / gaps-to-flight ledger
│   ├── interchange.rs · verification.rs          # KIF artifact envelope · machine-checked verification matrix
│   └── bin/crossover_study.rs · bin/validation_report.rs  # crossover-study artifact generator · release validation-summary HTML
│
├── mcp/kshana-mcp/        # standalone, workspace-EXCLUDED crate — the MCP server (+ Dockerfile, server.json)
├── ide/jetbrains/         # standalone Kotlin/Gradle IntelliJ-Platform plugin
├── xval/                  # standalone, workspace-EXCLUDED external cross-checks: anise-{frames,lunar-od,mars-od,service-geometry} (Rust ANISE/SPICE DE440) + orekit-passes (Java Orekit)
│
├── examples/            # reproducible study generators: tpl_jammertest · resilience_report · optimism_study + real-data probes (jammertest_probe · yunnan_probe · satgrid_probe · texbat_probe · ingest_realdata)
├── paper-artifacts/     # byte-deterministic study artifacts, regenerable from examples/ (optimism-study.json · resilience-study.json); raw datasets stay out
├── scenarios/            # one cited .toml per kind + geometry-driven + GPS-denied
├── scripts/              # reproducibility + repo-hygiene + SBOM guards
├── docs/                 # CONCEPTS, ARCHITECTURE, CAPABILITY, VALIDATION, PROVENANCE, GLOSSARY, …
├── web/                  # the WebAssembly playground + kshana.dev site
├── tools/                # table generators (EGM2008 · IGRF · nutation · CIO) + fetch_tles.sh
├── .github/workflows/    # ci · release · publish · wheels · pages · mcp-publish · jetbrains-plugin · frame-xval
├── pyproject.toml        # Python packaging (maturin)
├── CHANGELOG.md          # Keep a Changelog + SemVer
└── CITATION.cff · ROADMAP.md · CONTRIBUTING.md · SECURITY.md

FAQ#

Нужно ли понимать квантовую физику, чтобы этим пользоваться? Нет. Если вы умеете запускать командную строку, вы сможете запускать Kshana. Начните с введения простым языком; термины ищите в глоссарии.

Это проект квантового оборудования или лётное программное обеспечение? Нет. Это симулятор характеристик. Точность квантового оборудования берётся из опубликованных моделей ошибок, а не из этого инструмента. См. Что это и чем не является.

Квантовые результаты реалистичны или это маркетинг? Каждый параметр подкреплён ссылкой на технический паспорт или статью, каждая модель проверена по учебниковому соотношению, а зрелость честно помечена в VALIDATION.md — включая то, что ни одни стронциевые оптические часы ещё не летали. Движок нейтрален: квантовые и классические системы — это один и тот же код с разными опубликованными числами.

Можно ли быть уверенным, что два прогона совпадут? Да — прогоны детерминированы: scenario + seed + engine version → bit-identical output, что обеспечивается scripts/check-reproducible.sh.

Можно ли пользоваться из Python или в браузере? Да — см. Установка: под ней приведены примеры для Python и WebAssembly. Оба вызывают один и тот же движок.

Как смоделировать собственный датчик? Напишите сценарий .toml с опубликованными показателями вашего датчика в полях provenance. См. Формат сценария и примеры в scenarios/.

Бесплатен ли он для коммерческого использования? Да — по AGPL-3.0, в том числе в коммерческих условиях, если вы соблюдаете копилефт AGPL (в частности: если вы изменяете Kshana и предлагаете его по сети, вы обязаны предоставить этим пользователям свой изменённый исходный код). Если это вам не подходит — например, нужно встроить Kshana в проприетарный продукт или запустить закрытую сетевую службу, — коммерческая лицензия доступна у Ashforde® OÜ; см. LICENSING.md и Поддержка.

Устранение неполадок#

cargo build завершается ошибкой на старом наборе инструментов. Kshana требует Rust ≥ 1,88. Обновите командой rustup update.

Сборка расширения Python не удаётся скомпоновать в macOS (Undefined symbols … _Py…). Расширение Python разрешает свои символы во время загрузки. maturin автоматически задаёт нужный флаг компоновщика — используйте maturin develop --features python, а не голый cargo build.

Сборка Python жалуется, что интерпретатор новее, чем известно PyO3. Задайте PYO3_USE_ABI3_FORWARD_COMPATIBILITY=1 (колёса abi3 совместимы вперёд между версиями CPython).

Сборка WebAssembly не находит целевую платформу. Установите её один раз командой rustup target add wasm32-unknown-unknown, затем wasm-pack build --target web -- --features wasm.

Куда делся мой вывод? Каждый прогон записывает <scenario>.result.json, <scenario>.chart.svg, <scenario>.report.html и <scenario>.report.json рядом с входным .toml, а для видов, публикующих таблицу, ещё и <scenario>.table.csv. Все они намеренно исключены из git.

Версионирование и выпуски#

Kshana следует семантическому версионированию. Пока версия ниже 1.0, публичная схема сценария/результата ещё может меняться; несовместимые изменения прямо указываются в CHANGELOG.md. Каждый результат воспроизводим по scenario + seed + engine version.

Каждый тег vX.Y.Z автоматически публикует все каналы в одном порядке — сначала на помеченном коммите выполняется полный набор тестов, пока он не пройден, ничего не публикуется, а затем конвейер проверяет, что каждый реестр действительно отдаёт новую версию (docs/RELEASING.md). Каналы:

Версия крейта / образа / реестра сервера MCP следует версии движка (он включает библиотеку); плагин для JetBrains версионируется независимо (он вызывает установленный у вас двоичный файл kshana).

Дорожная карта#

Поэтапная дорожная карта см. в ROADMAP.md, историю выпусков — в CHANGELOG.md, а дорожную карту по возможностям — в docs/CAPABILITY.md. Порядок приоритетов таков: сначала свидетельства по времени и holdover для критической инфраструктуры (маски телекоммуникаций, более длительный holdover со старением и фликкер-шумом, приём измеренных данных часов); во вторую очередь — нейтральный метод сравнения квантовых и классических систем (результаты помечаются MODELLED, пока измеренные данные партнёра не повысят их уровень); а лунная / цислунная навигация и навигация в дальнем космосе поддерживаются, но не расширяются как главное направление. Прецизионное приведение к ITRF теперь реализовано — полная цепочка GCRS↔ITRS по IAU 2006/2000A на основе CIO (движение полюса + нутация с точностью до долей угловой секунды), побитово проверенная по SOFA/ERFA и независимо перекрёстно проверенная по ANISE (SPICE на чистом Rust) с расхождением ≤ 3,6 м на орбите ГНСС. Ближайшие пункты включают сильносвязанное объединение по фазе несущей и вывод слабо-/сильносвязанного навигатора ГНСС/ИНС в большее число пакетов; движок радиометрической навигации в дальнем космосе / на Марсе появился в v0.17.0 (проверен моделированием). Слой квантовой физики — пункт P2: акселерометр CAI теперь моделируется из первых принципов (фаза Маха — Цендера, проекционный шум, спад контраста, связь с вибрацией), тогда как датчики часов и передачи времени по-прежнему управляются опубликованными коэффициентами Аллана / бюджета шума. Преобразование TEME↔ECEF на основе GMST, системы времени IERS с високосными секундами (UTC/TAI/TT/UT1), пропагация орбит SGP4/SDP4 (v0.7.0, проверена по векторам AIAA 2006-6753) и работающий пакет объединения gnss-ins — всё это поставлено, а инерциальная скорость передаётся далее. В main попали: активный стохастический детектор спуфинга времени (тест энергии Неймана — Пирсона / χ²₁ с P_fa/P_md по Монте-Карло и показателем «Безопасность» 1−P_md), модель подавления по бюджету линии (J/S → эффективное C/N₀ → потеря захвата), доступность для нескольких орбитальных группировок, бюджет ошибок IMU по одной оси (1-DOF), два независимых оценщика Калмана (часы + положение), сообщаемых как совокупный показатель качества, реальная геометрия орбитальной группировки по TLE, отчёт-карточка HTML, доступность ГНСС и геометрический фактор DOP, выводимые из геометрии по кеплеровым орбитам с эксцентриситетом и дрейфом J2, доверительные полосы Монте-Карло, перебор параметров для сравнительных исследований, песочница WebAssembly в браузере, а также необязательные привязки Python (PyO3) и WebAssembly (wasm-bindgen).

Участие в разработке#

См. CONTRIBUTING.md. Кратко: тесты проходят (cargo test), оба охранных скрипта проходят, используются Conventional Commits, а для каждого заметного пользователю изменения нужна запись [Unreleased] в CHANGELOG.md. Участие регулируется нашим кодексом поведения. О проблеме безопасности сообщайте согласно политике безопасности — пожалуйста, не открывайте публичный issue об уязвимостях.

Документация#

Основные ссылки#

Оракулы валидации и стандарты — внешние авторитетные источники, к которым привязаны проверки Kshana:

• Vallado, Crawford, Hujsak & Kelso — Revisiting Spacetrack Report #3 (AIAA 2006-6753; тестовые данные): проверочный набор SGP4/SDP4, с которым Kshana совпадает до 4,12 мм, и разобранные примеры преобразования систем координат, по которым проверяется цепочка TEME→ITRF.
• IAU SOFA / ERFA — эталонные процедуры времени и систем координат, по которым побитово проверены нутация IAU 2000A и приведение GCRS↔ITRS на основе CIO.
• Petit & Luzum (eds.) — IERS Conventions (2010), IERS TN (Technical Note) 36 (ориентация Земли, движение полюса и стандарты систем координат).
• Riley — Handbook of Frequency Stability Analysis, NIST SP 1065 (соотношения для девиации Аллана и эталонный ряд NBS14; NBS — бывшее Национальное бюро стандартов США).
• Pedregosa et al. — scikit-learn: Machine Learning in Python, JMLR 12 (2011): эталонные реализации ROC/AUC, матрицы ошибок и precision/recall/F1, с которыми точно совпадает испытательный стенд оценки РЧ-искажений (tests/eval_metrics_reference.rs).
• Virtanen et al. — SciPy 1,0, Nature Methods 17 (2020): optimize.nnls, stats.chi2 и linalg.expm — эталонные процедуры, по которым проверены подгонка NNLS измеренной ADEV в сравнении квантовых и классических систем, полосы согласованности χ² и ковариация шума процесса часов по ван Лоану (tests/scipy_reference.rs).
• Knowles, Kanhere, Neamati & Gao — gnss_lib_py, SoftwareX 27 (2024): используется и как открытый предшествующий уровень техники (см. Сравнение и открытый предшествующий уровень техники ниже), и как независимый оракул DOP, с которым вычисление GDOP/PDOP/HDOP/VDOP/TDOP совпадает до 1e-6 (tests/dop_reference.rs).
• Montenbruck & Gill — Satellite Orbits: Models, Methods and Applications (Springer): модели сил, лежащие в основе подгонки силовой модели к прецизионным эфемеридам агентств.
• Howell — Three-dimensional, periodic, halo orbits, Celestial Mechanics 32(1) (1984), doi:10.1007/BF01358403; Zimovan-Spreen, Howell & Davis — Near rectilinear halo orbits and nearby higher-period dynamical structures, Astrodynamics 6 (2022), doi:10.1007/s42064-021-0125-x (семейства гало-орбит и NRHO, которые воспроизводит дифференциальный корректор CR3BP).

Физика устройств и методов — источники, на которые опираются модели датчиков:

• Origlia, Schiller, Bongs et al. — arXiv:1503,08457 (стронциевые оптические часы на решётке, цель для космоса).
• Oelker et al., Nature Photonics (2019) — doi:10.1038/s41566-019-0493-4 (лабораторные часы на Sr, 4,8×10⁻¹⁷).
• Templier et al., Science Advances (2022) — arXiv:2209,13209 (гибридная тройка квантовых акселерометров).
• Groves, Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation — учебный материал IEEE AESS (Aerospace and Electronic Systems Society) (репозиторий University College London Discovery) (рост ошибки при счислении пути).
• Giorgetta et al., Nature Photonics 7, 434 (2013) — arXiv:1211,4902; Deschênes et al., Phys. Rev. X 6, 021016 (2016) — APS (American Physical Society) (оптическая двусторонняя передача времени и частоты; модели оптической межспутниковой линии строят бюджет её невзаимности по этим работам).
• Betz — Binary Offset Carrier Modulations for Radionavigation, NAVIGATION 48(4) (2001), doi:10.1002/j.2161-4296.2001.tb00247.x (модуляция BOC и теория спектрального разделения, лежащие в основе src/navsignal.rs).
• Kaplan & Hegarty (eds.) — Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications (3-е изд., Artech House, 2017): уравнение эффективного C/N₀ при помехозащите и тепловое дрожание слежения за кодом в DLL «раньше — позже», которые используют модели навигационного сигнала и подавления.

Сравнение и открытый предшествующий уровень техники — инструменты и обзоры, с которыми соотносится Kshana:

• Humphreys et al. — TEXBAT (Texas Spoofing Test Battery; ION — Институт навигации — GNSS 2012): параметры набора тестов на спуфинг, по которым охарактеризован многоуровневый детектор.
• González et al. — NaveGo (2017): открытые проверенные профили ошибок инерциальной навигации, используемые как классический базовый уровень.
• Iiyama, Casadesús Vila & Gao — LuPNT (ION GNSS+ 2023, Stanford NavLab): открытый имитатор лунного PNT.
• Knowles, Kanhere, Neamati & Gao — gnss_lib_py, SoftwareX 27 (2024), doi:10.1016/j.softx.2024.101811: открытый анализ данных ГНСС.
• Li, Zaminpardaz, Kealy & Greentree — Quantum sensors for enhanced positioning and navigation: a comprehensive review, GPS Solutions 30(1):62 (2026), doi:10.1007/s10291-026-02030-y.
• Bertone et al. — Earth and Space Science 8(6) (2021), doi:10.1029/2020EA001454: редуцированно-динамическое определение орбиты GRAIL, нижняя граница эмпирического ускорения, которую воспроизводит подгонка LRO.