Происхождение — каждый параметр прослеживается до опубликованного источника
Главная дисциплина честности Kshana состоит в том, что каждый параметр датчика, физическая модель и набор данных для валидации прослеживаются до опубликованного источника — технического паспорта, рецензируемой статьи, ICD (документа по управлению интерфейсом) сигнала в пространстве или стандарта. Этот документ собирает строки происхождения в единую таблицу-справочник, на которую можно ссылаться.
Происхождение — это не только документация: каждая таблица датчика в сценарии (например, [clock_quantum] и [clock_classical]) несёт строку provenance (ModelSpec в src/types.rs; with_provenance в src/inertial/imu_errors.rs для модели ошибок инерциального измерительного блока (IMU)), которая проходит в JSON результата (JavaScript Object Notation) как quantum.spec.provenance и classical.spec.provenance, так что каждый прогон несёт собственные ссылки на параметры. Блок units результата также помечает каждое числовое поле классом происхождения (input, computed, closed-form, internal-consistency, …). Таблицы ниже — сводный удобочитаемый указатель этих строк, а также происхождение алгоритмов и валидации из комментариев в исходном коде.
Зрелость честно помечена повсюду: квалифицировано для полёта (летало), наземная лаборатория / метеорологическая ракета (продемонстрировано, не летало) или космическая цель на наземном оборудовании (целевой показатель для оборудования, которое не летало, — в частности, каждый показатель стронциевых оптических часов на решётке). Метки validated / modelled / not modeled по каждому показателю см. в VALIDATION.md, а обсуждение зрелости «наземная лаборатория и полёт» — в QUANTUM-MODELS.md.
1. Параметры часов и эталонов частоты#
| Датчик | Ключевой показатель | Источник | Зрелость |
|---|---|---|---|
| Microchip (Microsemi) SA.45s / SA65 CSAC (атомные часы чипового масштаба) | σ_y(1 с) = 3,0×10⁻¹⁰ | Технический паспорт производителя | квалифицировано для полёта (серийная коммерческая деталь) |
| Стронциевые оптические часы на решётке (цель для космоса) | σ_y(1 с) = 1×10⁻¹⁵ | Origlia, Schiller, Bongs et al., arXiv:1503,08457 | космическая цель на наземном оборудовании — ни одни оптические часы на Sr не летали |
| Стронциевые оптические часы на решётке (лабораторный рекорд) | σ_y(1 с) = 4,8×10⁻¹⁷ | Oelker et al., Nature Photonics (2019) | только наземная лаборатория |
| ACES/PHARAO (Atomic Clock Ensemble in Space / Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite; эталон на МКС (Международной космической станции)) | порядка 1×10⁻¹⁶ после многосуточного интегрирования | ESA (Европейское космическое агентство) ACES/PHARAO, работает на МКС с апреля 2025 (ссылайтесь на опубликованные результаты ESA) | квалифицировано для полёта (микроволновые/мазер, не оптические) |
Коэффициент Аллана белого шума частоты, используемый моделью holdover, равен q_wf = σ_y(1 s)²; фликкер-шум частоты (flicker FM) и старение моделируются только там, где явно задан flicker_floor (см. VALIDATION.md), в остальных случаях они не моделируются.
2. Параметры инерциальных датчиков#
| Датчик | Ключевые показатели | Источник | Зрелость |
|---|---|---|---|
| Гибридный квантовый триплет акселерометров Exail | стабильность смещения 6×10⁻⁸ g = 5,88×10⁻⁷ м/с² (24 ч); шум 22 µg/√Гц = 2,16×10⁻⁴ (м/с²)/√Гц | Templier и др., Science Advances (2022), arXiv:2209,13209 | ground-lab |
| Кварцевый акселерометр навигационного класса Honeywell QA-2000 | стабильность смещения ~160 µg = 1,57×10⁻³ м/с²; шум ~20 µg/√Гц; нестабильность смещения ~1 µg | Изготовитель / Groves, AESS (Aerospace and Electronic Systems Society, Общество авиационных и электронных систем) Tutorial | flight-qualified |
| Модель ошибок ИНС (масштабный коэффициент, неортогональность осей, чувствительность к g, квантование, линейно нарастающая угловая скорость) | пять категорий систематических ошибок | IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Институт инженеров по электротехнике и электронике) Std 952-1997 §A.2; Groves 2013 §4,3, таблица 4,1 | модель |
| Механизация бесплатформенной ИНС (NED, север-восток-вниз; коннинг/склинг) | кватернион ориентации §2,2, §5,5; механизация NED §5,4; гравитация §2,4 | Groves, Principles of GNSS (global navigation satellite system), Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2-е изд. | модель |
3. Параметры передачи времени и частоты#
| Линия связи | Ключевой показатель | Источник |
|---|---|---|
| Свободное пространство, оптическая двусторонняя (межспутниковая) | лабораторный нижний предел ~1 фс; 1 пс — цель, достижимая на орбите | Giorgetta и др. (2013, Nature Photonics); Deschênes и др. (2016, Physical Review X) |
| TWSTFT (двусторонняя спутниковая передача времени и частоты, Ku-диапазон) | один сеанс ~0,5 нс | BIPM (Международное бюро мер и весов) / PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, национальный метрологический институт Германии) / NIST (Национальный институт стандартов и технологий США) |
4. Модели орбит, систем времени и систем отсчёта#
| Модель | Уравнение / стандарт | Источник (комментарий в коде) |
|---|---|---|
| Распространение орбиты по SGP4/SDP4 (SGP4: Simplified General Perturbations 4, упрощённые общие возмущения; SDP4: Simplified Deep-space Perturbations 4, упрощённые возмущения для дальнего космоса) | модель SGP4 на основе WGS-72 (WGS: World Geodetic System, Всемирная геодезическая система) | Vallado и др., «Revisiting Spacetrack Report #3», AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics, Американский институт аэронавтики и астронавтики) 2006-6753 (2006) |
| Високосные секунды / системы времени (UTC/TAI/TT/UT1 (UTC: всемирное координированное время; TAI: международное атомное время; TT: земное время; UT1: всемирное время 1, время вращения Земли)) | режим целых високосных секунд с 1972-01-01 | IERS (Международная служба вращения Земли и систем отсчёта) Conventions (2010); история високосных секунд по IERS Bulletin C |
| Угол вращения Земли | θ(Tu) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448·Tu) |
IAU (Международный астрономический союз) 2000, резолюция B1.8 |
| Положение и поправка часов SV (космический аппарат, то есть спутник) по бортовым эфемеридам | алгоритм пользователя, релятивистская поправка F·e·√A·sin Eₖ, TGD |
IS-GPS-200 (IS: Interface Specification, спецификация интерфейса; GPS: Global Positioning System) §20.3.3.4.3.1 / §20.3.3.3.3.1 |
| Константы эфемерид Galileo / QZSS (японская квазизенитная спутниковая система) / BeiDou (μ, Ω̇ₑ, C̄₂₀) | ICD отдельных систем по сигналу в пространстве (документы управления интерфейсом) | Galileo OS (Open Service, открытый сервис) SIS ICD; BeiDou OS SIS ICD (CGCS2000, Китайская геодезическая система координат 2000); ICD ГЛОНАСС (российской глобальной навигационной спутниковой системы) (ПЗ-90 (ПЗ: Параметры Земли, российская геодезическая система координат)) |
5. Модели измерений ГНСС и устойчивости#
| Модель | Уравнение / стандарт | Справочник |
|---|---|---|
| Одночастотная модель ионосферы Klobuchar | алгоритм в полуокружностях | IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5 |
| Зенитная тропосфера по Saastamoinen | гидростатическая + влажная зенитная задержка | Davis и др. (1985); Groves §9,4 |
| Картирующие функции Niell | гидростатическая и влажная, отображение по углу места | Niell (1996) |
| Энергетический бюджет помехоустойчивой линии | [1/(C/N₀) + (J/S)/(Q·Rc)]⁻¹ (C/N₀ — отношение мощности несущей к спектральной плотности шума, J/S — отношение мощности помехи к мощности сигнала, Q — коэффициент спектрального разделения, Rc — скорость следования элементов кода) → эффективное C/N₀ → потеря захвата |
Kaplan & Hegarty, Understanding GPS/GNSS, 3-е изд., §9,4 |
| Обнаружение спуфинга / энергетическое обнаружение | Критерий Неймана — Пирсона / двусторонний энергетический критерий χ²₁; Φ⁻¹ по Acklam; erf по Abramowitz & Stegun 7.1.26 | классическая теория обнаружения |
| Устойчивость семейства Аллана (ADEV/MDEV/TDEV/HDEV (ADEV: девиация Аллана; MDEV: модифицированная девиация Аллана; TDEV: девиация времени; HDEV: девиация Адамара)) | с доверительными интервалами | NIST SP (Special Publication, специальная публикация) 1065 (Riley); Kasdin, Proc. IEEE (1995) |
| RAIM (автономный контроль целостности в приёмнике) / целостность (HPL/VPL (HPL: горизонтальный уровень защиты; VPL: вертикальный уровень защиты), разделение решений ARAIM (усовершенствованный автономный контроль целостности в приёмнике)) | разовое решение и разделение решений | см. INTEGRITY.md |
6. Наборы данных для валидации#
Политика включения данных в репозиторий. Мы фиксируем дословную копию каждого набора данных для валидации, лицензия на который разрешает распространение и размер которого удобно умещается в git, чтобы клон позволял воспроизвести валидацию автономно, без сети и без «битых» ссылок. Набор данных загружается по запросу (скачивается вспомогательным скриптом scripts/fetch_*.sh в игнорируемый git каталог realdata-cache/, а фиксируются только небольшие производные эталонные значения), только если его лицензия явно не разрешает распространение или он слишком велик для git. Для каждого набора, загружаемого по запросу, ниже указана конкретная причина; ничто не вынесено из репозитория для удобства.
| Набор данных | Применение | Лицензия | Состояние в репозитории |
|---|---|---|---|
| Тестовые векторы SGP4 AIAA 2006-6753 (все 666) | численная валидация SGP4 — наихудшее отклонение 4,12 мм | Опубликованные эталонные векторы (Vallado, AIAA) | Включён в репозиторий tests/fixtures/sgp4/ |
| ADEV оптических часов на ⁸⁸Sr σ_y(τ) (Norcia и др., Science 366:93, 2019) | валидация аппроксимации измеренной стабильности оптических часов | CC-BY-4.0 (Creative Commons Attribution 4,0, «Атрибуция»; Zenodo 10.5281/zenodo.3382347) | Включён в репозиторий tests/fixtures/optical_clock_adev/ |
| NASA/USGS (NASA: Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США; USGS: Геологическая служба США) SRTM (Shuttle Radar Topography Mission, радарная топографическая миссия на шаттле) v3, тайл высот N36W117 (Долина Смерти, прореженный до 6 угловых секунд, 722 КБ) | валидация чтения .hgt для рельефа (DEM: цифровая модель высот) на реальном рельефе (бассейн Бэдуотер ≈ −86 м) |
Общественное достояние (NASA/USGS SRTM v3; через AWS (Amazon Web Services) Open Data elevation-tiles-prod) |
Включён в репозиторий tests/fixtures/terrain/N36W117_sub6.hgt |
| Примеры OEM/TDM из CCSDS 502.0/503.0 Blue Book (OEM: Orbit Ephemeris Message, сообщение об эфемеридах орбиты; TDM: Tracking Data Message, сообщение о данных слежения) | валидация двустороннего преобразования в парсере CCSDS | Опубликованные примеры из стандартов (CCSDS) | Включён в репозиторий tests/fixtures/ccsds/ |
| Образцы прецизионных орбит IGS (Международная служба ГНСС) в формате SP3 (Standard Product 3, формат точных орбит) и навигационные образцы RINEX (Receiver Independent Exchange Format, независимый от приёмника формат обмена) | валидация аппроксимации орбит и целостности | Открытые данные IGS (свободное использование для любых целей, с указанием авторства) | Включён в репозиторий tests/fixtures/igs/ |
Снимки TLE (двухстрочный набор элементов) Celestrak (gps-ops, galileo) |
сценарии с реальной орбитальной группировкой | Условия Celestrak (указание авторства; TLE (двухстрочные наборы элементов) американского правительственного происхождения) | Включён в репозиторий tests/fixtures/celestrak/ + актуальные scripts/fetch_tles.sh |
| Эталонные выходные данные scipy / scikit-learn / filterpy | валидация численных ядер и оценивателей | Сгенерированы локально из библиотек под лицензиями BSD/MIT (BSD: Berkeley Software Distribution) | Включён в репозиторий tests/fixtures/scipy/ (+ скрипты-генераторы) |
| Эталонные девиации Stable32 (декадные ряды ADEV/HDEV) | соответствие оценивателей Аллана | Производные итоговые значения (небольшие) | Включён в репозиторий tests/fixtures/cs5071a/, tests/fixtures/phasedat/ |
| Необработанный ряд фазы цезиевых часов 5071A (556 990 точек, 12 МБ) | перекрывающиеся ADEV/HDEV на реальных цезиевых часах | Неясно — allantools распространяется под LGPL-3.0 (GNU Lesser General Public License, лицензия на программное обеспечение) и без явного разрешения на распространение данных; файл исключён из дистрибутива PyPI (Python Package Index) |
Fetch-gated scripts/fetch_cs5071a.sh; производные ряды зафиксированы |
| необработанный PHASE.DAT (регрессионный ряд из 1000 точек) | Ряд для проверки соответствия оценивателей Stable32 | Неясно — распространяется с коммерческим Stable32 (Hamilton Technical Services); NIST SP 1065 относится к общественному достоянию, но не печатает эти значения | Fetch-gated scripts/fetch_phasedat.sh; производные ряды зафиксированы |
| Запись подавления и спуфинга ГНСС JammerTest 2024 (1,4 ГБ) | калибровка сценариев устойчивости и аномалий | GPL-3.0-or-later (GNU General Public License; Zenodo 10.5281/zenodo.15910563) — распространение разрешено, но размер превышает ограничение GitHub на файл в 100 МБ, а копилефт GPL конфликтует с деревом под AGPL (Affero General Public License) | Загружается по запросу; указывается ссылка на DOI (идентификатор цифрового объекта) |
Лицензионный статус каждого набора данных, загружаемого по запросу, проверен по первоисточнику; два «неясных» набора данных по часам остаются вне репозитория до получения явного разрешения на распространение (значения, публиковать которые мы вправе, мы уже зафиксировали), а набор JammerTest вынесен по причинам размера и копилефта, несмотря на открытую лицензию.
7. Новые области — откуда берутся их параметры#
Виды, добавленные после приведённых выше таблиц, подчиняются тому же правилу. В каждой строке названы источник и статус в матрице верификации для возможности, построенной на нём (полная строка — в VERIFICATION-MATRIX.md).
| Область | Параметры | Источник | Статус |
|---|---|---|---|
Синхронизация в телекоммуникациях (telecom-timing) |
маски синхронизации | Рекомендации ITU-T (Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи), каждый предел с указанием таблицы или пункта, перечислены в TELECOM-TIMING.md |
MODELLED (транскрипция) |
| Телекоммуникационная синхронизация времени | предустановки генераторов ocxo, rubidium, caesium, csac |
четыре технических описания Microchip, номера документов — в TELECOM-TIMING.md |
MODELLED |
| Телекоммуникационная синхронизация времени | оцениватели MTIE (максимальная ошибка временного интервала) и TDEV (девиация времени) | allantools 2024,06 на tests/fixtures/telecom_timing/ |
VALIDATED |
Солнечная система (solar-system, body-pnt) |
положения планет по кеплеровым элементам Standish из JPL (Лаборатория реактивного движения) | сверено с векторами состояния JPL Horizons DE441 (Development Ephemeris 441) в tests/fixtures/solar_system/ |
VALIDATED; Уран, Нептун, Плутон и спутники — MODELLED |
| Солнечная система | гравитационные параметры, радиусы и вращение каждого тела | записи JPL Horizons о телах и таблица физических параметров спутников JPL | MODELLED (транскрипция) |
Проектирование орбитальной группировки (constellation-design) |
номинальные слоты GPS, Galileo и ГЛОНАСС | Galileo Open Service Service Definition Document 1,1; GPS Standard Positioning Service Performance Standard, 5-е издание | VALIDATED |
PNT на LEO (низкая околоземная орбита) (leo-signal, leo-pass, leo-pvt) |
именованные предустановки систем | приведённые публичные значения, каждая предустановка с указанием источника | MODELLED |
Навигационное сообщение LEO (leo-navmsg) |
веса ошибки дальности по сигналу в пространстве | Montenbruck, Steigenberger и Hauschild (2018), Advances in Space Research | VALIDATED |
| Навигационное сообщение LEO | модель эфемерид с 22 параметрами | Liu и др. (2025), Remote Sensing 17(16):2894 | MODELLED |
Колонтитул с происхождением графика#
Каждый график, который строит Kshana — в браузерной песочнице, в экспорте *.chart.svg интерфейса командной строки (CLI) и в графике внутри печатного отчёта *.report.html (HTML, язык гипертекстовой разметки), — помечается в правом нижнем углу:
Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev
scenario <hash> — это первые 12 шестнадцатеричных символов хеша сценария запуска: SHA-256 (SHA: Secure Hash Algorithm) от канонического описания сценария (начальное значение, пороги, параметры модели, окна ГНСС и так далее). Это тот же отпечаток, что указан в однострочной сводке запуска и в поле scenario_hash JSON результата. (Виды, чей документ результата не содержит scenario_hash, например отчёты о целостности и лунные отчёты, используют SHA-256 от исходного текста сценария в TOML (Tom's Obvious, Minimal Language), поэтому у каждого графика остаётся устойчивый отпечаток.)
Поскольку хеш детерминирован и чувствителен к входным данным, сохранённое или вставленное изображение графика самоидентифицируется: оно фиксирует версию движка, точный сценарий, по которому оно получено (для побитового воспроизведения), и источник, а любой изменённый параметр даёт другой хеш, так что график с неверной подписью можно обнаружить.
Как цитировать и воспроизводить#
Каждый результат воспроизводим по scenario + seed + engine version. Цитируйте движок через CITATION.cff / концептуальный DOI Zenodo 10.5281/zenodo.20528627, а для показателей, от которых зависит данный запуск, указывайте источники параметров, приведённые выше: они передаются в полях provenance JSON результата, поэтому опубликованный результат документирует сам себя.
Если показатель — это цель для космоса, достигнутая на наземном оборудовании (все значения для стронциевых оптических часов), или лабораторная демонстрация (акселерометр на холодных атомах), этот документ и происхождение результата говорят об этом прямо. Kshana не выдаёт лабораторные показатели или целевые значения за лётные характеристики.