Машинный перевод, не проверенный носителем языка. Эталоном служит английская версия.

Валидация и доказательстваПравить на GitHubИсточник: docs/PROVENANCE.md

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

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.