• Öva på minuten då GNSS går i mörker
• Nyheter i 0,40, Nyheter i 0,39, Nyheter i 0,38 och 0,38 på djupet: jammertest-poängsättning, mottagarens egna flaggor, maskinindata, tidssynkronisering och holdover, standardpaket, LunaNet AFS, labbrundturen, kshana-bench, observatoriet, exportörer, optik, navigering för rymdanvändare och månens infrastruktur
• Kshana Studio och varje Studio-sida
• Förmågor: tabellen över områden, varje scenariotyp per familj, varje kommando, varje yta
• Så fungerar en körning, Uppdrag
• Evidens: registret, förmågedomäner
• Installera, Arkitektur (och diagrammen), AI-assistent
• Utgåvor, Forskning, Citera, Licens
• Referens: användning, scenarioformat, utdata, repositoriets layout, FAQ, felsökning, versionshantering, färdplan, bidra, dokumentation

Kör vilken som helst av dem med kshana example <scenario> > s.toml && kshana s.toml: scenarierna är l-band-waterfall-jamming, constellation-multi-gnss-coverage, solar-system-tour och leo-pass-iridium.

Alla fyra är påhittade data och rådgivande: de visar programvarans format och beteende, inte hur någon mottagare eller något system klarar sig mot störning. Kör den första med kshana receiver-trust examples/maritime-trust/session.toml, den andra med kshana route-exposure på proverna i examples/interference-map/, den tredje med kshana nmea-scenario scenarios/training/coastal-drag-off.toml --out drag.nmea (endast för utbildning: mata den aldrig till levande navigationsutrustning), och den fjärde som i docs/EVIDENCE-PACKS.md.

Hela detaljerna område för område följer; för ett mognadsregister per förmåga se docs/CAPABILITY.md och docs/VALIDATION.md.

Varje förmåga kan nås som ett Rust-API, som ett körbart scenario kind, eller båda. Mognad per förmåga — validerad, körbar eller bibliotek — spåras i docs/CAPABILITY.md. En maskinkontrollerad verifieringsmatris (src/verification.rs) återger korsreferensen krav → modul → test → oberoende referens → status, med enhetstestade ärlighetsinvarianter som tillåter etiketten validerad endast där en oberoende extern referens ligger bakom den — och som registrerar de hårdvaru- och PA-förmågor (produktförsäkran) som Kshana medvetet inte tillhandahåller.

Resultat#

Varje scenario jämför en kvantsensor med dess klassiska motsvarighet under ett GNSS-avbrott på ~1,8 h. Siffrorna är reproducerbara (scenario + seed + version).

_{Vad kvantsensorer ger när GNSS saknas — clock-holdover · seed 42 · ritad med motor 0.40.0, och varje figur ovan kontrolleras på nytt mot den aktuella motorn vid varje bygge av tests/published_figures_still_reproduce.rs · SVG}

Fördelen beror på avbrottets längd och på vibrationer, med en uttrycklig brytpunkt där den klassiska vinner — visad ärligt över stegen i teknikmognad (siffrorna för optiska klockor är mål för markdemonstratorer; ingen optisk strontiumklocka har flugit):

_{Korsning mellan kvant och klassisk resiliens — TRL-stege för klock-holdover (överst) · karta över tröghetsfördelen med brytpunktskontur (nederst). Kan återskapas via cargo run --release --bin crossover_study.}

Positionsfel vid dödräkning under ett GNSS-avbrott: kvantsensorn (blå) håller sig plan nära specifikationen; den klassiska sensorn (röd) divergerar till tiotals kilometer. Genererad av Kshana från scenarios/imu-deadreckoning.toml.

Slutstenen visar fusionstesen: optisk tidsöverföring mellan satelliter håller även en klassisk klocka låst, vilket isolerar tröghetssensorn som den klassiska sviten svagaste länk — alltså kvanttröghet och optisk tidssynkronisering tillsammans.

Klock-holdover genom ett GNSS-bortfall: den optiska klockan (blå) håller sig inom specifikationen på 20 ns under hela glidflygningen; chip-skaleklockan (röd) överskrider den en bit in. Genererad av Kshana från scenarios/clock-holdover.toml.

Ett ytterligare scenario, orbit-gnss-challenged.toml, härleder GNSS-tillgängligheten ur banans geometri i stället för ur handskrivna fönster: en rymdfarkost inom GNSS-skalet propageras mot en GPS-liknande Walker-konstellation, och antalet synliga satelliter (siktlinje, jordens skymning, elevationsmask) avgör positionsbestämningens tillstånd i varje steg. Under ett dygn har användaren positionsbestämning endast ~59% av tiden; kvantklockan håller en tidslösning på 5 ns genom varje lucka (tillgänglighet 1.0), chip-skaleklockan endast ~0.83.

Tidsfel under ett dygn med GNSS-tillgänglighet härledd ur banans geometri: antalet synliga satelliter (siktlinje, jordens skymning, elevationsmask) avgör positionsbestämningens tillstånd i varje steg, så klockan måste glida genom varje lucka; den optiska klockan håller specifikationen på 5 ns medan chip-skaleklockan överskrider den. Genererad av Kshana från scenarios/orbit-gnss-challenged.toml.

Konstellationen kan också anges som verkliga tvåradiga elementmängder (TLE). En fullständig TLE (rad 1 + rad 2) propageras med hela modellen SGP4/SDP4, inklusive atmosfärisk bromsning och de djuprymdsrelaterade sol- och månperturbationerna samt resonanstermerna på 12 h / 24 h som är viktiga för GNSS-banor på ~12 h, och är kontrollerad mot de officiella AIAA 2006-6753-vektorerna till ett värsta fall på ≈ 4 mm. scenarios/orbit-sgp4-gps.toml levereras med en verklig Celestrak-ögonblicksbild gps-ops av den operativa GPS-konstellationen (2021-07-28, 30 satelliter) och kräver giltiga TLE-kontrollsummor; tvåradiga elementmängder är öppna data från katalogen hos US Space Force / 18th Space Defense Squadron, vidaredistribuerade av Celestrak (Dr T. S. Kelso, celestrak.org); uppdatera med scripts/fetch_tles.sh. Ett block med enbart rad 2 behåller den analytiska tvåkroppspropageringen (scenarios/orbit-real-tle.toml); de två formerna kan blandas i en och samma konstellation. En konstellation kan lika gärna byggas av ett block med RINEX-3 GPS-sändningsefemerider, formatet som en mottagare avkodar, propagerade med användaralgoritmen i IS-GPS-200 och matade genom samma geometri (scenarios/orbit-rinex.toml).

Vad det är och inte är#

Det är: en deterministisk motor med få beroenden som täcker hela PNT-kedjan: banans geometri, tröghetsnavigering, GNSS/INS-fusion, integritet, klockor och tidssynkronisering. Den kör ett scenario (ofta ett GNSS-bortfall), låter kalibrerade sensorfelmodeller utvecklas genom lämplig estimator och poängsätter resultatet mot de operativa kvalitetsmåtten, och ger ett reproducerbart JSON-resultat (JavaScript Object Notation) och ett SVG-diagram, från ett Rust-bibliotek, ett kommandoradsgränssnitt (CLI), ett Python-tillägg, en WebAssembly-modul i webbläsaren, en MCP-server (Model Context Protocol) för AI-agenter eller ett insticksprogram för JetBrains IDE (integrerad utvecklingsmiljö).

Det är inte: flygmaskinvara, en design av en kvantnyttolast, en fullständig GNSS-signalmottagare, en radiofrekvenssimulator (RF) eller en hardware-in-the-loop-rigg, eller en certifierad flygelektronikprodukt, och det ersätter inte MATLAB/Simulink, STK (Systems Tool Kit) eller Orekit; det står bredvid dem och utbyter filer med dem. Kvantmaskinvarans återgivning kommer från publicerade felmodeller, inte från det här verktyget. Varje förmågas detaljerade mognad finns dokumenterad i docs/CAPABILITY.md.

Det är inte (ännu): en fullständig fysikmotor för atominterferometri (de flesta kvantsensorer använder publicerade Allan-/brusbudgetkoefficienter; CAI-accelerometern (kall-atom-interferometer) har ett skikt från första principer, med Mach–Zehnder-fas, projektionsbrus, kontrastavtagande och vibrationskoppling samt Coriolis- och ljusskiftssystematik, men vågfrontssystematik och upplösning av fransosäkerhet återstår som ett färdplansskikt i P2 (färdplansfas 2, kvantfysikskiktet), se ROADMAP.md och docs/QUANTUM-MODELS.md); en certifierad eller maskinvarubaserad GNSS-mottagare (den löser en enpunkts-PVT-positionsbestämning (position, hastighet och tid) från verkliga RINEX-kodobservationer (Receiver Independent Exchange Format), kontrollerad mot verkliga IGS-data (International GNSS Service), och dess IQ-skikt (kshana iq, sedan 0.31.0) fångar upp och följer inspelade eller genererade basbandssampel i programvara, som en analysmottagare: den styr ingen radiomaskinvara och sänder ingenting, är inte en certifierad mottagare och gör ingen bärvågsfasbaserad positionsbestämning (RTK eller PPP)); eller en fullständig programvarusvit för uppdragsdesign (den har byggstenar för Lambert, porkchop, manövrar och banbestämning, men är prestandasimuleringsskiktet ovanför GMAT (General Mission Analysis Tool)/Orekit, inte en ersättning). Att äga den avgränsningen är ett medvetet val. Om du behöver felbudgetar för kall-atom-interferometer från första principer (till exempel av CARIOQA-PMP-klass, Cold Atom Rubidium Interferometry in Orbit for Quantum Accelerometry, Pathfinder Mission Preparation, eller validering i stil med X-37B), se färdplanen för P2 och ta kontakt för samarbete.

Validering, reproducerbarhet och ärlighet#

• Varje brusterm är kalibrerad mot ett publicerat, citerat värde och kontrollerad mot den vedertagna relationen (Allan-deviation för klockor; Groves felväxt vid dödräkning för tröghet; omvandlingen från tidssynkronisering till avståndsmätning för tidsöverföring). Status per term förs i docs/VALIDATION.md som validated eller not modeled: ingenting presenteras som validerat som inte är det.
• Reproducerbart genom konstruktion: scenario + seed + engine version → identical bits. scripts/check-reproducible.sh upprätthåller det; kvantkörningar och klassiska körningar använder oberoende frön så att deras brus är okorrelerat.
• Mognaden anges ärligt: siffror för optiska klockor och optiska länkar är mål- eller markdemonstratorresultat, inte flugna.

Evidensetiketten på varje siffra#

Varje siffra och tabell som en körning skriver anger hur långt den kan litas på, och vilka registerrader det vilar på. Resultat-JSON har en nyckel evidence, diagrammets SVG en rad under diagrammet (och ett element <metadata id="kshana-evidence">), och CSV-tabellen # evidence: kommentarsrader först (läs med comment='#'). Den namnger en nivå, VALIDATED, MODELLED eller PARTNER, och id:na (VM- och åtta hexsiffror) för de rader i verifieringsmatrisen som körningen använde. Nivån är den svagaste av de raderna, så en körning som stöder sig på en modellerad rad märks MODELLED oavsett hur många validerade rader som finns bredvid; etiketten kan aldrig hävda mer än registret. Rader, statusar och id:n läses från matrisen, inte inskrivna (docs/VERIFICATION-MATRIX.md, docs/SCHEMA.md), och tests/evidence_labels_doc_sync.rs misslyckas om en siffra saknar etikett eller en etikett avviker från matrisen.

Validering i korthet#

Varje rad upprätthålls av ett namngivet test i CI. Den här tabellen är ett kuraterat urval; den fullständiga maskinkontrollerade matrisen är 401 rader — 176 VALIDATED, 221 MODELLED, 4 PARTNER (src/verification.rs), med den fullständiga evidensen (och vad som ärligt talat inte ännu är validerat) i docs/VALIDATION.md och artefakten kshana-validation-summary.html för varje utgåva (genererad av cargo run --bin validation_report, SLSA-attesterad — Supply-chain Levels for Software Artifacts).

Kolumnen Status anger vilken sorts evidens det rör sig om, i enlighet med valideringsstegen ovan: VALIDATED = kontrollerad mot en oberoende extern referens (verkliga data, ett oberoende bibliotek eller publicerade referensvektorer); MODELLED = kontrollerad mot analytisk sanning eller simuleringens inre konsistens (ingen oberoende extern datamängd). VALIDATED beskriver metoden för kontrollen, inte ett godkänt/underkänt-utfall: ett ärligt bom mot en verklig extern referens förblir VALIDATED, medan en jämförelse som ingen matrisrad anger som referens (LRO-passningen, Lunar Reconnaissance Orbiter, ovan) visas som MODELLED. Raderna för CI är processkontroller, inte kvalitetsmått. Några öar med verkliga data (den uppmätta cesiumklockan, Stable32 PHASE.DAT samt kontrollerna mot OPS-SAT/ICGEM där råindata saknar licens för vidaredistribution) är datastyrda: testet skriver ut ett hoppa-över-meddelande och förblir grönt när indata saknas, och de offentliga referenstalen finns incheckade under tests/fixtures/. Återskapa råindata med motsvarande scripts/fetch_*.sh.

_{Så förtjänar en förmåga sin märkning, invarianten som upprätthålls av CI: ingen extern referens ⇒ kan inte vara validerad · SVG}

_{Överst: varje validerad rad stöds av en extern datamängd, genom konstruktion. Nederst: SGP4 stämmer med den officiella referensen i varje regim (värsta fall 4,12 mm). SVG · SVG}

_{176 validerade · 221 modellerade · 4 ägda av partner — 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

Utöver run exponerar modulen run_full (JSON, SVG och enradssammanfattningen på en gång), run_typed, validate_toml, list_kinds / scenario_kinds och error_kind; se docs/PYTHON_API.md.

npm-paketet är hela motorn kompilerad till WebAssembly. I Node.js lämnar du binärfilen till initSync; i en webbläsare hämtar await init() den (se 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));

En motor, många ingångar. En enda Rust-kärna (kshana) kör varje scenario och nås via ett CLI, ett Python-tillägg, en WebAssembly-modul i webbläsaren, en MCP-server för AI-agenter och ett insticksprogram för JetBrains IDE, som alla leder samman i ett enda api::run_toml-anrop. Inuti ansluts sensorpaketen till ett gemensamt gränssnitt för felmodeller; vid sidan av dem finns ett skikt för referenssystem (IAU 2006/2000A precession–nutation och den CIO-baserade reduktionen GCRS↔ITRS), ett astrodynamik-/numeriskt skikt (analytisk SGP4/SDP4 och en numerisk Cowell-propagator med sin kraftmodell för EGM2008/perturbationer, manöverdesign och banbestämning), ett integritets-/GNSS-skikt (RAIM/ARAIM, SBAS, mätdomänen, jamming, cislunart), ett fusions-/alt-PNT-skikt (GNSS/INS-estimatorerna och kartmatcharna för gravitation/terräng/magnetfält), ett skikt för djupa rymden och månen (radiometrisk Mars-PNT och månens PNT-svit, med evidensnivån för varje del i matrisen: LTC-tid, VLBI, gemensam OD + klocka, realisering av referenssystem, servicevolym, differentiell PNT, interoperabilitet), ett uppdragsanalysskikt (uppskjutning / återinträde / täckning / pekning / pass / länkbudgetar och rymdvädermiljön) och det öppna studieskiktet för resiliens och maskininlärning (RPCF-resiliensbedömning, optimismgapet vid RF-störningar och demonstratorn för kvantbaserad PNT), vars reproducerbara artefakter vilar på de validerade kärnorna.

Två fristående crates som är undantagna från workspace ligger bredvid kärnan: mcp/kshana-mcp (MCP-servern, byggd på SDK:n rmcp för edition 2024) och xval/anise-frames (korskontrollen av ramar med ANISE/SPICE, som drar in beroenden under MPL-2.0, Mozilla Public License 2,0). De hålls utanför den publicerade cratens beroendegraf, Cargo.lock, licensspärren och bygget för MSRV (lägsta Rust-version som stöds) genom listan exclude i rotens Cargo.toml. JetBrains-insticksprogrammet (ide/jetbrains) är ett separat Kotlin-projekt. Se docs/ARCHITECTURE.md för hela uppsättningen diagram.

De renderade diagrammen (motorflöde, modulkarta, distribution) finns i docs/ARCHITECTURE.md.

Scenarier och rapporter

Export och interoperabilitet

Förtroende för mottagare och fartyg

GNSS-IQ (filer i arbetskatalogen; av i HTTP-läge)

Compliance-kartläggning

Benchmark

Vad Kshana Pro bygger på. Varje del av Pro arbetar utifrån den öppna motorn och lämnar den oförändrad:

• Utformningsoptimeraren, osäkerhetsstudien och uppdragsdossiern kör scenarier i den öppna motorn genom motorns publika gränssnitt och beräknar varje tal utifrån körningarnas resultat. Varje utdata behåller den nivå av VALIDATED, MODELLED eller PARTNER som den öppna motorn gav varje tal, aldrig en högre.
• Digitala tvillingar av klockor använder den öppna motorns klockmodell och dess estimator för Allan-deviation: en tvilling kalibreras mot enhetens publicerade Allan-budget och kontrolleras sedan genom att tvillingens Allan-deviation skattas med den öppna estimatorn.
• Avvägningsstudier kör varje arkitekturalternativ som ett oförändrat scenario i den öppna motorn och rangordnar alternativen efter ett kvalitetsmått som läses ur varje körnings resultat.
• Kampanjbevakning läser sina tal ur resultaten av körningar med den öppna motorn av scenarierna i ett paket och jämför dem med den föregående lyckade körningen.
• Spektrumsamexistens läser varje fysikaliskt tal ur körningar med den öppna motorn av typerna leo-signal och constellation-design, och lägger bara till summan över de satelliter som är i sikte och rangordningen av planerna.
• Jobbtjänsten i den egna miljön kör öppna scenarier och Pro-scenarier genom samma motor och lagrar varje resultat precis som körningen returnerade det.
• Bevispaket registrerar, för varje körning, den scenario-hash som den öppna motorn stämplar på sitt resultat, så att ett tal i ett paket kan återskapas genom att köra om dess scenario.
• Verktyg för systemteknik och program. Kshana Pros verktyg för modellbaserad systemteknik (MBSE) och program kontrollerar ett programs krav mot körningar av den öppna motorn: det importerar krav som kommaseparerade värden (CSV), eller som en dokumenterad delmängd av Requirements Interchange Format (ReqIF) eller av text i Systems Modeling Language version 2 (SysML v2), utvärderar varje acceptanskriterium, med dess enhet, mot de värden som en körning skrev, och tar fram en verifieringskorsreferensmatris (VCRM), en SysML v2-modell, en konsekvensrapport för ändringar och ett bevispaket för offlineanvändning. Det kör inte om och beräknar inte om något, och läser bara det som den öppna motorn publicerar: varje körnings result.json (fälten som ett kriterium namnger, deras enheter, reproducerbarhetsstämpeln med scenario-hash, frö, motorversion och schemaversion samt körningens etikett och nivåer för talen), dess report.json (typ, reproducerbarhetspost och förmågemärkningar), scenariofilen (dess hash, typ, frö och parametrar), schemat över fältenheter (varje fälts enhet, proveniens och evidensnivå) och verifieringsmatrisen (varje förmågas märkning VALIDATED, MODELLED eller PARTNER).

Support och professionella tjänster#

Kshana är gratis och öppen källkod under AGPL-3.0 och professionellt utvecklas och underhålls av Ashforde® OÜ (Estland). Den öppna motorn är komplett och går att använda på egen hand. För organisationer som behöver mer erbjuder Ashforde® OÜ:

• Kommersiell support och integration: att bädda in Kshana i din verktygskedja, skräddarsydda scenarier och prioriterade rättelser.
• Skräddarsydda sensormodeller: kalibrerade mot din maskinvara, inklusive exportkänsliga resiliensmodeller som underhålls i ett privat överlägg.
• Kshana Pro: proprietära verktyg för modellbaserad systemteknik (MBSE) och program som kontrollerar ett programs krav mot körningar av den öppna motorn och tar fram en verifieringskorsreferensmatris (VCRM), en modell i Systems Modeling Language version 2 (SysML v2), en konsekvensrapport för ändringar och ett bevispaket för offlineanvändning. De kör inte om något och läser bara motorns publicerade utdata: varje körnings result.json och report.json, scenariofilen, schemat över fältenheter och märkningarna i verifieringsmatrisen (hela listan finns under Utgåvor).
• Kshana Pro, verktyg för utformning, osäkerhet och uppdrag: Pareto-fronten för ett utformningsrum, osäkerhet och känslighet över tusentals körningar, samt ett uppdragsdossier med ett enda kommando, med en verifieringsmatris och en PDF; se docs/PRO.md.
• Kshana Pro, kampanjbevakning, spektrumsamexistens och jobbtjänst: en pipeline som misslyckas när ett bevakat tal försämras, signalplaner som testas mot de öppna satellitnavigeringssignalerna i båda riktningarna och en jobbkö i den egna miljön med ett hashkedjat leveransregister; se docs/PRO.md.
• Utbildning och rådgivning om prestandaanalys av kvantbaserad och klassisk PNT.

Det här är en öppen kärnmodell: motorn är och förblir öppet licensierad; den bärande verksamheten är expertis, support och de proprietära tilläggen, inte licensavgifter. Kontakta contact@ashforde.org · ashforde.org.

Installera och bygga#

Kräver en Rust-verktygskedja (≥ 1,88, rust-version i Cargo.toml; utvecklad på 1,93).

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

Användning#

Kör vilket scenario som helst; CLI skickar vidare efter scenariots fält kind och skriver <scenario>.result.json, <scenario>.chart.svg, <scenario>.report.html och <scenario>.report.json bredvid det, plus <scenario>.table.csv för de typer som publicerar en tabell. Rapporten (en HyperText Markup Language-sida (HTML) och ett JSON-dokument med samma innehåll) innehåller en sammanfattning för ledningen, varje indata med sin enhet, resultaten och diagrammen, en kampanjs svep-, Monte Carlo- eller kedjetabeller, en händelsetidslinje, märkningen VALIDATED / MODELLED / PARTNER och källan för varje förmåga som körningen använde, vad som inte är modellerat och en reproducerbarhetspost (motorversion, kontrollsummor med Secure Hash Algorithm 256-bit (SHA-256), frö, plattform och det exakta kommandot). Den skrivs ut till en ren PDF-fil (Portable Document Format) från webbläsaren på papper i A4 eller Letter; motorn skriver ingen PDF själv. Se 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> skriver CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON (Request for Comments 7946), Ansys STK-efemerider (Systems Tool Kit) .e och inspelningar i SigMF (Signal Metadata Format) bredvid scenariot, och --import-route <route.geojson> matar in en GeoJSON-linje i de typer som flyger ett spår. Varje format kontrolleras mot sin publicerade specifikation, och ett scenario som ett format inte gäller för anger varför: se docs/INTEROP.md.

Andra CLI-lägen: kontrollera ett scenario, mata in verkliga data om jordens orientering eller kör en hel svit:

# 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

Export av animering. --animate svg|html|frames|all skriver <scenario>.animation.svg (nyckelrutor i Cascading Style Sheets (CSS), inget skript), <scenario>.animation.html (spela upp, pausa, skrubba, hastighet och synkade paneler, utan externa tillgångar) och <scenario>.frames/ (frame_0000.svg, … plus manifest.json med bildrutor per sekund och varaktighet). En kampanj spelar upp sina faser och larm, en spektrumkörning sitt vattenfall; temat följer prefers-color-scheme och prefers-reduced-motion visar den färdiga bilden. Den renderar körningens egna sampel, byte för byte likadant vid en ny körning, och tillför ingen evidens. Se docs/ANIMATION.md.

Ett svitmanifest är en liten TOML-fil (Tom's Obvious, Minimal Language) med ett title och en scenarios = [ … ]-array av scenariosökvägar, som motorn kör i tur och ordning och vars varje resultat (med sina märkningar MODELLED / VALIDATED) vecklas in i en enda självbeskrivande studieartefakt. Se scenarios/quantum-pnt-demonstrator.suite.toml.

Roll i interoperabilitet. Kshana är prestandasimuleringsskiktet som står vid sidan av efterbearbetningsverktygskedjan, inte en ersättning för den: mata in dess RINEX-utdata i RTKLIB eller gLAB för en positionslösning, och använd dess SP3-utdata som en precis banprodukt för verktyg som Ginan. Kshana besvarar vilken resiliens en given PNT-arkitektur ger innan du har verkliga signaler, i format som de verktygen redan läser in (--export-sp3, eller export_sp3 = true i ett orbit-scenario, skriver <scenario>.sp3). Samma bana kan publiceras som CCSDS OMM-medelelement enligt standardspåret (--export-omm, eller export_omm = true, skriver <scenario>.omm): ett OMM 502,0-meddelande i KVN (nyckelord = värde-notation) per satellit som definieras av en TLE, med varje objekts verkliga katalognummer hos NORAD (North American Aerospace Defense Command), internationella beteckning hos COSPAR (Committee on Space Research) och epok, för vilken OMM-medveten mottagare som helst i stället för en skräddarsydd tvåradig elementmängd.

Exempelutdata (klock-holdover, notera hur kvalitetsmåtten för integritet och säkerhet redovisas):

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

Den optiska klockans tidsfel vid 95:e percentilen (p95) är 1.20e-4 ns: sammanfattningen skriver ut små värden med signifikanta siffror i stället för att avrunda dem till 0.0. security visar n/a (no attack) eftersom det här scenariot inte konfigurerar något angrepp, så det finns inget att upptäcka. JSON-resultatet innehåller ändå varje klockas analytiska gräns för spoofingdetekterbarhet i fom.security (0,997 för den optiska klockan, 0,000 för atomklockan i chip-skala, vars eget brus över övervakningsfönstret överstiger specifikationen på 20 ns), och dess block figure_tiers markerar det talet som applicable: false. Scenariotypen spoof poängsätter detektering mot ett injicerat angrepp. figure_tiers ger också varje redovisat tal dess verifieringsnivå, VALIDATED (kontrollerad mot en extern referens) eller MODELLED, och den rad i verifieringsmatrisen som nivån läses ur. Orbit-scenariot redovisar dessutom ett geometriblock (andelen sampel med positionsbestämning samt bästa/median-dilution of precision för position (PDOP) och positionsnoggrannhet) vid sidan av klockresultatet.

Läs de här två talen noga. security är en analytisk gräns för spoofingdetekterbarhet härledd ur varje klockas stabilitet; den är meningsfull bara mot ett konfigurerat spoofingscenario och är inte en RAIM-detektor med flera satelliter. integrity är här filtrets inre konsistens (andelen bortfallssampel inom filtrets egen k-sigma-gräns), inte ett integritetsmått av HPL/VPL-typ för flyget. Se docs/INTEGRITY.md.

För genuin mottagarautonom integritet kör scenariotypen integrity (scenarios/integrity-raim.toml) verklig RAIM med ögonblicksbild och lösningsseparation (ARAIM-liknande) över den propagerade konstellationsgeometrin: den beräknar horisontella/vertikala skyddsnivåer (HPL/VPL) per epok och redovisar andelen epoker som ligger inom de konfigurerade larmgränserna, med ett Stanford-integritetsdiagram för klassificering av fel mot PL (skyddsnivå).

Reproducerbara studieartefakter

Fyra öppna studier återskapar var och en en bytedeterministisk artefakt (fast frö) med ett enda kommando: talen bakom studierna om skärningspunkten mellan kvant och klassisk, optimismgapet vid RF-störningar, poängsättning av PNT-resiliens och skyddsnivå för tid:

# 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

Varje artefakt registrerar sin motorversion, sina frön och en konfigurationshash och bär en ärlig märkning MODELLED/VALIDATED. Proberna med verkliga data (*_probe) kör samma pipeline över inspelningar som du själv tillhandahåller lokalt; inga datamängder levereras i repot. Studien av optimismgapet vid RF-störningar finns beskriven i förpubliceringen arXiv:2606,22054, och den villkorade skyddsnivån för tid (tpl_jammertest ovan) i förpubliceringen arXiv:2606,24210 (se Citera).

De publicerade studierna om PNT vid månen (arXiv:2607,06212 DOP med fyrar på ytan, arXiv:2607,02566 VLBI-observerbarhet och arXiv:2610,23871 observerbarhet av båglängd vid cislunart) har sina påståenden om geometri, dilution of precision, realtidsprediktion av referenssystem / parametrar för jordens orientering (EOP), avlägsna retrograda banor och RF-avståndsmätning oberoende korskontrollerade i tests/validate_p*.rs mot separata oberoende referenser (scipy.special.j1, en oberoende NumPy-lösning av DOP med (HᵀH)⁻¹, en omtolkning i NumPy av samma rader i IERS finals2000A och NASA/JPL:s databas Three-Body Periodic Orbit Database). Det här är ytterligare regressionskontroller av den modellerade månsviten; de ändrar inte antalet i den maskingranskade matrisen.

Scenarioformat#

Scenarier är deklarativ TOML. Ett kind på översta nivån väljer paketet: femtio sammanlagt (clock är standard om det utelämnas): 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 (testbädd för utvärdering av maskininlärningsbaserad detektering av RF-störningar: märkt syntetiskt korpus + detektoragnostisk ROC/AUC-ram + optimismgap mellan inom och utanför fördelningen), quantum-trade (avvägning mellan kvantbaserad och klassisk PNT med inläsning av uppmätt ADEV + resilienskuvert för GNSS-nekad drift; MODELLED), space-weather (sol- och geomagnetiska index + exosfärstemperatur enligt Jacchia-71 + aktivitetsdriven termosfärisk densitet över den statiska atmosfären; MODELLED), oem-interop (CCSDS OEM-brygga för import och tur och retur av efemerider från GMAT/Orekit/STK; MODELLED), trion för uppdragsanalys launch-window (tvåkropps-uppskjutningsazimut / planbyte / tillfällen), reentry (ballistisk återinträdeskorridor enligt Allen-Eggers), eo-coverage (EO-svep / GSD / åtkomst / återbesöksgeometri), space-packet (CCSDS 133,0 TM/TC, telemetri/telekommando, ramning av Space Packet, exakt bitlayout, tur och retur verifierad), och attitude-budget (3-DOF gravitationsgradientmoment + RSS-budget för pekningsfel), passes (prediktion av upp-/nedgångspass för markstation, AOS/TCA/LOS, maxelevation, åtkomst), och link-budget (enkelriktad CCSDS/DSN-länkekvation: FSPL / Eb·N₀ / marginal / slutning); telecom-timing (holdover-tidsfel, MTIE och TDEV kontrollerade mot ITU-T-masker); spectrum (hela GNSS L-bandet som en enda effektspektraltäthet: ett vattenfall över frekvens och tid under en skriptad tidslinje för en jammer med kontinuerlig våg, smalband, chirp eller matchat brus, förhållandet mellan jammer och signal per band och effektiv bärvåg-till-brusdensitet utifrån den spektrala separationskoefficienten, samt in- och utdata för inspelningar i Signal Metadata Format (SigMF) med Welch-spektrumskattningar; signalspektra VALIDATED mot läroboksvärden, jammerscenariot MODELLED; se docs/SPECTRUM.md; samma typ ritar paneler för UHF-, S- och C-band med utformade signaler för låg omloppsbana); leo-signal (utformningar av PNT-signaler för låg omloppsbana för vilket system som helst: bandbegränsade spektra, jitter vid kodföljning och avståndsnoggrannhet, infångningssökning och tid, spektral separation mot GPS och Galileo, jammertolerans och en avvägning mellan UHF och C-band, från publika förinställningar som Xona Pulsar, Iridium, Starlink och CentiSpace eller inbäddade utformningar; de slutna formerna och LEO-Doppler VALIDATED, utformningarna MODELLED; se docs/LEO-SIGNAL.md); solar-system (solen, planeterna, Pluto, månen och sju stora månar vid en epok: positioner, konstanter, ljustider och banspår; planeternas positioner VALIDATED mot JPL Horizons) och body-pnt (positionsbestämning runt vilken som helst av de kropparna med en lokal navigeringskonstellation och en djuprymdslänk från jorden; MODELLED); campaign (befintliga typer sammansatta till en kedjad uppdragstidslinje där tillstånd överlämnas mellan faserna, ett parametersvep, en Monte Carlo-ensemble med frö eller flera scenarier under ett gemensamt villkor; MODELLED, se docs/CAMPAIGNS.md); constellation-design (Walker-delta- och stjärnmönster, elementlistor och utformningar med flera skal med förinställningar för GPS, Galileo, BeiDou och GLONASS, samt täckning och dilution of precision över ett latitud-/longitudrutnät; generatorn och global DOP för GPS VALIDATED mot de publicerade tjänstedokumenten, se docs/CONSTELLATION-DESIGN.md); leo-pass (ett pass för en PNT-satellit (positionering, navigering och tidssynkronisering) i låg omloppsbana (LEO) och dess länkbudget band för band, från vilken konstellation och signalutformning som helst: siktvinklar, Doppler och Dopplerhastighet, ITU-R-förluster från regn, gas, scintillation och byggnadsinträde, bärvåg-till-brusdensitet mot de MEO-GNSS-satelliter som är i sikte, första ordningens jonosfär och jonosfärsfria par samt en energisnål positionsbudget, jonosfärssondering från varje bandpar och spoofingövervakare genom konsistens i Doppler och passgeometri och genom konsistens mellan band; ITU-R-termerna och Dopplerkuvertet för en statisk användare VALIDATED, passet MODELLED, se docs/LEO-PASS.md); leo-navmsg (sändningsefemeriden och klockmeddelandet från en PNT-satellit i låg omloppsbana (LEO), för vilken bana och bärvåg som helst: en anpassare från en integrerad sanningsbana till Galileos keplerska uppsättning, den uppsättningen med korrektionspolynom i längs-, tvärs- och radiell led, modellen med 22 parametrar enligt Liu m.fl. 2025 eller ATOMIC:s ECEF-polynom med nollklocka; signal-in-space-avståndsfel (SISRE) mot passningsintervall och uppdateringsperiod, en kontroll av kontinuitet vid uppdatering mitt i ett pass, Kshanas egen dokumenterade binära ram med en cyklisk redundanskontroll CRC-24Q och en kvantiseringsbudget, och ett block i stil med RINEX-4 märkt som ett Kshana-tillägg; SISRE-vikterna, Galileos användaralgoritm och CRC-24Q VALIDATED, anpassningarna MODELLED; valfria förinställningar för Xona Pulsar, Iridium, Starlink, CentiSpace, ett representativt system i C-band, ATOMIC och Celeste IOD; se docs/LEO-NAVMSG.md); trion för sammanslagen MEO + LEO PNT leo-pvt (Dopplerpositionering utifrån avståndshastighet från satelliter i låg omloppsbana (LEO), gemensamma positionsbestämningar med GNSS + LEO-pseudoavstånd med intersystembiaser och DOP mot antalet LEO-satelliter, täckning vid polerna och i Arktis samt LEO-tidsöverföring till UTC, över vilken konstellation som helst, med valfria förinställningar som signaler från Xona Pulsar, Iridium och Starlink som opportunistiska signaler; LEO-Dopplerkuvertet VALIDATED mot publicerade siffror för Iridium och Xona), leo-ppp (konvergens för precis punktpositionering med enbart GNSS och med LEO-förstärkning, jämförd med Li m.fl. 2019) och ntn-positioning (positionering med 5G icke-terrestriska nät utifrån Cramér-Rao-gränsen för signalbandbredden), MODELLED bortsett från det kuvertet, se docs/LEO-PNT-FUSION.md; leo-pnt-chain (ett LEO-PNT-system från början till slut: en utformning av typen leo-signal buren av ett band av typen leo-pass, passets C/N0 och navigeringsmeddelandets signal-in-space-avståndsfel överlämnade till en sammanslagen positionsbestämning av typen leo-pvt och konvergens av typen leo-ppp, med varje överlämning listad; MODELLED, se docs/LEO-PNT.md, som också är översikten över varje LEO-PNT-typ och scenario, inklusive resilienskampanjerna, ett scenario per fokusområde för experiment och ett per slutanvändarbransch); månsviten för PNT lunar-vlbi, lunar-joint-od-clock, lunar-frame-realisation, moonlight-service-volume, lunar-differential-pnt, lunar-interop-export; demonstratorn för kvantbaserad PNT quantum-time-transfer, quantum-gnss-free-nav, quantum-anomaly-detect; och forskningstyperna för signalsäkerhet, cislunart och skiktad resiliens lunar-attack-surface, realtime-frame-eop, lunar-time-budget, hybrid-optical-rf, cislunar-observability, conflict-resilience. Trion för uppdragsanalys och dessa senare typer är alla MODELLED (var och en med en validerad sluten kärna; se matrisen). Gemensamma fält: seed, ett [time]-rutnät, en tidslinje för [gnss]-tillgänglighet (bortfallets drivkälla) och block per sensor med provenance-strängar som anger källan till varje tal. Exempel (klocka):

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

Valfria fält (av när de saknas): en klocka kan lägga till flicker_floor (1/f FM — frekvensmodulation — Allan-golv); en tröghetssensor kan lägga till gyro_bias och q_arw (gyrobias och slumpvandring i vinkel), samt bias_instability och q_aa (Allan-golvet för biasinstabilitet och slumpvandring i acceleration) — tillsammans en felbudget för en enaxlig (1-DOF) accelerometer (VRW/ARW — slumpvandring i hastighet/vinkel — och biasinstabilitet). Det är den felbudget som det medföljande paketet av scenarier för inertial kör. Separat innehåller biblioteket nu en verifierad 3-axlig strapdown-navigator (src/inertial/{attitude,mechanization,imu_errors}.rs): kvaternionbaserad attityd med coning/sculling-kompensation, en fullständig NED-mekanisering (termer för jordrotation och transporthastighet, WGS-84 Somigliana-gravitation) och en deterministisk IMU-felmodell där skalfaktor, felinriktning, g-känslighet, kvantisering och hastighetsramp är modellerade (IEEE Std 952-1997, IEEE:s specifikation och testprocedur för gyron, §A.2; Groves 2013 §4,3). Den 3-axliga vägen är nu kopplad till ett körbart löst kopplat GNSS/INS-paket (kind = "gnss-ins"): ett EKF med 15 feltillstånd styr strapdown-lösningen mot brusiga positionsbestämningar så länge GNSS är tillgängligt och glider sedan genom avbrottet, och redovisar det sammanvägda horisontella felet mot den öppna glidningen med enbart INS. En tätt kopplad pseudoavståndsuppdatering finns också (den bildar innovationen i avståndsdomänen och fortsätter därför att korrigera med färre än fyra satelliter). Ett scenario för klock-holdover kan lägga till runs (> 1) för att köra en Monte Carlo-ensemble — varje kvalitetsmått redovisas då som medelvärde med en spridning mellan 5:e och 95:e percentilen, och diagrammet skuggar felets konfidensband (se scenarios/clock-ensemble.toml).

Ett fusion-scenario (samma block som hybrid) kör två oberoende Kalman-estimatorer — en för klocktillståndet och en för lägestillståndet — styrda av GNSS och stödda av optisk tidsöverföring, och redovisar ett kombinerat kvalitetsmått för holdover. De två blocken delar ingen korskovarians: det är ett staplat par av felbudgetar, inte ett riktigt kopplat gemensamt filter för klocka och position (korskovarians mellan blocken finns på färdplanen). Se scenarios/fusion-pnt.toml.

Ett spoof-scenario injicerar en tidsspoofing — en av fyra sorter av [attack.shape] (linear_ramp, step_jump, meaconing, replay; ett fristående rate_ns_per_s godtas fortfarande som en linjär ramp) — och kör varje klockas spoofing-detektor. Detektorn är ett tvåsidigt χ²₁-energitest / Neyman–Pearson-test på den klockstödda övervakningsstatistiken: tröskeln sätts utifrån en målbudget för falsklarm target_pfa, och sannolikheten för missad detektering P_md redovisas både på sluten form och med Monte Carlo (mc_runs försök per hypotes — de två stämmer överens inom några gånger 1/√N). Kvalitetsmåttet för säkerhet är 1 − P_md vid den operativt skadliga (spec-)storleken, så en tyst klocka som fångar en spoofing av spec-storlek får ≈ 1 och en bullrig klocka som ofta missar den får lägre poäng (se scenarios/spoof-attack.toml, scenarios/spoof-meaconing.toml).

Ett gnss-sim-scenario är en simulering i mätdomänen: för varje synlig satellit syntetiserar det pseudoavståndet ρ = geometric range + c·δt_rx − c·δt_sv + I + T + noise + multipath och L1-Doppler, med den enfrekventa jonosfären enligt Klobuchar ([iono], IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5) och zenittroposfären enligt Saastamoinen projicerad med mappningsfunktionen Niell (1996) ([tropo]). Residualerna matas till snapshot-RAIM för HPL/VPL per epok, och varje satellits pseudoavstånd, Doppler, C/N₀ samt jono-/tropokorrektioner skrivs ut i JSON-fältet gnss_measurements. Det är en framåtsimulator (den genererar mätningar utifrån en känd referens), inte en mottagare eller lösare — en körning utan brus återger geometrin plus korrektionerna med submillimeternoggrannhet (se scenarios/gnss-sim-raim.toml).

Ett jamming-scenario modellerar RF-störning som en länkbudget: en [jammer] (ECEF-position, sändeffekt power_dbw, typ) höjer förhållandet mellan störsändare och signal vid en [receiver] som tar emot en Walker-[constellation]. Utifrån geometrin (frirymdsförlust och antennförstärkning per riktning) beräknar det varje satellits J/S, den effektiva C/N₀ via den vanliga ekvationen för anti-jam (processningsvinst vid avspridning × spektralseparationsfaktorn Q; Kaplan & Hegarty §9,4), och markerar förlust av låsning under en konfigurerbar spårningströskel — och redovisar ett kvalitetsmått availability_under_jamming. En bredbandig störsändare på 10 W på 1 km slår ut mottagaren helt (J/S ≈ 72 dB); samma störsändare på 100 km försämrar bara länkarna (se scenarios/jamming-demo.toml).

Ett sweep-scenario kör en avvägningsstudie: det varierar en parameter (threshold_ns, duration_s, quantum_q_wf eller classical_q_wf) från start till stop över steps punkter på en lin- eller log-scale, registrerar ett metric (till exempel holdover_s) för båda klockorna och ritar de två kurvorna. Basscenariot placeras under [base] (se scenarios/sweep-clock-stability.toml).

Ett sweep-nd-scenario generaliserar detta till vilket paket som helst och valfritt antal axlar: det varierar punktade TOML-nycklar i ett [base]-scenario (av vilket kind som helst) över den kartesiska produkten av [[axes]], kör om varje rutnätsnod och registrerar metrics angivna som punktade JSON-sökvägar in i resultatet (till exempel classical.fom.holdover_s). Det fungerar för alla paket eftersom det arbetar i gränssnittet mellan TOML och resultat; inhemska körningar utvärderar rutnätet parallellt (inget extra beroende, wasm faller tillbaka på sekventiell körning) och utdata är deterministiska och radvisa (se scenarios/sweep-nd-inertial.toml).

Ett orbit-scenario härleder tidslinjen [gnss] ur geometri i stället för att skriva den för hand — ange en [user]-bana, en [constellation], en elevationsmask_deg och de två klockblocken. Det redovisar också positionsnoggrannhet utifrån satellitgeometrin; den valfria sigma_uere_m (användarekvivalent avståndsfel på 1 sigma, standardvärde 1 m) skalar positionens utspädning av precision till ett positionssigma. Användarens bana kan göras excentrisk med eccentricity och argp_deg, och j2 = true lägger till sekulär drift från jordens tillplattning (se scenarios/orbit-molniya.toml). Konstellationen kan i stället vara en verklig: ge [constellation] ett tle-block med tvåradiga elementmängder så tolkas satelliterna ur det (se scenarios/orbit-real-tle.toml). Lägg till ett eller flera [[constellations]]-block för multi-GNSS (till exempel GPS + Galileo; se 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

De GPS-nekade alt-PNT-slagen navigerar helt utan GNSS och matchar en uppmätt fältsekvens mot en karta via ett partikelfilter. Ett gravity-map-scenario flyger ett spår genom ett gravitationsanomalifält av sfäriska harmoniska och återskapar det utifrån avläsningen från en gravimeter med kalla atomer (scenarios/gps-denied-gravity-nav.toml); ett terrain-nav-scenario gör detsamma mot en höjdmodell från SRTM (TERCOM/SITAN, scenarios/terrain-nav.toml); och ett combined-altpnt-scenario sammanväger gravitation + magnetfält från IGRF + terräng i ett enda filter (scenarios/combined-altpnt.toml).

Ett lunar-integrity-scenario utvärderar cislunär PNT: det kör ett skyddsnivåpass med ARAIM vid månens sydpol mot en uppsättning LunaNet/LNIS-reläer och redovisar ärligt integritetsgapet — ett σ_URE på ~30 m på månen driver skyddsnivån långt över en larmgräns på 50 m, så tjänsten är otillgänglig under integritetsregler i flygstil (scenarios/lunanet-araim.toml).

Ett lunar-time-offset-scenario redovisar den relativistiska klockgången mellan jorden och månen — grunden för en tidsskala för månens koordinattid (LTC/TCL). En post-newtonsk identitet från första principer summerar skillnaden i egenpotential (IAU:s geoidpotential L_G minus månytans egenpotential) och månens kinetiska term (andra ordningens Dopplereffekt) till en sekulär hastighet på ≈ 57 µs/dygn, redovisad med det publicerade bandet 56–59 µs/dygn; det ger också den ackumulerade LTC−TT-förskjutningen över en horisont och en ensemble med inversvarians (en klocka på papper för månen). MODELLED — huvudsiffran är referensberoende (jordens geoid mot månens selenoid, medelvärdesfönster), vilket är skälet till att ett band, inte ett enda fastställt tal, redovisas (scenarios/lunar-time-offset.toml).

Se scenarios/ för minst ett genomarbetat exempel för varje typ (92 typer, 193 scenariofiler med .toml + 1 svitmanifest — flera typer levereras med mer än ett exempel). Inte varje typ har en fil uppkallad efter sig: lunar-integrity → scenarios/lunanet-araim.toml och gravity-map → scenarios/gps-denied-gravity-nav.toml är två av flera sådana. Lista de typer som går att anropa när som helst med cargo run -- --validate <file> fel, Python list_kinds() eller MCP-verktyget list_scenario_kinds.

Utdata#

Resultatartefakten är versionshanterad, självbeskrivande JSON: tidsserier per steg, de poängsatta kvalitetsmåtten, de aktiva modellspecifikationerna (med proveniens), fröet, en scenario-hash — så att varje diagram kan återskapas ur filen — och för varje klocka en adev_curve ([{tau_s, adev, n_samples, noise, edf, ci_lo, ci_hi}]): den överlappande Allan-deviationen över medelvärdestider med oktavavstånd — det vanliga sättet att avläsa en klockas stabilitet — nu med ett brustypsspecifikt 95-procentigt konfidensband per punkt (registreringens potenslagstyp identifieras ur dess modifierade Allan-lutning, och χ²-intervallet använder de matchande effektiva frihetsgraderna enligt NIST SP 1065). Webbläsarens lekplats återger den som ett log-log-diagram "Klockstabilitet (ADEV)". (MDEV, TDEV och HDEV finns som bibliotekets estimatorer; den exporterade resultatkurvan är den överlappande ADEV.) Varje fält, med enheter och en källhänvisning, dokumenteras i docs/SCHEMA.md.

Varje diagram är självbeskrivande. Webbläsarens lekplats, CLI:ns export av *.chart.svg och HTML-resultatkortet (HyperText Markup Language) stämplar alla diagrambilder med en sidfot som lyder Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev. scenario <hash> är de första 12 hextecknen i körningens scenario-hash — en SHA-256-sammanfattning (den 256-bitars Secure Hash Algorithm) över den kanoniska scenariodefinitionen (frö, trösklar, modellparametrar, GNSS-fönster, …); integritets- och månrapporterna, som inte har någon egen hash, faller tillbaka på en SHA-256 av scenariokällan. Det är samma fingeravtryck som visas i enradssammanfattningen och i resultat-JSON, så ett sparat eller inklistrat diagram bär alltid sin version, det exakta scenario som gav upphov till det (för reproduktion bit för bit) och källan — ändra någon indata och hashen ändras.

Kvalitetsmåtten följer de vanliga operativa kvalitetsmåtten för PNT:

Är begreppen nya för dig? Vart och ett förklaras på vanlig svenska i ordlistan.

Förvarets uppbyggnad#

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#

Behöver jag förstå kvantfysik för att använda det här? Nej. Om du kan köra en kommandorad kan du köra Kshana. Börja med introduktionen på vanlig svenska; slå upp termer i ordlistan.

Är det här en konstruktion av kvantmaskinvara eller flygprogramvara? Nej. Det är en prestandasimulator. Troheten hos kvantmaskinvara kommer från publicerade felmodeller, inte från det här verktyget. Se Vad det är och inte är.

Är kvantresultaten realistiska, eller marknadsföring? Varje parameter är hänvisad till ett datablad eller en artikel, varje modell är validerad mot en lärobokssamband, och mognaden anges ärligt i VALIDATION.md — inklusive att ingen optisk strontiumklocka har flugit. Motorn är neutral: kvant och klassiskt är samma kod med olika publicerade siffror.

Kan jag lita på att två körningar ger samma resultat? Ja — körningar är deterministiska: scenario + seed + engine version → bit-identical output, vilket upprätthålls av scripts/check-reproducible.sh.

Kan jag använda det från Python eller i en webbläsare? Ja — se Installera: exemplen för Python och WebAssembly finns under den. Båda anropar samma motor.

Hur modellerar jag min egen sensor? Skriv ett scenario .toml med sensorns publicerade siffror i fälten provenance. Se Scenarioformat och exemplen i scenarios/.

Är det gratis för kommersiell användning? Ja — under AGPL-3.0, även i kommersiella sammanhang, så länge du respekterar AGPL:s copyleft (framför allt: om du ändrar Kshana och erbjuder det över ett nätverk måste du erbjuda de användarna din ändrade källkod). Om det inte passar dig — till exempel om du behöver bädda in Kshana i en proprietär produkt eller driva en sluten nättjänst — finns en kommersiell licens från Ashforde® OÜ; se LICENSING.md och Support.

Felsökning#

cargo build misslyckas med en gammal verktygskedja. Kshana kräver Rust ≥ 1,88. Uppdatera med rustup update.

Bygget av Python-tillägget misslyckas att länka på macOS (Undefined symbols … _Py…). Ett Python-tillägg löser sina symboler vid inläsning. maturin sätter rätt länkflagga automatiskt — använd maturin develop --features python i stället för ett fristående cargo build.

Python-bygget klagar på att tolken är nyare än vad PyO3 känner till. Ange PYO3_USE_ABI3_FORWARD_COMPATIBILITY=1 (abi3-wheels är framåtkompatibla mellan CPython-versioner).

WebAssembly-bygget hittar inte målet. Installera det en gång med rustup target add wasm32-unknown-unknown och kör sedan wasm-pack build --target web -- --features wasm.

Var tog min utdata vägen? Varje körning skriver <scenario>.result.json, <scenario>.chart.svg, <scenario>.report.html och <scenario>.report.json bredvid indatafilen .toml, och även <scenario>.table.csv för de slag som publicerar en tabell. Alla ignoreras av git med flit.

Versionshantering och utgåvor#

Kshana följer Semantisk versionshantering. Före 1.0 kan det publika schemat för scenarier och resultat fortfarande ändras; brytande ändringar anges uttryckligen i CHANGELOG.md. Varje resultat kan återskapas ur scenario + seed + engine version.

Varje vX.Y.Z-tagg publicerar alla kanaler automatiskt, i en bestämd ordning — hela testsviten körs först på den taggade incheckningen, ingenting publiceras förrän den passerar, och efteråt kontrollerar pipelinen att varje register verkligen levererar den nya versionen (docs/RELEASING.md). Kanalerna:

MCP-serverns crate-, avbilds- och registerversion följer motorn (den paketerar biblioteket); JetBrains-pluginet versionshanteras oberoende (det anropar din installerade binärfil kshana).

Färdplan#

Se ROADMAP.md för den fasindelade färdplanen, CHANGELOG.md för utgiven historik och docs/CAPABILITY.md för färdplanen per förmåga. Prioritetsordningen är: evidens för tidssynkronisering och holdover för kritisk infrastruktur först (telekommasker, längre holdover med åldrings- och flickerbrus, inläsning av uppmätta klockdata); den neutrala avvägningsmetoden mellan kvant och klassiskt därefter (resultat märkta MODELLED tills en partners uppmätta data höjer dem); och navigering på månen, cislunärt och i djuprymden bibliotekshålls, utan att byggas ut som huvudspår. Den ITRF-precisa referenssystemsreduktionen är nu levererad — hela den CIO-baserade kedjan GCRS↔ITRS enligt IAU 2006/2000A (polrörelse + nutation under bågsekunden), validerad bit för bit mot SOFA/ERFA och oberoende korskontrollerad mot ANISE (SPICE i ren Rust) till ≤ 3,6 m på GNSS-bana. Närliggande punkter är bland annat tätt kopplad bärvågsfasfusion och att göra den löst/tätt kopplade GNSS/INS-navigatorn tillgänglig i fler paket; motorn för radiometrisk navigering i djuprymden och till Mars kom i v0.17.0 (validerad genom simulering). Kvantfysiklagret är en P2-punkt: CAI-accelerometern simuleras nu från första principer (Mach–Zehnder-fas, projektionsbrus, kontrastavklingning, vibrationskoppling), medan sensorerna för klocka och tidsöverföring fortfarande drivs av publicerade Allan-/brusbudgetkoefficienter. GMST-baserad TEME↔ECEF, IERS tidssystem med skottsekunder (UTC/TAI/TT/UT1), SGP4/SDP4-banpropagering (v0.7.0, validerad mot AIAA 2006-6753-vektorerna) och det körbara fusionspaketet gnss-ins har alla levererats, och tröghetshastigheten exponeras nedströms. En aktiv stokastisk detektor för tidsspoofing (Neyman–Pearson / χ²₁-energitest med Monte Carlo-P_fa/P_md och ett säkerhetsmått på 1−P_md), en länkbudgetmodell för jamming (J/S → effektiv C/N₀ → förlust av låsning), tillgänglighet med flera konstellationer, en enaxlig (1-DOF) IMU-felbudget, två oberoende Kalman-estimatorer (klocka + position) som redovisas som ett kombinerat kvalitetsmått, verklig konstellationsgeometri från TLE, ett HTML-resultatkort, geometriderived GNSS-tillgänglighet och utspädning av precision från Kepler-banor med excentricitet och J2-drift, Monte Carlo-konfidensband, parametersvep för avvägningsstudier, en WebAssembly-lekplats i webbläsaren samt valfria bindningar för Python (PyO3) och WebAssembly (wasm-bindgen) har landat på main.

Bidra#

Se CONTRIBUTING.md. I korthet: testerna passerar (cargo test), de två vaktskripten passerar, Conventional Commits, och en post under [Unreleased] i CHANGELOG.md för varje ändring som syns för användare. Deltagande styrs av vår uppförandekod. För att rapportera en säkerhetsbrist, se säkerhetspolicyn — öppna inte ett publikt ärende för sårbarheter.

Dokumentation#

Viktiga referenser#

Valideringsreferenser och standarder: de externa auktoriteter som Kshanas kontroller är förankrade i:

• Vallado, Crawford, Hujsak & Kelso — Revisiting Spacetrack Report #3 (AIAA 2006-6753; testdata): verifieringsmängden för SGP4/SDP4 som Kshana stämmer med till 4,12 mm, och de genomarbetade exemplen på referenssystem som kedjan TEME→ITRF kontrolleras mot.
• IAU SOFA / ERFA — referensrutinerna för tid och referenssystem som IAU 2000A-nutationen och CIO-reduktionen GCRS↔ITRS är validerade bit för bit mot.
• Petit & Luzum (red.) — IERS Conventions (2010), IERS TN (Technical Note) 36 (jordens orientering, polarrörelse och standarder för referenssystem).
• Riley — Handbook of Frequency Stability Analysis, NIST SP 1065 (samband för Allan-deviation och referensserien NBS14; NBS = det tidigare amerikanska National Bureau of Standards).
• Pedregosa m.fl. — scikit-learn: Machine Learning in Python, JMLR 12 (2011): referensimplementationerna av ROC/AUC, förväxlingsmatris och precision/recall/F1 som testbädden för utvärdering av RF-störningar exakt matchas mot (tests/eval_metrics_reference.rs).
• Virtanen m.fl. — SciPy 1,0, Nature Methods 17 (2020): optimize.nnls, stats.chi2 och linalg.expm, referensrutinerna som NNLS-anpassningen av uppmätt ADEV för kvantaffärer, χ²-konsistensbanden och van-Loan-kovariansen för klockans processbrus är validerade mot (tests/scipy_reference.rs).
• Knowles, Kanhere, Neamati & Gao — gnss_lib_py, SoftwareX 27 (2024): används både som öppen tidigare teknik (se Jämförelse och öppen tidigare teknik nedan) och som den oberoende DOP-referensen som beräkningen av GDOP/PDOP/HDOP/VDOP/TDOP matchas mot till 1e-6 (tests/dop_reference.rs).
• Montenbruck & Gill — Satellite Orbits: Models, Methods and Applications (Springer): kraftmodellerna bakom kraftmodellsanpassningen till myndigheters precisa efemerider.
• 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 (halo-/NRHO-familjerna som CR3BP-differentialkorrigeraren återskapar).

Fysik för komponenter och metoder: de citerade källorna bakom sensormodellerna:

• Origlia, Schiller, Bongs m.fl. — arXiv:1503,08457 (optisk strontiumgitterklocka, rymdinriktat mål).
• Oelker m.fl., Nature Photonics (2019) — doi:10.1038/s41566-019-0493-4 (Sr-klocka i laboratorium, 4,8×10⁻¹⁷).
• Templier m.fl., Science Advances (2022) — arXiv:2209,13209 (hybrid kvantaccelerometertriad).
• Groves, Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation — handledning från IEEE AESS (Aerospace and Electronic Systems Society) (University College Londons Discovery-arkiv) (felväxt vid dödräkning).
• Giorgetta m.fl., Nature Photonics 7, 434 (2013) — arXiv:1211,4902; Deschênes m.fl., Phys. Rev. X 6, 021016 (2016) — APS (American Physical Society) (optisk tvåvägsöverföring av tid och frekvens; den optiska länken mellan satelliter modellerar sin budget för icke-reciprocitet efter dessa).
• Betz — Binary Offset Carrier Modulations for Radionavigation, NAVIGATION 48(4) (2001), doi:10.1002/j.2161-4296.2001.tb00247.x (BOC-moduleringen och teorin om spektral separation bakom src/navsignal.rs).
• Kaplan & Hegarty (red.) — Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications (3:e uppl., Artech House, 2017): ekvationen för effektiv C/N₀ under anti-jam och det termiska bruset i jittern vid kodföljning med tidig–sen DLL som modellerna för navigeringssignaler och jamming använder.

Jämförelse och öppen tidigare teknik: de verktyg och översikter som Kshana positioneras mot:

• Humphreys m.fl. — TEXBAT (Texas Spoofing Test Battery; ION, Institute of Navigation, GNSS 2012): parametrarna i spoofingtestbatteriet som den flerskiktade detektorn karaktäriseras mot.
• González m.fl. — NaveGo (2017): de öppna, validerade felprofilerna för tröghetsnavigering som används som klassisk baslinje.
• Iiyama, Casadesús Vila & Gao — LuPNT (ION GNSS+ 2023, Stanford NavLab): öppen simulator för PNT vid månen.
• Knowles, Kanhere, Neamati & Gao — gnss_lib_py, SoftwareX 27 (2024), doi:10.1016/j.softx.2024.101811: öppen analys av GNSS-data.
• 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 m.fl. — Earth and Space Science 8(6) (2021), doi:10.1029/2020EA001454: reducerat dynamisk OD av GRAIL, det empiriska accelerationsgolv som LRO-anpassningen återskapar.