Походження — кожен параметр простежується до опублікованого джерела
Головна дисципліна чесності Kshana полягає в тому, що кожен параметр сенсора, фізична модель і набір даних для валідації простежуються до опублікованого джерела — технічного опису виробника, рецензованої статті, ICD (документ керування інтерфейсом) сигналу в просторі або стандарту. Цей документ збирає ці рядки походження в єдину таблицю, на яку можна посилатися.
Походження — це не лише документація: кожна таблиця сенсора в сценарії (наприклад, [clock_quantum] і [clock_classical]) містить рядок provenance (ModelSpec у src/types.rs; with_provenance у src/inertial/imu_errors.rs для моделі похибок інерціального вимірювального блока (IMU)), який потрапляє в JSON результату (JavaScript Object Notation) як quantum.spec.provenance і classical.spec.provenance, тож кожен прогін несе власні посилання на джерела параметрів. Блок units результату також позначає кожне числове поле класом походження (input, computed, closed-form, internal-consistency, …). Таблиці нижче — це зведений, зручний для читання покажчик цих рядків, а також походження алгоритмів і валідації з коментарів у коді.
Зрілість позначено чесно впродовж усього тексту: льотно-кваліфікований (літав), наземна лабораторія / ракета-зонд (продемонстровано, не літав) або космічна мета на наземному обладнанні (прагнене значення для обладнання, яке не літало, — зокрема кожне значення для стронцієвих оптично-ґратчастих годинників). Позначки за кожним значенням validated / modelled / not modeled див. у VALIDATION.md, а обговорення зрілості «наземна лабораторія проти польоту» — у QUANTUM-MODELS.md.
1. Параметри годинників і еталонів частоти#
| Сенсор | Ключове значення | Джерело | Зрілість |
|---|---|---|---|
| Microchip (Microsemi) SA.45s / SA65 CSAC (мікромініатюрний атомний годинник) | σ_y(1 с) = 3,0×10⁻¹⁰ | Технічний опис виробника | льотно-кваліфікований (розгорнута комерційна деталь) |
| Стронцієвий оптично-ґратчастий годинник (космічна мета) | σ_y(1 с) = 1×10⁻¹⁵ | Origlia, Schiller, Bongs та ін., arXiv:1503,08457 | космічна мета на наземному обладнанні — жоден оптичний годинник на Sr не літав |
| Стронцієвий оптично-ґратчастий годинник (лабораторний рекорд) | σ_y(1 с) = 4,8×10⁻¹⁷ | Oelker та ін., Nature Photonics (2019) | лише наземна лабораторія |
| ACES/PHARAO (Atomic Clock Ensemble in Space / Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite; еталон на МКС (Міжнародній космічній станції)) | порядку 1×10⁻¹⁶ після багатодобового інтегрування | ESA (Європейське космічне агентство) ACES/PHARAO, діє на МКС з квітня 2025 (посилатися на опубліковані результати ESA) | льотно-кваліфікований (мікрохвильовий/мазер, не оптичний) |
Коефіцієнт білого шуму частоти Аллана, який використовує модель holdover, дорівнює q_wf = σ_y(1 s)²; флікерна частотна модуляція (flicker FM) і старіння моделюються лише там, де явно задано flicker_floor (див. VALIDATION.md), інакше вони не моделюються.
2. Параметри інерціальних сенсорів#
| Сенсор | Ключові значення | Джерело | Зрілість |
|---|---|---|---|
| Гібридна квантова тріада акселерометрів Exail | стабільність зміщення 6×10⁻⁸ g = 5,88×10⁻⁷ м/с² (24 год); шум 22 µg/√Hz = 2,16×10⁻⁴ (м/с²)/√Hz | Templier та ін., Science Advances (2022), arXiv:2209,13209 | ground-lab |
| Кварцовий акселерометр навігаційного класу Honeywell QA-2000 | стабільність зміщення ~160 µg = 1,57×10⁻³ м/с²; шум ~20 µg/√Hz; нестабільність зміщення ~1 µg | Виробник / Groves, AESS (Aerospace and Electronic Systems Society) Tutorial | flight-qualified |
| Модель похибок IMU (масштабний коефіцієнт, незведення осей, чутливість до g, квантування, лінійне наростання швидкості) | п'ять систематичних категорій | IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Std 952-1997 §A.2; Groves 2013 §4,3, таблиця 4,1 | модель |
| Безплатформова механізація (NED, північ-схід-вниз; конінг/скулінг) | кватерніонна орієнтація §2,2, §5,5; механізація NED §5,4; гравітація §2,4 | Groves, Principles of GNSS (global navigation satellite system), Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, 2-ге вид. | модель |
3. Параметри передавання часу та частоти#
| Лінія | Ключове значення | Джерело |
|---|---|---|
| Вільнопросторова оптична двостороння (міжсупутникова) | лабораторна межа ~1 фс; 1 пс — правдоподібна мета на орбіті | Giorgetta та ін. (2013, Nature Photonics); Deschênes та ін. (2016, Physical Review X) |
| TWSTFT (двостороннє супутникове передавання часу й частоти, Ku-діапазон) | одна сесія ~0,5 нс | BIPM (Міжнародне бюро мір і ваг) / PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, німецький національний метрологічний інститут) / NIST (Національний інститут стандартів і технологій) |
4. Моделі орбіт, систем часу та систем відліку#
| Модель | Рівняння / стандарт | Джерело (коментар у коді) |
|---|---|---|
| Поширення SGP4/SDP4 (SGP4: Simplified General Perturbations 4; SDP4: Simplified Deep-space Perturbations 4) | модель SGP4 на WGS-72 (WGS: World Geodetic System) | Vallado та ін., «Revisiting Spacetrack Report #3», AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) 2006-6753 (2006) |
| Високосні секунди / системи часу (UTC/TAI/TT/UT1 (UTC: всесвітній координований час; TAI: міжнародний атомний час; TT: земний час; UT1: всесвітній час 1, час обертання Землі)) | режим цілих високосних секунд з 1972-01-01 | Конвенції IERS (Міжнародна служба обертання Землі та систем відліку) (2010); історія високосних секунд із бюлетеня IERS Bulletin C |
| Кут обертання Землі | θ(Tu) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448·Tu) |
IAU (Міжнародний астрономічний союз) 2000, резолюція B1.8 |
| Положення/годинник SV (космічний апарат, тобто супутник) за бортовими ефемеридами | користувацький алгоритм, релятивістський F·e·√A·sin Eₖ, TGD |
IS-GPS-200 (IS: Interface Specification; GPS: Global Positioning System) §20.3.3.4.3.1 / §20.3.3.3.3.1 |
| Константи ефемерид Galileo / QZSS (японської Quasi-Zenith Satellite System) / BeiDou (μ, Ω̇ₑ, C̄₂₀) | ICD SIS для кожної системи (документи керування інтерфейсом) | Galileo OS (Open Service) SIS ICD; BeiDou OS SIS ICD (CGCS2000, China Geodetic Coordinate System 2000); ICD GLONASS (російської Global Navigation Satellite System) (PZ-90 (PZ: Parametry Zemli, російська геодезична система координат)) |
5. Моделі вимірювального рівня GNSS і стійкості#
| Модель | Рівняння / стандарт | Довідник |
|---|---|---|
| Одночастотна іоносфера Klobuchar | алгоритм півкіл | IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5 |
| Зенітна тропосфера Saastamoinen | гідростатична + волога зенітна затримка | Davis та ін. (1985); Groves §9,4 |
| Функції відображення Niell | гідростатичне й вологе, відображення за висотою | Niell (1996) |
| Бюджет лінії з протидією глушінню | [1/(C/N₀) + (J/S)/(Q·Rc)]⁻¹ (C/N₀ — відношення потужності несівної до густини шуму, J/S — відношення глушіння до сигналу, Q — коефіцієнт спектрального розділення, Rc — чіпова швидкість) → ефективне C/N₀ → втрата синхронізації |
Kaplan & Hegarty, Understanding GPS/GNSS, 3-тє вид., §9,4 |
| Виявлення спуфінгу / за енергією | Двосторонній енергетичний тест Неймана–Пірсона / χ²₁; Φ⁻¹ за Acklam; erf за Abramowitz & Stegun 7.1.26 | класична теорія виявлення |
| Стабільність родини Аллана (ADEV/MDEV/TDEV/HDEV (ADEV: девіація Аллана; MDEV: модифікована девіація Аллана; TDEV: часова девіація; HDEV: девіація Адамара)) | з довірчими інтервалами | NIST SP (Special Publication) 1065 (Riley); Kasdin, Proc. IEEE (1995) |
| RAIM (автономний контроль цілісності приймачем) / цілісність (HPL/VPL (HPL: горизонтальний рівень захисту; VPL: вертикальний рівень захисту), ARAIM (розширений автономний контроль цілісності приймачем), розділення розв'язків) | знімок і розділення розв'язків | див. INTEGRITY.md |
6. Набори даних для валідації#
Політика включення до репозиторію. Ми фіксуємо дослівну копію кожного набору даних для валідації, ліцензія на який дозволяє перерозповсюдження і розмір якого комфортно вміщується в git, щоб клон міг відтворити валідацію офлайн, без мережі та без зникання посилань. Набір даних є з обмеженим завантаженням (завантажується допоміжним скриптом scripts/fetch_*.sh до ігнорованого git каталогу realdata-cache/, а в репозиторій фіксуються лише невеликі похідні еталонні значення) лише тоді, коли його ліцензія чітко не дозволяє перерозповсюдження або коли він завеликий для git. Кожен набір із обмеженим завантаженням нижче має власну конкретну причину; жоден набір не обмежено задля зручності.
| Набір даних | Використання | Ліцензія | Стан у репозиторії |
|---|---|---|---|
| Тестові вектори AIAA 2006-6753 для SGP4 (усі 666) | Числова валідація SGP4 — найгірше 4,12 мм | Опубліковані еталонні вектори (Vallado, AIAA) | Включено до репозиторію tests/fixtures/sgp4/ |
| ⁸⁸Sr оптичний годинник, ADEV σ_y(τ) (Norcia та ін., Science 366:93, 2019) | валідація апроксимації виміряної стабільності оптичного годинника | CC-BY-4.0 (Creative Commons Attribution 4,0; Zenodo 10.5281/zenodo.3382347) | Включено до репозиторію tests/fixtures/optical_clock_adev/ |
| Висотна плитка NASA/USGS (NASA: Національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору; USGS: Геологічна служба США) SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) v3 N36W117 (Долина Смерті, проріджена до 6 кутових секунд, 722 КБ) | валідація зчитувача .hgt для рельєфу місцевості (DEM: цифрова модель висот) на реальному рельєфі (улоговина Бедвотер ≈ −86 м) |
Суспільне надбання (NASA/USGS SRTM v3; через AWS (Amazon Web Services) Open Data elevation-tiles-prod) |
Включено до репозиторію tests/fixtures/terrain/N36W117_sub6.hgt |
| Приклади CCSDS 502.0/503.0 Blue Book OEM/TDM (OEM: повідомлення про орбітальні ефемериди; TDM: повідомлення про дані відстеження) | валідація круговим проходом аналізатора CCSDS | Опубліковані приклади зі стандарту (CCSDS) | Включено до репозиторію tests/fixtures/ccsds/ |
| Прецизійна орбіта IGS (International GNSS Service) SP3 (Standard Product 3, формат прецизійних орбіт) + зразки навігаційних даних RINEX (Receiver Independent Exchange Format) | апроксимація орбіти + валідація цілісності | Відкриті дані IGS (безкоштовно для будь-якого використання, з посиланням на автора) | Включено до репозиторію tests/fixtures/igs/ |
Знімки TLE (двострокового набору елементів) Celestrak (gps-ops, galileo) |
сценарії з реальними орбітальними угрупованнями | Умови Celestrak (з посиланням на автора; TLE (двострокові набори елементів) американського державного походження) | Включено до репозиторію tests/fixtures/celestrak/ + актуальний scripts/fetch_tles.sh |
| Еталонні результати scipy / scikit-learn / filterpy | валідація числових ядер і оцінювачів | Згенеровано локально з бібліотек під BSD/MIT (BSD: ліцензія Berkeley Software Distribution) | Включено до репозиторію tests/fixtures/scipy/ (+ скрипти-генератори) |
| Еталонні девіації Stable32 (декадні драбини ADEV/HDEV) | відповідність оцінювача Аллана | Похідні підсумкові значення (невеликі) | Включено до репозиторію tests/fixtures/cs5071a/, tests/fixtures/phasedat/ |
| Сирий фазовий ряд цезієвого 5071A (556 990 точок, 12 МБ) | перекривні ADEV/HDEV на реальному цезієвому годиннику | Неясно — allantools має ліцензію LGPL-3.0 (GNU Lesser General Public License, ліцензія на програмне забезпечення) без явного дозволу на перерозповсюдження даних; файл виключено з дистрибутива PyPI (Python Package Index) |
Fetch-gated scripts/fetch_cs5071a.sh; похідні драбини зафіксовано в репозиторії |
| сирий PHASE.DAT (регресійний ряд із 1000 точок) | Ряд для відповідності оцінювача Stable32 | Неясно — поширюється з комерційним Stable32 (Hamilton Technical Services); NIST SP 1065 є суспільним надбанням, але не друкує ці значення | Fetch-gated scripts/fetch_phasedat.sh; похідні драбини зафіксовано в репозиторії |
| Запис глушіння/спуфінгу GNSS JammerTest 2024 (1,4 ГБ) | калібрування сценаріїв стійкості/аномалій | GPL-3.0-or-later (GNU General Public License; Zenodo 10.5281/zenodo.15910563) — перерозповсюдження дозволено, але розмір перевищує ліміт файлу GitHub у 100 МБ, а копілефт GPL конфліктує з деревом під AGPL (Affero General Public License) | З обмеженим завантаженням; посилатися на DOI (цифровий ідентифікатор об'єкта) |
Ліцензійний статус кожного набору даних із обмеженим завантаженням перевірено за першоджерелом; обидва «неясні» набори даних годинників залишаються з обмеженим завантаженням до явного дозволу на перерозповсюдження (значення, які ми маємо ліцензію публікувати, уже зафіксовано), а набір JammerTest обмежено з огляду на розмір і копілефт, попри його відкриту ліцензію.
7. Новіші галузі — звідки беруться їхні параметри#
Типи, додані після наведених вище таблиць, дотримуються того самого правила. Кожен рядок називає джерело та статус у матриці верифікації для можливості, побудованої на ньому (повний рядок — у VERIFICATION-MATRIX.md).
| Область | Параметри | Джерело | Статус |
|---|---|---|---|
Телекомунікаційна синхронізація (telecom-timing) |
маски синхронізації | Рекомендації ITU-T (Сектор стандартизації електрозв'язку Міжнародного союзу електрозв'язку), кожен ліміт із таблицею чи пунктом, перелічені в TELECOM-TIMING.md |
MODELLED (транскрипція) |
| Телекомунікаційна синхронізація часу | пресети генераторів ocxo, rubidium, caesium, csac |
чотири технічні описи Microchip, номери документів — у TELECOM-TIMING.md |
MODELLED |
| Телекомунікаційна синхронізація часу | оцінювачі MTIE (максимальна похибка часового інтервалу) і TDEV (часова девіація) | allantools 2024,06 на tests/fixtures/telecom_timing/ |
VALIDATED |
Сонячна система (solar-system, body-pnt) |
положення планет за кеплеровими елементами Standish із JPL (Лабораторія реактивного руху) | звірено з векторами стану JPL Horizons DE441 (Development Ephemeris 441) у tests/fixtures/solar_system/ |
VALIDATED; Уран, Нептун, Плутон і супутники — MODELLED |
| Сонячна система | гравітаційні параметри, радіуси та обертання кожного тіла | записи тіл JPL Horizons і таблиця фізичних параметрів супутників JPL | MODELLED (транскрипція) |
Проєктування орбітального угруповання (constellation-design) |
номінальні слоти GPS, Galileo і ГЛОНАСС | Galileo Open Service Service Definition Document 1,1; GPS Standard Positioning Service Performance Standard, 5-те видання | VALIDATED |
PNT на низьких навколоземних орбітах (LEO) (leo-signal, leo-pass, leo-pvt) |
іменовані пресети систем | наведені публічні значення, кожен пресет із джерелом | MODELLED |
Навігаційне повідомлення LEO (leo-navmsg) |
ваги похибки дальності в сигналі в просторі | Montenbruck, Steigenberger та Hauschild (2018), Advances in Space Research | VALIDATED |
| Навігаційне повідомлення LEO | модель ефемерид із 22 параметрів | Liu та ін. (2025), Remote Sensing 17(16):2894 | MODELLED |
Нижній колонтитул походження діаграми#
Кожна діаграма, яку відображає Kshana, — у пісочниці в браузері, в експорті *.chart.svg інтерфейсу командного рядка (CLI) і в діаграмі всередині друкованого звіту *.report.html (HTML, HyperText Markup Language) — позначається в правому нижньому куті так:
Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev
scenario <hash> — це перші 12 шістнадцяткових символів хеша сценарію прогону: SHA-256 (SHA: Secure Hash Algorithm) від канонічного визначення сценарію (зерно, пороги, параметри моделі, вікна GNSS тощо). Це той самий відбиток, що з'являється в однорядковому підсумку прогону та в полі scenario_hash JSON результату. (Типи, документ результату яких не містить scenario_hash, як-от звіти про цілісність і про Місяць, повертаються до SHA-256 від вихідного TOML сценарію (Tom's Obvious, Minimal Language), тож кожна діаграма все одно має стабільний відбиток.)
Оскільки хеш детермінований і чутливий до вхідних даних, збережене або вставлене зображення діаграми саме себе ідентифікує: воно фіксує версію рушія, точний сценарій, що його створив (для побітового відтворення), і джерело, а будь-який змінений параметр дає інший хеш, тож неправильно марковану діаграму можна виявити.
Як цитувати та відтворювати#
Кожен результат відтворюється з scenario + seed + engine version. Цитуйте рушій через CITATION.cff / концептуальний DOI Zenodo 10.5281/zenodo.20528627, а для значень, від яких залежить конкретний прогін, цитуйте наведені вище джерела параметрів — вони передаються в полях provenance JSON результату, тож опублікований результат самодокументований.
Там, де значення є космічною метою на наземному обладнанні (кожне число для стронцієвого оптичного годинника) або лабораторною демонстрацією (холодноатомний акселерометр), цей документ і походження результату прямо про це кажуть. Kshana не подає лабораторні чи цільові значення як льотну продуктивність.