机器翻译，未经母语人士审校。以英文版为准。

接收机信任度与海事在GitHub上编辑来源：docs/NMEA-TRAINING.md

NMEA训练数据流：kshana nmea-scenario

海事院校和模拟器中心可以把由Kshana生成的NMEA 0183输入桥楼模拟器或海图绘图仪，以训练船员识别GNSS压制干扰和欺骗干扰。

仅用于训练和测试。所生成的数据流是合成的。绝不能把它们输入船舶的实际导航系统。Kshana仅供参考，不是经型式认可的导航设备。每个数据流都以一条专有标记语句$PKSHT,TRAINING,SYNTHETIC,NOT-FOR-NAVIGATION开头，并每十秒重复一次，接收机会忽略该语句；对于拒绝未知语句的模拟器，--no-marker可将其去除。这里写出的仅是NMEA文本：没有射频、IQ或波形输出，除了发往你所指定地址的文本之外，不发射任何东西。

来自场景coastal-drag-off的训练数据流（引擎v0.40.0，随机种子22，25分钟，教员日志每10 s一个定位结果）。地图显示船舶的真实航迹和接收机所报告的航迹：两者一致，直到脚本设定的位置拖引在421 s开始，此后所报告的航迹逐渐偏离真实航迹，而接收机始终保持有效定位，并在事件于1140 s结束时跳回。旁边是两条航迹之间的距离随时间的变化，以及接收机所报告的平均载噪比密度，它在事件持续期间升至某一个被抬高的水平。由Kshana生成的合成训练数据。仅用于训练和测试：绝不要把这一数据流输入船舶的实际导航系统。仅供参考：不是经型式认可的导航设备。仅供参考的软件，不是经型式认可的导航设备（IEC 61108、IEC 61162）：船舶航行的责任仍由操作人员承担。位置、日期和航迹均为虚构。来自场景coastal-drag-off的训练数据流（引擎v0.40.0，随机种子22，25分钟，教员日志每10 s一个定位结果）。地图显示船舶的真实航迹和接收机所报告的航迹：两者一致，直到脚本设定的位置拖引在421 s开始，此后所报告的航迹逐渐偏离真实航迹，而接收机始终保持有效定位，并在事件于1140 s结束时跳回。旁边是两条航迹之间的距离随时间的变化，以及接收机所报告的平均载噪比密度，它在事件持续期间升至某一个被抬高的水平。由Kshana生成的合成训练数据。仅用于训练和测试：绝不要把这一数据流输入船舶的实际导航系统。仅供参考：不是经型式认可的导航设备。仅供参考的软件，不是经型式认可的导航设备（IEC 61108、IEC 61162）：船舶航行的责任仍由操作人员承担。位置、日期和航迹均为虚构。

该图取自scenarios/training/coastal-drag-off.toml的教员日志绘制而成。

用途#

# write a file (default <name>.nmea) and the instructor log next to it
kshana nmea-scenario scenarios/training/coastal-drag-off.toml --out drag.nmea

# serve over TCP in real time on this machine only (waits for the simulator to connect)
kshana nmea-scenario scenarios/training/open-sea-jamming.toml --tcp 10110

# reachable from the bridge-simulator host: name the address in full
kshana nmea-scenario scenarios/training/open-sea-jamming.toml --tcp 192.168.1.20:10110

# UDP, one sentence per datagram, ten times faster than real time
kshana nmea-scenario scenarios/training/combined-event.toml --udp 192.168.1.50:10110 --speed 10

# UDP broadcast
kshana nmea-scenario scenarios/training/combined-event.toml --udp 192.168.1.255:10110 --broadcast
选项 含义
--out <file> 将数据流写入文件；没有网络输出时，默认为<name>.nmea
--instructor-log <prefix> 写出<prefix>.instructor.json和<prefix>.instructor.txt（默认：与该文件放在一起）
--tcp <addr:port>或<port> TCP服务器；有客户端连接后才开始运行（--wait-clients <n>）。仅给出端口时，只在127.0.0.1上监听
--udp <addr:port>或<port> UDP，每个数据报一条语句；--broadcast允许使用广播地址。仅给出端口时，发往127.0.0.1
--realtime, --speed <x> 控制数据流的节奏；--speed 0表示尽可能快。网络输出默认按实时，文件默认尽可能快
--seed <n> 替换场景的随机种子
--no-marker 省略标记语句

没有任何认证。被指定非本地地址的TCP服务器会向任何能连到它的人提供该数据流，UDP则会发往你所指定的任何地址。两秒内未取走数据的TCP客户端会被断开，因此一个停滞的消费者不会拖住其他消费者。

同一随机种子在同一平台上给出相同的字节，节奏控制从不改变字节。跨平台时，生成器自身的算术是逐位相同的（它使用可移植的数学层），但卫星位置和视角来自调用主机数学库的引擎函数，因此在罕见的临界情形下，GSV中经舍入的仰角、方位角或C/N0的某一位数字可能因平台而异。

写出的内容#

每个历元（每秒1、2、5或10个）包含：RMC、GGA、GNS（定位、位置、时间）、GSA（所用卫星和DOP，每个星座一条）、GSV（可见卫星，含仰角、方位角和以dB-Hz表示的SNR，每个星座一组，NMEA 4.10信号标识）、VTG（对地航向和航速）、ZDA（时间和日期）、HDT（陀螺航向）和VBW（来自计程仪的对水和对地航速）。多个星座时，发送方标识为GN，否则为该星座自己的标识。各行以CRLF结尾，校验和有效。

HDT和VBW代表独立的传感器（陀螺罗经和多普勒计程仪）。没有任何事件会触及它们，这是有意为之：GNSS所报告的内容与陀螺和计程仪所显示的内容之间的差距，是复盘时的提示线索。

定位丢失时，GGA质量为0，RMC状态为V，位置字段为空，时间字段继续（接收机的时钟持续运行），与真实接收机一样。

船舶#

[vessel]和[[waypoint]]给出起始位置、航速以及需要依次驶经的点。船舶朝下一个航路点航行，受转向率限制（max_rot_deg_per_min，默认30）、转向率建立速度的限制（max_rot_accel_deg_per_s2）以及航速变化限制（max_accel_kn_per_min）。某一航段的航速即该航路点的speed_kn。[environment]增加了海流，因此对地航速不同于对水航速，艏向不同于对地航向，并增加了磁偏角。stop_at_end使船舶在最后一个航路点处停住。

卫星几何#

卫星来自引擎自身的标称星座（GPS轨位表、Galileo和北斗MEO Walker构型、GLONASS ICD），由constellation::satellite_positions_fixed传播（二体加长期J2、地球自转），并以引擎的WGS-84视角从船舶处观测。GSV中的可见数、仰角和方位角对于该地点和一天中的该时刻是合理的。这是一个标称天空，而不是该数据流日期的星历：PRN按轨位顺序分配，每个星座保持其已发布的轨位布局，在J2作用下从GPS轨位表历元（2016-12-31）起连续传播，因此布局是完整的，但其朝向并不是数据流日期那天真实天空的朝向。C/N0随仰角变化（标称天顶电平，在[receiver]中设定），另加固定的每颗卫星偏移、缓慢衰落和噪声。低于track_threshold_dbhz的卫星，其SNR字段为空；低于use_threshold_dbhz的卫星被跟踪但不被使用。最多使用max_used（默认12，NMEA GGA的上限）颗可用卫星，按几何选取（先取每个30度方位扇区中最高的卫星）。可用卫星少于四颗时定位丢失，在reacquire_s的可用信号之后恢复。

事件#

每个[[event]]都有一个kind、一个起始时刻start_s、一个duration_s（从起始到释放开始）、一个起始斜坡ramp_s和一个释放斜坡recovery_s。强度在ramp_s内线性上升，保持，然后在recovery_s内下降；0即为阶跃。所有效应都随该强度缩放。不属于该类型的参数会被拒绝。

类型 参数 效应
jamming cn0_drop_db、spread_db（默认6） 每颗卫星的C/N0最多下降cn0_drop_db（每颗卫星有各自的离散），卫星按最低者先失锁，可用卫星少于四颗时定位丢失，并在释放和reacquire_s之后恢复
drag-off final_offset_m、bearing_deg（真方位）或relative_bearing_deg（相对于起始时的航向，然后保持）之一，可选的max_accel_mps2、counterfeit_cn0_dbhz 接收机保持有效定位，但其位置逐渐偏离真值；SOG和COG都包含拖引。拖引在斜坡上遵循smoothstep，因此虚假航迹的起止没有速度阶跃；对于在D m上斜坡为T s的情形，其峰值为1.5 D/T m/s和6 D/T^2 m/s的平方（两者均有记录），超过max_accel_mps2的场景会被拒绝。阶跃（ramp_s = 0）会移动位置而不触及速度
time-spoof offset_s, counterfeit_cn0_dbhz RMC、GGA、GNS和ZDA的时间相对于真实UTC被移动；位置保持真实
replay-delay delay_s、affect_time（默认为true）、counterfeit_cn0_dbhz 位置、速度（以及时间）是该船delay_s之前的值，延迟在其斜坡上遵循smoothstep，在其变化期间，所报告的航速按1 - d(delay)/dt缩放：这是一种简化的、类似meaconing的抽象，而不是传播模型

counterfeit_cn0_dbhz：当拖引、时间欺骗或重放延迟处于活动状态时，每颗被跟踪的卫星都显示同一个被抬高的电平，这是一个典型的迹象。若要做一个保留真实C/N0模式的隐蔽事件，则不设该项。只要有任何伪造事件处于活动状态，接收机就会跟随伪造信号，因此压制干扰不会使其失锁；因先前压制干扰而丢失的定位，会在reacquire_s之后在伪造信号上恢复（见combined-event）。会使所报告的时间停止或倒退的时间变化（速率为每秒1 s或更高）会被拒绝，除非它是阶跃（ramp_s = 0）。

事件可以重叠；它们的效应相加（偏移、时间变化、延迟）或取最强者（压制干扰）。时间线上的onset是事件开始产生效应的第一个历元；当事件有斜坡上升时，它比脚本设定的start_s晚一个历元。

教员日志#

与数据流一同给出的<prefix>.instructor.json和<prefix>.instructor.txt包含：

  • 所注入的事件，以通俗语言写出，含每个参数及其UTC起始时间；
  • 一条时间线：起始、完全生效、开始恢复、已恢复，以及接收机自己的fix-lost和fix-regained；
  • 以log_interval_s为间隔的真实航迹与所报告航迹的对照：真实和所报告的位置、航速和航向，以米为单位的位置误差，时间偏移，所用和被跟踪的卫星，平均C/N0，以及哪些事件处于活动状态；
  • 真实航迹和所报告航迹的峰值速度和加速度；
  • 场景的trainer_note。

仅在复盘时显示该日志。

JSON字段（模式kshana-nmea-training/1）#

字段 类型、单位 含义
schema 字符串 kshana-nmea-training/1
warning 字符串 仅用于训练的声明
scenario, description, trainer_note 字符串 来自场景
seed 整数 所用的随机种子
start_utc ISO 8601 UTC 运行的开始
duration_s s 运行的时长
summary.true_peak_sog_kn, summary.reported_peak_sog_kn 节 最高的真实和所报告的对地航速
summary.true_peak_accel_mps2, summary.reported_peak_accel_mps2 m/s的平方 每秒速度的最大变化，真实的，以及相邻所报告定位结果之间的
events[] 每个脚本事件一项
events[].id 整数 从1起编号；供timeline[].event和track[].active_events使用
events[].description 字符串 含参数的通俗语言描述
events[].start_utc ISO 8601 UTC 脚本设定的起始
events[].parameters 对象 事件的原样（kind、start_s、duration_s、ramp_s、recovery_s，以及该类型自己的参数；缺失的予以省略）
events[].resolved_bearing_deg 真方位的度数或null 拖引：所施加的方向（相对方位在起始时被解析）
events[].peak_drag_speed_mps, events[].peak_drag_accel_mps2 m/s、m/s的平方或null 拖引：拖引加在虚假航迹上的峰值
timeline[] 供复盘用的时刻，按时间顺序
timeline[].t_s, .utc 自开始起的秒数，ISO 8601 UTC 时刻（真实时间）
timeline[].event 整数或null 事件编号；接收机状态变化时为null
timeline[].what 字符串 onset、full-effect、recovery-begins、recovered（事件）；fix-lost、fix-regained（接收机）
timeline[].text 字符串 说明
track[] 每log_interval_s一行
track[].t_s, .utc s，ISO 8601 UTC 时刻（真实时间）
track[].true_lat_deg, .true_lon_deg 度 真实位置
track[].true_sog_kn, .true_cog_deg, .true_heading_deg 节，真方位的度数 真实的对地航速和航向，以及陀螺艏向
track[].fix_valid 布尔值 接收机报告了定位
track[].reported_lat_deg, .reported_lon_deg, .reported_sog_kn, .reported_cog_deg 度、节、真方位的度数，或null 接收机所报告的内容；定位丢失期间为null
track[].position_error_m m或null 真实位置到所报告位置的水平距离
track[].time_offset_s s 所报告的UTC减去真实UTC
track[].n_used, .n_tracked 整数 定位中所用的卫星数，以及被跟踪的卫星数
track[].mean_cn0_dbhz dB-Hz或null 被跟踪卫星的平均C/N0
track[].active_events 整数 在此刻有效应的事件的编号

增加字段不会改变模式标签。重命名或删除字段，或更改字段的含义或单位，则会使编号递增（/2）。

场景库#

scenarios/training/，每个场景为几分钟的航程，其TOML中附有一条教员提示：

文件 所显示的内容
open-sea-jamming.toml C/N0一同下降，卫星相继失锁，定位丢失后又恢复
coastal-drag-off.toml 一个有效、看似正常的定位结果向海岸方向拖引1.4 km；C/N0被统一抬高
port-approach-time-spoof.toml 位置正确，在缓慢的进港过程中UTC超前漂移45 s
combined-event.toml 先是压制干扰，随后是伪造信号接管并伴有拖引和时间偏移，然后是重放延迟
fjord-natural-degradation.toml 这是被遮挡的天空，而不是干扰：峡湾的两壁（REPRESENTATIVE的fjord天际线预设）遮住了东西两侧的卫星，随后水道再次打开（事件natural-degradation，带skyline表）

位置、日期和航迹均为虚构；该库不含任何真实的船舶、运营方或录制数据。它不就任何接收机或系统在干扰下的表现作任何陈述。

建模选择#

该生成器是一个没有外部基准（oracle）的训练工具，其数字是建模上的选择，而不是对任何接收机的测量。它们被选成看起来像一份普通的接收机日志：从天顶到地平线，C/N0比天顶电平（默认47 dB-Hz）低14 dB的斜率，以及每颗卫星 +/-1.5 dB的偏移，97 s内0.8 dB和31 s内0.5 dB的缓慢衰落，0.3 dB的抖动；跟踪（20 dB-Hz）和使用（28 dB-Hz）的阈值；位置噪声（在HDOP为1时为1.5 m，相关时间30 s，垂向为其两倍）；0.05度的陀螺噪声和0.03 kn的偏航噪声；20 s的操舵时间常数和船舶模型的航路点到达半径；以及按方位扇区选取卫星的做法。默认值位于[receiver]和[vessel]中，都可以在场景里更改。

回读#

kshana receiver-trust可以读入这些文件（format = "nmea"）。测试按各自的字段数和校验和规则检查每个库场景的每条语句，并让文件通过该读取器运行，该读取器解释GGA、RMC和GSV，并略过其他类型而不会漏掉任何一条。测试为每个场景固定一份golden摘录（tests/fixtures/nmea_training/）；在有意的更改之后，用KSHANA_BLESS_GOLDEN=1重新生成。