Kshana · क्षण · 精确的一瞬
一款开源的PNT（定位、导航与授时）韧性仿真器。

发布版本v0.40.0 401项能力中有176项已对照独立的外部参考基准（oracle）验证 行覆盖率约95%，持续集成中的门槛为85% 许可证：仅AGPL-3.0，或商业许可证 DOI 10.5281/zenodo.20528627

预演GNSS失效的那一分钟#

当GNSS（全球导航卫星系统）信号失效时，Kshana重放压制干扰、欺骗干扰和时钟守时，并告诉你一个系统能在其预算之内维持多久的时间和位置，以及哪种时钟或传感器能换来最大的余量。这是WebAssembly软件包：整个引擎以JavaScript形式提供，可在浏览器或Node.js中使用。每次运行都可根据场景、随机种子和引擎版本逐位复现。

无需安装即可先试用：Kshana Studio在你的浏览器中运行整个引擎，已编译为WebAssembly，不上传任何内容。

证据#

401项能力中有176项已对照独立的外部参考基准（oracle）验证；221项如实标注为已建模，4项由合作方负责。每项能力在经机器核对的台账中带有一个标签：VALIDATED（独立的外部参考基准（oracle）一致：真实数据、独立实现或已发布的参考向量）、MODELLED（内部自洽，并明确说明）或PARTNER（由硬件合作方负责）。核对项包括：AIAA（美国航空航天学会）2006-6753的全部666个SGP4（简化通用摄动4）向量，一致至4.12 mm，以及Cowell力模型对照Orekit 12.2一致至0.08 m。

安装#

npm install kshana

用法#

该软件包是带有WebAssembly载荷的ES（ECMAScript，标准JavaScript）模块，为浏览器构建。初始化一次，然后同步调用引擎。浏览器与Node.js之间唯一的区别，是WebAssembly二进制文件的加载方式。

在浏览器中（通过打包器，或通过提供node_modules/kshana/的页面），init()会从模块旁边获取kshana_bg.wasm：

import init, { run, summary, chart_svg, version } from "kshana";

await init();                                   // fetch and compile the WebAssembly binary

在Node.js中，init()会以TypeError: fetch failed失败（Node的fetch无法读取本地文件），因此应从磁盘读取该二进制文件，并交给initSync：

import { readFileSync } from "node:fs";
import { createRequire } from "node:module";
import { initSync, run, summary, chart_svg, version } from "kshana";

const wasmPath = createRequire(import.meta.url).resolve("kshana/kshana_bg.wasm");
initSync({ module: readFileSync(wasmPath) });      // compile the WebAssembly binary

将Node.js版本保存为.mjs文件（或在你的package.json中设置"type": "module"），使import可以工作。此后两者相同：

// A complete scenario, not a sketch: scenarios/clock-holdover.toml without its comment
// lines. It runs 2 h, 10 min of GNSS then about 1.8 h with GNSS denied, and asks how long
// a strontium optical clock and a chip-scale atomic clock (CSAC) each hold time to within
// 20 ns. sigma_y(1s) is a clock's Allan deviation at an averaging time of one second;
// q_wf, the white-frequency-noise intensity, is its square.
const toml = `
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" },
  { t0 = 600.0,  t1 = 7200.0, state = "denied" },
]

[clock_quantum]
id = "optical-sr-lattice"
provenance = "Strontium optical lattice clock, space-oriented goal sigma_y(1s)=1e-15 (Origlia/Schiller/Bongs et al., arXiv:1503.08457); q_wf=sigma_y(1s)^2; ground-demonstrator maturity, not flown; flicker/aging not modeled"
y0   = 5.0e-17
q_wf = 1.0e-30
q_rw = 0.0

[clock_classical]
id = "csac-sa45s"
provenance = "Microchip SA65 / SA.45s CSAC datasheet sigma_y(1s)=3e-10; q_wf=sigma_y(1s)^2; flicker/aging not modeled"
y0   = 5.0e-10
q_wf = 9.0e-20
q_rw = 0.0
`;

const result = JSON.parse(run(toml));           // the full result document
// timing_p95_ns: the 95th-percentile timing error over the GNSS outage, in nanoseconds
console.log(version(), result.classical.fom.timing_p95_ns);

console.log(summary(toml));                     // the one-line result string
const svg = chart_svg(toml);                    // the same chart the command-line interface (CLI) writes

TypeScript可看到带类型的结果：run_typed(toml)返回RunOutput（json、svg、summary、csv: string | null、data: ResultDocument），scenario_kinds()返回KindMeta[]，其name是各类型的ScenarioKind联合，error_kind()返回ErrorKind（成功时为""）。每个结果文档自己的字段因类型而异；ResultDocument为共用的信封（schema_version、engine_version，以及由各FieldUnit组成的units块）给出类型。

import { run_typed, scenario_kinds, type ScenarioKind } from "kshana";

const out = run_typed(toml);
const units = out.data.units;                                // Record<string, FieldUnit>
const kinds: ScenarioKind[] = scenario_kinds().map((k) => k.name);

另有四个函数向前端描述该引擎。kind_modules()返回一个从类型到其验证矩阵各行所指名的模块的JSON对象，field_importance()返回从类型到回答其问题的结果字段的JSON对象（显示用元数据；引擎从不读取它），iq_signals()返回iq_run_short所接受的信号名称，iq_run_short(fs_hz, duration_s, signal, ids, dopplers_hz, cn0_dbhz, seed)返回一个简短的合成IQ场景，在内存中完成捕获和跟踪（至多0.25 s、1,000,000个采样和8颗卫星），其结果与原生构建相同。

import { list_examples, get_example, export_scenario, animate_scenario } from "kshana";

const names = JSON.parse(list_examples("")).scenarios.map((s) => s.name);   // the bundled scenarios
const toml = get_example("orbit-gnss-challenged");                           // its TOML, byte for byte
const czml = JSON.parse(export_scenario(toml, "czml")).files[0].content;      // a CZML file, in memory
const player = JSON.parse(animate_scenario(toml, "html", 0, NaN, 0)).files;   // {name: html text}

在WebAssembly接口上，每个入口都是一次单独的调用：run（结果文档，以JSON字符串形式给出）、summary、chart_svg、table_csv（场景的CSV（逗号分隔值）表，以字符串形式给出；对于不发布表的类型则为undefined；场景无效时会抛出异常）、run_all（一次引擎运行，以JSON字符串形式返回{json, svg, summary, csv}——当你需要不止一种输出时使用它，因为其他每次调用都会重新运行该场景）、run_typed（同样的输出，作为一个带类型的对象，文档已解析为data）、version、list_kinds / scenario_kinds / error_kind（自省；scenario_kinds返回已解析的列表）、encode_permalink / decode_permalink——Kshana Studio用来把整个场景经由地址栏片段往返传递的可分享链接（URL，统一资源定位符）编解码器——以及export_sp3 / export_omm / export_oem，即命令行所写出的SP3-c（标准产品3格式的c修订版）和CCSDS（空间数据系统咨询委员会）星历产物——OMM（轨道平均根数消息）和OEM（轨道星历消息）——还有receiver_trust，它评估由receiver-trust场景描述的一份真实接收机日志，并以JSON字符串形式返回{json, csv, svg, summary}（浏览器没有文件系统，因此日志和任何导航文件都必须以text或base64的形式内联在场景中；[platform] kind = "vessel"表会增加海事监测项和0-100的信任度评分，仅供参考）、export_formats / export_scenario（某个场景支持哪些互操作格式，无需运行它，以及在内存中的一次导出：czml、kml、geojson、stk或sigmf，以JSON {format, spec_url, files}给出，同一场景逐字节相同，不上传任何内容）、import_route（写入航路点航迹场景的GeoJSON航线，即命令行的--import-route）、animate_scenario（把运行的时间序列做成动画SVG、单个HTML播放器或SVG帧）、list_examples / get_example（随附的参考场景及其TOML）、evidence_attach_timestamp（在内存中把一个RFC 3161令牌绑定到一个证据包；该证据包仍须通过验证，时间戳机构的签名不被检查）、osnma_verify（Galileo导航数据的I/NAV页文件或UBX数据流对哪些卫星的数据完成了认证，使用受信任的Merkle根或公钥，以及可选的独立参考时间；它认证的是数据，不就抗欺骗干扰性能作任何论断；不上传任何内容）、receiver_trust_replay（按实时模式的评分方式对有界的NMEA摘录评分；没有门限）、assess_vessel_log（一艘船的NMEA日志，作为批量运行）、trust_telemetry（以Prometheus文本、CEF或LEEF系统日志行、或OTLP载荷形式给出的信任数据流或结果；不发送任何内容）、evidence_verify（检查已签名的证据包；不上传任何内容；证据包由CLI、Python或MCP制作）、bench_export（把场景的运动和事件导出为文本，供实验室模拟器使用；不写出任何信号）、compliance_report和compliance_mapping（结果文档为哪些公开框架的要求行提供证据支持，并给出每一行的差距；并不表明某个框架已达到）、interference_map（把ADS-B或AIS的CSV文本按每个UTC日生成kshana-interference-map/v1 GeoJSON；仅作汇总）、route_exposure（某条航线穿过这些地图中降级单元的份额；不是预测）、nmea_training（合成的驾驶台NMEA和供船员训练用的教员日志；仅为文本，绝不用于船舶的实际导航系统），以及天空几何函数sky_geometry、sky_monte_carlo、skyline_presets、skyline_profile和skyplot_svg（在建筑物、码头或地形遮挡部分天空时，某个站点能看到哪些卫星，并给出精度因子、水平误差椭圆、带随机种子的蒙特卡罗点云和SVG文本形式的天空图；可见性判定和椭圆已对照独立的库核对，预设是具有代表性的几何而不是实地测量，天际线只会去除视距内的卫星，不会做其他任何事）。浏览器构建中没有的有：带有门限和TCP监听器的receiver-trust live、流式的训练NMEA，以及遥测导出器（Prometheus、OpenTelemetry、syslog）是长时间运行的网络进程，保留在命令行工具中；创建证据包需要签名密钥，应由CLI或Python持有。这里没有一次调用完成的run_full；该绑定只存在于Python wheel上。

验证矩阵中的每项能力都被标为已与外部参考核对（对照独立的外部基准（oracle）核对）、由模型计算得出或由合作方负责；光钟的数字是在地面硬件上的空间目标（尚无锶光钟上过天）。各领域的成熟度并不一致——地球PNT已对照真实数据核对；深空和火星导航是由模型计算得出的，只有其构件（光行时、行星位置）已对照外部基准（oracle）核对；真实任务的深空OD（定轨）还在路线图上。

能力#

引擎有92种场景类型；kshana kinds列出它们及其字段。0.38.0中新增：gnss-ssv（针对在GNSS轨道之上、周围和以外的航天器的GNSS信号）和lunar-infrastructure（作为导航与大地测量基础设施的月球轨道与月面），均为MODELLED，以及holdover-test（对照ITU-T模板的时间误差记录）。

• 频谱：干扰源如何逐个频段占据GNSS的L频段。
• 时钟与授时：对照阈值的守时、时间传递，以及对照国际电信联盟标准化部门（ITU-T）模板的电信守时。
• 围绕任意天体的星座：围绕地球、月球或火星的覆盖、精度因子和可用性，以及某一历元的太阳系。
• 低地球轨道导航：信号、过境和链路、导航电文，以及逐阶段给出的融合定位结果。
• Campaign：在一个场景中进行串联任务、扫描或蒙特卡罗系综。
• 报告、动画与导出：每个数字都带单位和标签；运行的动画图；SP3（标准产品3）、CCSDS（空间数据系统咨询委员会）轨道消息、CZML（Cesium语言）、KML（Keyhole标记语言）、GeoJSON、STK（系统工具包）和SigMF（信号元数据格式）文件。

架构#

同一场景文件在每个界面上给出相同的字节。MCP即Model Context Protocol：kshana-mcp让AI（人工智能）助手运行该引擎。

研究#

arXiv上有六篇论文建立在该开放引擎之上，每篇都附有其背后的命令：arXiv:2606.22054（干扰检测器的乐观差距）、arXiv:2606.24210（条件授时保护级）、arXiv:2607.05415（PNT韧性评分有多稳定）、arXiv:2607.02566（以甚长基线干涉测量实现的月面站可观测性）、arXiv:2607.06212（月球南极几何与月面信标）和arXiv:2610.23871（作为可观测性问题的地月空间导航：弧长、Gramian条件数和多普勒杠杆）。参见研究。

版本#

整个引擎依AGPL-3.0免费提供。Kshana Pro是一个依赖开放引擎、且从不分叉它的专有叠加层，它和定制研究可通过合同从Ashforde® OÜ 获得：contact@ashforde.org。不列价格；参见docs/PRO.md。

了解更多#

• 完整的README → https://github.com/AshfordeOU/kshana
• Kshana Studio（在你浏览器中的引擎，以WebAssembly形式）→ https://kshana.dev
• 能力 → docs/CAPABILITY.md
• 验证与出处 → docs/VALIDATION.md · docs/PROVENANCE.md
• 验证矩阵 → docs/VERIFICATION-MATRIX.md
• 引用 → CITATION.cff · DOI 10.5281/zenodo.20528627

许可#

依GNU AGPL-3.0-only（GNU Affero通用公共许可证，仅第3版）免费开源。商业许可证可从Ashforde® OÜ（一家爱沙尼亚私人有限公司；OÜ = osaühing）获得，用于闭源集成；参见LICENSING.md。由Ashforde® OÜ 专业开发和维护。