穿过大气层的光学PNT
optical-atmosphere场景类型回答以下问题：通往地面的光链路多久能工作一次，为什么会失效，什么余量或技术会有帮助，以及时钟在链路中断期间的表现。
Kshana只负责分析一侧。它不运行光学地面站实验，也不指明任何测量合作方。该类型为MODELLED：其数值已与一个独立程序核对，但没有与任何实测可用性记录比较，并且所有天气、技术和时钟输入都是假设。它是一项咨询性分析，不是经认证的可用性、完好性或导航产品。
kshana scenarios/optical-atmosphere-network.toml
kshana scenarios/optical-atmosphere-techniques.toml两个内置场景都带有ILLUSTRATIVE的云气候。它们是输入，不是测量值，也不是任何数据集的取值。
计算内容#
- 晴空损耗，按波长和仰角计算：气溶胶消光取自Kim、McArthur和Korevaar的能见度定律，随高度呈指数变化，再加上瑞利散射和一项给定的气体吸收输入。提供大气时，它取代
optical_linkbudget中单一的集总atmospheric_loss_db。没有大气时，链路预算与0.36逐位相同（预先登记的判据A5）。 - 湍流。沿斜程路径对Hufnagel–Valley
Cn²剖面（默认为HV 5/7）积分，得到平面波或球面波的Rytov方差，上行或下行。由此得到Andrews–Phillips闪烁指数、gamma-gamma参数、弱湍流孔径平均因子（Churnside）以及gamma-gamma衰落概率和衰落余量。孔径平均通过矩匹配施加：闪烁指数按平均因子缩放，两个对数方差经重新缩放后恰好给出该指数。 - 云。站点的云气候采用ITU-R P.840的形式：云出现的概率，以及在有云时服从对数正态分布的液态水柱。P.840给出云量。衰减取几何光学的光学厚度
τ = 3L/(2 ρ_w r_e)，因为P.840自身的衰减定律是微波定律，不适用于0.85至1.55 µm，在该波段水滴远大于波长。 - 站点的可用性：只要云衰落与湍流衰落的总和保持在扣除晴空损耗后剩余的余量之内，链路即为可用。云与湍流被视为相互独立。报告给出可用性、晴空可用性、任何余量都无法突破的上限（光链路无法穿透厚云），以及每个目标可用性所需的额外余量；若目标高于上限，则为
null。 - 中断。持续时间服从对数正态分布，均值和离散度为给定值。报告给出每年的中断次数、中位数、第90和第99百分位处的持续时间，以及超过1、6、24和72小时的概率和中断时间占比。
- 站点分集。将最好的
N个站点分别按相互独立的天气（1 − Π(1−a_i)）和与距离相关的天气合并：站点对相关性为exp(−d/d₀)，以单因子高斯copula合并。在d₀ → 0时即为独立情形的并集，在完全相关时则等同于最好的单个站点。 - 技术。每个
[[technique]]都是一次假设情景分析：新的波长（重新评估晴空预算、晴空损耗和孔径平均）、新的接收孔径、给定的闪烁相对降低幅度（自适应光学）以及额外余量。结果是在同一站点上相对基线的可用性增益。Kshana不对自适应光学回路建模，因此这些增益是输入值。 - 穿过中断期的授时与测距。每个中断持续时间都通过时钟守时（holdover）模型的闭式滑行方差映射，所用时钟列于
[clock]。报告给出在给定中断持续时间下的授时与测距误差、达到授时阈值之前的守时时长、落在该时长之内的中断占比，以及授时可用性A + U·E[min(D, T_h)]/E[D]。各等级的幂律噪声下限取自守时模块合成的数值，因此较严的阈值由该假定下限决定，如holdover.rs所述。
链路余量随时间变化（0.38）#
[timeseries]表（duration_h最大为8760、step_s、seed）为每个站点增加上述模型的一次带随机种子的实现：视线在晴空时段（指数分布，均值的设定使云中时间占比等于给定的p_cloud）与云中断（对数正态分布，均值和离散度为给定值）之间交替；每次中断从给定气候中抽取一个液态水柱并保持不变；每一步抽取一个gamma-gamma闪烁样本（步与步之间相互独立，这是一项给定的简化），终端以给定的指向可用性对准目标。该步的余量等于衰落预算减去云衰落和闪烁衰落，当余量不为负且终端对准目标时链路可用，这也是可用性积分所用的条件。
它是一次抽样，不是气候：其可用性与统计可用性相差该次抽样的采样误差，并且第一个事件是整段抽取的。结果的每一步带有margin_db、cloud_db、scint_db和up，并带有一个realised块（可用性、云占比、中断次数、最长中断）。MODELLED；所做检查（tests/optical_atmosphere_timeseries.rs，判据在第一次运行之前固定于xval/optical-atmosphere/PREREGISTRATION-timeseries.md）是确定性以及与所述数值的一致性，而不是外部参考基准（oracle）。没有该表时不写入任何内容，结果即为0.37文档。
场景字段#
所有顶层字段都是可选的。仅用kind = "optical-atmosphere"会运行三个示意性站点。各键的完整列表见两个内置文件：wavelength_nm、elevation_deg、availability_targets_pct、[link]、[atmosphere]、[network]、[clock]、[[site]]、[[technique]]。
验证状态#
| 声明 | 状态 | 证据 |
|---|---|---|
| Rytov方差、闪烁指数、gamma-gamma衰落概率、孔径平均因子、云和晴空光学厚度，均按所述公式计算 | MODELLED行；数值已与独立的mpmath程序核对 | 判据A1至A3，均达到判据（xval/optical-atmosphere/RESULTS.md） |
| 没有大气时，链路预算和现有可用性不变 | 达到判据 | 判据A5，在1,000组参数上逐位相同 |
| 分集极限与单调性；守时耦合逐位精确 | 达到判据（恒等式） | 判据A4、A6 |
| 真实站点的可用性、真实的闪烁、真实的云统计 | 不作声明 | 未与任何外部参考基准比较 |
该参考基准检查的是对所述公式的实现，而不是大气本身，因此没有任何一行是VALIDATED。ITU-R的验证数值未被使用，并已排除在仓库之外。
数据#
没有内置任何天气数据集。真实站点的云气候输入将来自公开数据集（Copernicus ERA5、NASA MODIS或ISCCP）；使用前必须阅读并记录各数据集的许可，原始数据在测试时获取，并固定SHA-256。仓库中已有的唯一气候学数据，是optical_availability所用的Cavazzani等人的晴夜表。
参考文献#
- Andrews和Phillips，Laser Beam Propagation through Random Media，第2版（Rytov方差、闪烁指数、gamma-gamma参数）。
- Kim、McArthur和Korevaar，Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications，Proc. SPIE 4214（2001）（能见度定律）。
- Churnside，Aperture averaging of optical scintillations in the turbulent atmosphere，Appl. Opt. 30（1991）（孔径平均因子）。
- ITU-R P.840（云液态水统计）、P.1814和P.1817（自由空间光通信方法）。