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验证与证据在GitHub上编辑来源:docs/PROVENANCE.md

出处:每个参数都可追溯到已发表的来源

Kshana的核心诚实纪律是:每个传感器参数、物理模型和验证数据集都可追溯到已发表的来源,即数据手册、经同行评审的论文、空间信号ICD(接口控制文件)或标准。本文档把这些出处字符串汇集成一张可引用的参考表。

出处不只是文档:场景中的每个传感器表(例如[clock_quantum]和[clock_classical])都带有一个provenance字符串(src/types.rs中的ModelSpec;惯性测量单元(IMU)误差模型则是src/inertial/imu_errors.rs中的with_provenance),它会流入结果JSON(JavaScript对象表示法),成为quantum.spec.provenance和classical.spec.provenance,因此任何一次运行都带有自己的参数引用。结果的units块还为每个数值字段标注一个出处类别(input、computed、closed-form、internal-consistency等)。下面的表是这些字符串的汇总的、人类可读的索引,外加来自源码注释的算法和验证出处。

成熟度在全文中如实标注:已通过飞行鉴定(已有飞行实例)、地面实验室/探空火箭(已演示,未飞行),或地面硬件上的空间目标(针对尚未飞行的硬件提出的预期指标,尤其是所有锶光晶格钟的指标)。各项指标的validated/modelled/not modeled标注见VALIDATION.md,地面实验室与飞行成熟度的讨论见QUANTUM-MODELS.md。


1. 时钟与频率基准参数#

传感器 关键指标 来源 成熟度
Microchip(Microsemi)SA.45s / SA65 CSAC(芯片级原子钟) σ_y(1 s) = 3.0×10⁻¹⁰ 厂商数据手册 已通过飞行鉴定(已部署的商用部件)
锶光晶格钟(空间目标) σ_y(1 s) = 1×10⁻¹⁵ Origlia、Schiller、Bongs等,arXiv:1503.08457 地面硬件上的空间目标——尚无锶光钟飞行
锶光晶格钟(实验室纪录) σ_y(1 s) = 4.8×10⁻¹⁷ Oelker等,Nature Photonics(2019) 仅限地面实验室
ACES/PHARAO(空间原子钟组/轨道冷原子原子钟项目,Atomic Clock Ensemble in Space / Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite;国际空间站基准) 多日积分后约为1×10⁻¹⁶ 量级 ESA(欧洲空间局)ACES/PHARAO,自2025年4月起在国际空间站运行(引用ESA已发布的结果) 已通过飞行鉴定(微波/氢脉泽,非光学)

守时(holdover)模型所用的阿伦白频率系数为q_wf = σ_y(1 s)²;闪烁调频(flicker FM)和老化仅在明确设定了flicker_floor时才建模(见VALIDATION.md),否则不建模。

2. 惯性传感器参数#

传感器 关键指标 来源 成熟度
Exail混合量子加速度计三轴组 偏置稳定性6×10⁻⁸ g = 5.88×10⁻⁷ m/s²(24 h);噪声22 µg/√Hz = 2.16×10⁻⁴ (m/s²)/√Hz Templier等,Science Advances(2022),arXiv:2209.13209 ground-lab
Honeywell QA-2000导航级石英加速度计 偏置稳定性约160 µg = 1.57×10⁻³ m/s²;噪声约20 µg/√Hz;偏置不稳定性约1 µg 厂商/Groves,AESS(航空航天与电子系统学会)教程 flight-qualified
IMU误差模型(比例因子、安装失准、g敏感性、量化、速率斜坡) 五类系统误差 IEEE(电气与电子工程师学会)Std 952-1997 §A.2;Groves 2013 §4.3,表4.1 模型
捷联机械编排(NED,北东地;圆锥/划桨效应) 四元数姿态 §2.2、§5.5;NED机械编排 §5.4;重力 §2.4 Groves,Principles of GNSS(全球导航卫星系统), Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems,第2版 模型

3. 时间与频率传递参数#

链路 关键指标 来源
自由空间光学双向(星间) 实验室下限约1 fs;在轨可信目标1 ps Giorgetta等(2013,Nature Photonics);Deschênes等(2016,Physical Review X)
TWSTFT(卫星双向时间频率传递,Ku波段) 单次观测约0.5 ns BIPM(国际计量局)/PTB(德国物理技术研究院,德国国家计量机构)/NIST(美国国家标准与技术研究院)

4. 轨道、时间系统与坐标系模型#

模型 方程/标准 参考文献(源码注释)
SGP4/SDP4(SGP4:简化通用摄动4;SDP4:简化深空摄动4)轨道外推 WGS-72(WGS:世界大地坐标系)SGP4模型 Vallado等,“Revisiting Spacetrack Report #3”,AIAA(美国航空航天学会)2006-6753(2006)
闰秒/时间系统(UTC/TAI/TT/UT1(UTC:协调世界时;TAI:国际原子时;TT:地球时;UT1:世界时1,地球自转时间)) 自1972-01-01起的整数闰秒制度 IERS(国际地球自转与参考系服务)规范(2010);闰秒历史来自IERS Bulletin C
地球自转角 θ(Tu) = 2π(0.7790572732640 + 1.00273781191135448·Tu) IAU(国际天文学联合会)2000决议B1.8
广播星历SV(空间飞行器,即卫星)位置/钟差 用户算法、相对论项F·e·√A·sin Eₖ、TGD IS-GPS-200(IS:接口规范;GPS:全球定位系统)§20.3.3.4.3.1/§20.3.3.3.3.1
Galileo/QZSS(日本准天顶卫星系统)/北斗星历常数(μ、Ω̇ₑ、C̄₂₀) 各系统SIS ICD(接口控制文件) Galileo OS(开放服务)SIS ICD;北斗OS SIS ICD(CGCS2000,中国大地坐标系2000);GLONASS(俄罗斯全球导航卫星系统)ICD(PZ-90(PZ:Parametry Zemli,俄罗斯大地基准))

5. GNSS测量域与韧性模型#

模型 方程/标准 参考
Klobuchar单频电离层 半周算法 IS-GPS-200 §20.3.3.5.2.5
Saastamoinen天顶对流层 静力学+湿天顶延迟 Davis等(1985);Groves §9.4
Niell映射函数 静力学与湿分量,高度角映射 Niell(1996)
抗干扰链路预算 [1/(C/N₀) + (J/S)/(Q·Rc)]⁻¹(C/N₀ 为载噪密度比,J/S为干信比,Q为谱分离因子,Rc为码片速率)→ 有效C/N₀ → 失锁 Kaplan与Hegarty,Understanding GPS/GNSS,第3版,§9.4
欺骗干扰(spoofing)/能量检测 Neyman–Pearson/双侧 χ²₁ 能量检验;Φ⁻¹ 采用Acklam算法;erf采用Abramowitz与Stegun 7.1.26 经典检测理论
阿伦族稳定度(ADEV/MDEV/TDEV/HDEV(ADEV:阿伦偏差;MDEV:修正阿伦偏差;TDEV:时间偏差;HDEV:哈达玛偏差)) 附置信区间 NIST SP(特别出版物)1065(Riley);Kasdin,Proc. IEEE(1995)
RAIM(接收机自主完好性监测)/完好性(HPL/VPL(HPL:水平保护级;VPL:垂直保护级),ARAIM(先进接收机自主完好性监测)解分离) 快照与解分离 见INTEGRITY.md

6. 验证数据集#

内置收录政策。凡许可允许再分发且体量适合放入git的验证数据集,我们都提交其原样副本,这样克隆仓库后无需网络即可离线复现验证,也不会出现链接失效。只有当某个数据集的许可没有明确允许再分发,或其体量对git而言过大时,才将其设为按需获取(由scripts/fetch_*.sh辅助脚本下载到被git忽略的realdata-cache/中,仅提交少量派生的参考值)。下文为每个按需获取的数据集注明了具体原因;没有任何数据集是出于方便而设为按需获取的。

数据集 用途 许可 仓库内状态
AIAA 2006-6753 SGP4测试向量(全部666个) SGP4数值验证——最差4.12 mm 已发表的参考向量(Vallado,AIAA) 已内置收录 tests/fixtures/sgp4/
⁸⁸Sr光钟ADEV σ_y(τ)(Norcia等,Science 366:93,2019) 光钟实测稳定度拟合验证 CC-BY-4.0(知识共享署名4.0;Zenodo 10.5281/zenodo.3382347) 已内置收录 tests/fixtures/optical_clock_adev/
NASA/USGS(NASA:美国国家航空航天局;USGS:美国地质调查局)SRTM(航天飞机雷达地形测绘任务)v3高程瓦片N36W117(死亡谷,抽稀至6角秒,722 KB) 地形DEM(DEM:数字高程模型).hgt读取器在真实地形上的验证(Badwater Basin约 −86 m) 公有领域(NASA/USGS SRTM v3;经AWS(亚马逊云科技)开放数据elevation-tiles-prod) 已内置收录 tests/fixtures/terrain/N36W117_sub6.hgt
CCSDS 502.0/503.0 Blue Book OEM/TDM(OEM:轨道星历消息;TDM:跟踪数据消息)示例 CCSDS解析器往返验证 已发表的标准示例(CCSDS) 已内置收录 tests/fixtures/ccsds/
IGS(国际GNSS服务组织)SP3(标准产品3,精密轨道格式)精密轨道+RINEX(接收机无关交换格式)导航样本 轨道拟合与完好性验证 IGS开放数据(任何用途均免费,需注明出处) 已内置收录 tests/fixtures/igs/
Celestrak TLE(两行根数)快照(gps-ops、galileo) 真实星座场景 Celestrak条款(需注明出处;源自美国政府的TLE(两行根数)) 已内置收录 tests/fixtures/celestrak/+实时scripts/fetch_tles.sh
scipy / scikit-learn / filterpy参考输出 数值内核与估计器验证 由BSD/MIT(BSD:伯克利软件发行版许可)库在本地生成 已内置收录 tests/fixtures/scipy/(+生成脚本)
Stable32参考偏差(逐十倍程ADEV/HDEV阶梯) 阿伦估计器一致性 派生的汇总值(体量小) 已内置收录 tests/fixtures/cs5071a/, tests/fixtures/phasedat/
5071A铯钟原始相位序列(556,990个点,12 MB) 真实铯钟上的重叠ADEV/HDEV 不明确——allantools采用LGPL-3.0(GNU宽通用公共许可证,一种软件许可),没有明确的数据再分发授权;该文件已从PyPI(Python包索引)发行包中排除 Fetch-gated scripts/fetch_cs5071a.sh;已提交派生的阶梯值
原始 PHASE.DAT(1000点回归序列) Stable32估计器一致性序列 不明确——随商用Stable32(Hamilton Technical Services)一同分发;NIST SP 1065属公有领域,但并未印出这些数值 Fetch-gated scripts/fetch_phasedat.sh;已提交派生的阶梯值
JammerTest 2024 GNSS压制干扰(jamming)/欺骗干扰(spoofing)采集数据(1.4 GB) 韧性/异常场景标定 GPL-3.0-or-later(GNU通用公共许可证;Zenodo 10.5281/zenodo.15910563)——允许再分发,但体量超过GitHub 100 MB的文件限制,且GPL的copyleft与AGPL(Affero通用公共许可证)代码树冲突 按需获取;引用DOI(数字对象标识符)

每个按需获取数据集的许可状态均已对照上游权威来源核查;两个“不明确”的时钟数据集在获得明确的再分发授权之前仍按需获取(凡我们获许发布的数值已经提交),而JammerTest数据集尽管许可开放,仍因体量和copyleft方面的原因按需获取。

7. 较新的领域——其参数的来源#

上述表格之后新增的各类内容遵循同样的规则。每一行都注明来源以及基于该来源构建的能力在验证矩阵中的状态(完整的行见VERIFICATION-MATRIX.md)。

领域 参数 来源 状态
电信授时(telecom-timing) 同步模板 ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)建议书,每项限值均注明其表格或条款,列于TELECOM-TIMING.md MODELLED(转录)
电信授时 振荡器预设ocxo、rubidium、caesium、csac 四份Microchip数据手册,文档编号见TELECOM-TIMING.md MODELLED
电信授时 MTIE(最大时间间隔误差)和TDEV(时间偏差)估计器 allantools 2024.06,基于tests/fixtures/telecom_timing/ VALIDATED
太阳系(solar-system、body-pnt) 行星位置来自JPL(喷气推进实验室)Standish开普勒根数 与tests/fixtures/solar_system/中的JPL Horizons DE441(Development Ephemeris 441)状态矢量核对 VALIDATED;天王星、海王星、冥王星及各卫星为MODELLED
太阳系 各天体的引力参数、半径和自转 JPL Horizons天体记录和JPL卫星物理参数表 MODELLED(转录)
星座设计(constellation-design) GPS、Galileo和GLONASS的标称轨位 Galileo开放服务服务定义文件1.1;GPS标准定位服务性能标准,第5版 VALIDATED
LEO(近地轨道)PNT(leo-signal、leo-pass、leo-pvt) 具名系统预设 所引用的公开数据,每个预设均附其来源 MODELLED
LEO导航电文(leo-navmsg) 空间信号测距误差权重 Montenbruck、Steigenberger与Hauschild(2018),Advances in Space Research VALIDATED
LEO导航电文 22参数星历模型 Liu等(2025),Remote Sensing 17(16):2894 MODELLED

Kshana渲染的每张图表——无论是在浏览器演练场中、CLI(命令行界面)的*.chart.svg导出中,还是在可打印的*.report.html(HTML,超文本标记语言)报告内的图表——右下角都盖有如下标记:

Kshana v<version> · scenario <hash> · kshana.dev

scenario <hash>是本次运行的场景哈希的前12个十六进制字符:它是对规范化场景定义(随机种子、阈值、模型参数、GNSS时间窗等)计算得到的SHA-256(SHA:安全哈希算法)。它与一行式运行摘要以及结果JSON的scenario_hash字段中出现的指纹相同。(结果文档不带scenario_hash的类别,如完好性和月球报告,则回退为对场景源TOML(Tom's Obvious, Minimal Language)计算SHA-256,因此每张图表仍有稳定的指纹。)

由于哈希是确定性的且对输入敏感,保存或粘贴的图表图像可自我标识:它记录了引擎版本、生成该图的确切场景(可逐位复现)以及数据来源;任何参数的改动都会产生不同的哈希,因此标注有误的图表是可以被发现的。

如何引用与复现#

每个结果都可由scenario + seed + engine version复现。引擎请通过CITATION.cff/Zenodo概念DOI 10.5281/zenodo.20528627引用;某次运行所依赖的各项指标,请引用上文的参数来源——它们随结果JSON的provenance字段一同提供,因此已发布的结果自带说明。

凡指标属于地面硬件上的空间目标(所有锶光钟数值)或地面实验室演示(冷原子加速度计)之处,本文档和结果出处都明确说明。Kshana不会把实验室或目标指标当作飞行性能呈现。