Navigace na nízké oběžné dráze Země (rodina druhů scénářů)

7 druhů scénářů enginu v0.40.0. Pouze poradní charakter: výstup analýzy z výzkumného a inženýrského nástroje; nejde o typově schválené navigační zařízení ani o službu z oblasti bezpečnosti života. Každé označení zde pochází od enginu nebo z verifikační matice; druh je MODELLED, pokud matice neříká jinak (jak se označení získává: část Evidence v README).

Tematické stránky: LEO-PNT, LEO-SIGNAL, LEO-PASS, LEO-NAVMSG. Spusťte jednu: kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml. Všechny rodiny: KINDS.md.

leo-signal#

Návrhy signálů LEO-PNT: parametrizované signály určování polohy, navigace a času (PNT) z nízké oběžné dráhy Země (LEO) pro libovolný systém, pásmo a strukturu. SIGNÁL je pásmo (střední frekvence, vysílací šířka pásma, přidělení ITU RNSS/RDSS/MSS/EESS/non-RNSS/other) a složky (akvizice, data, pilot; libovolná podmnožina), každá s modulací (BPSK(n) se zlomkovým n, BOC(m,n), MBOC(6 1,p) nebo ploché pásmo podobné OFDM), podílem výkonu, volitelnými posuny podnosných FDMA, délkou kódu a datovou rychlostí. Signály pocházejí z přeložených veřejných souborů předvoleb (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-soo, centispace, generic-c-band, generic-bands; každý s URL zdroje a každá nepublikovaná hodnota označena REPRESENTATIVE) nebo se zapisují vložené. PRO KAŽDÝ SIGNÁL: pásmově omezená spektrální hustota výkonu a podíl výkonu každé složky, který vysílací pásmo propustí (uzavřený tvar BPSK vedle číselné hodnoty), efektivní (Gaborova) šířka pásma, tepelný jitter sledování kódu smyčkou zpožděného závěsu v závislosti na C/N0 a rozestupu early-late z pásmově omezeného koherentního (nebo nekoherentního) vzorce early-late podle Betze a Kolodziejského 2009 s jeho učebnicovým tvarem pro neomezené pásmo a jeho Gaborovou mezí pro mizející rozestup, přesnost měření vzdálenosti v metrech, prostor vyhledávání při akvizici (Dopplerovy koše z maximálního Dopplera dráhy plus členy oscilátoru a uživatele, krát kódové koše), pravděpodobnost detekce kvadratickým detektorem a střední sériový a kódově paralelní čas akvizice, koeficient spektrální separace signálu do GPS L1 C/A, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b a E5 AltBOC a každého z nich do signálu se zhoršením C/N0 a CW, širokopásmové a přizpůsobené J/S, které sledovaná složka snese, z vlastního aparátu SSC druhu spectrum. SROVNÁNÍ PÁSEM: ionosférické zpoždění prvního řádu (40,3 TEC/f^2), ztráta ve volném prostoru, přesnost měření vzdálenosti při stejném C/N0 a při stejném EIRP a odolnost vůči rušičce. Volitelné KONTROLY TVARU poměřují spektrum návrhu s popsaným měřením (konzistence MODELLED). VALIDATED: uzavřené tvary výkonu BPSK v pásmu (90,3 % v hlavním laloku) a Gaborovy šířky pásma, pásmově omezený jitter přecházející na učebnicový koherentní tvar early-late a na svou Gaborovu mez, koeficient spektrální separace BPSK s posunem proti jeho Parsevalovu uzavřenému tvaru, jednotková plocha spektra AltBOC a maximální Doppler LEO proti publikovaným údajům Xona Pulsar (32-34 kHz) a Iridium (36 kHz). MODELLED: každý návrh, rozdělení výkonu, C/N0 a úroveň rušičky; spektra EFQPSK, CSK a OFDM jsou aproximována.

Povinná pole: žádná. Volitelná: presets, signals, receiver, acquisition, compatibility, trade, shape_checks, psd_points.

Registr: MODELLED 2 · VALIDATED 2. Celá stránka se vstupy, výsledky, důkazy a omezeními: leo-signal.

kshana scenarios/leo-band-trade.toml

leo-pass#

Přelet LEO a rozpočet spoje po pásmech pro LEO-PNT (určování polohy, navigace a času z nízké oběžné dráhy Země), nezávisle na systému: uživatel (pozemní, námořní, letecký nebo uvnitř budovy, statický nebo pohybující se) a jedna či více družic LEO z DESIGNED PASS (navržený průlet: kruhová dráha umístěná tak, aby uživatel viděl jeden přelet zvolené maximální elevace ve zvolený čas, případně heliosynchronní), explicitních PRVKŮ, TLE (dvouřádková sada prvků) přes SGP4 enginu, nebo WALKEROVY konstelace vytvořené kódem pro návrh konstelací (hlášeny nejvyšší přelety). Pásma pocházejí z pojmenované předvolby (obecné vícepásmové UHF/L/S/C, obecné pásmo C, Xona Pulsar X1/X5, Iridium STL, Starlink jako signál příležitosti pouze s Dopplerem, CentiSpace a volitelná předvolba Celeste IOD označená WORKSHOP) nebo se zapisují do scénáře; každá předvolba uvádí, zda její čísla jsou PUBLIC (s URL), REPRESENTATIVE nebo WORKSHOP. Pro každou družici, pásmo a epochu: elevace, azimut, vzdálenost, rychlost změny vzdálenosti a zrychlení vzdálenosti; ztráta šířením ve volném prostoru; EIRP a zisk diagramu družice (isoflux, gaussovský svazek nebo plochý); zisk uživatelské antény v závislosti na elevaci (plošná, polokulová nebo izotropní); plynné zeslabení (ITU-R P.676-10 Annex 2), zeslabení deštěm (koeficienty ITU-R P.838-3 a postup P.618-14 z intenzity a výšky deště), troposférická scintilace (ITU-R P.618-14 oddíl 2.4.1), ztráta pronikáním do budovy pro uživatele uvnitř (ITU-R P.2109-2), polarizační nesoulad, šumová teplota systému a C/N0 (poměr nosné k šumové hustotě); Doppler a rychlost Doppleru v uzavřeném tvaru z rychlosti změny vzdálenosti a zrychlení vzdálenosti, každý zkontrolovaný proti centrálním diferencím; ionosférické zpoždění prvního řádu 40,3 STEC/f^2 z šikmého TEC podle Klobucharu nebo z vertikálního TEC, přepočteného na část ionosféry pod družicí. Dvojice pásem dostávají bezionosférické koeficienty, zesílení šumu a kódový šum ve vrcholu přeletu. Družice MEO GNSS (předvolby Galileo nebo GPS) se vyhodnocují stejným modelem antény a šumu z přijímaných výkonů podle dokumentů rozhraní, takže zvonovitý přelet LEO a ploché nosné GNSS sdílejí jeden graf. Volitelná sekce [iot] udává dobu do prvního určení polohy, energii na určení a výdrž baterie v závislosti na střídě provozu pro uvedený rozpočet příkonu přijímače (MODELLED). Každá dvojice pásem také udává šikmý TEC, který její kombinace bez geometrie ve vrcholu obnoví, a sigma kódového šumu tohoto odhadu (sondování ionosféry). Volitelná sekce [spoofer] padělá signály deklarované polohy, která po nástupu skočí nebo je odtlačena od skutečné, a spouští dva monitory s uvedenými pravděpodobnostmi falešného poplachu a nezachycené události: konzistenci Dopplera a geometrie přeletu (změřené rychlosti změny vzdálenosti proti těm předpovězeným z drah a nezávislé předchozí polohy a rychlosti, zobecněný test chí-kvadrát metodou nejmenších čtverců přes okno, na kanálech GNSS, LEO a všech) a konzistenci mezi pásmy (krok od epochy k epoše modelem korigované kombinace bez geometrie každé dvojice pásem LEO), s hlášením statistik po epochách a kdy každý monitor detekuje (MODELLED). Komponenty VALIDATED: ztráta ve volném prostoru, koeficienty P.838-3 proti jeho tabulce 5, postupy P.618-14 pro déšť a scintilaci a ztráta pronikáním do budovy P.2109 proti validačním příkladům ITU-R Study Group 3, poměr skupinového zpoždění L1/L2 podle IS-GPS-200 a maximální Doppler statického uživatele na kruhové dráze proti arXiv 2509,19551 tabulce 1. MODELLED: EIRP, diagramy, Chapmanův podíl TEC pod družicí a celý přelet.

Povinná pole: žádná. Volitelná: epoch, duration_s, step_s, user, atmosphere, ionosphere, satellite, leo_constellation, gnss, iono_free_pairs, iot, spoofer, name, description, skyline.

Registr: MODELLED 7 · VALIDATED 5. Celá stránka se vstupy, výsledky, důkazy a omezeními: leo-pass.

kshana scenarios/leo-pass-iridium.toml

leo-navmsg#

Navigační zpráva LEO: vysílané efemeridy a hodiny družice pro určování polohy, navigaci a čas na nízké oběžné dráze Země (LEO), pro libovolnou dráhu, nosnou a model, s volitelnými pojmenovanými předvolbami (Xona Pulsar, Iridium, Starlink, CentiSpace, reprezentativní systém v pásmu C, model nulových hodin ATOMIC, Celeste IOD). OBSAH: pomocná data (SVID, číslo vydání dat, pásmo, zdraví signálu), synchronizace (týden, čas v týdnu, polynom hodin druhého řádu af0-af2 kolem toc), efemeridy v jednom ze čtyř modelů -- 16parametrová keplerovská sada podle Galileo OS SIS ICD; tatáž sada plus polynomy korekcí v podélném, příčném a radiálním směru; 22parametrový model Liu et al. 2025; polynom ECEF bez členů hodin (ATOMIC, nulové hodiny) -- a další služby (vysílaná sada Klobuchar, NeQuick-G ai0-ai2 s efektivní úrovní ionizace a parametry převodu systémového času na UTC s logikou přestupných sekund podle ICD). PROKLÁDÁNÍ: pravdivá dráha integrovaná se zonální gravitací J2-J6 nebo EGM2008 do zvoleného stupně a s odporem a seedovaný volný nebo řízený hodinový signál; proložení keplerovské sady metodou Levenberg-Marquardt na nesingulárních prvcích, poté lineární korekční polynomy metodou nejmenších čtverců; hodiny proložené po odečtení relativistického členu, který přidává uživatel. ANALÝZY: fit-interval-trade (chyba vzdálenosti signálu v kosmu, SISRE, s globálně průměrovanými vahami pro výšku dráhy, v závislosti na intervalu proložení a periodě aktualizace, pouze dráha a s hodinami), model-comparison (čtyři modely, počet parametrů, kódované bity a proložení Kshany ve výškách podle Liu et al. vedle publikovaných hodnot), midpass-update (nejvyšší přelet nad uživatelem, skok polohy, hodin a vzdálenosti uživatele při každém přepnutí zprávy, skok při nejhorší geometrii, PASS/FAIL proti prahu kontinuity), encode-decode (vlastní zdokumentovaný binární rámec Kshany s CRC-24Q, rozpočet kvantizace po půlkrocích pro každé pole, kontrola poškozeného rámce, export a import záznamu ve stylu RINEX-4 označeného jako rozšíření Kshany a tabulka CSV). VALIDATED: váhy SISRE proti publikované tabulce MEO/GEO (Montenbruck et al. 2018); uživatelský algoritmus Galileo proti RTKLIB na skutečných vysílaných efemeridách Galileo; CRC-24Q proti své katalogové kontrolní hodnotě a ukázkovému rámci RTCM 1005. MODELLED: každý údaj o proložení a SISRE je chyba reprezentace oproti pravdě integrované Kshanou (žádná chyba určení ani předpovědi dráhy); srovnání s Liu et al. používá jiné dráhy; formáty kódování a textu jsou vlastní formáty Kshany.

Povinná pole: žádná. Volitelná: name, description, seed, analysis, preset, orbit, clock, message, trade, comparison, midpass.

Registr: MODELLED 5 · VALIDATED 6. Celá stránka se vstupy, výsledky, důkazy a omezeními: leo-navmsg.

kshana scenarios/leo-navmsg-celeste-iod.toml

leo-pvt#

Spojené určování polohy, navigace a času (PNT) ze střední oběžné dráhy Země (MEO) a nízké oběžné dráhy Země (LEO) pro LIBOVOLNÉ konstelace: každý [[system]] je předvolba GNSS druhu constellation-design, předvolba LEO (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-sop, centispace, generic-c-band, model efemerid atomic-zero-clock nebo jiný soubor předvolby, každý ve vlastním souboru se zdroji označenými PUBLIC, WORKSHOP nebo ODVOZENÝ), slupky Walker nebo explicitní sady prvků, s nosnou, čipovou rychlostí, obálkou poměru nosné k šumové hustotě (C/N0) od masky elevace po zenit, chybou vzdálenosti signálu v kosmu (SISRE), sigmou Dopplera a modelem hodin (vlastní hodiny přijímače, takže se mezisystémový bias odhaduje, nebo známý vysílaný posun). Čtyři režimy. DOPPLER: dávkové určení polohy Gaussovou-Newtonovou metodou z rychlosti změny vzdálenosti s analytickými parciálními derivacemi, stavy driftu hodin a volitelně rychlosti a volitelným omezením výšky, s jednou nebo více družicemi, chyba v závislosti na délce okna, obálka Dopplera, rychlosti změny Dopplera a ryvu každého systému LEO a přesnost v podélném a příčném směru při jediném přeletu v závislosti na příčném posunu (příčná chyba neomezeně roste, když přelet míří nad hlavu; jediný přelet má také zrcadlové řešení přes pozemní stopu). Zde běží signál příležitosti pouze s Dopplerem (starlink-sop). JOINT: určení polohy z pseudovzdáleností metodou vážených nejmenších čtverců pro každou epochu pouze z GNSS, pouze z LEO a z obojího, sigmy pro každé měření z modelu tepelného šumu smyčky zpožděného závěsu při C/N0 plus SISRE (nebo pevná sigma, aby je mohl krmit model signálu), odhadnuté mezisystémové biasy a PDOP/HDOP/VDOP v závislosti na počtu přidaných družic LEO. POLAR: družice ve výhledu a DOP v závislosti na šířce pro GNSS, LEO a obojí. TIMING: přenos času do koordinovaného světového času (UTC) z družic LEO ve známé poloze dvoustavovým filtrem hodin, jehož procesní šum pochází z tříd oscilátorů enginu, v závislosti na C/N0 a oscilátoru, a výraz IS-GPS-200 pro převod systémového času na UTC; s [timing] trace = true hlásí každý řádek také svou časovou chybu a předpovězenou sigmu v každé epoše. VALIDATED: největší Doppler přeletu od zenitu k obzoru proti publikovaným údajům Iridium (až 36 kHz) a Xona Pulsar X1 (32 až 34 kHz). MODELLED: vše ostatní; DOP je zkontrolován proti ručně odvozenému případu, určení polohy proti jeho kovarianci a model Dopplera proti identitě zrychlení vzdálenosti.

Povinná pole: žádná. Volitelná: mode, seed, duration_s, step_s, user, dll, doppler, joint, polar, timing, system, skyline.

Registr: MODELLED 3 · VALIDATED 2. Celá stránka se vstupy, výsledky, důkazy a omezeními: leo-pvt.

kshana scenarios/leo-pvt-fjord-skyline.toml

leo-ppp#

Konvergence přesného určení polohy z jednoho bodu (PPP) pouze s GNSS a s doplněním LEO: float rozšířený Kalmanův filtr na kódu a fázi nosné bez ionosféry se statickými souřadnicemi stanice, bílými hodinami přijímače, jedním mezisystémovým biasem pro každý další systém, zenitovým mokrým zpožděním jako náhodnou procházkou převedeným faktorem 1/sin(elevace) a float nejednoznačností pro každý oblouk družice; chyba přesné dráhy a hodin je bílá a společná kódu i fázi družice, takže každá družice je jedna korelovaná dvouřádková aktualizace v Josephově stabilizovaném tvaru. Měření se simulují ze stejného modelu se seedovaným šumem na několika místech a seedech a každý případ (nejprve pouze GNSS, poté každý [[case]] systémů LEO, libovolné konstelace nebo předvolby) hlásí střední dobu konvergence (první epocha, po níž horizontální a vertikální chyby zůstávají pod prahy, ve výchozím stavu 10 cm), podíl konvergovaných běhů, střední křivky chyb a konzistenci filtru (průměr NEES polohy přes běhy proti oboustrannému 95% pásmu chí-kvadrát). Volitelně vedle publikovaných údajů Li et al. (2019, J. Geod. 93:749, doi 10.1007/s00190-018-1195-2) pro střední šířky: 9,6 min pro multi-GNSS zkráceno na 7,0, 3,2, 2,1 a 1,3 min s 60, 96, 192 a 288 družicemi LEO. MODELLED: srovnání konzistence trendu, nikoli reprodukce konstelací, šumu ani stanic oné studie; bez řešení nejednoznačností, skoků cyklů, fázového navíjení, slapů ani časově korelovaných chyb produktů.

Povinná pole: žádná. Volitelná: seed, duration_s, step_s, runs, criterion_horizontal_m, criterion_vertical_m, compare_li_2019, noise, site, gnss, case.

Registr: MODELLED. Celá stránka se vstupy, výsledky, důkazy a omezeními: leo-ppp.

kshana scenarios/leo-ppp-convergence.toml

ntn-positioning#

Určování polohy z downlinku 5G nepozemské sítě (NTN) v pásmu S mobilní družicové služby (MSS) (pásmo 3GPP n256, downlink 2170 až 2200 MHz; výchozí nosná 2172,5 MHz): Cramérova–Raova mez (CRB) pro čas příchodu, c / (2 pi beta sqrt(2 (C/N0) T)), kde beta je kvadratický průměr (Gaborova) šířky pásma plochého spektra OFDM (B/sqrt(12)), a pro Doppler komplexního tónu, sqrt(3 / (2 pi^2 (C/N0) T^3)), pro každý signál (výchozí kanál New Radio 5 MHz s obsazenými 4,5 MHz a úzkopásmový kanál 200 kHz s obsazenými 180 kHz); poté, přes libovolnou konstelaci LEO, určení polohy z časů příchodu downlinku s neznámými hodinami přijímače (seedovaná, s mezí plus chybou synchronizace sítě jako sigma), jejich PDOP a formální 3D sigma, a určení polohy z Dopplera jedné družice během nejdelšího přeletu při držené výšce. MODELLED: krok od šířky pásma k mezi je učebnicový uzavřený tvar, kontrolovaný proti numerické integraci plochého a pásmově omezeného spektra BPSK (vnitřní konzistence, nepřipíná se žádná publikovaná propočtená hodnota), a přesnost určení polohy je mez na kanálu bez vícecestného šíření s uvedenou chybou synchronizace, nikoli dosažený výsledek.

Povinná pole: žádná. Volitelná: seed, carrier_hz, signal, integration_s, doppler_integration_s, cn0_dbhz, sync_error_m, user, duration_s, step_s, system.

Registr: VALIDATED. Celá stránka se vstupy, výsledky, důkazy a omezeními: ntn-positioning.

kshana scenarios/ntn-5g-positioning.toml

leo-pnt-chain#

Jeden systém LEO-PNT (určování polohy, navigace a času z nízké oběžné dráhy Země) od začátku do konce, pro libovolnou konstelaci a signál: návrh leo-signal pojmenovaný v signal_design (veřejná předvolba nebo vložený návrh [signal]) určuje střed, šířku pásma, čipovou rychlost a rozdělení EIRP pásma [pass], rozpočet spoje leo-pass dává sledované C/N0 a pásmově omezený kódový jitter během přeletu, přímka C/N0 v sin(elevace) a vysílané SISRE zprávy [navmsg] (proložené ve výšce družice přeletu) vstupují do každého systému LEO ve společném určení polohy leo-pvt v [fusion] a volitelně do případů leo-ppp v [ppp]; každé předání je uvedeno s hodnotou a jednotkou. MODELLED.

Povinná pole: signal_design, pass, fusion. Volitelná: name, description, seed, signal, navmsg, od_sisre_m, ppp.

Registr: MODELLED. Celá stránka se vstupy, výsledky, důkazy a omezeními: leo-pnt-chain.

kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml