Strojový překlad, nekontrolovaný rodilým mluvčím. Referenční je anglická verze.

Navigace na nízké oběžné dráze Země (LEO)Upravit na GitHubuZdroj: docs/LEO-SIGNAL.md

Návrhy signálů LEO-PNT a vícepásmové spektrum

Druh scénáře leo-signal analyzuje signály určování polohy, navigace a času (PNT) na nízké oběžné dráze Země (LEO). Není vázán na jeden systém. Signál je parametrizovaný návrh (data, nikoli kód), takže stejný druh analyzuje zveřejněný komerční signál, reprezentativní návrh pro pásmo, které nikdo nezveřejnil, nebo libovolný návrh, který scénář zapíše přímo. Druh spectrum tyto návrhy také kreslí, v libovolném pásmu od velmi vysokého kmitočtu (UHF) po C, každé pásmo s vlastními rušiči, a pásmo leo-pass nebo běh leo-pnt-chain může nést kterýkoli z nich (viz Kde se návrhy používají).

Spusťte přibalené příklady:

  • kshana example leo-band-trade: porovnání pásem od UHF po široké C na reprezentativních návrzích;
  • kshana example xona-pulsar-signals: zveřejněné signály Xona Pulsar X1 a X5;
  • kshana example multi-band-jamming-waterfall: panely UHF, L, S a C pod rušiči pro každé pásmo (scénář spectrum);
  • kshana scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml, z kopie repozitáře (nepřibaleno): pásma a konfigurace signálu demonstrace na oběžné dráze (IOD) Celeste prezentované na workshopu LEO-PNT programu Navigation Innovation and Support Programme (NAVISP) Evropské kosmické agentury (ESA) v roce 2026 (viz Parametry z workshopu níže).

Kód: src/leo_signal.rs (návrhy signálů, druh), src/navsignal.rs (uzavřené tvary), src/spectrum.rs (vícepásmový vodopád), soubory předvoleb v data/leo-signals/.

Návrh signálu#

Část Co obsahuje
Pásmo střední kmitočet, vysílací šířka pásma (mimo ni je spektrum nulové) a alokace Mezinárodní telekomunikační unie (ITU): Radio Navigation Satellite Service (RNSS), Radio Determination Satellite Service (RDSS), Mobile Satellite Service (MSS), Earth Exploration-Satellite Service (EESS), pásmo mimo RNSS nebo jiné
Složky libovolná podmnožina složky akvizice (krátká a pomalá, snadno nalezitelná), složky dat (navigační zpráva) a složky pilotu (bez dat, pro měření vzdálenosti)
Pro každou složku modulace: binární fázové klíčování BPSK(n) při n × 1,023 Mchip/s (n může být zlomek, BPSK(1/3) je 341 kchip/s), binární offsetová nosná BOC(m,n), multiplexované BOC nebo FLAT(<MHz>) pro maják s ortogonálním frekvenčním multiplexem (OFDM); podíl výkonu; posuny podnosných při frekvenčním vícenásobném přístupu (FDMA); délka kódu; datová rychlost
Volitelné referenční a maximální přijímaný výkon, výška oběžné dráhy, ranging = false pro signál pouze s Dopplerem, poznámky o tom, co je zveřejněno a co předpokládáno

Scénář bere signály z presets = [...] a z vložených tabulek [[signals]]. Bez nich analyzuje předvolbu generic-bands.

Předvolby#

Jeden soubor na každou v data/leo-signals/, zkompilovaný, každý uvádí adresu URL svého zdroje. Hodnota, kterou zdroj nezveřejňuje, je v souboru i ve zprávě označena REPRESENTATIVE.

Předvolba Signály Zdroj Uvedená přiblížení
xona-pulsar xona-x1 (1593,3225 MHz, 1,023 Mchip/s), xona-x5 (1190,51625 MHz, 10,23 Mchip/s); minimální a maximální přijímaný výkon; 1080 km PUBLIC, arXiv 2509,19551 vylepšené Feherovo kvadraturní fázové klíčování (EFQPSK) vykreslené s obálkou BPSK s obdélníkovými čipy; klíčování kódovým posunem a překryvné kódy nejsou modelovány; vysílací šířka pásma = hlavní lalok (nezveřejněno)
iridium-stl shluky iridium-stl Satellite Time and Location (STL), kvadraturní fázové klíčování (QPSK) při 25 ksymbol/s, 780 km, pouze Doppler a časování PUBLIC, zpráva Resilient Navigation and Timing Foundation (RNTF) nosná uprostřed 1616 až 1626 MHz; přijímaný výkon odvozený ze zveřejněného 300 až 2400násobku Global Positioning System (GPS)
starlink-soo starlink-ku-beacon, maják OFDM 240 MHz, pouze Doppler PUBLIC, NAVIGATION 72(1) ploché spektrum; střed kanálu a výška shellu REPRESENTATIVE; zveřejněný poměr nosné k hustotě šumu (C/N₀) asi 57 dB-Hz je nastaven přes přijímač
centispace centispace-l1, centispace-l5, BPSK při 2,046 Mchip/s PUBLIC, PubMed Central PMC10301026 nosné umístěné na nosných GPS L1 a L5 („poblíž“ ve zdroji); délka kódu REPRESENTATIVE
generic-c-band generic-c-band-leo, 5020 MHz, BPSK(10) v 20 MHz REPRESENTATIVE, pro systémy v pásmu C, jejichž parametry nejsou veřejné (například TrustPoint) celý návrh
generic-bands generic-uhf, generic-l, generic-s, generic-c, generic-c-wide REPRESENTATIVE, alokace z Radiokomunikačního řádu ITU; nosná UHF 465 MHz z veřejného průzkumu signálů LEO-PNT openRECEIVER celý návrh (i šířka pásma a modulace UHF)

Polynomiální model efemerid ATOMIC s „nulovými hodinami“ je model navigační zprávy, nikoli návrh signálu, a patří k práci na navigační zprávě, ne sem.

Co se počítá pro každý signál#

  • Pásmově omezená spektrální hustota výkonu (PSD) a pro každou složku podíl jejího výkonu, který vysílací pásmo propustí. Pro složku BPSK uprostřed stojí uzavřený tvar η = (2/π)[Si(πBT_c) − sin²(πBT_c/2)/(πBT_c/2)] vedle číselné hodnoty (90,3 % pro hlavní lalok).
  • Střední kvadratická (RMS, Gaborova) šířka pásma sledované složky uvnitř pásma, s uzavřeným tvarem pro BPSK β² = [B/2 − sin(πBT_c)/(2πT_c)] / (π² T_c η).
  • Rozptyl tepelného šumu kódového sledování smyčky závěsu zpoždění (DLL) v závislosti na C/N₀ a rozestupu korelátorů early-late, z pásmově omezeného vzorce early-late podle Betze a Kolodziejskiho (2009): σ² = B_L(1 − ½B_L T) ∫ G sin²(πfΔ) df / [(2π)² (C/N₀) (∫ f G sin(πfΔ) df)²], ve výchozím stavu koherentní, s nekoherentní kvadratickou ztrátou na vyžádání. Zpráva přidává učebnicový tvar pro neomezené pásmo (Kaplan a Hegarty) a mez pro mizející rozestup danou Gaborovou šířkou pásma. Přesnost měření vzdálenosti je tento rozptyl v metrech při referenčním C/N₀ a rozestupu.
  • Akvizice: největší Doppler družice na přeletu přes zenit při elevační masce (f v R_E cos(el) / ((R_E + h) c), kruhová dráha, bez rotace Země) plus členy oscilátoru a uživatele; dopplerovské přihrádky 2/(3T); kódové přihrádky přes jednu periodu; pravděpodobnost detekce detektoru se čtvercovou charakteristikou (zobecněné Marcumovo Q) při pravděpodobnosti falešného poplachu na buňku, vystředěná a při nejhorším případu překryvu; a střední doba akvizice sériového a kódově paralelního vyhledávání s jedním setrváním (Holmes).
  • Kompatibilita: koeficient spektrální separace (SSC) pásmově omezeného signálu do GPS L1 coarse/acquisition (C/A), Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b a signálu E5 s alternativní BOC (AltBOC) přes každé pásmo přijímače globálního družicového navigačního systému (GNSS), ztráta C/N₀, kterou způsobuje při svém přijímaném výkonu, a SSC a ztráta C/N₀ každého signálu GNSS do sledované složky LEO.
  • Tolerance vůči rušiči: poměr výkonu rušiče k signálu (J/S) pro tón s nemodulovanou nosnou (CW) na nosné, plochý šum přes vysílací pásmo a šum přizpůsobený sledované složce, který přivede sledovanou složku na práh sledování, z vlastního kódu SSC druhu spectrum (spectrum::Jammer::ssc).

Konvence C/N₀: průchod i reference jsou celkové C/N₀ v pásmu. Podíl složky vstupuje do vzorců sledování a rušiče jako 10 log₁₀(s/η) (její podíl nefiltrovaného výkonu vůči podílu v pásmu), stejná konvence, kterou používá druh spectrum pro prosté pásmo, jehož výkon modulace mimo pásmo přijímače se ztrácí stejným způsobem.

Porovnání pásem#

[trade] staví každý signál vedle referenčního signálu: ionosférické skupinové zpoždění prvního řádu 40.3·TEC/f² pro zadaný šikmý celkový elektronový obsah (TEC) (1 jednotka TEC, TECU, = 10¹⁶ elektronů/m²), ztráta šířením ve volném prostoru (FSPL) na šikmé vzdálenosti, přesnost měření vzdálenosti při stejném C/N₀ a při stejném efektivním izotropně vyzářeném výkonu (EIRP) (C/N₀ minus rozdíl ztráty ve volném prostoru, izotropní antény na obou koncích) a tolerance vůči rušiči při C/N₀ pro stejné EIRP.

scenarios/leo-band-trade.toml (50 TECU, 1000 km, 45 dB-Hz, koherentní rozestup 0,5 čipu, smyčka 1 Hz, 20 ms):

Signál Pásmo Ionosférické zpoždění ΔFSPL oproti L Měření vzdálenosti, stejné C/N₀ C/N₀, stejné EIRP Měření vzdálenosti, stejné EIRP Tolerance J/S pro CW
generic-uhf 465 MHz, BPSK(5) 93,19 m (×6,57) −8,17 dB 0,221 m 53,17 dB-Hz 0,086 m 42,1 dB
generic-l 1191,795 MHz, BPSK(10) 14,19 m 0 0,111 m 45,00 dB-Hz 0,111 m 45,0 dB
generic-s 2492,028 MHz, BPSK(5) 3,24 m (×0,229) +6,41 dB 0,185 m 38,59 dB-Hz 0,388 m 41,7 dB
generic-c 5020 MHz, BPSK(10) 0,80 m (×0,056) +12,49 dB 0,111 m 32,51 dB-Hz 0,465 m 43,4 dB
generic-c-wide 5100 MHz, BPSK(50) 0,77 m (×0,055) +12,63 dB 0,022 m 32,37 dB-Hz 0,093 m 50,3 dB

Porovnání se čte oběma směry. Při stejném C/N₀ je přesnost měření vzdálenosti dána čipovou rychlostí a pásmem (široké C měří pětkrát jemněji než L). Při stejném vyzářeném výkonu ztráta ve volném prostoru plně postihuje vyšší pásma: pásmo C ztrácí 12,5 dB C/N₀ a měří čtyřikrát hůře než L, UHF získává 8,2 dB, ale nese 6,6krát větší ionosférické zpoždění. Široké C si svou přesnost vykupuje šířkou pásma. To vše stojí na reprezentativních návrzích a izotropních anténách; směrová anténa uživatele v pásmu C mění sloupce pro stejné EIRP.

Xona Pulsar#

scenarios/xona-pulsar-signals.toml při zveřejněných minimálních přijímaných výkonech proti anténě 290 K a šumovému číslu 2 dB (práh −201,98 dBW/Hz):

X1 X5
Referenční C/N₀ 53,78 dB-Hz 57,08 dB-Hz
Přesnost měření vzdálenosti (0,5 čipu, koherentní, 1 Hz) 0,402 m 0,028 m
Maximální Doppler družice, 1080 km 33,2 kHz 24,8 kHz
Přihrádky Doppler × kód (1 ms, 0,5 čipu) 104 × 2046 78 × 20 460
Střední doba kódově paralelní akvizice 0,15 s 0,37 s

X5 leží na 1190,51625 MHz, uvnitř pásma Galileo E5: jeho SSC je −91,2 dB/Hz do Galileo E5a a GPS L5, −103,2 dB/Hz do E5b a −86,2 dB/Hz do signálu AltBOC a jedna družice X5 při svém minimálním výkonu zvýší hustotu šumu přijímače GNSS o 0,0001 až 0,005 dB. Doppler X1, 33,2 kHz, leží uvnitř 32 až 34 kHz, které článek uvádí (řádek Dopplera VALIDATED níže).

Vícepásmové spektrum#

[[bands]] druhu spectrum berou kromě pěti pojmenovaných pásem GNSS (gps-l1ca, galileo-e1, gps-l2c, gps-l5, galileo-e5a):

  • signal = "<preset signal>": návrh z předvolby, nakreslený se všemi složkami, pásmově omezený na svou vysílací šířku pásma, přijímaný při referenčním výkonu předvolby nebo signal_power_dbw. C/N₀ a J/S se vztahují ke sledované složce (tracked_power_dbw ve zprávě);
  • centre_mhz s modulation a signal_power_dbw: libovolné vlastní pásmo.

[[panels]] přidávají vodopády přes jiné frekvenční rozsahy na téže časové ose a barevné stupnici a rušič wideband (zahlcení) se připojuje k CW, úzkopásmovému, čirpovému a přizpůsobenému šumu. Prosté pásmo se chová přesně jako dříve: přibalený příklad l-band-waterfall-jamming stále dává 43,48 dB-Hz nominálně a 3,23 dB-Hz minimálně pro L1 C/A (připnuto v tests/leo_signal_reference.rs).

scenarios/multi-band-jamming-waterfall.toml (60 s, jeden řádek za sekundu):

Pásmo Nominální C/N₀ Po vlastním rušiči Rušič
generic-uhf (465 MHz) 49,41 dB-Hz 34,38 dB-Hz od 10 s CW na nosné, −120 dBW
gps-l1ca 43,48 dB-Hz 3,38 dB-Hz od 20 s (ztraceno) čirp 16 MHz, 50 mW na 100 m
galileo-e5a 46,73 dB-Hz 38,51 dB-Hz od 30 s zahlcení 40 MHz na 1185 MHz, −118 dBW
xona-x5 54,51 dB-Hz 46,29 dB-Hz od 30 s totéž zahlcení
generic-s (2492,028 MHz) 49,23 dB-Hz 41,69 dB-Hz od 40 s šum 2 MHz, −128 dBW
generic-c-band-leo (5020 MHz) 47,41 dB-Hz 40,35 dB-Hz od 50 s přizpůsobený šum, −124 dBW

Každý rušič zasahuje jen své vlastní pásmo; test drží každé další pásmo na jeho nominálním C/N₀, dokud nezačne jeho vlastní rušič.

Kde se návrhy používají#

Návrh se vyhledává podle názvu všude, kde jej může pásmo pojmenovat:

  • pásmo spectrum (signal = "<design>", výše): multi-band-jamming-waterfall, leo-resilience-js-margin a kampaně leo-resilience-multiband-diversity a leo-resilience-gnss-jammed-leo-carries;
  • pásmo leo-pass (signal = "<design>"): pásmo převezme střední kmitočet návrhu (pokud není zadáno frequency_mhz), vysílací šířku pásma a sledovanou čipovou rychlost, rozdělí své EIRP mezi složky podle jejich podílů výkonu a v každé epoše hlásí C/N₀ sledované složky a pásmově omezený rozptyl kódového sledování (LEO-PASS.md);
  • druh leo-pnt-chain, který předává rozdělení výkonu a čipovou rychlost návrhu přeletu a jeho nosnou a čipovou rychlost fúzovanému určení polohy (leo-pnt-end-to-end, xona-pulsar-end-to-end; LEO-PNT.md).

Parametry z workshopu#

scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml obsahuje frekvenční pásma Celeste IOD a konfiguraci signálu „Classical Pilot“ č. 1, jak byly prezentovány na workshopu LEO-PNT programu ESA NAVISP v roce 2026, s kontrolou tvaru jednoho návrhu proti tam ukázanému naměřenému spektru. Je jedním ze souborů předvolby Celeste IOD (další jsou src/celeste_iod.rs a ostatní scenarios/*celeste-iod*.toml); žádná specifikace signálu Celeste není veřejná. Jeho složky nesou své předpoklady (rozdělení výkonu, délky kódů, posuny FDMA a reprezentativní modulaci pro pásma, jejichž modulace nebyla prezentována). Kontrola tvaru je MODELLED shoda: porovnává tvary, nikoli kalibrované úrovně.

Je zadržen spolu se zbytkem předvolby: smažte src/celeste_iod.rs a soubory scenarios/*celeste-iod*.toml. Scénář se nikam nekompiluje: rozhraní příkazové řádky jej uvádí jako scénář dostupný pouze v repozitáři (kshana example jej pojmenuje a vysvětlí, místo aby jej vypsal) a test odmítne jakékoli include_str! z něj. Každý další scénář, test i orákulum běží i bez něj; test, který jej čte, projde s poznámkou, když chybí, a počet souborů scénářů v README jej stále započítává.

Důkazy#

Tvrzení Popisek Orákulum
výkon BPSK v pásmu (90,3 % v hlavním laloku); pásmově omezený rozptyl early-late se redukuje na učebnicové koherentní a nekoherentní tvary a na svou Gaborovu mez; vlastní SSC BPSK 2/(3 R_c) VALIDATED Kaplan & Hegarty, Betz & Kolodziejski 2009, Betz 2001, Abramowitz & Stegun, tabulka 5,1
Uzavřený tvar pásmově omezené Gaborovy šířky pásma; SSC posunuté BPSK při nenulovém posunu; jednotková plocha AltBOC (vše v rámci řádku výše, jako křížové kontroly) vnitřní konzistence odvozeno zde, zkontrolováno proti kvadratuře
Maximální Doppler LEO VALIDATED Xona Pulsar X1 32 až 34 kHz (arXiv 2509,19551); Iridium ±36 kHz (RNTF)
návrhy leo-signal, akvizice, kompatibilita, tolerance vůči rušiči, porovnání, kontroly tvaru MODELLED ověřené uzavřené tvary proti nezávislé vnější referenci, identita detektoru P_d(0) = P_fa, Holmesova střední doba, vlastní řetězec SSC druhu spectrum
Vícepásmové spektrum MODELLED redukce na nezměněné řetězce spektra a rušení

Nemodelováno#

  • Přesná spektra EFQPSK, klíčování kódovým posunem a OFDM.
  • Čárová struktura rozprostíracích kódů a vzájemná korelace při vícenásobném přístupu.
  • Vysílací a přijímací filtry nad rámec ideální cihlové stěny: žádné vyzařování mimo pásmo.
  • Vícecestné šíření, kvantování a automatické řízení zesílení.
  • Rotace Země v mezi Dopplera (až asi 0,46 km/s rychlosti změny vzdálenosti).
  • Ionosférické zpoždění nad rámec prvního řádu a rozdělení elektronového obsahu nad družicí LEO a pod ní: šikmý TEC je vstup.
  • Atmosférické ztráty, ztráty deštěm a polarizační ztráty.
  • Logika akvizice s více setrváními.
  • Souhrnná interference nad rámec počtu na družici.

Reference#