Masky skyline a geometrie oblohy

Do verze 0,36 byl každý test viditelnosti vůči Zemi v enginu jediným elevačním prahem, mask_deg: družice se počítala, když byla na jednom čísle nebo nad ním, bez ohledu na směr. Ulice, nábřeží, fjord nebo jeřáb část oblohy zakrývá a zbytek ponechává otevřený. Skyline je elevační řez závislý na azimutu; funkce geometrie oblohy mění stanoviště, čas, konstelace a skyline na viditelnou množinu, faktor zhoršení přesnosti (DOP), kovarianci geometrie, horizontální chybovou elipsu, mrak Monte Carlo a skyplot. Návrh je docs/design/2026-10-12-geometry-and-skyline-design.md (položky 1 a 2).

Důkazy: rozhodnutí o viditelnosti s maskou (geodetické úhly pohledu, tabulková maska, viditelná množina a její DOP) je VALIDATED vůči Orekitu 12,2 a gnss_lib_py 1.0.4 v předregistrovaném porovnání, stejně tak chybová elipsa a kofaktor podle systému (numpy, předregistrováno); redukce kaňonu, sektorů a terénu, předvolby a ostatní funkce geometrie oblohy jsou MODELLED (Důkazy). Skyline odstraňuje družice v přímé viditelnosti, a nic víc. Předvolby jsou REPRESENTATIVE geometrie, nikoli zaměření.

Skyline#

Skyline je bodové maximum čtyř popisů. Azimut je v stupních po směru hodinových ručiček od pravého severu v místní soustavě východ–sever–nahoru stanoviště; elevace jsou v [0, 90).

preset = "<name>" vychází z pojmenované geometrie; pole kaňonu pak přepisují kaňon předvolby pole po poli a table, sectors a terrain se k ní přidávají.

Parametr přijímače mask_deg si zachovává svůj význam: je to plochý skyline. Efektivní práh při azimutu az je max(mask_deg, skyline(az)) a družice je viditelná, když je její elevace na něm nebo nad ním: stejné >=, jaké vždy používala plochá maska. Družice nad mask_deg, ale pod skyline, je zakryta skyline.

Ulice (kaňon)#

Ulice vede podél azimutu s, w metrů mezi stěnami, anténa a metrů nad zemí na ose. Podél azimutu az, s θ = az − s, paprsek dosáhne stěny po d(az) = (w/2) / |sin θ|, takže stěna o výšce h zakrývá od

cut(az) = atan( (h − a) / d(az) )          (the right wall for sin θ > 0, the side at s + 90°)

Otevřený pruh leží podél ulice. S length_m = L (anténa uprostřed) paprsek odchází otevřeným koncem a stěna nezakrývá nic, když platí d(az) · |cos θ| > L/2. Stěna ne vyšší než anténa nezakrývá nic. antenna_m je ve výchozím stavu 1,5 m (střecha auta nebo ruční přijímač, zvolená hodnota); nový kaňon potřebuje width_m.

Předvolby#

Zvolené a uvedené rozměry (z návrhové poznámky), nikoli zaměření skutečného místa. kshana skyline --preset <name> vypíše jednu z nich s jejím původem a jejím řezem po každém stupni.

Ve scénáři#

Nepovinná sekce [skyline] nad vlastním prahem daného druhu:

Pozemní stanoviště pro orbit a integrity. Oba druhy modelují obíhajícího uživatele s geocentrickou elevací a bez azimutu vázaného k Zemi, takže skyline přijímají jen v režimu pozemního stanoviště z návrhové poznámky: user_site = { lat_deg, lon_deg, height_m } místo user (právě jedno z obou). Každý vzorek je jeden absolutní okamžik, epoch + t: každá družice se k němu propaguje (sada elementů, broadcast efemeridy nebo soubor SP3 se posouvá od vlastní epochy, družice Walker se počítá t od epoch) a převede se do zemského pevného systému v tomto okamžiku, takže stanoviště vidí jednu konzistentní oblohu. epoch je vlastní epocha scénáře oběžné dráhy; bez ní (a vždy pro integrity, který ji nemá) je to nejnovější epocha mezi družicemi, které nějakou nesou, nebo J2000 pouze pro vzory Walker. Elevace a azimut jsou geodetické (WGS-84). Horizontální a vertikální rozdělení ochranných úrovní ARAIM druhu integrity a Stanfordovy vertikální chyby používá stejný geodetický směr nahoru (normálu elipsoidu WGS-84, asi 0,19° od geocentrického radiálního směru při šířce 45°); snímkový RAIM jej už používal. user_site bez skyline je obyčejný pozemní uživatel; cesta obíhajícího user zůstává beze změny.

kind = "integrity"
mask_deg = 5.0
# ...
[user_site]
lat_deg = 59.45
lon_deg = 24.75
height_m = 15.0

[skyline]
preset = "harbour-approach"

Zpětná kompatibilita. Bez sekce [skyline] je scénář bajtově shodný s tím, co tentýž engine dával předtím, než kód skyline existoval: tests/skyline_scenarios.rs kontroluje JSON, graf a souhrn každého dodávaného scénáře, který některý z těchto druhů spouští, a text NMEA každého výcvikového scénáře proti digestům SHA-256 základu „0,36 portable“ (digesty z commitu vydání 0.35.0, znovu stanovené, když engine přešel na přenositelnou matematiku, a uchované v testu jako záznam: docs/revisions/STUDIO15-portable-math-rebaseline.md). Prázdná sekce [skyline] nezakrývá nic; výsledek se pak rovná běhu bez ní, až na přidaný blok skyline a nulové počty masked_by_skyline.

Co se odmítá, s důvodem ve zprávě: skyline na obíhajícím user; user a user_site současně; neznámá předvolba; kaňon bez width_m; tabulka, která není striktně rostoucí v [0, 360); elevace mimo [0, 90); prázdný sektor; nekladná vzdálenost terénu; vstup nad limity; jakýkoli neznámý klíč.

Výsledek získá skyline: { source, open_fraction, provenance }, je-li sekce přítomna: source je preset:<name>, preset:<name>+overrides nebo custom; open_fraction je zlomek prostorového úhlu horní polosféry nad max(mask_deg, skyline) (průměr 1 − sin(cut) přes azimut: 1 pro nulovou masku, 0,5 pro plochý řez 30°); provenance je řádek předvolby nebo vlastní řádek scénáře. Jednotky a třídy původu jsou v bloku units.

Přibalené příklady (kshana example <name>):

Geometrie oblohy#

Pět funkcí enginu (src/geometry.rs), na každém rozhraní stejných:

Požadavek:

{
  "site": {"lat_deg": 59.91, "lon_deg": 10.75, "height_m": 5},
  "time_s": 3600,
  "systems": ["gps-baseline", "galileo", "beidou-meo", "xona-pulsar"],
  "mask_deg": 5,
  "skyline": {"preset": "fjord"},
  "clock": "per-system",
  "sigma_uere_m": 1.5,
  "confidence": 0.95
}

systems jsou předvolby konstelací enginu (constellation-design: gps-baseline, galileo, beidou-meo, glonass, ...; předvolby LEO xona-pulsar, iridium-stl, ...) nebo úplná tabulka leo-pvt [[system]], propagovaná do time_s (keplerovská se sekulárním J2, dráhy společného režimu leo-pvt). Jejich relativní fáze pocházejí z různých referenčních epoch, takže obloha je reprezentativní geometrie, nikoli obloha toho data na tom místě. Družice lze místo toho (nebo také) zadat přímo: "satellites": [{"id": "G05", "system": "GPS", "az_deg": 120, "el_deg": 35}, ...], nebo s "ecef_m": [x, y, z] a site či user_ecef_m. Výchozí hodnoty: maska každého systému (5° GNSS, 10° LEO; 5° pro přímo zadané družice), jedny hodiny přijímače na systém ("common" pro jedny sdílené hodiny), σ_UERE 1 m (reprezentativní řádek rozpočtu dvoufrekvenčního příjmu), spolehlivost 0,95. Vstupní limity: nejvýše 2000 družic nad horizontem (systémová tabulka žádající více je odmítnuta dříve, než je sestavena) a 16 hodin přijímače.

Datovaná obloha ze sad elementů. "tle" přijímá text dvouřádkových sad elementů (řádek s názvem před každou sadou je nepovinný; nejvýše 4 MiB, vstupní limit), propagovaný SGP4 enginu (WGS-72, propagátor, který používá orbit-real-tle) do "epoch" plus time_s, převedený do zemského pevného systému s UT1 převzatým jako UTC a bez pohybu pólu a viděný z site. "epoch" je UTC ISO 8601 (2026-06-07T12:00:00Z) a datuje pouze sady elementů (předvolby datum nenesou, takže epoch bez tle je odmítnuto); "tle_system" je označuje pro hodiny podle systému (výchozí TLE). Každý výsledek říká, jaká obloha to je, v sky_source a sky_statement:

Směs je spojí pomocí +. epoch_utc je okamžik, ke kterému byly sady elementů propagovány, a tle_skipped jmenuje, co z textu nebylo použito, s důvodem: poškozené nebo osiřelé řádky sad elementů (s čísly řádků), sady, které parser odmítl, a sady, které SGP4 nemohl k tomu okamžiku propagovat (zanikly nebo jsou za svými mezemi); celkem nejvýše 100 záznamů, poté jeden poslední záznam počítající zbytek. Prázdný seznam systems nepřidává žádné předvolby. Skyplot uvádí svůj základ v patičce.

Jedno jádro. Kofaktorová matice je orbit::cofactor_from_los, sestavení návrhové matice a Gaussova–Jordanova inverze za orbit::dop. orbit::dop_cov zpřístupňuje kovarianci a orbit::dop je její redukce, takže skaláry VALIDATED zůstávají nezměněny a stále je zafixuje tests/dop_reference.rs. Neexistuje druhá implementace DOP.

Elipsa. Poloosy k σ √λ pro vlastní čísla λ východo-severního bloku, s k = √(−2 ln(1 − p)) (√5.991 = 2.448 při 95 %, 1 při 39,35 %) a azimut hlavní osy ½ atan2(2 Q_EN, Q_NN − Q_EE) v [0, 180) od severu.

Každý výsledek nese label (MODELLED), statement (geometrie za uvedeného modelu chyb: nezávislé, stejné gaussovské chyby vzdálenosti s nulovou střední hodnotou; nikoli předpověď skutečné chyby přijímače, která má také systematické chyby, vícecestné šíření a chyby bez přímé viditelnosti; nikoli mez integrity) a poradní sdělení: Software pouze poradního charakteru, nikoli typově schválené navigační zařízení (IEC 61108, IEC 61162): za navigaci plavidla zůstává odpovědný provozovatel.

Důkazy#

Pět řádků registru (docs/VERIFICATION-MATRIX.md), tak jak je vymezuje návrhová poznámka:

Nepřítomnost sekce [skyline] se kontroluje bajt po bajtu proti výstupům 0.35.0, což ukazuje zpětnou kompatibilitu a nic neověřuje. gnss_lib_py aplikuje pouze jedinou elevační masku, takže je zde orákulem pro DOP, nikoli orákulem pro masku.

Co skyline nemodeluje: difrakci přes hranu stěny, odrazy a signály bez přímé viditelnosti, které může skutečný přijímač stále sledovat (zahazují se, nezhoršují), částečnou průhlednost (příhradový jeřáb je v celém svém sektoru neprůhledný), terén za zadanými body a zakřivení Země uvnitř tvarů kaňonu a sektoru.