GNSS za hranicí konstelace: druh gnss-ssv

Pouze poradní charakter. Modelované výsledky z uvedených vstupů a simulované pravdy; nejde o certifikaci, o hodnotu kvalifikovanou pro let ani o tvrzení o servisním prostoru pro jakýkoli systém. Kshana nic nevysílá.

Druh gnss-ssv odpovídá na otázku: kolik signálů GNSS může využít kosmická loď nad drahami GNSS, kolem nich nebo daleko za nimi, jak jsou silné, jak dobrá je geometrie a co s nimi dokáže palubní filtr? Má tři režimy, určené tím, kterou tabulku scénář má: [shell], [trajectory] nebo [navigation] (s nepovinným [formation]).

Stav: MODELLED. Průchody dostupností jsou v předregistraci porovnány s brožurou ICG Space Service Volume; než se na kterékoli číslo spolehnete, viz co porovnání ukazuje.

Veřejné zdroje#

• The Interoperable Global Navigation Satellite Systems Space Service Volume, Úřad OSN pro záležitosti vesmíru, ST/SPACE/75 (1 listopadu 2018), připravený Mezinárodním výborem pro GNSS (ICG), pracovní skupina B: metoda (příloha B), dráhové elementy každé konstelace (příloha C), šířky svazků a výkony vysílačů (tabulky B2, B6, B8, 4,2), uživatelské antény (tabulka B10) a publikované tabulky dostupnosti. Sama je simulací. Stahuje ji xval/gnss-ssv/fetch.sh (zafixované SHA-256), nikdy se nepřibaluje.
• Navigační středisko pobřežní stráže USA, směrové charakteristiky panelových antén GPS Block IIR a IIR-M (Marquis, 2014): změřené charakteristiky panelů L1 použité jen k posouzení parametrického náhradního modelu (práh S7). Stahují se, nikdy se nepřibalují, žádná data charakteristik nejsou uložena.
• Konstanty modelu (gravitace, rotace Země, útlum volným prostorem, hustota šumu) jsou standardní; Gallagherův zákon hustoty plazmasféry, Chapmanova vrstva a profil radiového indexu lomu jsou publikované tvary, použité s uvedenými jednoduchými parametry (viz src/ssv/limb.rs).

Režim slupky: globální metrika z brožury#

[shell] umístí uživatele na kouli (výchozí výška 36 000 km s hemisférickou anténou mířící k nadiru, horní SSV; nebo 8 000 km s všesměrovou anténou, dolní SSV) na mřížce icosféry o 2 562 bodech a po 14 dnů v krocích po 1 minutě počítá podíl dvojic (uživatel, epocha) s alespoň jedním a alespoň čtyřmi signály, pro každou konstelaci i dohromady, a nejdelší výpadek u nejhoršího uživatele. Průchod používá uzavřený tvar intervalu viditelnosti v centrálním úhlu (kužel svazku, zákryt Zemí koulí o poloměru 6378 km plus 50 km, polosféra uživatele a mez dosahu RF) a v sestavení pro vydání běží v sekundách; test vlastností jej kontroluje proti obecnému geometrickému predikátu.

Režim trajektorie: podél oběžné dráhy#

[trajectory] vede uživatele po keplerovské oběžné dráze (předvolba: leo, meo, geo, heo (tabulka 5,10 z brožury) nebo lunar-transfer, nebo elementy) a hlásí pro každé pásmo a konstelaci dostupnost jednoho a čtyř signálů, délky výpadků, signály v dohledu, nejlepší C/N0, faktor zhoršení přesnosti (medián, 95. percentil, nejhorší), spoje přijaté hlavním lalokem a postranními laloky a volitelně časovou řadu a CSV.

• Vysílací charakteristika ([transmit] pattern): booklet (konstantní výkon uvnitř referenčního úhlu od osy), parametric (označený náhradní model: 3 dB na stupeň za referenčním úhlem až na podlahu 25 dB pod hlavním lalokem; nikoli změřená charakteristika jakéhokoli systému) nebo table (změřená charakteristika, kterou dodáte: pattern_csv nebo vložené pattern_text; charakteristiky panelů Block IIR/IIR-M lze extrahovat pomocí xval/gnss-ssv/extract_patterns.py).
• Přijímací antény: všesměrová, polosférická, nebo vysokozisková a plošná anténa z tabulky B10 brožury, k nadiru nebo k zenitu; každý spoj používá anténu s vyšším ziskem.
• Médium limbového paprsku ([atmosphere]): Chapmanova ionosféra, plazmasféra (tvar Gallaghera 1988, plazmapauza při L = 4,5, zúžená pod 1 500 km) a neutrální atmosféra (ohyb asi 1,33 stupně u povrchu, absorpce kyslíkem, defokusace) integrované podél přímého paprsku. Hlásí šikmé TEC, plazmasférickou část, nadměrné zpoždění, tečnou výšku a spoje ztracené při dotyku. Integrace přímým paprskem: ohyb se uvádí, neiteruje se.
• Přijímač pro slabý signál ([receiver] weak_signal): koherentní a nekoherentní integrace, limit datového bitu, aiding a pilotní kanály, hledání Dopplera; práh akvizice při uvedených pravděpodobnostech detekce a falešného poplachu a prahy sledování nosné a kódu nahrazují pevný práh C/N0 (rozsah 10 až 25 dB-Hz). Znovu používá modely akvizice a sledovacích smyček enginu.

Navigační režim: palubní filtr#

[navigation] vede plavidlo na vysoké dráze nebo na přechodu k Měsíci a provozuje devítistavový rozšířený Kalmanův filtr (poloha, rychlost, odchylka a drift hodin přijímače, měřítko tlaku slunečního záření) nad pseudovzdálenostmi. Pravda je integrována s gravitací hmotného bodu, J2, třetími tělesy Slunce a Měsíce a tlakem záření s válcovým stínem Země; filtr modeluje gravitaci, J2 a třetí tělesa a odhaduje tlak záření. Pseudovzdálenosti pocházejí ze stejné geometrie spojů a prahu C/N0 jako průchody; jejich šum roste, jak C/N0 klesá; nadměrné zpoždění média (s [atmosphere]) je přidáno a filtrem není modelováno. Zpráva odděluje část běhu uvnitř drah GNSS (pod výškou 20 000 km) od části nad nimi, uvádí nejdelší mezeru bez měření a střední normalizovanou chybu odhadu na druhou (asi 3 pro konzistentní blok polohy). Slunce a Měsíc jsou nízkopřesné kruhové náhradní modely.

Režim formace: relativní navigace#

[formation] (pro vedoucí těleso vyžaduje [navigation]) přidává zástupce posunuté ve skutečné anomálii. Každé plavidlo provozuje absolutní filtr; poloha zástupce vůči vedoucímu se odhaduje odečtením nezávislých absolutních odhadů a relativním filtrem nad jednoduše diferencovanými pseudovzdálenostmi signálů, které sledují obě plavidla. Zpráva uvádí obojí, základnu a počet společně sledovaných signálů.

Co ukazuje porovnání s brožurou#

Prahy byly předregistrovány (xval/gnss-ssv/PREREGISTRATION.md, dodatky 1 až 5) před během v plné velikosti; výsledky v xval/gnss-ssv/RESULTS.md, buňky v results-*.json, zafixované pomocí tests/ssv_booklet_results.rs, včetně nezdarů.

Brožura si protiřečí v referenčním úhlu GLONASS od osy: tabulky B2 a B6 uvádějí 20 a 28 stupňů, tabulka 4,2 uvádí 26 a 34. Běh 1 použil první (to, co jmenovala předregistrace); téměř každý nezdar v S1 až S5 je GLONASS. Varianta, k níž se autoři zavázali jako k diagnostice před jejím spuštěním, používá druhou a pak se horní SSV, dolní SSV a mise GEO shodují buňku po buňce, včetně výpadků. Varianta běh 1 nenahrazuje. Žádný řádek není VALIDATED: brožura je simulace, pravidlo verdiktu vyžaduje S0 až S3 podle předregistrovaného výkladu a zbývající nezdary (GPS L1 při 20 dB-Hz, HEO Galileo, QZSS a NavIC, lunární řádky GLONASS) nejsou vysvětleny.

Spuštění#

kshana scenarios/gnss-ssv-shell.toml            # the upper SSV, reduced size
kshana scenarios/gnss-ssv-heo.toml              # a HEO, parametric sidelobes, limb medium
kshana scenarios/gnss-ssv-lunar-weak.toml       # lunar transfer, weak-signal receiver design
kshana scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml        # onboard EKF on the way to the Moon
kshana scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml    # formation relative navigation
cargo run --release --example ssv_booklet_check # the full pre-registered comparison (about 12 minutes)

Každý přibalený scénář je zkrácen tak, aby běžel v sekundách; porovnání v plné velikosti je příklad výše. Tentýž druh běží z Pythonu (kshana.run), z prohlížeče (WebAssembly), ze serveru MCP (run_scenario, pouze vložený text: pattern_csv je zdroj souboru a je odmítnut, použijte pattern_text) a v pluginech.

Omezení#

• MODELLED: nic z toho nebylo porovnáno s naměřeným příjmem GNSS na oběžné dráze. Brožura je simulace.
• Keplerovské dvoutělesové oběžné dráhy pro konstelace GNSS a pro uživatele v průchodech; lunární přechod je dvoutělesová elipsa, nikoli propagovaná trajektorie.
• Médium je uvedený jednoduchý model s integrací přímým paprskem; není to předpověď kosmického počasí.
• Navigační filtr je návrhová studie: žádné manévry, žádná orientace, žádné vícecestné šíření a pravda sdílí efemeridy Slunce a Měsíce s filtrem.