Navigation i lav jordbane (scenarietypefamilie)

7 scenarietyper i motoren v0.40.0. Vejledende: analyseoutput fra et forsknings- og ingeniørværktøj, ikke typegodkendt navigationsudstyr og ikke en safety-of-life-tjeneste. Hver betegnelse her er motorens eller verifikationsmatricens; en type er MODELLED, medmindre matricen angiver andet (hvordan en betegnelse opnås: afsnittet Evidens i README).

Emnesider: LEO-PNT, LEO-SIGNAL, LEO-PASS, LEO-NAVMSG. Kør én: kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml. Alle familier: KINDS.md.

leo-signal#

LEO-PNT-signaludformninger: parametriserede positionerings-, navigations- og tidssynkroniseringssignaler (PNT) i lav jordbane (LEO) for ethvert system, bånd og enhver struktur. Et SIGNAL er et bånd (centerfrekvens, sendebåndbredde, ITU-allokering RNSS/RDSS/MSS/EESS/non-RNSS/other) og komponenter (akkvisition, data, pilot; enhver delmængde), hver med en modulation (BPSK(n) med brøk-n, BOC(m,n), MBOC(6.1,p) eller et fladt OFDM-lignende bånd), en effektandel, valgfrie FDMA-underbærebølgeforskydninger, en kodelængde og en datahastighed. Signalerne kommer fra indbyggede offentlige forudindstillingsfiler (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-soo, centispace, generic-c-band, generic-bands; hver med sin kilde-URL og hver ikke-offentliggjort værdi mærket REPRESENTATIVE) eller skrives direkte i scenariet. PR. SIGNAL: den båndbegrænsede effektspektrale tæthed og den andel af hver komponents effekt, som sendebåndet slipper igennem (BPSK-lukket form ved siden af den numeriske værdi), RMS-båndbredden (Gabor), den termiske støjjitter i delay-lock-loopens kodesporing mod C/N0 og early-late-afstand ud fra den båndbegrænsede kohærente (eller ikke-kohærente) early-late-formel af Betz & Kolodziejski 2009 med dens lærebogsform for ubegrænset bånd og dens Gabor-grænse for forsvindende afstand, afstandsnøjagtigheden i meter, akkvisitionens søgerum (Doppler-intervaller ud fra banens maksimale Doppler plus oscillator- og brugerled, gange kodeintervaller), detektionssandsynlighed efter kvadratisk lov og den gennemsnitlige serielle og kodeparallelle akkvisitionstid, signalets spektrale separationskoefficient mod GPS L1 C/A, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b og E5 AltBOC og for hver af dem mod signalet med C/N0-forringelsen, samt den CW-, bredbånds- og tilpassede J/S, som den sporede komponent tåler, fra spektrumtypens egen SSC-maskineri. EN BÅNDAFVEJNING: førsteordens ionosfærisk forsinkelse (40,3 TEC/f^2), fripladstab, afstandsnøjagtighed ved samme C/N0 og ved samme EIRP samt tolerance over for jammere. Valgfrie FORMKONTROLLER holder en udformnings spektrum op mod en beskrevet måling (MODELLED konsistens). VALIDATED: BPSK-effekten i båndet (90,3 % i hovedloben) og de lukkede former for Gabor-båndbredde, den båndbegrænsede jitter, der reduceres til lærebogens kohærente early-late-form og til dens Gabor-grænse, den forskudte BPSK's spektrale separationskoefficient mod dens lukkede form efter Parseval, AltBOC-spektrets enhedsareal og den maksimale LEO-Doppler mod de offentliggjorte værdier for Xona Pulsar (32-34 kHz) og Iridium (36 kHz). MODELLED: hver udformning, effektfordeling, C/N0- og jammerniveau; EFQPSK-, CSK- og OFDM-spektre er tilnærmede.

Obligatoriske felter: ingen. Valgfrie: presets, signals, receiver, acquisition, compatibility, trade, shape_checks, psd_points.

Register: MODELLED 2 · VALIDATED 2. Fuld side med input, resultater, evidens og begrænsninger: leo-signal.

kshana scenarios/leo-band-trade.toml

leo-pass#

LEO-passage og linkbudget, bånd for bånd, til LEO-PNT (positionering, navigation og tidssynkronisering fra lav jordbane), systemagnostisk: en bruger (på jorden, til søs, i luften eller indendørs, statisk eller i bevægelse) og én eller flere LEO-satellitter ud fra en DESIGNET PASS (en cirkulær bane placeret, så brugeren ser én passage med en valgt maksimal elevation på et valgt tidspunkt, solsynkron hvis ønsket), eksplicitte ELEMENTER, en TLE (two-line element set) gennem motorens SGP4 eller en WALKER-konstellation bygget af konstellationsudformningskoden (de højeste passager rapporteres). Bånd kommer fra en navngivet forudindstilling (generisk multibånd UHF/L/S/C, generisk C-bånd, Xona Pulsar X1/X5, Iridium STL, Starlink som et signal af opportunitet kun med Doppler, CentiSpace og en valgfri Celeste IOD-forudindstilling mærket WORKSHOP) eller skrives ind i scenariet; hver forudindstilling angiver, om dens tal er PUBLIC (med URL), REPRESENTATIVE eller WORKSHOP. Pr. satellit, bånd og epoke: elevation, azimut, afstand, afstandsrate og afstandsacceleration; frirumstab; EIRP og satellitmønstrets forstærkning (isoflux, gaussisk stråle eller flad); brugerantennens forstærkning mod elevation (patch, halvkugleformet eller isotrop); gasdæmpning (ITU-R P.676-10 bilag 2), regndæmpning (ITU-R P.838-3-koefficienter og P.618-14-proceduren, ud fra en regnrate og en reghøjde), troposfærisk scintillation (ITU-R P.618-14 afsnit 2.4.1), indtrængningstab i bygninger for en indendørs bruger (ITU-R P.2109-2), polarisationsmismatch, systemets støjtemperatur og C/N0 (bærebølge-til-støj-tæthed); Doppler og Doppler-rate i lukket form ud fra afstandsraten og afstandsaccelerationen, hver kontrolleret mod centrale differenser; den første ordens ionosfæriske forsinkelse 40,3 STEC/f^2 ud fra en Klobuchar- eller vertikal-TEC-skrå TEC skaleret til den del af ionosfæren, der ligger under satellitten. Båndpar får ionosfærefri koefficienter, støjforstærkning og kodestøj ved passagens top. MEO GNSS-satellitter (Galileo- eller GPS-forudindstillinger) evalueres med den samme antenne- og støjmodel ud fra deres modtagne effekter i grænsefladedokumentet, så den klokkeformede LEO-passage og de flade GNSS-bærebølger deler ét plot. En valgfri [iot]-sektion giver tid til første positionsbestemmelse, energi pr. positionsbestemmelse og batterilevetid mod duty cycle for et angivet effektbudget for modtageren (MODELLED). Hvert båndpar giver også den skrå TEC, som dets geometrifri kombination genfinder ved toppen, og det estimats kodestøj-sigma (ionosfæresondering). En valgfri [spoofer]-sektion forfalsker signalerne fra en påstået position, der springer eller skubbes væk fra den sande efter et indsættelsestidspunkt, og kører to monitorer med angivne sandsynligheder for falsk alarm og overset detektion: Doppler- og passagegeometri-konsistens (målte afstandsrater mod dem, der forudsiges ud fra banerne og en uafhængig forudgående position og hastighed, en generaliseret mindste kvadraters chi-i-anden-test over et vindue, på GNSS-, LEO- og alle kanaler) og tværbåndskonsistens (trinnet fra epoke til epoke for hvert LEO-båndpars modelkorrigerede geometrifri kombination), der rapporterer statistikker pr. epoke og hvornår hver monitor detekterer (MODELLED). VALIDATED komponenter: frirumstab, P.838-3-koefficienterne mod dens tabel 5, procedurerne for regn og scintillation i P.618-14 og indtrængningstabet i bygninger i P.2109 mod ITU-R Study Group 3-valideringseksemplerne, gruppeforsinkelsesforholdet mellem IS-GPS-200 L1/L2 og den maksimale Doppler for en statisk bruger på en cirkulær bane mod arXiv 2509,19551 tabel 1. MODELLED: EIRP'er, mønstre, Chapman-andelen af TEC under satellitten og hele passagen.

Obligatoriske felter: ingen. Valgfrie: epoch, duration_s, step_s, user, atmosphere, ionosphere, satellite, leo_constellation, gnss, iono_free_pairs, iot, spoofer, name, description, skyline.

Register: MODELLED 7 · VALIDATED 5. Fuld side med input, resultater, evidens og begrænsninger: leo-pass.

kshana scenarios/leo-pass-iridium.toml

leo-navmsg#

LEO-navigationsbesked: den udsendte efemeride og det udsendte ur for en positionerings-, navigations- og tidssynkroniseringssatellit i lav jordbane (LEO), for enhver bane, bærebølge og model, med valgfrie navngivne forudindstillinger (Xona Pulsar, Iridium, Starlink, CentiSpace, et repræsentativt C-bånd-system, ATOMIC-nulur-modellen, Celeste IOD). INDHOLD: hjælpedata (SVID, issue of data, bånd, signalsundhed), synkronisering (uge, ugetid, et andenordens urpolynomium af0-af2 om toc), efemeride i en af fire modeller -- Galileo OS SIS ICD's kepleriske sæt med 16 parametre; det sæt plus korrektionspolynomier langs banen, på tværs af banen og radialt; modellen med 22 parametre fra Liu et al. 2025; et ECEF-polynomium uden urled (ATOMIC-nulur) -- og andre tjenester (et udsendt Klobuchar-sæt, NeQuick-G ai0-ai2 med det effektive ioniseringsniveau og parametre for systemtid til UTC med ICD's logik for skudsekunder). FITTER: en sandhedsbane integreret med zonal J2-J6 eller EGM2008-tyngdekraft til den valgte grad og modstand og et seedet frit eller styret ur; Levenberg-Marquardt-tilpasning af det kepleriske sæt på ikke-singulære elementer, derefter lineære mindste kvadraters korrektionspolynomier; uret tilpasset netto af det relativistiske led, som brugeren selv lægger til. ANALYSER: fit-interval-trade (afstandsfejl for signal i rummet, SISRE, med globale gennemsnitsvægte for banehøjden, mod tilpasningsinterval og opdateringsperiode, kun bane og med ur), model-comparison (fire modeller, antal parametre, kodede bit og Kshanas tilpasning ved Liu et al.s højder ved siden af de offentliggjorte tal), midpass-update (den højeste passage over en bruger, hvert beskedskifts spring i position, ur og brugerafstand, spring i den værste geometri, PASS/FAIL mod en kontinuitetstærskel), encode-decode (Kshanas egen dokumenterede binære ramme med CRC-24Q, et kvantiseringsbudget på et halvt trin pr. felt, en kontrol af en beskadiget ramme, en eksport og import af en post i RINEX-4-stil mærket som en Kshana-udvidelse og en CSV-tabel). VALIDATED: SISRE-vægtene mod den offentliggjorte MEO/GEO-tabel (Montenbruck et al. 2018); Galileo-brugeralgoritmen mod RTKLIB på reelle udsendte Galileo-efemerider; CRC-24Q mod dens katalogkontrolværdi og RTCM 1005-eksempelrammen. MODELLED: hvert tal for tilpasning og SISRE er repræsentationsfejl mod en sandhed integreret af Kshana (ingen fejl i banebestemmelse eller prædiktion); sammenligningen med Liu et al. bruger andre baner; kodnings- og tekstformaterne er Kshanas egne.

Obligatoriske felter: ingen. Valgfrie: name, description, seed, analysis, preset, orbit, clock, message, trade, comparison, midpass.

Register: MODELLED 5 · VALIDATED 6. Fuld side med input, resultater, evidens og begrænsninger: leo-navmsg.

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

leo-pvt#

Fusioneret positionering, navigation og tidssynkronisering (PNT) i middel jordbane (MEO) og lav jordbane (LEO) over ENHVER konstellation: hvert [[system]] er en GNSS-forudindstilling af typen constellation-design, en LEO-forudindstilling (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-sop, centispace, generic-c-band, efemeridemodellen atomic-zero-clock eller en anden forudindstillingsfil, hver i sin egen fil med kilder mærket PUBLIC, WORKSHOP eller AFLEDT), Walker-skaller eller eksplicitte elementsæt, med en bærebølge, en chiprate, en kuvert for bærebølge-til-støj-tæthed (C/N0) fra elevationsmasken til zenit, en afstandsfejl for signal i rummet (SISRE), en Doppler-sigma og en urmodel (dets eget modtagerur, så intersystembiasen estimeres, eller en kendt udsendt offset). Fire tilstande. DOPPLER: batch Gauss-Newton-positionering ud fra afstandsrate med analytiske partielle afledte, urdrift og valgfri hastighedstilstande og en valgfri højdebegrænsning, med én eller flere satellitter, fejlen mod vinduets længde, Doppler-, Doppler-rate- og jerk-kuverten for hvert LEO-system og nøjagtigheden langs og på tværs af banen for en enkelt passage mod forskydningen på tværs af banen (fejlen på tværs af banen vokser uden grænse, når passagen går over hovedet; en enkelt passage har også en spejlløsning på tværs af jordsporet). Et signal af opportunitet kun med Doppler (starlink-sop) kører her. JOINT: vægtede mindste kvadraters pseudoafstandsbestemmelser pr. epoke fra kun GNSS, kun LEO og begge, sigma pr. måling fra en termisk støjmodel for delay-lock-loop ved C/N0 plus SISRE (eller en fast sigma, så en signalmodel kan fodre dem), de estimerede intersystembiaser og PDOP/HDOP/VDOP mod antallet af tilføjede LEO-satellitter. POLAR: satellitter i sigte og DOP mod breddegrad for GNSS, LEO og begge. TIMING: tidsoverførsel til Coordinated Universal Time (UTC) fra LEO-satellitter i kendt position med et urfilter med to tilstande, hvis procesnøj kommer fra motorens oscillatorklasser, mod C/N0 og oscillatoren, og IS-GPS-200-udtrykket for systemtid til UTC; med [timing] trace = true rapporterer hver række også sin tidsfejl og forudsagte sigma ved hver epoke. VALIDATED: den største Doppler for en passage fra over hovedet til horisonten mod de offentliggjorte tal for Iridium (op til 36 kHz) og Xona Pulsar X1 (32 til 34 kHz). MODELLED: alt andet; DOP kontrolleres mod et håndafledt tilfælde, positionsbestemmelserne mod deres kovarians og Doppler-modellen mod identiteten for afstandsaccelerationen.

Obligatoriske felter: ingen. Valgfrie: mode, seed, duration_s, step_s, user, dll, doppler, joint, polar, timing, system, skyline.

Register: MODELLED 3 · VALIDATED 2. Fuld side med input, resultater, evidens og begrænsninger: leo-pvt.

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

leo-ppp#

Konvergens for præcis punktpositionering (PPP) med kun GNSS og med LEO-udvidelse: et flydende udvidet Kalman-filter på ionosfærefri kode og bærebølgefase med de statiske stationskoordinater, et hvidt modtagerur, én intersystembias pr. ekstra system, en zenit-våd-forsinkelse som random walk afbildet med 1/sin(elevation) og en flydende multiplicitet pr. satellitbue; den præcise bane- og urfejl er hvid og fælles for kode og fase for en satellit, så hver satellit er én korreleret opdatering med to rækker i en Joseph-stabiliseret form. Målinger simuleres ud fra den samme model med seedet støj over flere steder og seeds, og hver sag (først kun GNSS, derefter hver [[case]] af LEO-systemer, enhver konstellation eller forudindstilling) rapporterer den mediane konvergenstid (den første epoke, hvorefter de horisontale og vertikale fejl bliver under tærsklerne, som standard 10 cm), andelen, der konvergerede, de mediane fejlkurver og filterets konsistens (den kørselsgennemsnitlige positions-NEES mod det tosidede 95% chi-i-anden-bånd). Eventuelt ved siden af de offentliggjorte tal fra Li et al. (2019, J. Geod. 93:749, doi 10.1007/s00190-018-1195-2) for mellembreddegrader: 9,6 min for multi-GNSS forkortet til 7,0, 3,2, 2,1 og 1,3 min med 60, 96, 192 og 288 LEO-satellitter. MODELLED: en konsistenssammenligning af tendensen, ikke en gengivelse af det studies konstellationer, støj eller stationer; ingen heltalsmultiplicitetsløsning, cycle slips, phase wind-up, tidevand eller tidskorrelerede produktfejl.

Obligatoriske felter: ingen. Valgfrie: seed, duration_s, step_s, runs, criterion_horizontal_m, criterion_vertical_m, compare_li_2019, noise, site, gnss, case.

Register: MODELLED. Fuld side med input, resultater, evidens og begrænsninger: leo-ppp.

kshana scenarios/leo-ppp-convergence.toml

ntn-positioning#

Positionsbestemmelse ud fra en 5G-downlink i et ikke-terrestrisk netværk (NTN) i S-båndet for den mobile satellittjeneste (MSS) (3GPP-bånd n256, downlink 2170 til 2200 MHz; standardbærebølge 2172,5 MHz): Cramér-Rao-grænsen (CRB) for ankomsttid, c / (2 pi beta sqrt(2 (C/N0) T)), hvor beta er den effektive (Gabor-)båndbredde for det flade OFDM-spektrum (B/sqrt(12)), og for Doppler af en kompleks tone, sqrt(3 / (2 pi^2 (C/N0) T^3)), for hvert signal (som standard en New Radio-kanal på 5 MHz med 4,5 MHz optaget og en smalbåndskanal på 200 kHz med 180 kHz optaget); derefter, over en vilkårlig LEO-konstellation, positionsbestemmelser ud fra downlinks ankomsttid med et ukendt modtagerur (med seed, hvor grænsen plus en synkroniseringsfejl i netværket er sigma), deres PDOP og formelle 3D-sigma samt en positionsbestemmelse med Doppler fra én satellit over det længste overflyv med højden holdt fast. MODELLED: trinnet fra båndbredde til grænse er den lærebogsagtige lukkede form, kontrolleret mod numerisk integration af de flade og båndbegrænsede BPSK-spektre (intern konsistens, ingen offentliggjort gennemregnet værdi fastlagt), og positionsnøjagtigheden er en grænse på en kanal uden flervejsudbredelse med en angivet synkroniseringsfejl, ikke et opnået resultat.

Obligatoriske felter: ingen. Valgfrie: seed, carrier_hz, signal, integration_s, doppler_integration_s, cn0_dbhz, sync_error_m, user, duration_s, step_s, system.

Register: VALIDATED. Fuld side med input, resultater, evidens og begrænsninger: ntn-positioning.

kshana scenarios/ntn-5g-positioning.toml

leo-pnt-chain#

Ét LEO-PNT-system (positionering, navigation og tidssynkronisering fra lav jordbane) fra ende til anden, for enhver konstellation og ethvert signal: leo-signal-udformningen, der er navngivet af signal_design (en offentlig forudindstilling eller en indlejret [signal]-udformning), fastsætter midten, båndbredden, chiprate og EIRP-fordeling for et [pass]-bånd, leo-pass-linkbudgettet giver den sporede C/N0 og den båndbegrænsede kodejitter over passagen, og en C/N0-linje i sin(elevation) og den udsendte SISRE for [navmsg]-beskeden (tilpasset ved passagesatellittens højde) fødes ind i hvert LEO-system i den fælles positionsbestemmelse leo-pvt i [fusion] og eventuelt i [ppp]-sagerne leo-ppp; hver overdragelse er opført med sin værdi og enhed. MODELLED.

Obligatoriske felter: signal_design, pass, fusion. Valgfrie: name, description, seed, signal, navmsg, od_sisre_m, ppp.

Register: MODELLED. Fuld side med input, resultater, evidens og begrænsninger: leo-pnt-chain.

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