Maskinoversættelse, ikke gennemgået af en modersmålstalende. Engelsk er referencen.

Navigation i lav jordbane (LEO)Redigér på GitHubKilde: docs/LEO-SIGNAL.md

LEO-PNT-signaludformninger og multibåndsspektret

Scenarietypen leo-signal analyserer signaler til positionering, navigation og tidssynkronisering (PNT) fra lav jordbane (LEO). Den er ikke bundet til ét system. Et signal er en parametriseret udformning (data, ikke kode), så den samme type kan analysere et offentliggjort kommercielt signal, en repræsentativ udformning for et bånd, ingen har offentliggjort, eller enhver udformning, et scenarie skriver direkte i teksten. Typen spectrum tegner også disse udformninger, i ethvert bånd fra ultra high frequency (UHF) til C, hvert bånd med sine egne jammere, og et leo-pass-bånd eller en leo-pnt-chain-kørsel kan bære enhver af dem (se Hvor udformningerne bruges).

Kør de medfølgende eksempler:

  • kshana example leo-band-trade: en bandafvejning fra UHF til bredt C på repræsentative udformninger;
  • kshana example xona-pulsar-signals: de offentliggjorte signaler Xona Pulsar X1 og X5;
  • kshana example multi-band-jamming-waterfall: paneler for UHF, L, S og C under jammere pr. bånd (et spectrum-scenarie);
  • kshana scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml, fra en checkout af repositoriet (medfølger ikke): frekvensbåndene og signalkonfigurationen for Celeste In-Orbit Demonstration (IOD), som blev præsenteret på workshoppen om LEO-PNT i European Space Agency (ESA) Navigation Innovation and Support Programme (NAVISP), 2026 (se Workshopparametre nedenfor).

Kode: src/leo_signal.rs (signaludformninger, typen), src/navsignal.rs (de lukkede former), src/spectrum.rs (multibåndsvandfaldet), forudindstillingsfiler under data/leo-signals/.

En signaludformning#

Del Hvad det indeholder
Bånd centerfrekvens, sendebåndbredde (spektret er nul uden for den) og allokeringen hos International Telecommunication Union (ITU): Radio Navigation Satellite Service (RNSS), Radio Determination Satellite Service (RDSS), Mobile Satellite Service (MSS), Earth Exploration-Satellite Service (EESS), et bånd uden for RNSS eller andet
Komponenter enhver delmængde af en erhvervelseskomponent (kort og med lav rate, let at finde), en datakomponent (navigationsbeskeden) og en pilotkomponent (uden data, til afstandsmåling)
Pr. komponent modulation: binary phase-shift keying BPSK(n) ved n × 1,023 Mchip/s (n kan være en brøk, BPSK(1/3) er 341 kchip/s), binary offset carrier BOC(m,n), multiplekset BOC eller FLAT(<MHz>) til et orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)-beacon; effektandel; underbærebølgeforskydninger for frequency-division multiple access (FDMA); kodelængde; datarate
Valgfrit reference og maksimal modtaget effekt, banehøjde, ranging = false for et signal kun til Doppler, noter om hvad der er offentliggjort, og hvad der er antaget

Et scenarie henter signaler fra presets = [...] og fra [[signals]]-tabeller direkte i teksten. Uden nogen af delene analyserer det forudindstillingen generic-bands.

Forudindstillinger#

Én fil hver under data/leo-signals/, kompileret ind, hver med sin kilde-URL. En værdi, kilden ikke offentliggør, er mærket REPRESENTATIVE i filen og i rapporten.

Forudindstilling Signaler Kilde Angivne tilnærmelser
xona-pulsar xona-x1 (1593,3225 MHz, 1,023 Mchip/s), xona-x5 (1190,51625 MHz, 10,23 Mchip/s); mindste og største modtagne effekt; 1080 km PUBLIC, arXiv 2509,19551 enhanced Feher quadrature phase-shift keying (EFQPSK) tegnet med BPSK-indhyllingskurven for rektangulære chips; code shift keying og overlejringskoder er ikke modelleret; sendebåndbredde = hovedlobe (ikke offentliggjort)
iridium-stl iridium-stl Satellite Time and Location (STL)-bursts, quadrature phase-shift keying (QPSK) ved 25 ksymbol/s, 780 km, kun Doppler og tidsangivelse PUBLIC, rapport fra Resilient Navigation and Timing Foundation (RNTF) bærebølge midt i 1616 til 1626 MHz; modtaget effekt udledt af de offentliggjorte 300 til 2400 gange Global Positioning System (GPS)
starlink-soo starlink-ku-beacon, et OFDM-beacon på 240 MHz, kun Doppler PUBLIC, NAVIGATION 72(1) fladt spektrum; kanalcenter og skalhøjde REPRESENTATIVE; den offentliggjorte bærebølge-til-støjtæthed (C/N₀) på omkring 57 dB-Hz fastsættes gennem modtageren
centispace centispace-l1, centispace-l5, BPSK ved 2,046 Mchip/s PUBLIC, PubMed Central PMC10301026 bærebølger placeret ved GPS L1- og L5-bærebølgerne ("nær" i kilden); kodelængde REPRESENTATIVE
generic-c-band generic-c-band-leo, 5020 MHz, BPSK(10) i 20 MHz REPRESENTATIVE, til C-båndssystemer, hvis parametre ikke er offentlige (såsom TrustPoint) hele udformningen
generic-bands generic-uhf, generic-l, generic-s, generic-c, generic-c-wide REPRESENTATIVE, allokeringer fra ITU's Radio Regulations; UHF-bærebølgen på 465 MHz fra den offentlige openRECEIVER-undersøgelse af LEO-PNT-signaler hele udformningen (også UHF-båndbredden og modulationen)

ATOMIC's "zero-clock"-polynomiumefemeride er en navigationsbeskedmodel og ikke en signaludformning og hører til arbejdet med navigationsbeskeder, ikke her.

Hvad der beregnes pr. signal#

  • Båndbegrænset effektspektraltæthed (PSD) og, pr. komponent, den andel af dens effekt, som sendebåndet slipper igennem. For en BPSK-komponent i centeret står den lukkede form η = (2/π)[Si(πBT_c) − sin²(πBT_c/2)/(πBT_c/2)] ved siden af den numeriske værdi (90,3 % for hovedloben).
  • Effektiv (root-mean-square, RMS, Gabor-)båndbredde for den sporede komponent inden for båndet, med den lukkede BPSK-form β² = [B/2 − sin(πBT_c)/(2πT_c)] / (π² T_c η).
  • Termisk støjjitter ved kodesporing i en delay lock loop (DLL) som funktion af C/N₀ og early-late-korrelatorafstanden, ud fra den båndbegrænsede early-late-formel af Betz og Kolodziejski (2009): σ² = B_L(1 − ½B_L T) ∫ G sin²(πfΔ) df / [(2π)² (C/N₀) (∫ f G sin(πfΔ) df)²], kohærent som standard, med det ikke-kohærente kvadreringstab på forlangende. Rapporten tilføjer lærebogsformen uden båndbegrænsning (Kaplan og Hegarty) og grænsen for forsvindende afstand, som Gabor-båndbredden fastsætter. Afstandsnøjagtigheden er denne jitter i meter ved referencens C/N₀ og afstand.
  • Erhvervelse: den største satellit-Doppler på et pas direkte overhead ved elevationsmasken (f v R_E cos(el) / ((R_E + h) c), cirkulær bane, ingen jordrotation) plus oscillator- og brugerleddene; Doppler-bins på 2/(3T); kodebins over én periode; detektionssandsynligheden for en kvadratisk lovdetektor (generaliseret Marcum Q) ved en falsk-alarm-sandsynlighed pr. celle, centreret og i det værste tilfælde af skæv placering; og den gennemsnitlige erhvervelsestid for en seriel og en kodeparallel søgning med enkelt dwell (Holmes).
  • Kompatibilitet: den spektrale separationskoefficient (SSC) for det båndbegrænsede signal ind i GPS L1 coarse/acquisition (C/A), Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b og E5-signalet alternative BOC (AltBOC) over hvert modtagerbånd for global navigation satellite system (GNSS), det C/N₀-tab, det forårsager ved sin modtagne effekt, samt SSC og C/N₀-tab for hvert GNSS-signal ind i den sporede LEO-komponent.
  • Jammertolerance: forholdet mellem jammer- og signaleffekt (J/S) for en continuous-wave (CW)-tone ved bærebølgen, flad støj over sendebåndet og støj tilpasset den sporede komponent, som bringer den sporede komponent til sporingstærsklen, ud fra den egen SSC-kode i typen spectrum (spectrum::Jammer::ssc).

C/N₀-konvention: sweepet og referencen er den samlede C/N₀ i båndet. En komponents andel indgår i sporings- og jammerformlerne som 10 log₁₀(s/η) (dens andel af den ufiltrerede effekt divideret med andelen i båndet), den samme konvention som typen spectrum bruger til et almindeligt bånd, hvis moduleringseffekt uden for modtagerbåndet går tabt på samme måde.

Bandafvejningen#

[trade] stiller hvert signal ved siden af et referencesignal: førsteordens ionosfærisk gruppeforsinkelse 40.3·TEC/f² for et skråt total electron content (TEC), du angiver (1 TEC-enhed, TECU, = 10¹⁶ elektroner/m²), frirumstab (FSPL) ved en skrå afstand, afstandsnøjagtighed ved samme C/N₀ og ved samme effective isotropic radiated power (EIRP) (C/N₀ minus forskellen i frirumstab, isotrope antenner i begge ender), og jammertolerancen ved C/N₀ for samme EIRP.

scenarios/leo-band-trade.toml (50 TECU, 1000 km, 45 dB-Hz, kohærent afstand på 0,5 chip, sløjfe på 1 Hz, 20 ms):

Signal Bånd Ionosfæreforsinkelse ΔFSPL i forhold til L Afstandsmåling, samme C/N₀ C/N₀, samme EIRP Afstandsmåling, samme EIRP CW J/S-tolerance
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

Afvejningen kan læses begge veje. Ved samme C/N₀ bestemmes afstandsnøjagtigheden af chipraten og båndet (bredt C måler fem gange finere end L). Ved samme udstrålede effekt belaster frirumstabet de højere bånd fuldt ud: C-båndet mister 12,5 dB C/N₀ og måler fire gange dårligere end L, UHF vinder 8,2 dB, men bærer 6,6 gange så stor ionosfæreforsinkelse. Bredt C køber sin nøjagtighed tilbage med båndbredde. Dette hviler på de repræsentative udformninger og på isotrope antenner; en retningsbestemt brugerantenne i C-båndet ændrer kolonnerne med samme EIRP.

Xona Pulsar#

scenarios/xona-pulsar-signals.toml ved de offentliggjorte mindste modtagne effekter mod en antenne på 290 K og en støjtal på 2 dB (gulv −201,98 dBW/Hz):

X1 X5
Reference-C/N₀ 53,78 dB-Hz 57,08 dB-Hz
Afstandsnøjagtighed (0,5 chip, kohærent, 1 Hz) 0,402 m 0,028 m
Maksimal satellit-Doppler, 1080 km 33,2 kHz 24,8 kHz
Doppler × kodebins (1 ms, 0,5 chip) 104 × 2046 78 × 20 460
Gennemsnitlig kodeparallel erhvervelsestid 0,15 s 0,37 s

X5 ligger ved 1190,51625 MHz, inde i Galileo E5-båndet: dens SSC er −91,2 dB/Hz ind i Galileo E5a og GPS L5, −103,2 dB/Hz ind i E5b og −86,2 dB/Hz ind i AltBOC-signalet, og én X5-satellit ved sin mindsteeffekt hæver en GNSS-modtagers støjtæthed med 0,0001 til 0,005 dB. X1-Doppleren, 33,2 kHz, ligger inden for de 32 til 34 kHz, som artiklen rapporterer (den VALIDATED Doppler-række nedenfor).

Multibåndsspektret#

Tabellerne [[bands]] i typen spectrum tager, ud over de fem navngivne GNSS-bånd (gps-l1ca, galileo-e1, gps-l2c, gps-l5, galileo-e5a):

  • signal = "<preset signal>": en forudindstillet udformning, tegnet med hver komponent, båndbegrænset til sin sendebåndbredde, modtaget ved forudindstillingens referenceeffekt eller signal_power_dbw. C/N₀ og J/S refererer til den sporede komponent (tracked_power_dbw i rapporten);
  • centre_mhz med modulation og signal_power_dbw: ethvert brugerdefineret bånd.

[[panels]] tilføjer vandfald over andre frekvensområder på samme tidslinje og farveskala, og en wideband-jammer (barrage) kommer til sammen med CW-, smalbånds-, chirp- og matchet støj. Et almindeligt bånd opfører sig præcis som før: det medfølgende eksempel l-band-waterfall-jamming giver stadig 43,48 dB-Hz nominelt og 3,23 dB-Hz minimum for L1 C/A (fastholdt i tests/leo_signal_reference.rs).

scenarios/multi-band-jamming-waterfall.toml (60 s, én række pr. sekund):

Bånd Nominel C/N₀ Efter sin egen jammer Jammer
generic-uhf (465 MHz) 49,41 dB-Hz 34,38 dB-Hz fra 10 s CW ved bærebølgen, −120 dBW
gps-l1ca 43,48 dB-Hz 3,38 dB-Hz fra 20 s (tabt) chirp på 16 MHz, 50 mW ved 100 m
galileo-e5a 46,73 dB-Hz 38,51 dB-Hz fra 30 s barrage på 40 MHz ved 1185 MHz, −118 dBW
xona-x5 54,51 dB-Hz 46,29 dB-Hz fra 30 s den samme barrage
generic-s (2492,028 MHz) 49,23 dB-Hz 41,69 dB-Hz fra 40 s støj på 2 MHz, −128 dBW
generic-c-band-leo (5020 MHz) 47,41 dB-Hz 40,35 dB-Hz fra 50 s matchet støj, −124 dBW

Hver jammer tager kun sit eget bånd; testen holder alle andre bånd på deres nominelle C/N₀, indtil deres egen jammer starter.

Hvor udformningerne bruges#

En udformning slås op ved navn overalt, hvor et bånd kan nævne en:

  • et spectrum-bånd (signal = "<design>", ovenfor): multi-band-jamming-waterfall, leo-resilience-js-margin og kampagnerne leo-resilience-multiband-diversity og leo-resilience-gnss-jammed-leo-carries;
  • et leo-pass-bånd (signal = "<design>"): båndet tager udformningens centerfrekvens (medmindre frequency_mhz er angivet), sendebåndbredde og sporede chiprate, fordeler sin EIRP på komponenterne efter deres effektandele og rapporterer den sporede komponents C/N₀ og båndbegrænsede kodesporingsjitter i hver epoke (LEO-PASS.md);
  • typen leo-pnt-chain, som overdrager en udformnings effektfordeling og chiprate til passet og dens bærebølge og chiprate til den fusionerede positionsbestemmelse (leo-pnt-end-to-end, xona-pulsar-end-to-end; LEO-PNT.md).

Workshopparametre#

scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml rummer Celeste IOD's frekvensbånd og signalkonfigurationen "Classical Pilot" #1, som den blev præsenteret på ESA NAVISP LEO-PNT-workshoppen, 2026, med en formkontrol af én udformning mod det målte spektrum, der blev vist dér. Den er én af filerne i Celeste IOD-forudindstillingen (de andre er src/celeste_iod.rs og de øvrige scenarios/*celeste-iod*.toml); ingen Celeste-signalspecifikation er offentlig. Dens komponenter bærer deres antagelser (effektfordelinger, kodelængder, FDMA-forskydninger og en repræsentativ modulation for de bånd, hvis modulation ikke blev præsenteret). Formkontrollen er MODELLED konsistens: den sammenligner former, ikke kalibrerede niveauer.

Den holdes tilbage sammen med resten af forudindstillingen: slet src/celeste_iod.rs og filerne scenarios/*celeste-iod*.toml. Intet kompilerer scenariet ind: kommandolinjegrænsefladen opfører det som et scenarie, der kun findes i repositoriet (kshana example nævner det og forklarer, i stedet for at udskrive det), og en test afviser enhver include_str! af det. Alle andre scenarier, tests og uafhængige referencer kører uden det; den test, der læser det, består med en note, når det mangler, og READMEs antal scenariefiler tæller det stadig med.

Evidens#

Påstand Mærkat Uafhængig reference
BPSK-effekt i båndet (90,3 % i hovedloben); båndbegrænset early-late-jitter, der reduceres til de kohærente og ikke-kohærente lærebogsformer og til sin Gabor-grænse; BPSK-selv-SSC 2/(3 R_c) VALIDATED Kaplan & Hegarty, Betz & Kolodziejski 2009, Betz 2001, Abramowitz & Stegun tabel 5,1
Lukket form for båndbegrænset Gabor-båndbredde; forskudt BPSK-SSC ved forskydning forskellig fra nul; AltBOC-enhedsareal (alt sammen inden for rækken ovenfor, som krydskontrol) intern konsistens udledt her, kontrolleret mod kvadratur
Maksimal LEO-Doppler VALIDATED Xona Pulsar X1 32 til 34 kHz (arXiv 2509,19551); Iridium ±36 kHz (RNTF)
leo-signal udformninger, erhvervelse, kompatibilitet, jammertolerance, afvejning, formkontroller MODELLED de validerede lukkede former, detektoridentiteten P_d(0) = P_fa, Holmes' middeltid, spektrumtypens egen SSC-kæde
Multibåndsspektrum MODELLED reduktion til de uændrede spektrum- og jammingkæder

Ikke modelleret#

  • De nøjagtige spektre for EFQPSK, code shift keying og OFDM.
  • Spredningskodens linjestruktur og krydskorrelation ved multipel adgang.
  • Sende- og modtagefiltre ud over et ideelt murstensfilter: ingen emission uden for båndet.
  • Multipath, kvantisering og automatisk forstærkningsstyring.
  • Jordrotation i Doppler-grænsen (op til omkring 0,46 km/s afstandsændringshastighed).
  • Ionosfæreforsinkelse ud over første orden og fordelingen af elektronindhold over og under en LEO-satellit: det skrå TEC er et input.
  • Atmosfæriske tab, regntab og polarisationstab.
  • Erhvervelseslogik med flere dwells.
  • Samlet interferens ud over et antal pr. satellit.

Referencer#