Skylinemasker og himmelgeometri

Indtil 0,36 var hver sigtbarhedstest for Jorden i motoren ét elevationsafskæringspunkt, mask_deg: en satellit talte med, når den var på eller over ét tal, uanset sin retning. En gade, en kaj, en fjord eller en kran blokerer en del af himlen og lader resten stå åben. En skyline er et elevationsafskær, der afhænger af azimut; himmelgeometrifunktionerne omsætter et sted, et tidspunkt, konstellationer og en skyline til det synlige sæt, dilution of precision (DOP), geometrikovariansen, den horisontale fejlellipse, en Monte Carlo-sky og et skyplot. Udformningen er docs/design/2026-10-12-geometry-and-skyline-design.md (punkt 1 og 2).

Evidens: beslutningen om maskeret sigtbarhed (geodætiske sigtevinkler, tabelmasken, det synlige sæt og dets DOP) er VALIDATED mod Orekit 12,2 og gnss_lib_py 1.0.4 i en sammenligning, der er registreret på forhånd, og det samme gælder fejlellipsen og kofaktoren for hvert system (numpy, registreret på forhånd); reduktionerne for kløft, sektor og terræn, forudindstillingerne og resten af himmelgeometrifunktionerne er MODELLED (Evidens). En skyline fjerner satellitter i sigtelinjen og intet mere. Forudindstillingerne er REPRESENTATIVE geometrier, ikke opmålinger.

Horisontprofilen#

En horisontprofil er det punktvise maksimum af fire beskrivelser. Azimut er grader med uret fra sand nord i stedets lokale øst-nord-op-system; elevationer er i [0, 90).

preset = "<name>" starter fra en navngiven geometri; kløftens felter tilsidesætter derefter forudindstillingens kløft felt for felt, og table, sectors og terrain føjes til den.

Modtagerens mask_deg bevarer sin betydning: den er en flad horisontprofil. Det effektive snit ved azimut az er max(mask_deg, skyline(az)), og en satellit er synlig, når dens elevation er ved eller over det: det samme >=, som den flade maske altid har brugt. En satellit over mask_deg men under horisontprofilen er skjult af horisontprofilen.

Gadekløften#

En gade løber langs azimut s, w meter mellem væggene, antennen a meter oppe på midterlinjen. Langs azimut az, med θ = az − s, når strålen en væg efter d(az) = (w/2) / |sin θ|, så en væg med højden h skærer ved

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

Den åbne strimmel ligger langs gaden. Med length_m = L (antennen på midten) forlader en stråle gaden gennem en åben ende, og væggen skærer intet, når d(az) · |cos θ| > L/2. En væg, der ikke er højere end antennen, skærer intet. antenna_m er som standard 1,5 m (et biltag eller en håndholdt modtager, et angivet valg); en ny kløft kræver width_m.

Forudindstillinger#

Valgte og angivne mål (designnotatets), ikke opmålinger af noget virkeligt sted. kshana skyline --preset <name> udskriver en med dens proveniens og dens snit for hver grad.

I et scenarie#

Et valgfrit afsnit [skyline], over typens egen afskæringsvinkel:

Jordstedet for orbit og integrity. Begge typer modellerer en kredsende bruger med en geocentrisk elevation og uden jordfast azimut, så de tager kun en horisontprofil med designnotatets jordstedstilstand: user_site = { lat_deg, lon_deg, height_m } i stedet for user (nøjagtigt en af de to). Hvert sampel er ét absolut tidspunkt, epoch + t: hver satellit propageres til det (et elementsæt, en broadcast-efemeride eller en SP3-fil fremføres fra sin egen epoke, en Walker-satellit tæller t fra epoch) og roteres til jordfast ved det, så stedet ser én sammenhængende himmel. epoch er orbitscenariets egen; uden en (og altid for integrity, som ikke har nogen) er den den nyeste epoke blandt de satellitter, der har en, eller J2000 kun for Walker-mønstre. Elevation og azimut er geodætiske (WGS-84). Opdelingen i vandret og lodret af integritetstypens ARAIM-beskyttelsesniveauer og Stanfords lodrette fejl bruger den samme geodætiske opretning (WGS-84-ellipsoidens normal, omkring 0,19° fra den geocentriske radiale ved 45° bredde); snapshot-RAIM brugte den allerede. En user_site uden horisontprofil er en almindelig jordbruger; stien for den kredsende user er uændret.

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

[skyline]
preset = "harbour-approach"

Bagudkompatibilitet. Uden et afsnit [skyline] er et scenarie byte-identisk med, hvad den samme motor gav, før horisontprofilkoden fandtes: tests/skyline_scenarios.rs kontrollerer JSON, diagram og oversigt for hvert medfølgende scenarie, der kører en af disse typer, og NMEA-teksten for hvert træningsscenarie, mod SHA-256-digests af "0,36 portable"-baselinen (digests fra release-committen for 0.35.0, genberegnet, da motoren skiftede til portabel matematik, og bevaret i testen som optegnelsen: docs/revisions/STUDIO15-portable-math-rebaseline.md). Et tomt afsnit [skyline] skærer intet; resultatet er da lig med kørslen uden det bortset fra den tilføjede blok skyline og nul-tallene for masked_by_skyline.

Hvad der afvises, med årsagen i meddelelsen: en horisontprofil på en kredsende user; user og user_site sammen; en ukendt forudindstilling; en kløft uden width_m; en tabel, der ikke er strengt voksende i [0, 360); en elevation uden for [0, 90); en tom sektor; en ikke-positiv terrænafstand; input over lofterne; enhver ukendt nøgle.

Resultatet får skyline: { source, open_fraction, provenance }, når afsnittet er til stede: source er preset:<name>, preset:<name>+overrides eller custom; open_fraction er den andel af den øvre halvkugles rumvinkel, der ligger over max(mask_deg, skyline) (middelværdien af 1 − sin(cut) over azimut: 1 for en nulmaske, 0,5 for et fladt snit på 30°); provenance er forudindstillingens linje eller scenariets egen. Enheder og proveniensklasser står i blokken units.

Medfølgende eksempler (kshana example <name>):

Himmelgeometri#

Fem motorfunktioner (src/geometry.rs), de samme på alle flader:

En forespørgsel:

{
  "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 er motorens konstellationsforudindstillinger (constellation-designs gps-baseline, galileo, beidou-meo, glonass, ...; LEO-forudindstillingerne xona-pulsar, iridium-stl, ...) eller en fuld leo-pvt-tabel [[system]], propageret til time_s (keplersk med sekulær J2, de fælles tilstandsbaner i leo-pvt). Deres indbyrdes faser stammer fra forskellige referenceepoker, så himlen er en repræsentativ geometri, ikke den dags himmel på det sted. Satellitter kan i stedet (eller også) angives direkte: "satellites": [{"id": "G05", "system": "GPS", "az_deg": 120, "el_deg": 35}, ...], eller med "ecef_m": [x, y, z] og et site eller user_ecef_m. Standardværdier: hvert systems egen maske (5° for GNSS, 10° for LEO; 5° for direkte angivne satellitter), ét modtagerur pr. system ("common" for ét fælles ur), σ_UERE 1 m (en repræsentativ budgetlinje for to frekvenser), konfidens 0,95. Inputlofter: højst 2000 satellitter over horisonten (en systemtabel, der beder om flere, afvises, før den bygges) og 16 modtagerure.

En dateret himmel ud fra elementsæt. "tle" tager tekst med to-linjers elementsæt (en navnelinje før hvert sæt er valgfri; højst 4 MiB, et inputloft), propageret af motorens SGP4 (WGS-72, den propagator som orbit-real-tle bruger) til "epoch" plus time_s, roteret til jordfast med UT1 sat lig UTC og uden polbevægelse, og set fra site. "epoch" er UTC ISO 8601 (2026-06-07T12:00:00Z) og dater kun elementsættene (forudindstillingerne har ingen dato, så en epoch uden tle afvises); "tle_system" mærker dem til uret pr. system (standard TLE). Hvert resultat angiver, hvilken himmel det er, i sky_source og sky_statement:

En blanding forener dem med +. epoch_utc er det tidspunkt, elementsættene blev propageret til, og tle_skipped angiver, hvad af teksten der ikke blev brugt, med årsagen: forkerte eller forældreløse elementsætlinjer (med deres linjenumre), sæt som parseren afviste, og sæt som SGP4 ikke kunne propagere til det tidspunkt (henfaldet eller uden for sine grænser); højst 100 poster i alt, derefter en sidste post, der tæller resten. En tom liste systems tilføjer ingen forudindstillinger. Skyplottet angiver grundlaget i sin fod.

Én kerne. Kofaktormatricen er orbit::cofactor_from_los, designmatrixens opbygning og Gauss-Jordan-inversen bag orbit::dop. orbit::dop_cov udstiller kovariansen, og orbit::dop er dens reduktion, så de VALIDATED skalarer er uændrede og stadig fastholdt af tests/dop_reference.rs. Der er ingen anden DOP-implementering.

Ellipsen. Halvakser k σ √λ for egenværdierne λ af øst-nord-blokken, med k = √(−2 ln(1 − p)) (√5.991 = 2.448 ved 95 %, 1 ved 39,35 %), og hovedaksens azimut ½ atan2(2 Q_EN, Q_NN − Q_EE) i [0, 180) fra nord.

Hvert resultat bærer label (MODELLED), statement (geometri under en angiven fejlmodel: uafhængige, ens, middelværdinulstillede gaussiske afstandsfejl; ikke en forudsigelse af en modtagers virkelige fejl, som også har bias, flervejsudbredelse og fejl fra manglende sigtelinje; ikke en integritetsgrænse) og den vejledende linje: Vejledende software, ikke typegodkendt navigationsudstyr (IEC 61108, IEC 61162): operatøren er fortsat ansvarlig for fartøjets navigation.

Evidens#

Fem registerrækker (docs/VERIFICATION-MATRIX.md), som designnotatet afgrænser dem:

Fraværet af et afsnit [skyline] kontrolleres byte for byte mod outputtet fra 0.35.0, hvilket viser bagudkompatibilitet og ikke validerer noget. gnss_lib_py anvender kun én enkelt elevationsmaske, så den er den uafhængige reference for DOP her, ikke for masken.

Hvad en horisontprofil ikke modellerer: diffraktion over en vægkant, refleksioner og signaler uden sigtelinje, som en virkelig modtager stadig kan følge (de udelades, de forringes ikke), delvis gennemsigtighed (en gitterkran er uigennemsigtig over hele sin sektor), terræn ud over de angivne punkter og jordkrumning inde i kløft- og sektorformerne.