Navigation im niedrigen Erdorbit (Szenarioart-Familie)

7 Szenarioarten der Engine v0.40.0. Beratend: Analyseausgabe eines Forschungs- und Ingenieurwerkzeugs, keine typzugelassene Navigationsausrüstung und kein Safety-of-Life-Dienst. Jedes Label hier stammt von der Engine oder von der Verifikationsmatrix; eine Szenarioart ist MODELLED, sofern die Matrix nichts anderes sagt (wie ein Label verdient wird: der Abschnitt Evidence der README).

Themenseiten: LEO-PNT, LEO-SIGNAL, LEO-PASS, LEO-NAVMSG. Einen ausführen: kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml. Alle Familien: KINDS.md.

leo-signal#

LEO-PNT-Signalentwürfe: parametrisierte Positions-, Navigations- und Zeitgebungssignale (PNT) auf niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO) für beliebige Systeme, Bänder und Strukturen. Ein SIGNAL besteht aus einem Band (Mittenfrequenz, Sendebandbreite, ITU-Zuweisung RNSS/RDSS/MSS/EESS/non-RNSS/other) und Komponenten (Akquisition, Daten, Pilot; jede Teilmenge), jeweils mit einer Modulation (BPSK(n) mit gebrochenem n, BOC(m,n), MBOC(6.1,p) oder ein flaches OFDM-artiges Band), einem Leistungsanteil, optionalen FDMA-Unterträgerversätzen, einer Codelänge und einer Datenrate. Signale stammen aus einkompilierten öffentlichen Voreinstellungsdateien (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-soo, centispace, generic-c-band, generic-bands; jeweils mit ihrer Quell-URL und jedem unveröffentlichten Wert als REPRESENTATIVE gekennzeichnet) oder werden inline geschrieben. PRO SIGNAL: die bandbegrenzte spektrale Leistungsdichte und der Anteil der Leistung jeder Komponente, den das Sendeband durchlässt (geschlossene Form für BPSK neben dem numerischen Wert), die effektive Bandbreite (RMS, Gabor), der thermische Rauschjitter der Code-Nachführung der Delay-Lock-Loop gegen C/N0 und den Early-Late-Abstand nach der bandbegrenzten kohärenten (oder nichtkohärenten) Early-Late-Formel von Betz & Kolodziejski 2009 mit ihrer Lehrbuchform für unbegrenztes Band und ihrer Gabor-Schranke für verschwindenden Abstand, die Entfernungsmessgenauigkeit in Metern, der Akquisitionssuchraum (Doppler-Bins aus dem maximalen Doppler der Bahn plus Oszillator- und Nutzerterme, mal Code-Bins), die Detektionswahrscheinlichkeit des quadratischen Detektors sowie die mittlere serielle und codeparallele Akquisitionszeit, der spektrale Trennungskoeffizient des Signals zu GPS L1 C/A, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b und E5 AltBOC und jedes dieser Signale zum Signal mit der C/N0-Verschlechterung sowie das CW-, Breitband- und angepasste J/S, das die nachgeführte Komponente verträgt, aus der eigenen SSC-Maschinerie der Spektrumart. Ein BANDVERGLEICH: Ionosphärenverzögerung erster Ordnung (40,3 TEC/f^2), Freiraumdämpfung, Entfernungsmessgenauigkeit bei gleichem C/N0 und bei gleicher EIRP sowie Störertoleranz. Optionale FORMPRÜFUNGEN halten das Spektrum eines Entwurfs gegen eine beschriebene Messung (Konsistenz MODELLED). VALIDATED: die geschlossenen Formen für Leistung im Band bei BPSK (90,3 % im Hauptkeulenbereich) und für die Gabor-Bandbreite, der bandbegrenzte Jitter, der auf die kohärente Early-Late-Lehrbuchform und auf seine Gabor-Schranke zurückgeht, der spektrale Trennungskoeffizient bei versetztem BPSK gegen seine geschlossene Form nach Parseval, die Einheitsfläche des AltBOC-Spektrums und der maximale LEO-Doppler gegen die veröffentlichten Werte von Xona Pulsar (32-34 kHz) und Iridium (36 kHz). MODELLED: jeder Entwurf, jede Leistungsaufteilung, jedes C/N0 und jeder Störpegel; die Spektren von EFQPSK, CSK und OFDM sind angenähert.

Erforderliche Felder: keine. Optional: presets, signals, receiver, acquisition, compatibility, trade, shape_checks, psd_points.

Register: MODELLED 2 · VALIDATED 2. Vollständige Seite mit den Eingaben, Ergebnissen, Evidenz und Einschränkungen: leo-signal.

kshana scenarios/leo-band-trade.toml

leo-pass#

LEO-Überflug und Link-Budget, Band für Band, für LEO-PNT (Positionierung, Navigation und Zeitgebung aus dem niedrigen Erdorbit), systemunabhängig: ein Nutzer (am Boden, auf See, in der Luft oder in Gebäuden, ruhend oder bewegt) und ein oder mehrere LEO-Satelliten aus einem DESIGNED PASS (eine Kreisbahn, so gelegt, dass der Nutzer zu einer gewählten Zeit einen Überflug mit einer gewählten maximalen Elevation sieht, auf Wunsch sonnensynchron), expliziten ELEMENTS, einem TLE (Zwei-Zeilen-Elementsatz) über das SGP4 der Engine oder einer WALKER-Konstellation, aufgebaut vom Code für den Konstellationsentwurf (die höchsten Überflüge werden berichtet). Bänder stammen aus einer benannten Voreinstellung (generisches Multiband UHF/L/S/C, generisches C-Band, Xona Pulsar X1/X5, Iridium STL, Starlink als reines Doppler-Gelegenheitssignal, CentiSpace und eine optionale Celeste-IOD-Voreinstellung mit der Kennzeichnung WORKSHOP) oder werden im Szenario selbst angegeben; jede Voreinstellung gibt an, ob ihre Zahlen PUBLIC (mit URL), REPRESENTATIVE oder WORKSHOP sind. Je Satellit, Band und Epoche: Elevation, Azimut, Entfernung, Entfernungsrate und Entfernungsbeschleunigung; Freiraumdämpfung; EIRP und der Antennengewinn des Satelliten (isoflux, Gauß-Keule oder flach); Antennengewinn des Nutzers über der Elevation (Patch, halbkugelförmig oder isotrop); Gasdämpfung (ITU-R P.676-10 Anhang 2), Regendämpfung (Koeffizienten nach ITU-R P.838-3 und das Verfahren nach P.618-14, aus Regenrate und Regenhöhe), troposphärische Szintillation (ITU-R P.618-14 Abschnitt 2.4.1), Gebäudeeindringdämpfung für einen Nutzer in Gebäuden (ITU-R P.2109-2), Polarisationsfehlanpassung, Systemrauschtemperatur und C/N0 (Träger-Rauschleistungsdichte-Verhältnis); Doppler und Dopplerrate in geschlossener Form aus Entfernungsrate und Entfernungsbeschleunigung, jeweils gegen zentrale Differenzen geprüft; die Ionosphärenverzögerung erster Ordnung 40,3 STEC/f^2 aus einem Klobuchar- oder Vertical-TEC-Schräg-TEC, skaliert auf den Teil der Ionosphäre unterhalb des Satelliten. Bandpaare erhalten die ionosphärenfreien Koeffizienten, die Rauschverstärkung und das Coderauschen am Maximum des Überflugs. MEO-GNSS-Satelliten (Galileo- oder GPS-Voreinstellungen) werden mit demselben Antennen- und Rauschmodell aus den Empfangsleistungen ihrer Schnittstellendokumente ausgewertet, sodass der glockenförmige LEO-Überflug und die flachen GNSS-Träger in einem Diagramm liegen. Ein optionaler Abschnitt [iot] liefert Zeit bis zur ersten Positionslösung, Energie je Lösung und Batterielebensdauer über dem Tastverhältnis für ein angegebenes Leistungsbudget des Empfängers (MODELLED). Jedes Bandpaar liefert außerdem das Schräg-TEC, das seine geometriefreie Kombination am Maximum zurückgewinnt, und das Code-Rausch-Sigma dieser Schätzung (Ionosphärensondierung). Ein optionaler Abschnitt [spoofer] fälscht die Signale einer behaupteten Position, die nach einem Einsatzzeitpunkt von der wahren Position springt oder weggeschoben wird, und führt zwei Monitore mit angegebenen Wahrscheinlichkeiten für Fehlalarm und Nichterkennung aus: Doppler- und Überflug-Geometrie-Konsistenz (gemessene Entfernungsraten gegen die aus den Bahnen und einer unabhängigen Vorabposition und -geschwindigkeit vorhergesagten, ein verallgemeinerter Kleinste-Quadrate-Chi-Quadrat-Test über ein Fenster, auf den GNSS-, LEO- und allen Kanälen) und Konsistenz zwischen den Bändern (der Schritt von Epoche zu Epoche der modellkorrigierten geometriefreien Kombination jedes LEO-Bandpaars), mit Statistiken je Epoche und dem Zeitpunkt, zu dem jeder Monitor erkennt (MODELLED). Komponenten, die VALIDATED sind: Freiraumdämpfung, die Koeffizienten von P.838-3 gegen ihre Tabelle 5, die Verfahren P.618-14 für Regen und Szintillation und die Gebäudeeindringdämpfung nach P.2109 gegen die Validierungsbeispiele der ITU-R Study Group 3, das Gruppenlaufzeitverhältnis L1/L2 aus IS-GPS-200 und das maximale Doppler eines ruhenden Nutzers auf einer Kreisbahn gegen arXiv 2509,19551 Tabelle 1. MODELLED: EIRPs, Antennendiagramme, der Chapman-Anteil des TEC unterhalb des Satelliten und der gesamte Überflug.

Erforderliche Felder: keine. Optional: 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. Vollständige Seite mit den Eingaben, Ergebnissen, Evidenz und Einschränkungen: leo-pass.

kshana scenarios/leo-pass-iridium.toml

leo-navmsg#

LEO-Navigationsnachricht: die ausgesendete Ephemeride und Uhr eines Satelliten für Positionierung, Navigation und Zeitgebung im niedrigen Erdorbit (LEO), für jede Bahn, jeden Träger und jedes Modell, mit optionalen benannten Voreinstellungen (Xona Pulsar, Iridium, Starlink, CentiSpace, ein repräsentatives C-Band-System, das ATOMIC-Nulluhr-Modell, Celeste IOD). INHALT: Hilfsdaten (SVID, Datenausgabestand, Band, Signalzustand), Synchronisation (Woche, Wochensekunde, ein Uhrenpolynom zweiter Ordnung af0-af2 um toc), Ephemeride in einem von vier Modellen -- dem 16-Parameter-Kepler-Satz des Galileo OS SIS ICD; diesem Satz plus Korrekturpolynomen in Flugrichtung, quer zur Flugrichtung und radial; dem 22-Parameter-Modell nach Liu et al. 2025; einem ECEF-Polynom ohne Uhrenterme (ATOMIC-Nulluhr) -- und weitere Dienste (ein ausgesendeter Klobuchar-Satz, NeQuick-G ai0-ai2 mit dem effektiven Ionisationsniveau und Parameter von Systemzeit zu UTC mit der Schaltsekundenlogik des ICD). FITTER: eine Wahrheitsbahn, integriert mit zonaler J2-J6- oder EGM2008-Schwere bis zum gewählten Grad und mit Luftwiderstand, und eine mit Seed erzeugte freie oder gesteuerte Uhr; Levenberg-Marquardt-Anpassung des Kepler-Satzes auf nichtsingulären Elementen, dann lineare Korrekturpolynome nach kleinsten Quadraten; Uhr angepasst abzüglich des relativistischen Terms, den der Nutzer hinzufügt. ANALYSEN: fit-interval-trade (Signal-in-Space-Entfernungsfehler, SISRE, mit global gemittelten Gewichten für die Bahnhöhe, gegen Anpassungsintervall und Aktualisierungsperiode, nur Bahn und mit Uhr), model-comparison (vier Modelle, Parameterzahl, codierte Bits und die Anpassung von Kshana bei den Höhen von Liu et al. neben den veröffentlichten Werten), midpass-update (der höchste Überflug über einem Nutzer, der Sprung von Position, Uhr und Nutzerentfernung bei jedem Nachrichtenwechsel, der Sprung bei schlechtester Geometrie, PASS/FAIL gegen eine Kontinuitätsschwelle), encode-decode (das eigene dokumentierte Binärframe von Kshana mit CRC-24Q, ein Quantisierungsbudget von je einem halben Schritt pro Feld, eine Prüfung eines beschädigten Frames, ein Export und Import von Datensätzen im RINEX-4-Stil, bezeichnet als Kshana-Erweiterung, und eine CSV-Tabelle). VALIDATED: die SISRE-Gewichte gegen die veröffentlichte MEO/GEO-Tabelle (Montenbruck et al. 2018); der Galileo-Nutzeralgorithmus gegen RTKLIB auf realen Galileo-Broadcast-Ephemeriden; CRC-24Q gegen seinen Katalog-Prüfwert und den RTCM-1005-Beispielframe. MODELLED: Jede Anpassungs- und SISRE-Zahl ist ein Darstellungsfehler gegen eine von Kshana integrierte Wahrheit (kein Bahnbestimmungs- oder Vorhersagefehler); der Vergleich mit Liu et al. verwendet andere Bahnen; die Codierungs- und Textformate sind die eigenen von Kshana.

Erforderliche Felder: keine. Optional: name, description, seed, analysis, preset, orbit, clock, message, trade, comparison, midpass.

Register: MODELLED 5 · VALIDATED 6. Vollständige Seite mit den Eingaben, Ergebnissen, Evidenz und Einschränkungen: leo-navmsg.

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

leo-pvt#

Fusionierte Positionierung, Navigation und Zeitgebung (PNT) aus dem mittleren Erdorbit (MEO) und dem niedrigen Erdorbit (LEO) über BELIEBIGE Konstellationen: Jedes [[system]] ist eine GNSS-Voreinstellung der Szenarioart constellation-design, eine LEO-Voreinstellung (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-sop, centispace, generic-c-band, das Ephemeridenmodell atomic-zero-clock oder eine andere Voreinstellungsdatei, jeweils in einer eigenen Datei mit ihren als PUBLIC, WORKSHOP oder DERIVED markierten Quellen), Walker-Schalen oder explizite Elementsätze, mit einem Träger, einer Chiprate, einer Hüllkurve der Träger-Rausch-Dichte (C/N0) von der Elevationsmaske bis zum Zenit, einem Signal-in-Space-Entfernungsfehler (SISRE), einem Doppler-Sigma und einem Uhrenmodell (die eigene Empfängeruhr, sodass der Inter-System-Bias geschätzt wird, oder ein bekannter ausgesendeter Versatz). Vier Modi. DOPPLER: Batch-Gauss-Newton-Positionierung aus der Entfernungsrate mit analytischen Partiellen, Uhrendrift und optionalen Geschwindigkeitszuständen und einer optionalen Höhenbedingung, mit einem oder mehreren Satelliten, der Fehler gegen die Fensterlänge, die Hüllkurve von Doppler, Dopplerrate und Ruck jedes LEO-Systems und die Genauigkeit in und quer zur Flugrichtung bei einem einzelnen Überflug gegen den Querversatz (der Querfehler wächst unbegrenzt, wenn der Überflug über den Zenit geht; ein einzelner Überflug hat außerdem eine Spiegellösung über der Bodenspur). Ein reines Doppler-Gelegenheitssignal (starlink-sop) läuft hier. GEMEINSAM: Pseudorange-Fixes je Epoche nach gewichteten kleinsten Quadraten aus GNSS allein, LEO allein und beiden, Sigmas je Messung aus einem Thermalrauschmodell der Delay-Lock-Loop bei C/N0 plus dem SISRE (oder einem festen Sigma, sodass ein Signalmodell sie speisen kann), die geschätzten Inter-System-Biases und PDOP/HDOP/VDOP gegen die Zahl der hinzugefügten LEO-Satelliten. POLAR: sichtbare Satelliten und DOP gegen die Breite für GNSS, LEO und beide. ZEITGEBUNG: Zeitübertragung auf die koordinierte Weltzeit (UTC) von LEO-Satelliten an bekannter Position mit einem Uhrenfilter mit zwei Zuständen, dessen Prozessrauschen aus den Oszillatorklassen der Engine stammt, gegen C/N0 und den Oszillator, und der Ausdruck von IS-GPS-200 für Systemzeit zu UTC; mit [timing] trace = true gibt jede Zeile außerdem ihren Zeitfehler und ihr vorhergesagtes Sigma in jeder Epoche an. VALIDATED: der größte Doppler eines Überflugs vom Zenit bis zum Horizont gegen die veröffentlichten Zahlen von Iridium (bis zu 36 kHz) und Xona Pulsar X1 (32 bis 34 kHz). MODELLED: alles andere; der DOP wird gegen einen von Hand abgeleiteten Fall geprüft, die Fixes gegen ihre Kovarianz und das Dopplermodell gegen die Identität der Entfernungsbeschleunigung.

Erforderliche Felder: keine. Optional: mode, seed, duration_s, step_s, user, dll, doppler, joint, polar, timing, system, skyline.

Register: MODELLED 3 · VALIDATED 2. Vollständige Seite mit den Eingaben, Ergebnissen, Evidenz und Einschränkungen: leo-pvt.

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

leo-ppp#

Konvergenz der präzisen Punktpositionierung (PPP) nur mit GNSS und mit LEO-Stützung: ein erweitertes Kalman-Filter mit Float-Lösung auf ionosphärenfreiem Code und ionosphärenfreier Trägerphase mit den statischen Stationskoordinaten, einer weißen Empfängeruhr, einem Inter-System-Bias je zusätzlichem System, einer als Random Walk modellierten zenitalen feuchten Verzögerung, abgebildet mit 1/sin(Elevation), und einer Float-Mehrdeutigkeit je Satellitenbogen; der präzise Bahn-und-Uhr-Fehler ist weiß und für Code und Phase eines Satelliten gemeinsam, sodass jeder Satellit eine korrelierte Zweizeilen-Aktualisierung in Joseph-stabilisierter Form ist. Die Messungen werden aus demselben Modell mit Seed-Rauschen über mehrere Standorte und Seeds simuliert, und jeder Fall (zuerst nur GNSS, dann jedes [[case]] von LEO-Systemen, beliebige Konstellation oder Voreinstellung) gibt die mediane Konvergenzzeit an (die erste Epoche, nach der die horizontalen und vertikalen Fehler unter den Schwellen bleiben, standardmäßig 10 cm), den konvergierten Anteil, die medianen Fehlerkurven und die Konsistenz des Filters (das über die Läufe gemittelte Positions-NEES gegen das zweiseitige 95-%-Chi-Quadrat-Band). Optional neben den veröffentlichten Zahlen für mittlere Breiten von Li et al. (2019, J. Geod. 93:749, doi 10.1007/s00190-018-1195-2): 9,6 min für Multi-GNSS, verkürzt auf 7,0, 3,2, 2,1 und 1,3 min mit 60, 96, 192 und 288 LEO-Satelliten. MODELLED: ein Konsistenzvergleich des Trends, keine Reproduktion der Konstellationen, des Rauschens oder der Stationen jener Studie; keine Auflösung der Mehrdeutigkeit, keine Cycle Slips, kein Phase-Wind-up, keine Gezeiten und keine zeitkorrelierten Produktfehler.

Erforderliche Felder: keine. Optional: seed, duration_s, step_s, runs, criterion_horizontal_m, criterion_vertical_m, compare_li_2019, noise, site, gnss, case.

Register: MODELLED. Vollständige Seite mit den Eingaben, Ergebnissen, Evidenz und Einschränkungen: leo-ppp.

kshana scenarios/leo-ppp-convergence.toml

ntn-positioning#

Positionierung aus einem 5G-Downlink eines nicht-terrestrischen Netzes (NTN) im S-Band des mobilen Satellitendienstes (MSS) (3GPP-Band n256, Downlink 2170 bis 2200 MHz; Standardträger 2172,5 MHz): die Cramér-Rao-Schranke (CRB) für die Ankunftszeit, c / (2 pi beta sqrt(2 (C/N0) T)), mit beta als quadratisch gemittelter (Gabor-)Bandbreite des flachen OFDM-Spektrums (B/sqrt(12)), und für die Doppler-Verschiebung eines komplexen Tons, sqrt(3 / (2 pi^2 (C/N0) T^3)), für jedes Signal (standardmäßig ein New-Radio-Kanal von 5 MHz mit 4,5 MHz belegt und ein Schmalbandkanal von 200 kHz mit 180 kHz belegt); dann, über jede LEO-Konstellation, Downlink-Ankunftszeit-Fixes mit unbekannter Empfängeruhr (mit Seed, mit der Schranke plus einem Netzwerksynchronisationsfehler als Sigma), deren PDOP und formales 3D-Sigma sowie ein Ein-Satelliten-Doppler-Fix über den längsten Durchgang bei festgehaltener Höhe. MODELLED: Der Schritt von der Bandbreite zur Schranke ist die Lehrbuch-Formel in geschlossener Form, geprüft gegen numerische Integration der flachen und bandbegrenzten BPSK-Spektren (interne Konsistenz, kein veröffentlichter Rechenwert festgelegt), und die Positionierungsgenauigkeit ist eine Schranke auf einem mehrwegefreien Kanal mit einem angegebenen Synchronisationsfehler, kein erzieltes Ergebnis.

Erforderliche Felder: keine. Optional: seed, carrier_hz, signal, integration_s, doppler_integration_s, cn0_dbhz, sync_error_m, user, duration_s, step_s, system.

Register: VALIDATED. Vollständige Seite mit den Eingaben, Ergebnissen, Evidenz und Einschränkungen: ntn-positioning.

kshana scenarios/ntn-5g-positioning.toml

leo-pnt-chain#

Ein LEO-PNT-System (Positionierung, Navigation und Zeitgebung aus dem niedrigen Erdorbit) von Anfang bis Ende, für jede Konstellation und jedes Signal: Das mit signal_design benannte leo-signal-Design (eine öffentliche Voreinstellung oder ein Inline-Design [signal]) legt Mitte, Bandbreite, Chiprate und EIRP-Aufteilung eines Bandes [pass] fest, das Link-Budget von leo-pass liefert das verfolgte C/N0 und den bandbegrenzten Codejitter über den Überflug, eine C/N0-Gerade in sin(Elevation) und das ausgesendete SISRE der Nachricht [navmsg] (angepasst in der Höhe des Überflugsatelliten) speisen jedes LEO-System des gemeinsamen Fixes leo-pvt unter [fusion] und optional die Fälle leo-ppp unter [ppp]; jede Übergabe wird mit Wert und Einheit aufgelistet. MODELLED.

Erforderliche Felder: signal_design, pass, fusion. Optional: name, description, seed, signal, navmsg, od_sisre_m, ppp.

Register: MODELLED. Vollständige Seite mit den Eingaben, Ergebnissen, Evidenz und Einschränkungen: leo-pnt-chain.

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