LEO-PNT en Kshana

LEO-PNT es posicionamiento, navegación y temporización (PNT) desde satélites en órbita terrestre baja (LEO), junto a los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) de órbita terrestre media (MEO), como el Global Positioning System (GPS) y Galileo, o en lugar de ellos. Esta página reúne todos los tipos de escenario y escenarios LEO-PNT del motor: qué calcula cada uno, las bandas y los preajustes de señal y de dónde proceden sus números, qué transporta el mensaje de navegación, qué es VALIDATED y qué es MODELLED, y cómo ejecutar cada escenario. Las páginas de cada tipo de escenario profundizan más:

Primero, independiente del sistema#

El motor es un simulador LEO-PNT genérico. Cualquier constelación (un patrón Walker, elementos orbitales explícitos, un conjunto de elementos de dos líneas (TLE) mediante el propagador Simplified General Perturbations 4 (SGP4), o una pasada única diseñada), cualquier diseño de señal (cualquier banda, cualquier combinación de componentes de modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK), portadora con desplazamiento binario (BOC) y acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA)), cualquier modelo de mensaje de navegación. Los sistemas con nombre son preajustes opcionales: archivos de datos, cada uno con su fuente, que solo rellenan lo que un escenario deja sin indicar. Toda capacidad, prueba, referencia independiente y escenario incluido se ejecuta sin ningún dato de Celeste.

El preajuste Celeste IOD (demostración en órbita) es un preajuste opcional entre ellos. Sus parámetros de señal se presentaron en el taller LEO-PNT del NAVISP de la ESA (Navigation Innovation and Support Programme de la Agencia Espacial Europea), 2026, y aún no tienen fuente pública. Todo número del motor derivado del taller vive en un único archivo, src/celeste_iod.rs, que build.rs compila solo cuando existe, y en los escenarios exclusivos del repositorio scenarios/*celeste-iod*.toml. Eliminar ese archivo y esos escenarios retiene el preajuste sin editar ninguna fuente; el resto de pruebas, referencias independientes y escenarios se ejecutan sin él (tests/workshop_preset_isolation.rs vigila qué archivos pueden nombrarlo). Esta página no da ninguno de sus números.

Los tipos de escenario y cómo se conectan#

La cadena traspasa valores en el código (véase Cadena LEO-PNT de extremo a extremo más abajo): el diseño de señal fija el reparto de la EIRP (potencia isótropa radiada equivalente) de la banda de la pasada y la tasa de chips seguida; la pasada da el C/N0 seguido y la fluctuación de código; el SISRE del mensaje de navegación y el C/N0 de la pasada ponderan las mediciones LEO de la fijación fusionada.

Bandas#

Los diseños genéricos usan centros de banda públicos; cada uno es REPRESENTATIVE, no la señal de ningún sistema (data/leo-signals/generic-bands.toml, generic-c-band.toml).

BPSK(n) es la modulación por desplazamiento de fase binaria a n × 1,023 Mchip/s. La razón de retardo es (f_L/f)² con f_L = 1191,795 MHz. La pérdida en espacio libre crece en 20·log10(f/f_L) a la misma distancia (−8,2 dB en UHF, +6,4 dB en S, +12,5 dB en C).

Preajustes de señal y de sistema#

Cada preajuste marca sus números como PUBLIC (con una URL), REPRESENTATIVE (una decisión de diseño documentada, nunca una afirmación sobre un sistema real) o WORKSHOP, y el resultado de cada ejecución que usa uno indica cuál.

El mensaje de navegación#

Un mensaje de navegación LEO (LEO-NAVMSG.md) lleva cuatro partes, la estructura que comparten el Open Service Signal-in-Space Interface Control Document (OS SIS ICD) de Galileo y las propuestas LEO publicadas:

La trama binaria es la codificación documentada propia de Kshana, modelada sobre estos componentes, no la disposición de bits de ningún sistema. RINEX 4,02 no define registros de navegación LEO, de modo que la exportación de estilo RINEX es una extensión documentada de Kshana (antecedentes: arXiv 2401,17767).

Resiliencia#

Los monitores de spoofing, sus estadísticos y sus límites están en LEO-PASS.md. La cascada multibanda con un jammer distinto por banda es multi-band-jamming-waterfall (LEO-SIGNAL.md).

Un escenario por área temática de experimento#

Las ocho áreas temáticas de experimento de la convocatoria de experimentación de terceros de Celeste IOD (Open Space Innovation Platform de la ESA, OSIP) son preguntas genéricas de LEO-PNT; cada una tiene un escenario independiente del sistema:

Un escenario por vertical de usuario final#

Cada vertical es una cadena campaign en una sola cronología, de modo que se anima, y cada una tiene un miembro leo-pass, de modo que exporta geometría (véase Ejecutar un escenario).

VALIDATED y MODELLED#

Una fila es VALIDATED solo cuando una prueba reproduce una configuración publicada y fija la cifra publicada dentro de una tolerancia declarada; todo lo demás es MODELLED con su justificación (VERIFICATION-MATRIX.md, MODELLED-RATIONALE.md).

Filas LEO-PNT VALIDATED:

• potencia de señal limitada en banda de forma cerrada y fluctuación de seguimiento de código temprano-tardío en puntos de operación publicados (Betz y Kolodziejski 2009), con el ancho de banda de Gabor y el SSC contrastados;
• el Doppler máximo de un satélite de navegación LEO (Xona Pulsar X1 32–34 kHz, Iridium ±36 kHz) y la envolvente de Doppler de usuario estático frente a arXiv 2509,19551 Tabla 1;
• los coeficientes de lluvia de ITU-R P.838-3, la atenuación por lluvia de P.618-14 y el centelleo troposférico, y la pérdida por entrada en edificios de P.2109-2 frente a los datos de validación de la Comisión de Estudio 3 de ITU-R;
• el escalado del retardo ionosférico de primer orden y la pérdida en espacio libre (razón de retardo de grupo de IS-GPS-200, la forma de Friis);
• los pesos de SISRE de promedio global (Montenbruck et al. 2018), el algoritmo de usuario del ICD de Galileo frente a RTKLIB sobre efemérides de difusión reales y CRC-24Q frente a su valor de comprobación de catálogo.

Filas LEO-PNT MODELLED: todo diseño de señal y compromiso de bandas, la cascada multibanda, toda pasada y presupuesto de enlace en su conjunto, los preajustes, las fijaciones de bajo consumo, el ajustador y los formatos del mensaje, el posicionamiento Doppler y conjunto, la convergencia de PPP, el posicionamiento NTN, la transferencia de tiempo, la cobertura polar, la cadena de extremo a extremo, los monitores de spoofing y el sondeo de la ionosfera, y toda campaña (una campaña compone tipos de escenario y no añade física; sus identidades de composición se prueban, CAMPAIGNS.md). Ningún C/N0 LEO, error de distancia ni cifra de posicionamiento se compara con una medición de ningún satélite.

Ejecutar un escenario#

Todo escenario anterior está incluido: kshana example <name> lo imprime, y

kshana scenarios/<name>.toml --animate html --export all

escribe, junto al archivo, el resultado (.result.json), el gráfico (.chart.svg), el informe avanzado (.report.html y .report.json, con una sección que incrusta la ejecución animada y enumera las exportaciones), el reproductor interactivo (.animation.html) y las exportaciones. Lo que se aplica depende del tipo de escenario:

• una ejecución con eje de tiempo se anima: épocas de leo-pass, el spoof.series de una ejecución de spoofing, cronologías de spectrum, épocas conjuntas y trazas de temporización de leo-pvt, curvas de error de leo-ppp y toda cadena de campaña. Un barrido o una composición no tiene eje de tiempo: --animate lo rechaza con estado de salida 1 y entonces el comando no escribe nada en absoluto, así que ejecute los ocho barridos y composiciones anteriores (leo-resilience-multiband-diversity, leo-resilience-spoof-monitors y todo escenario leo-focus-* salvo leo-focus-science-iono-sounding) sin --animate;
• leo-pass y leo-pnt-chain exportan efemérides CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON y STK (Systems Tool Kit) de la geometría de la pasada; una campaña exporta cada miembro que tiene geometría como su propio conjunto de archivos, con la etiqueta del miembro en el nombre del archivo (<name>.<member>.czml), de modo que cada vertical exporta sus pasadas LEO; los demás tipos de escenario LEO indican por qué un formato no se aplica (INTEROP.md).

Los demás escenarios LEO, por tipo de escenario (los detalles están en la página de cada tipo de escenario):

Los escenarios opcionales son exclusivos del repositorio y se retienen junto con el archivo del preajuste de Celeste.

Dos de ellos están en otros tipos de escenario. leo-pnt-mega-shell (constellation-design) dimensiona una constelación LEO-PNT de 5000 satélites en cuatro capas Walker ilustrativas: disponibilidad de 99,22 % con un PDOP de 3 o menos por encima de una máscara de 20°, PDOP mediano de 1,11 y 39,4 satélites a la vista de media en 648 puntos de malla y 12 épocas. slot-timing-ocxo-leo (slot-timing) pregunta cuánto tiempo permanece el OCXO de la hoja de datos de un smallsat LEO dentro de una guarda de ranura de 100 ns con k = 3 tras su última fijación GNSS: la guarda se rompe 650,8 s después de una fijación, de modo que necesita una fijación al menos cada 645,8 s (133,8 al día), con el ruido de frecuencia de paseo aleatorio como término dominante.

Cadena LEO-PNT de extremo a extremo#

El tipo de escenario leo-pnt-chain (src/leo_pnt_chain.rs) sigue un sistema LEO-PNT desde su diseño de señal hasta la posición del usuario. Cada etapa es un tipo de escenario propio del motor, ejecutado en su propia tabla del escenario de la cadena, y la cadena traspasa valores de una etapa a la siguiente en el código:

Un valor se traspasa solo donde la tabla posterior lo deja sin indicar, y cada traspaso se enumera en la matriz handoffs del resultado con su valor, unidad y destino. Una banda de [pass] debe nombrar el diseño (signal = "<design>"); así una banda leo-pass lleva también por sí sola cualquier diseño leo-signal: toma la frecuencia central del diseño, el ancho de banda de transmisión y la tasa de chips seguida, reparte su EIRP entre los componentes e informa del C/N0 del componente seguido y de la fluctuación de seguimiento de código temprano-tardío coherente de banda limitada (Betz y Kolodziejski 2009; espaciado de medio chip, lazo de 1 Hz, 20 ms) en cada época.

Scenarios:

kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml --animate html --export all

escribe el resultado, el gráfico, el informe avanzado (que incorpora el paso animado y enlaza las exportaciones), el reproductor interactivo y archivos de efemérides CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON y STK (Systems Tool Kit) con la geometría del paso.

La cadena es MODELLED: no añade física y cada etapa conserva sus propias etiquetas. El modelo de C/N0 de la etapa de posicionamiento es una recta en sin(elevación), de modo que una forma propia de cada paso se reduce a dos números; la etapa de mensaje no modela la determinación de órbita, por lo que od_sisre_m es una entrada declarada (0,25 m en los escenarios incluidos, representativo de la determinación de órbita a bordo de nivel decimétrico y del reloj a escala de chip dirigido que notifica la carga útil ATOMIC: https://insidegnss.com/first-steps-toward-a-fully-operational-leo-pnt-payload/).