Konstellatsiooni kavandamine

Stsenaariumi liik constellation-design ehitab ühe või mitu satelliidikonstellatsiooni Maa, Kuu, Marsi või mis tahes muu Päikesesüsteemi kataloogi keha (src/body.rs: kaheksa planeeti, Pluuto, Kuu, Phobos, Deimos, neli Galilei kuud ja Titan, samade konstantidega, mida kasutavad stsenaariumi liigid solar-system ja body-pnt; vt SOLAR-SYSTEM.md) ümber ja kaardistab nende katvuse ja täpsuse halvenemise teguri (DOP) laius-/pikkuskraadi ruudustikul. Allikas: src/constellation.rs.

kshana scenarios/constellation-multi-gnss-coverage.toml
# constellation-design: 102 satellites (GPS, Galileo, BeiDou, GLONASS) around the Earth;
#   availability 100.00% (PDOP <= 6 at 10 deg mask), worst site 100.00%, median PDOP 0.95,
#   mean 31.0 in view; 648 grid points x 95 epochs (MODELLED)

Keha valitakse välja body abil (vaikimisi earth). Käitus hõlmab kestust duration_s (vaikimisi üks tähepäev, 86 164 s) sammuga step_s (vaikimisi 600 s), üle mask_deg (vaikimisi 5 kraadi), ruudustikul grid_step_deg (vaikimisi 10 kraadi), mida võivad piirata lat_min_deg, lat_max_deg, lon_min_deg ja lon_max_deg; j2 = true lisab sekulaarse triivi J2-st, keha gravitatsioonivälja teisest tsonaalharmoonilisest.

Mis sisse läheb#

• Walkeri kestad konventsioonis T/P/F: T satelliiti P võrdsete vahedega tasandil faasimisega F. Delta muster jaotab tõusvad sõlmed 360 kraadile, star muster 180 kraadile. Tasand k asub sõlmes raan0 + k·ΔΩ ja selle satelliit j keskmise anomaaliaga m0 + j·360·P/T + k·360·F/T.
• Selgesõnalised elementide komplektid: poolsuurtelg või kõrgus, ekstsentrilisus, kaldenurk, tõusva sõlme rektastsensioon (RAAN), periapsise argument ja keskmine anomaalia.
• Eelseaded avaldatud nominaalsetest elementidest (ainult Maa; eelseade mõne muu keha ümber on viga):

GPS-i tabeli RAAN on inertsiaalne oma epohhil; eelseade teisendab selle Maaga seotud sõlme pikkuskraadiks tabelis toodud Greenwichi tunninurgaga (100,765 kraadi). GLONASS annab absoluutsed (Greenwichi) sõlmede pikkuskraadid otse. Galileo dokument ei anna tunninurka, seega kasutatakse selle RAAN-i sõlme pikkuskraadina. BeiDou standard ei anna MEO faasi ega IGSO sõlmi; eelseade alustab MEO mustrit sõlmes 0 ja keskmise anomaaliaga 0 ning paneb kolm IGSO-d ühele maapinnajäljele, mis ristub ekvaatorit 118 kraadi E juures. Need kaks valikut on modelleeritud.

Mitu konstellatsiooni võivad jagada ühte käitust. Valikuga clock = "per-constellation" (vaikimisi) hindab vastuvõtja ühte kella nähtava süsteemi kohta, nagu teeb multi-GNSS (ülemaailmne satelliitnavigatsioonisüsteem) vastuvõtja; clock = "common" jagab ühte kella.

Mis välja tuleb#

Ruudustiku lahtri kohta: keskmine, vähim ja suurim satelliitide arv maski kohal; epohhide osa lahendiga ja asukoha DOP-iga (PDOP) väärtusel pdop_threshold või madalamal; keskmine geomeetriline, asukoha, horisontaalne ja vertikaalne DOP (GDOP, PDOP, HDOP, VDOP); suurim PDOP. Globaalselt, kaalutuna laiuskraadi koosinusega, nii et iga lahter loeb oma pindala järgi: kättesaadavus, halvima koha kättesaadavus ning iga DOP-i keskmine, mediaan, 90., 95. ja 99. protsentiil ning maksimum. Satelliidi kohta: allavalimitud maapinnajälg (track_points valimit, vaikimisi 24, kuni max_tracks satelliidi jaoks, vaikimisi 120). Diagramm on kaks kaarti, kättesaadavus ja keskmine PDOP.

Kuidas see skaleerub#

Satelliit raadiusel r on kõrgusmaski ε kohal täpselt siis, kui selle kesknurk kasutajast on kuni λ = arccos((R/r)·cos ε) − ε, nii et nähtavuse test on üks skalaarkorrutis väärtusega cos λ. Igal epohhil sorditakse satelliidid ka alamsatelliidi laiuskraadi järgi ja ruudustiku rida laiuskraadil φ testib ainult satelliite, mis on λ_max piires väärtusest φ. Mõlemad on täpsed sfäärilise keha puhul ja ühiktest võrdleb iga kaarti toore jõu skaneeringuga otsese kõrgusetestiga. Plokk work annab paaritestide arvu, mida toore jõu skaneering teeks, ja tegelikult tehtud testide arvu. Ühiktesti 5 000 satelliidi disain 10 kraadi ruudustikul (648 punkti, 6 epohhi) säilitab 9,9 % toore jõu 19 440 000 paaritestist; kaasasolev stsenaarium leo-pnt-mega-shell (5 000 satelliiti, 648 punkti, 12 epohhi) käitub umbes 0,14 s Apple-silicon sülearvutil väljalaske käsurea binaariga. Seinakella ajad varieeruvad masina ja selle koormuse järgi. Mootor ei kasuta lõimi, kella ega failisüsteemi, seega töötab see muutmata kujul WebAssemblyna.

Mida kontrollitakse ja mille vastu#

VALIDATED, avaldatud dokumentide vastu:

• Walkeri generaator taastoodab kõik 24 rida Galileo OS SDD tabelist 23 ja GLONASS ICD pesavalem on sama 24 pesa komplekt mis Walker 24/3/1;
• GPS-i eelseade taastoodab SPS PS tabelite 3.2-1 ja 3.2-2 maapinnajälje ekvaatori ületuse veeru: 35 kohta 36-st 0,0108 kraadi piires 0,015 kraadise ümardamislävendi vastu. E3F-i hoitakse lõdvema 0,06 kraadise läve all, sest tabeli enda E3F rida ei ole kooskõlas selle RAAN-i ja laiuskraadi argumendiga: selle laiuskraadi argument on 14,60 kraadi E3-st ees, mis nihutab ületust 7,30 kraadi, samas kui tabel nihutab seda 7,36 kraadi;
• GPS-i baasjoon SPS PS lisa B tingimustel (üks tähepäev, 287 sammu viie minuti kaupa, 4 kraadi ruudustik, kõik nähtaval, 5 kraadi mask) annab globaalse HDOP-i mediaaniks 0,940, 90 % 1,165, 95 % 1,255, 98 % 1,370 ja keskmiseks 0,965, avaldatud 0,94, 1,16, 1,25, 1,37 ja 0,96 vastu (lävi 0,03, fikseeritud enne esimest käitust). PDOP-i mediaan 1,795 on alla tabeli B.3-1 väärtuse 1,815, mis kirjeldab halvenenud 20-24 satelliidi segu. PDOP 6 või vähem kehtib 100 % ajast, võrreldes 98 % globaalselt ja 88 % halvimas kohas tabelis 3.8-1.

Kontrollitud käsitsi tuletusega, mitte välise dokumendiga: ühe epohhi DOP ühtib kinnise valemiga ühe seniidis oleva ja kolme 30 kraadi kõrgusel oleva satelliidi jaoks (PDOP 8/3, GDOP 3,0732).

MODELLED: kahe keha orbiidid valikulise sekulaarse J2 triiviga; sfääriline keha; ainult geomeetriline nähtavus (signaali võimsust, satelliidi tervist ega maastikku pole); kolmanda keha häiringut pole, millest sõltub päris Kuu külmutatud orbiit. Halvim üksik aja-ruumi punkt sõltub ruudustikust: HDOP 2,40 ja VDOP 5,22 siin vs 2,49 ja 5,43 avaldatud; neid esitatakse, mitte ei fikseerita. Nelja süsteemi eelseaded pärinevad erinevatest etalonepohhidest, seega nende suhteline faas ühes käitus ei ole ühegi kuupäeva hetktõmmis.

Kaasasolevad stsenaariumid#

Iga rida annab selle, mida käitus prindib versiooniga kshana 0.40.0.

• scenarios/constellation-multi-gnss-coverage.toml: GPS, Galileo, BeiDou ja GLONASS (102 satelliiti) ühe päeva jooksul 10 kraadise maski kohal, üks kell süsteemi kohta. Kättesaadavus (PDOP 6 või vähem) 100 % globaalselt ja halvimas kohas, PDOP-i mediaan 0,95, keskmiselt 31,0 satelliiti nähtaval.
• scenarios/leo-pnt-mega-shell.toml: 5 000 satelliiti neljas madala Maa orbiidi (LEO) kestas positsioneerimiseks, navigatsiooniks ja ajastuseks (PNT), J2-ga, 20 kraadise maski kohal. Kättesaadavus (PDOP 3 või vähem) 99,22 % globaalselt ja 0 % halvimas kohas, PDOP-i mediaan 1,11, keskmiselt 39,4 satelliiti nähtaval.
• scenarios/lunar-relay-constellation.toml: 8 satelliiti elliptilistel Kuu külmutatud orbiitidel ja 6 satelliidist koosnev ringkest Kuu ümber. Kättesaadavus (PDOP 6 või vähem) 21,33 % globaalselt ja 0 % halvimas kohas, PDOP-i mediaan 5,22, keskmiselt 3,2 satelliiti nähtaval.

LEO-PNT katvus polaar- ja Arktika kasutajatele keskmise Maa orbiidi GNSS-i vastu on stsenaariumi liigi leo-pvt polaarrežiim (scenarios/polar-arctic-leo-coverage.toml; vt LEO-PNT.md).