DO-316 / DO-229E eheyden compliance-kartta

Tämä asiakirja kartoittaa RTCA:n (aiemmin Radio Technical Commission for Aeronautics) standardien DO-229E (SBAS (satelliittipohjainen täydennysjärjestelmä) MOPS (vähimmäissuorituskykystandardit)) ja DO-316 (GPS/SBAS (GPS: Global Positioning System) -ilma-aluslaitteet) suojaustaso- ja eheydenvalvontavaatimukset niitä toteuttaviin Kshana-toimintoihin. Se on tekninen jäljitettävyysapuväline, ei toteamus siitä, että mikään vaatimus täyttyy — Kshana toteuttaa julkaistut algoritmit; se ei ole hyväksytty avioniikka.

Koneluettava muoto on sbas::do316_compliance_map; tämä proosa on sen kumppani (vastaa tiedostoa docs/ARAIM_REFERENCE.md).

Painotetun pienimmän neliösumman suojaustasot (DO-229E Appendix J)#

Jokaiselle satelliitille i, jonka korkeuskulma on Elᵢ ja atsimuutti Azᵢ käyttäjällä, paikallisen tason (ENU (itä-pohjoinen-ylös) + kello) havaintorivi on

Gᵢ = [ −cos Elᵢ·sin Azᵢ,  −cos Elᵢ·cos Azᵢ,  −sin Elᵢ,  1 ]

painolla wᵢ = 1/σᵢ², σᵢ² = σ_flt² + σ_uire² + σ_air² + σ_tropo² (UDRE (käyttäjän differentiaalinen etäisyysvirhe) / GIVE (ruudukon ionosfäärin pystysuuntainen virhe) / ilma-alus / troposfääri -budjetti). Paikkakovarianssi on D = (GᵀWG)⁻¹; sen ENU-lohko antaa vaaka- ja pystysuuntaiset suojaustasot (HPL, VPL):

d_major = √( (d_E² + d_N²)/2 + √( ((d_E² − d_N²)/2)² + d_EN² ) )
d_U     = √(d_U²)
HPL = K_H · d_major        VPL = K_V · d_U

Kshana laskee D kääntämällä 4×4 normaalimatriisin samalla rutiinilla, jota RAIM-pino (vastaanottimen autonominen eheyden valvonta) käyttää (orbit::invert4), ja validoi tuloksen kahdella tavalla (kovarianssireitin D[2][2] ja projektioreitin Σᵢ S_{U,i}²·σᵢ² on oltava samat) sekä riippumatonta numpy-vertailugeometriaa inv(GᵀG) vastaan.

K-factors#

Rehellisyyshuomautus: MOPS käyttää pyöristettyä vaakasuuntaista vakiota 6.0; tarkka kaksipuolinen normaalikvantiili Φ⁻¹(1 − 1e-9/2) on 6.109. Kshana käyttää koodissa julkaistua arvoa 6,0 ja johtaa arvon K_V = Φ⁻¹(1 − 1e-7/2) = 5.327 samasta funktiosta raim::normal_quantile, jota RAIM-pino käyttää, ei-kehämäisenä ristiintarkistuksena (arvo pyöristyy MOPS:n arvoon 5,33).

L1/L5-kaksitaajuinen ionosfäärivapaa yhdistelmä (IS-GPS-705)#

Arvoilla f₁ = 1575.42 MHz, f₅ = 1176.45 MHz, γ₁₅ = (f₁/f₅)² = 1.79327:

ρ_IF = (f₁²·ρ₁ − f₅²·ρ₅) / (f₁² − f₅²) = c₁·ρ₁ + c₅·ρ₅
c₁ = +2.260604,  c₅ = −1.260604   (c₁ + c₅ = 1, unit gain)

Ensimmäisen kertaluvun ionosfäärinen viive (40.3·10¹⁶·TEC/f²) kumoutuu täsmälleen — varmennettu moottorin riippumatonta fysiikkaa timetransfer_adv::iono_delay_m vastaan usealle TEC-arvolle (elektronien kokonaissisältö). Kohinan vahvistus yhtä suurille varianssisyötteille on √(c₁² + c₅²) = 2.588.

Validoinnin tila#

• Repossa, automatisoitu (jokainen commit): K-kertoimet niiden jakaumamäärittelyjä vastaan, γ₁₅ ja ionosfäärivapaat (IF) kertoimet IS-GPS-705 (IS: Interface Specification) -taajuuksia vastaan, ensimmäisen kertaluvun ionosfäärin kumoutuminen riippumatonta viivefysiikkaa vastaan sekä painotetun pienimmän neliösumman (WLS) suojaustasot numpy-vertailugeometriaa inv(GᵀG) vastaan (sbas::tests::wls_pl_matches_numpy_on_five_satellite_geometry).
• Ulkoinen oraakkeli, automatisoitu (tests/sbas_reference.rs): kunkin satelliitin korkeuskulman, atsimuutin ja kokonais-1-σ:n perusteella sbas_protection_level toistaa riippumattoman toteutuksen HPL:n, waasprotlevels() RTKLIB:n (avoimen lähdekoodin reaaliaikainen kinemaattinen paikannuskirjasto) SBAS-suojaustasohaarukassa zsiki/rtklib_ws (Siki & Takács 2017), kuudella epookilla, jotka tämä työkalu laski todellisista EGNOS-lähetysviesteistä (European Geostationary Navigation Overlay Service) (geostationaarinen PRN (pseudosatunnaiskoodin numero) 120) ja todellisista RINEX (Receiver Independent Exchange Format) -havainnoista BUTE-asemalta Budapestista (2017-02-19), tarkkuudella < 2e-3 m. Oraakkeli pyöristää K_V:n arvoon 5,33, joten pystysuuntaa verrataan K-kertoimettomana vertaamalla arvoa d_U arvoon VPL / 5,33. ESA:n (European Space Agency) gLAB v6.0.0 (core/filter.c) käyttää samaa kaavaa.
• Ei tehty: satelliittikohtainen σ on oraakkelin oma; σ:n mallintaminen raaoista UDRE/GIVE-viesteistä on soveltamisalan ulkopuolella, eikä yhtään virallista julkaistua suojaustasotuotetta, WAAS (Wide Area Augmentation System) tai EGNOS, ole toistettu päästä päähän. DO-229E/DO-316 itse ovat RTCA:n maksumuurin takana; avoin johtolähde on ESA Navipedian ICAO/EGNOS (ICAO: International Civil Aviation Organization) SBAS-sivut.