Satelliittitähdistön suunnittelu

Skenaariolaji constellation-design rakentaa yhden tai useamman satelliittitähdistön Maan, Kuun, Marsin tai minkä tahansa muun aurinkokunnan luettelon kappaleen (src/body.rs: kahdeksan planeettaa, Pluto, Kuu, Phobos, Deimos, neljä Galilein kuuta ja Titan, samoilla vakioilla, joita skenaariolajit solar-system ja body-pnt käyttävät; ks. SOLAR-SYSTEM.md) ympärille ja kartoittaa niiden peiton ja tarkkuuden heikkenemiskertoimen (DOP) leveys-/pituusasteruudukossa. Lähde: 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)

Kappale valitaan asetuksella body (oletus earth). Ajo kattaa ajan duration_s (oletus yksi tähtivuorokausi, 86 164 s) askelin step_s (oletus 600 s), maskin mask_deg (oletus 5 deg) yläpuolella, ruudukossa grid_step_deg (oletus 10 deg), jota lat_min_deg, lat_max_deg, lon_min_deg ja lon_max_deg voivat rajoittaa; j2 = true lisää sekulaarin ajautuman J2:sta, kappaleen painovoimakentän toisesta zonaalisesta harmonisesta.

Mitä sisään menee#

• Walker-kuoret merkintätavalla T/P/F: T satelliittia P tasavälisessä tasossa vaiheistuksella F. Delta-kuvio levittää nousevat solmut 360 deg alueelle, star-kuvio 180 deg alueelle. Taso k sijaitsee solmussa raan0 + k·ΔΩ ja sen satelliitti j keskianomaliassa m0 + j·360·P/T + k·360·F/T.
• Eksplisiittiset elementtijoukot: isoakseli tai korkeus, eksentrisyys, inklinaatio, nousevan solmun rektaskensio (RAAN), periapsiksen argumentti ja keskianomalia.
• Esiasetukset julkaistuista nimellisistä elementeistä (vain Maa; esiasetus toisen kappaleen ympärillä on virhe):

GPS-taulukon RAAN on inertiaalinen sen epookissa; esiasetus muuntaa sen maakiinteäksi solmun pituusasteeksi taulukon ilmoittamalla Greenwichin tuntikulmalla (100,765 deg). GLONASS ilmoittaa absoluuttiset (Greenwichin) solmujen pituusasteet suoraan. Galileo-asiakirja ei ilmoita tuntikulmaa, joten sen RAAN:ia käytetään solmun pituusasteena. BeiDou-standardi ei ilmoita MEO-vaihetta eikä IGSO-solmuja; esiasetus aloittaa MEO-kuvion solmusta 0 ja keskianomaliasta 0 ja asettaa kolme IGSO:ta yhdelle maanpintajäljelle, joka ylittää päiväntasaajan pituusasteella 118 deg E. Nämä kaksi valintaa ovat mallinnettuja.

Useampi tähdistö voi jakaa yhden ajon. Asetuksella clock = "per-constellation" (oletus) vastaanotin estimoi yhden kellon jokaista näkyvissä olevaa järjestelmää kohden, kuten usean GNSS-järjestelmän (maailmanlaajuinen satelliittinavigointijärjestelmä) vastaanotin; clock = "common" jakaa yhden kellon.

Mitä tulee ulos#

Ruutua kohden: keskimääräinen, pienin ja suurin satelliittimäärä maskin yläpuolella; niiden epookkien osuus, joilla on paikkaratkaisu ja paikka-DOP (PDOP) on enintään pdop_threshold; keskimääräiset geometrinen, paikka-, vaaka- ja pystysuuntainen DOP (GDOP, PDOP, HDOP, VDOP); suurin PDOP. Globaalisti, painotettuna leveysasteen kosinilla, jotta jokainen ruutu lasketaan alansa mukaan: saatavuus, huonoimman paikan saatavuus sekä kunkin DOP:n keskiarvo, mediaani, 90., 95. ja 99. persentiili ja maksimi. Satelliittia kohden: harvennettu maanpintajälki (näytteitä track_points, oletus 24, satelliitteja enintään max_tracks, oletus 120). Kaavio on kaksi karttaa: saatavuus ja keskimääräinen PDOP.

Miten se skaalautuu#

Satelliitti säteellä r on korkeuskulmamaskin ε yläpuolella täsmälleen silloin, kun sen keskuskulma käyttäjästä on enintään λ = arccos((R/r)·cos ε) − ε, joten näkyvyystesti on yksi pistetulo arvoa cos λ vastaan. Joka epookilla satelliitit myös lajitellaan sub-satelliittileveysasteen mukaan, ja ruudukon rivi leveysasteella φ testaa vain satelliitit, jotka ovat enintään λ_max etäisyydellä arvosta φ. Molemmat ovat tarkkoja pallomaiselle kappaleelle, ja yksikkötesti vertaa jokaista karttaa raakaan skannaukseen suoralla korkeuskulmatestillä. Lohko work raportoi parien testit, jotka raaka skannaus tekisi, ja ne, jotka tehtiin. Yksikkötestin 5 000 satelliitin suunnitelma 10 deg ruudukolla (648 pistettä, 6 epookkia) tekee vain 9,9 % raaka-skannauksen 19 440 000 paritestistä; mukana toimitettu skenaario leo-pnt-mega-shell (5 000 satelliittia, 648 pistettä, 12 epookkia) kestää noin 0,14 s julkaisukomentorivibinäärillä Apple-silicon-kannettavalla. Seinäkelloajat vaihtelevat koneen ja sen kuorman mukaan. Moottori ei käytä säikeitä, kelloa eikä tiedostojärjestelmää, joten se toimii muuttumattomana WebAssemblyna.

Mitä tarkistetaan ja mitä vastaan#

VALIDATED, julkaistuja asiakirjoja vastaan:

• Walker-generaattori toistaa kaikki 24 riviä Galileo OS SDD -taulukosta 23, ja GLONASS ICD:n paikkakaava on sama 24 paikan joukko kuin Walker 24/3/1;
• GPS-esiasetus toistaa SPS PS -taulukoiden 3.2-1 ja 3.2-2 maanpintajäljen päiväntasaajan ylitys -sarakkeen: 35 paikkaa 36 sijainnista on enintään 0,0108 deg päässä, kun pyöristyskynnys on 0,015 deg. E3F pidetään löysemmässä 0,06 deg kynnyksessä, koska taulukon oma E3F-rivi on epäjohdonmukainen sen RAAN:n ja leveysargumentin kanssa: sen leveysargumentti on 14,60 deg E3:n edellä, mikä siirtää ylitystä 7,30 deg, kun taas taulukko siirtää sitä 7,36 deg;
• GPS-lähtötaso SPS PS:n liitteen B ehdoilla (yksi tähtivuorokausi, 287 viiden minuutin askelta, 4 deg ruudukko, kaikki näkyvissä, 5 deg maski) antaa globaalin HDOP:n mediaanin 0,940, 90 % 1,165, 95 % 1,255, 98 % 1,370 ja keskiarvon 0,965, kun julkaistut ovat 0,94, 1,16, 1,25, 1,37 ja 0,96 (kynnys 0,03, asetettu ennen ensimmäistä ajoa). PDOP-mediaani 1,795 on alle taulukon B.3-1 arvon 1,815, joka kuvaa heikentynyttä 20-24 satelliitin sekoitusta. PDOP 6 tai pienempi toteutuu 100 % ajasta, kun taulukossa 3.8-1 luvut ovat 98 % globaalisti ja 88 % huonoimmassa paikassa.

Tarkistettu käsin tehtyä johtoa vastaan, ei ulkoista asiakirjaa: yhden epookin DOP vastaa suljettua muotoa zeniitin satelliitille ja kolmelle 30 deg korkeuskulmassa (PDOP 8/3, GDOP 3,0732).

MODELLED: kahden kappaleen radat valinnaisella sekulaarilla J2-ajautumalla; pallomainen kappale; vain geometrinen näkyvyys (ei signaalitehoa, satelliitin terveyttä eikä maastoa); ei kolmannen kappaleen häiriötä, josta todellinen Kuun jäädytetty rata riippuu. Huonoin yksittäinen aika-avaruuspiste riippuu ruudukosta: HDOP 2,40 ja VDOP 5,22 tässä vs. 2,49 ja 5,43 julkaistuissa; nämä raportoidaan, ei lukita. Neljän järjestelmän esiasetukset tulevat eri viite-epookeista, joten niiden suhteellinen vaihe yhdessä ajossa ei ole minkään päivämäärän tilannekuva.

Mukana toimitetut skenaariot#

Jokainen rivi kertoo, mitä ajo tulostaa versiolla kshana 0.40.0.

• scenarios/constellation-multi-gnss-coverage.toml: GPS, Galileo, BeiDou ja GLONASS (102 satelliittia) yhden päivän ajan 10 deg maskin yläpuolella, yksi kello järjestelmää kohden. Saatavuus (PDOP 6 tai pienempi) 100 % globaalisti ja huonoimmassa paikassa, PDOP:n mediaani 0,95, keskimäärin 31,0 satelliittia näkyvissä.
• scenarios/leo-pnt-mega-shell.toml: 5 000 satelliittia neljässä matalan Maan kiertoradan (LEO) kuoressa paikannusta, navigointia ja ajanmääritystä (PNT) varten, J2 mukana, 20 deg maskin yläpuolella. Saatavuus (PDOP 3 tai pienempi) 99,22 % globaalisti ja 0 % huonoimmassa paikassa, PDOP:n mediaani 1,11, keskimäärin 39,4 satelliittia näkyvissä.
• scenarios/lunar-relay-constellation.toml: 8 satelliittia elliptisillä kuun jäädytetyillä radoilla ja 6 satelliitin ympyräkuori Kuun ympärillä. Saatavuus (PDOP 6 tai pienempi) 21,33 % globaalisti ja 0 % huonoimmassa paikassa, PDOP:n mediaani 5,22, keskimäärin 3,2 satelliittia näkyvissä.

LEO-PNT-peitto napa- ja arktisille käyttäjille keskikorkean Maan kiertoradan GNSS:ään verrattuna on skenaariolajin leo-pvt napatila (scenarios/polar-arctic-leo-coverage.toml; ks. LEO-PNT.md).