Konekäännös, jota äidinkielinen puhuja ei ole tarkistanut. Viitteenä on englanninkielinen versio.

Matalan Maan kiertoradan (LEO) navigointiMuokkaa GitHubissaLähde: docs/LEO-PNT.md

LEO-PNT Kshanassa

LEO-PNT on paikannus, navigointi ja ajanmääritys (PNT) matalan Maan kiertoradan (LEO) satelliiteista, keskikorkean kiertoradan (MEO) maailmanlaajuisten satelliittinavigointijärjestelmien (GNSS), kuten Global Positioning Systemin (GPS) ja Galileon, rinnalla tai sijasta. Tämä sivu kokoaa yhteen moottorin jokaisen LEO-PNT-lajin ja -skenaarion: mitä kukin laskee, kaistat ja signaaliesiasetukset ja mistä niiden luvut tulevat, mitä navigointiviesti kantaa, mikä on VALIDATED ja mikä MODELLED sekä miten kukin skenaario ajetaan. Lajisivut menevät syvemmälle:

Sivu Lajit
LEO-SIGNAL.md leo-signal (signaalisuunnitelmat) ja monikaistaiset spectrum-paneelit
LEO-PASS.md leo-pass (ylilennon geometria ja linkkibudjetti kaistoittain, vähäenergiset paikkaratkaisut, ionosfäärin luotaus, harhautuksen valvonta)
LEO-NAVMSG.md leo-navmsg (lähetetty viesti: sovitin, käyttäjäalgoritmi, binääri- ja tekstimuodot)
LEO-PNT-FUSION.md leo-pvt, leo-ppp, ntn-positioning (yhdistetty paikannus, tarkka pistepaikannus, 5G:n ei-maanpäällisen verkon (NTN) paikannus, ajoitus, napa-alueiden kattavuus)
SPECTRUM.md spectrum (häirinnän vesiputouskuvaajat ja häirintä-signaalisuhde (J/S) kaistoittain)
CAMPAIGNS.md campaign (ketjut, pyyhkäisyt, Monte Carlo -ajot ja kaikenlaiset yhdistelmät)

Ensisijaisesti järjestelmäriippumaton#

Moottori on yleinen LEO-PNT-simulaattori. Se käsittelee mitä tahansa satelliittitähdistöä (Walker-kuviota, suoria rataelementtejä, kaksirivistä rata-elementtijoukkoa (TLE) Simplified General Perturbations 4 (SGP4) -etenemismallin kautta tai suunniteltua yksittäistä ylilentoa), mitä tahansa signaalisuunnitelmaa (mikä tahansa kaista, mikä tahansa yhdistelmä binäärisen vaiheensiirtoavainnuksen (BPSK), binäärisen siirtokantoaallon (BOC) ja taajuusjakoisen monikäytön (FDMA) komponentteja) ja mitä tahansa navigointiviestin mallia. Nimetyt järjestelmät ovat valinnaisia esiasetuksia: datatiedostoja, joilla kullakin on lähteensä ja jotka täyttävät vain sen, minkä skenaario jättää määrittelemättä. Jokainen ominaisuus, testi, oraakkeli ja mukana toimitettu skenaario toimii ilman Celeste-dataa.

Celeste IOD (kiertoratademonstraatio) -esiasetus on yksi valinnainen esiasetus muiden joukossa. Sen signaaliparametrit esiteltiin ESA NAVISP:n (Euroopan avaruusjärjestön navigoinnin innovaatio- ja tukiohjelma) LEO-PNT-työpajassa vuonna 2026, eikä niillä ole vielä julkista lähdettä. Kaikki moottorin työpajasta johdetut luvut ovat yhdessä tiedostossa, src/celeste_iod.rs, jonka build.rs kääntää mukaan vain, jos se on olemassa, sekä vain tietovarastossa olevissa skenaarioissa scenarios/*celeste-iod*.toml. Kun tämä tiedosto ja nämä skenaariot poistetaan, esiasetus jää pois ilman lähdekoodin muokkausta; kaikki muut testit, oraakkelit ja skenaariot toimivat ilman sitä (tests/workshop_preset_isolation.rs valvoo, mitkä tiedostot saavat nimetä sen). Tällä sivulla ei esitetä sen lukuja.

Lajit ja niiden yhteydet#

Tyyppi Mitä yksi ajo laskee Merkintä
leo-signal signaalisuunnitelman kaistarajoitettu tehotiheysspektri (PSD), kaistan sisäinen teho, tehollinen (Gabor-) kaistanleveys, koodinseurannan värinä suhteessa kantoaalto-kohinatiheyteen (C/N0), hakuvaihe ja spektrinen erotuskerroin (SSC) GNSS-signaaleihin nähden; kaistavertailu (ultrakorkea taajuus (UHF), L, S, C) suljetut muodot VALIDATED, suunnitelmat ja vertailu MODELLED
spectrum (monikaistaiset paneelit) kaistakohtaiset vesiputouskuvaajat kaistakohtaisilla häirintälähteillä (jatkuva aalto (CW), chirp, kapeakaistainen, laajakaistainen, sovitettu), kunkin signaalin J/S ja tehollinen C/N0 aikajanalla spektrit VALIDATED, häirintälähteet MODELLED
leo-pass ylilennon geometria, Doppler ja Dopplerin muutosnopeus, vapaan tilan vaimennus, satelliitti- ja käyttäjäantennit, ITU-R:n (Kansainvälinen televiestintäliitto, radioviestintäsektori) kaasu-, sade-, tuike- ja rakennukseen tunkeutumisvaimennus, C/N0 kaistaa ja jaksoa kohti MEO-GNSS-kantoaaltojen rinnalla; ionosfääri kaistaa kohti ja ionosfääritön yhdistelmä; vähäenergiaiset paikkaratkaisut; ionosfäärin luotaus; harhautuksen valvonta osat VALIDATED, ylilento MODELLED
leo-navmsg lähetetty efemeridi- ja kelloviesti: sovitus, signaalin avaruusosuuden etäisyysvirhe (SISRE) suhteessa sovitusväliin ja päivitysjaksoon, ylilennon aikaisen päivityksen jatkuvuus, käyttäjäalgoritmi, binäärikehys 24-bittisellä syklisellä redundanssitarkistuksella (CRC-24Q), viennit RINEX 4 -tyylillä (Receiver Independent Exchange Format) ja pilkuin erotettuina arvoina (CSV) käyttäjäalgoritmi, painot ja CRC VALIDATED, sovitukset MODELLED
leo-pvt Doppler-paikannus, yhteiset GNSS + LEO -pseudoetäisyysratkaisut järjestelmien välisine harhoineen, napa- ja arktinen geometria, ajansiirto koordinoituun yleisaikaan (UTC) ja valinnainen jaksokohtainen aikavirhejälki suurin Doppler VALIDATED, loput MODELLED
leo-ppp tarkan pistepaikannuksen (PPP) suppeneminen pelkällä GNSS:llä ja LEO-kerroksilla MODELLED
ntn-positioning 5G NTN -paikannuksen tarkkuus alalinkin kaistanleveydestä (Cramér–Rao-raja) MODELLED
leo-pnt-chain yksi järjestelmä päästä päähän: signaalisuunnitelma, ylilento, viesti, yhdistetty paikkaratkaisu ja PPP, kaikki luovutukset lueteltuina MODELLED
campaign mikä tahansa edellisistä ketjutettuna samalle aikajanalle, pyyhkäistynä, ajettuna Monte Carlo -joukkona tai yhdistettynä yhteisissä olosuhteissa MODELLED

Ketju välittää arvoja koodissa (katso alla LEO-PNT-ketju päästä päähän): signaalisuunnitelma määrää ylilentokaistan EIRP-jaon (teholtaan isotrooppisesti säteilevä ekvivalentti teho) ja seurattavan sirunopeuden; ylilento antaa seurattavan C/N0:n ja koodin värinän; navigointiviestin SISRE ja ylilennon C/N0 painottavat yhdistetyn paikkaratkaisun LEO-mittauksia.

Kaistat#

Yleiset suunnitelmat käyttävät julkisia kaistakeskitaajuuksia; kukin on REPRESENTATIVE, ei minkään järjestelmän signaali (data/leo-signals/generic-bands.toml, generic-c-band.toml).

Kaista Allokaatio Yleinen suunnitelma Keskitaajuus Lähetyksen kaistanleveys Komponentit Ensimmäisen kertaluvun ionosfäärin viive suhteessa L-kaistaan
UHF ei radionavigaatioallokaatio (edustava); kantoaalto julkisesta openRECEIVER-kartoituksesta (sivu on sittemmin poistettu; katso LEO-SIGNAL.md) generic-uhf 465 MHz 10 MHz BPSK(5) pilotti ja data 6.6 ×
L radionavigaatiosatelliittipalvelu (RNSS), Galileo E5:n keskitaajuus generic-l 1191,795 MHz 20,46 MHz BPSK(10) pilotti ja data 1
S radiopaikannussatelliittipalvelu (RDSS), NavIC:n (Navigation with Indian Constellation) S-kantoaalto generic-s 2492,028 MHz 16,5 MHz BPSK(5) pilotti ja data 0.23 ×
C RNSS, 5010–5030 MHz:n allokaation keskitaajuus generic-c, generic-c-band-leo 5020 MHz 20 MHz BPSK(10) pilotti ja data 0.056 ×
Laajennettu C RNSS-allokaation ulkopuolella (edustava) generic-c-wide 5100 MHz 120 MHz BPSK(50) pilotti ja data 0.055 ×
S (matkaviestinsatelliittipalvelu, MSS) MSS-alalinkki, 3GPP:n (Third Generation Partnership Project) kaista n256 käyttäjänä ntn-positioning 2172,5 MHz 0,18–20 MHz 5G New Radio -paikannussignaalit 0.30 ×

BPSK(n) on binäärinen vaihesiirtoavainnus nopeudella n × 1,023 Mchip/s. Viiveen suhde on (f_L/f)², kun f_L = 1191,795 MHz. Vapaan tilan vaimennus kasvaa määrällä 20·log10(f/f_L) samalla etäisyydellä (−8,2 dB UHF-kaistalla, +6,4 dB S-kaistalla, +12,5 dB C-kaistalla).

Signaali- ja järjestelmäesiasetukset#

Esiasetus Lähde Mitä se sisältää
generic-bands, generic-leo REPRESENTATIVE, kaistojen keskitaajuudet ITU:n radiosäännöstöstä generic-bands (signaalisuunnitelmat): yllä oleva kaistataulukko; generic-leo (leo-pass-oletus): UHF 450 MHz:llä, L, S ja C yllä olevilla keskitaajuuksilla, 0 dBW EIRP kaistaa kohti, 550 km:n aurinkosynkroninen Walker 240/12/1 -kerros
generic-c-band REPRESENTATIVE, C-kaistan järjestelmille, joiden parametrit eivät ole julkisia (esimerkiksi TrustPoint) BPSK(10) 5020 MHz:llä, isoflux-keila
xona-pulsar PUBLIC: Leclère, Marathe ja Reid, Institute of Navigation (ION) GNSS+ 2025, arXiv 2509,19551 X1 1593,3225 MHz:llä (1,023 Mchip/s) ja X5 1190,51625 MHz:llä (10,23 Mchip/s), julkaistut pienin ja suurin vastaanotettu teho, 258 satelliittia noin 1080 km:n korkeudella (53 ja 97 asteen kuoret)
iridium-stl PUBLIC: Resilient Navigation and Timing Foundationin (RNTF) katsaus purskeet 1616–1626 MHz:llä, Doppler enintään ±36 kHz, 66 satelliittia 780 km:n korkeudella (781 km esiasetuksessa leo-pass), vastaanotettu teho ”300–2400 kertaa GPS”
starlink-soo / starlink-soop / starlink-sop (signaali-, ylilento- ja paikannuslajit) PUBLIC-signaalilukuja: Kozhaya, Saroufim ja Kassas, NAVIGATION 72(1); REPRESENTATIVE-rata 240 MHz:n Ku-kaistan majakka, jota käytetään vain Dopplerille, C/N0 noin 57 dB-Hz
centispace PUBLIC-signaalirakenne: PMC10301026; REPRESENTATIVE-rata ja teho BPSK nopeudella 2,046 Mchip/s L1:n ja L5:n lähellä
atomic-zero-clock (atomic viestilajissa) PUBLIC: InsideGNSS, ATOMIC-hyötykuorma (Autonomous Time and Orbit Determination for Microsatellite Constellations) 6. asteen polynomiefemeridi ilman kelloterms (kello ohjataan GNSS-aikaan)
celeste-iod (valinnainen) WORKSHOP: esitelty ESA NAVISP:n LEO-PNT-työpajassa, 2026 kiertoratademonstraation signaalikonfiguraatio #1 ja viestin rakenne, yhdessä pois jätettävässä tiedostossa

Jokainen esiasetus merkitsee lukunsa PUBLIC (URL-osoitteella), REPRESENTATIVE (dokumentoitu suunnitteluvalinta, ei koskaan väite todellisesta järjestelmästä) tai WORKSHOP, ja jokaisen sitä käyttävän ajon tulos kertoo, mikä niistä on kyseessä.

Navigointiviesti#

LEO-navigointiviesti (LEO-NAVMSG.md) sisältää neljä osaa, rakenteen, jonka Galileo Open Service Signal-in-Space Interface Control Document (OS SIS ICD) ja julkaistut LEO-ehdotukset jakavat:

Osa Sisältö
Efemeridi Galileo ICD:n 16 parametrin Kepler-joukko (isoakselin neliöjuuri, eksentrisyys, inklinaatio ja sen muutosnopeus, noususolmun rektaskensio ja sen muutosnopeus, perigeumin argumentti, keskianomalia, keskiliikkeen korjaus, kuusi harmonista korjausta, vertailuaika) sekä rataa pitkin, rataa vasten kohtisuoraan ja säteen suunnassa olevat korjauspolynomit; tai Liu ym. 2025 22 parametrin malli (doi 10.3390/rs17162894); tai ATOMICin nollakello-polynomi
Synkronointi viikkonumero ja viikon aika (TOW) sekä toisen asteen kellopolynomi (af0, af1, af2 suhteessa aikaan toc)
Aputiedot avaruusaluksen tunniste (SVID), datan versio (IOD), signaalin tila
Muut palvelut ionosfäärikorjaukset yksitaajuuskäyttäjille (Klobuchar-tyylinen joukko ja NeQuick-G ai0–ai2) sekä järjestelmäajan ja UTC:n erotus (A0, A1, karkaussekunnit ja niiden aikataulu)

Binäärikehys on Kshanan oma dokumentoitu koodaus, joka on mallinnettu näiden osien mukaan, ei minkään järjestelmän bittirakenne. RINEX 4,02 ei määrittele LEO-navigointitietueita, joten RINEX-tyylinen vienti on dokumentoitu Kshanan laajennus (aiempi tutkimus: arXiv 2401,17767).

Kestävyys#

Skenaario Tyyppi Yhden ajon tulos
leo-resilience-multiband-diversity campaign-pyyhkäisy lajista spectrum 50 MHz:n kohinahäirintä 1185 MHz:llä pyyhkäistynä −140 dBW:stä −80 dBW:hen: GPS L5 menetetään −105 dBW:llä, Galileo E5a ja LEO:n L-kaistasignaali −100 dBW:llä; LEO:n UHF-, S- ja C-kaistasignaalit säilyttävät 49,4, 49,2 ja 47,4 dB-Hz jokaisella teholla
leo-resilience-js-margin spectrum 40 MHz:n kohinahäirintä 1185 MHz:llä, joka nousee 5 dB 10 sekunnin välein −125 dBW:stä: GPS L5 menetetään −105 dBW:llä, Galileo E5a −100 dBW:llä, Xona X5 (julkaistulla vähimmäisteholla −144,9 dBW) −95 dBW:llä; yleinen LEO-signaali seuraa vielä −135 dBW:llä −90 dBW:n häirintätasolla (28,9 dB-Hz). Vastaanotettu teho ostaa J/S-marginaalia desibeli desibeliltä
leo-resilience-spoof-doppler leo-pass [spoofer] 30 m:n paikkahyppy mitatulla paikalla: pelkän GNSS:n Doppler-testi ei havaitse sitä koskaan; testi jokaisella kanavalla havaitsee sen 105 s alkamisen jälkeen (katso LEO-PASS.md)
leo-resilience-spoof-monitors campaign-yhdistelmä lajista leo-pass neljä harhauttajaa, molemmat valvontamenetelmät: vain L-kaistaa harhauttava ja kaikkia kaistoja harhauttava, ionosfääriä huomioimaton harhauttaja jäävät kiinni kaistojen välisessä valvonnassa alkuhetkellä (300 s) ja Doppler-valvonnassa ajoilla 420 s ja 395 s; ionosfäärin huomioiva kaikkia kaistoja harhauttava harhauttaja vain Doppler-valvonnassa (395 s); pelkän GNSS:n 30 m:n työntö kummassakaan ei
leo-resilience-gnss-jammed-leo-carries campaign-ketju (spectrum, integrity) GNSS häirittynä 15 minuuttia (GPS L1:n karkea hankintakoodi (C/A) noin 10 dB-Hz:iin, E5a 17,4 dB-Hz:iin 25 dB-Hz:n kynnystä vasten), kun taas S- ja C-kaistan LEO-signaalit säilyttävät 49,2 ja 47,4 dB-Hz; pelkän LEO-kerroksen vastaanottimen autonominen eheyden valvonta (RAIM) muodostaa suojaustason jokaisella jaksolla, alle 50 m:n pystysuuntaisen hälytysrajan 28:lla 30 ruutuajasta, ja hälytys annetaan kahdella muulla; normaali- ja toipumisvaiheet 5,4–15,6 m

Harhautuksen valvonta, sen tilastot ja rajat ovat sivulla LEO-PASS.md. Monikaistainen vesiputouskuvaaja, jossa on eri häirintälähde kullakin kaistalla, on multi-band-jamming-waterfall (LEO-SIGNAL.md).

Yksi skenaario kutakin koealuetta kohti#

Celeste IOD:n kolmannen osapuolen kokeilukutsun (ESA Open Space Innovation Platform, OSIP) kahdeksan koealuetta ovat yleisiä LEO-PNT-kysymyksiä; kullakin on järjestelmäriippumaton skenaario:

Koealue Skenaario Tyyppi Yhden ajon tulos
Erittäin tarkka paikannus (PPP) leo-focus-ppp-altitude campaign-pyyhkäisy lajista leo-ppp 192 satelliitin kerros 500, 1000 ja 1500 km:n korkeudella lyhentää monen GNSS:n liukulukukäsittelyn PPP-suppenemista Münchenissä 13,0 minuutista 3,25, 3,25 ja 3,5 minuuttiin (kuusi toteumaa, 30 s:n jaksot)
PNT-kestävyys (L, S, C) leo-resilience-multiband-diversity campaign-pyyhkäisy lajista spectrum katso Kestävyys
5G/6G NTN -yhteensopivuus leo-focus-ntn-bandwidth campaign-pyyhkäisy lajista ntn-positioning paikannusviitteen kaistanleveys 180 kHz–20 MHz: tsenitin etäisyyden sigma 6,5 m–5,8 cm, saapumisajan 3D-virhe 30,1 m–2,1 m, jonka alarajana on 1 m:n verkon synkronointivirhe
Vähäenergiainen PNT esineiden internetille (IoT) ja matkaviestimille leo-focus-iot-eirp campaign-pyyhkäisy lajista leo-pass [iot] UHF:n EIRP −35–+5 dBW: noin 35 dB-Hz:n C/N0-mediaanin alapuolella kuumakäynnistyksen energia paikkaratkaisua kohti nousee 18 mJ:sta 55 J:iin; sen yläpuolella akun kesto yhdellä paikkaratkaisulla tunnissa on 8334 päivää, jonka määrää lepovirta
LEO-PNT-tiede leo-focus-science-iono-sounding leo-pass vinon suunnan elektronipitoisuus (TEC) neljän kaistan ylilennon jokaisesta kaistaparista Tromssan yllä: 18,85 TEC-yksikköä saatiin takaisin kustakin parista, 1-sigma 0,017 (UHF ja L) – 2,9 TEC-yksikköä (S ja C)
Lisättävät PNT-datapalvelut leo-focus-data-services campaign-yhdistelmä lajista leo-navmsg Kshanan viestikehys kasvaa 146 tavusta (efemeridi ja kello, 1045 bittiä) 154 tavuun Klobuchar-joukon kanssa, 159 tavuun NeQuick-G:n kanssa ja 171 tavuun UTC-parametrien kanssa
Sisätilanavigointi (UHF) leo-focus-indoor-uhf campaign-yhdistelmä lajista leo-pass huippu-C/N0 sisätiloissa perinteisessä rakennuksessa: UHF 34,1, L 24,2, S 16,5, C 9,0 dB-Hz; lämpötehokkaassa rakennuksessa UHF 15,3 dB-Hz ja kaikki muut kaistat matalammat
Yhdistetty MEO- ja LEO-PNT leo-focus-fused-pnt-sisre campaign-pyyhkäisy lajista leo-pvt Xona X5 yhdistettynä GPS:ään ja Galileoon Madridin yllä: pelkän GNSS:n 3D-virhe 1,06 m tehollisarvona (RMS); yhdistettynä 0,08 m, kun LEO:n SISRE on 5 cm, 0,57 m, kun se on 0,5 m, ja 1,01 m, kun se on 5 m

Yksi skenaario kutakin loppukäyttäjäalaa kohti#

Jokainen ala on yhden aikajanan campaign-ketju, joten se animoituu, ja jokaisella on leo-pass-jäsen, joten se vie geometrian (katso Ajaminen).

Ala Skenaario Yhden ajon tulos
Autonomiset ajoneuvot leo-vertical-autonomous-vehicle auto Münchenissä: avoin tie, yhdistetty virhe keskimäärin 0,30 m; 35 asteen kaupunkikanjonissa GPS ja Galileo säilyttävät 8 satelliittia ja 5,8 m:n keskivirheen, yleinen LEO-kerros lisää 4–5 ja tuo sen arvoon 2,1 m, mikä on edelleen yli 1,5 m:n kaistatason rajan noin puolella kanjonin jaksoista
Rautatie ja merenkulku leo-vertical-rail-maritime mukana toimitettu maritime-strait-jamming-alus menettää kaikki GNSS-satelliitit (12,1 dB-Hz), kun taas sen S- ja C-kaistan LEO-ylilento yltää arvoihin 44,2 ja 38,1 dB-Hz; mukana toimitettu rail-tunnel-coast-juna saavuttaa 2 m:n inertiavirheen 35,8 s tunneliin ajon jälkeen; avoimessa maastossa sen LEO-ylilento antaa L-kaistalla 35–50 dB-Hz
Kriittinen infrastruktuuri leo-vertical-critical-infrastructure-timing sähköasemän aikapalvelimen TCXO-luokan oskillaattori (lämpötilakompensoitu kide) vapaasti käyvänä vuorokauden ilman GNSS:ää yltää arvoon 29 µs ja ylittää 1 µs:n vartiorajan 75–80 minuuttia menetyksen jälkeen (5 minuutin ruudukolla); samaa luokkaa oleva, Iridiumiin ohjattu oskillaattori pysyy välillä −40–+11 ns
Napa-alueiden ja arktisten alueiden käyttäjät leo-vertical-polar-arctic GPS + Galileo, keskimääräinen paikan tarkkuuden heikkenemiskerroin (PDOP) 1,38, 1,57 ja 1,62 Tromssassa, Huippuvuorilla ja pohjoisnavalla; Iridiumin kanssa 1,29, 1,34 ja 1,26, kun näkyvissä on 3,0, 5,5 ja 6,8 Iridium-satelliittia
Langattomat 5G/6G-verkot leo-vertical-5g-network-timing tukiaseman uunistabiloitu kideoskillaattori (OCXO) holdover-tilassa ylittää 1,1 µs:n verkkorajan 8863 s:n jälkeen ja 1,5 µs:n loppusovellusrajan 10006 s:n jälkeen (lajin telecom-timing analyysi); Xona X5:een ohjattuna sen aikavirhe pysyy koko päivän välillä −0,7–+0,3 ns, ennustetulla 1-sigmalla 5 ns, joka on lähetetyn UTC-erotuksen ilmoitettu epävarmuus
Omaisuuden seuranta ja IoT leo-vertical-asset-tracking-iot konttitunnisteen kuuma UHF-paikkaratkaisu maksaa 18 mJ laiturilla ja merellä (8334 päivää akkua yhdellä paikkaratkaisulla tunnissa) ja 34 mJ varastossa (5770 päivää), jossa L-kaista putoaa arvoon 20–24 dB-Hz

VALIDATED ja MODELLED#

Rivi on VALIDATED vain silloin, kun testi toistaa julkaistun asetelman ja lukitsee julkaistun luvun ilmoitetun toleranssin sisälle; kaikki muu on MODELLED perusteluineen (VERIFICATION-MATRIX.md, MODELLED-RATIONALE.md).

VALIDATED LEO-PNT-rivit:

  • suljetun muodon kaistarajoitettu signaaliteho ja varhais-myöhäis-koodinseurannan värinä julkaistuissa toimintapisteissä (Betz ja Kolodziejski 2009), Gabor-kaistanleveys ja SSC ristiintarkistettuina;
  • LEO-navigointisatelliitin suurin Doppler (Xona Pulsar X1 32–34 kHz, Iridium ±36 kHz) ja paikallaan olevan käyttäjän Doppler-verhokäyrä suhteessa arXiv 2509,19551 -julkaisun taulukkoon 1;
  • ITU-R P.838-3:n sadekertoimet, P.618-14:n sadevaimennus ja troposfäärin tuike sekä P.2109-2:n rakennukseen tunkeutumisvaimennus suhteessa ITU-R:n tutkimusryhmän 3 validointidataan;
  • ensimmäisen kertaluvun ionosfäärin viiveen skaalaus ja vapaan tilan vaimennus (IS-GPS-200:n ryhmäviivesuhde, Friisin muoto);
  • maailmanlaajuisen keskiarvon SISRE-painot (Montenbruck ym. 2018), Galileo ICD:n käyttäjäalgoritmi suhteessa RTKLIBiin todellisilla lähetetyillä efemerideillä sekä CRC-24Q suhteessa luettelon tarkistusarvoon.

MODELLED LEO-PNT-rivit: jokainen signaalisuunnitelma ja kaistavertailu, monikaistainen vesiputouskuvaaja, jokainen ylilento ja linkkibudjetti kokonaisuutena, esiasetukset, vähäenergiaiset paikkaratkaisut, viestin sovitin ja formaatit, Doppler ja yhteispaikannus, PPP:n suppeneminen, NTN-paikannus, ajansiirto, napa-alueiden kattavuus, päästä päähän -ketju, harhautuksen valvonta ja ionosfäärin luotaus sekä jokainen kampanja (kampanja yhdistää lajeja eikä lisää fysiikkaa; sen yhdistämisidentiteetit on testattu, CAMPAIGNS.md). Mitään LEO:n C/N0-, etäisyysvirhe- tai paikannuslukua ei ole verrattu minkään satelliitin mittaukseen.

Skenaarion ajaminen#

Jokainen yllä oleva skenaario on mukana toimitettu: kshana example <name> tulostaa sen, ja

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

kirjoittaa tiedoston viereen tuloksen (.result.json), kaavion (.chart.svg), laajan raportin (.report.html ja .report.json, jossa on osio, joka upottaa animoidun ajon ja luettelee viennit), interaktiivisen soittimen (.animation.html) ja viennit. Mikä näistä pätee, riippuu lajista:

  • aika-akselillinen ajo animoituu: leo-pass-jaksot, harhautusajon spoof.series, spectrum-aikajanat, leo-pvt-yhteisjaksot ja ajoitusjäljet, leo-ppp-virhekäyrät ja jokainen kampanjaketju. Pyyhkäisyllä tai yhdistelmällä ei ole aika-akselia: --animate hylkää sen poistumistilalla 1 ja sitten komento ei kirjoita mitään, joten aja yllä olevat kahdeksan pyyhkäisyä ja yhdistelmää (leo-resilience-multiband-diversity, leo-resilience-spoof-monitors ja jokainen leo-focus-*-skenaario paitsi leo-focus-science-iono-sounding) ilman valitsinta --animate;
  • leo-pass ja leo-pnt-chain vievät ylilennon geometrian CZML-muodossa (Cesium Language), KML-muodossa (Keyhole Markup Language), GeoJSON-muodossa ja STK-efemerideinä (Systems Tool Kit); kampanja vie jokaisen geometrian sisältävän jäsenen omana tiedostojoukkonaan, jäsenen nimike tiedostonimessä (<name>.<member>.czml), joten jokainen ala vie LEO-ylilentonsa; muut LEO-lajit kertovat, miksi jokin formaatti ei sovellu (INTEROP.md).

Muut LEO-skenaariot lajeittain (lisätietoja kunkin lajin sivulla):

Tyyppi Skenaariot
leo-signal leo-band-trade, xona-pulsar-signals, valinnainen celeste-iod-classical-pilot-signals
spectrum multi-band-jamming-waterfall
leo-pass leo-pass-vs-gnss-cn0, leo-pass-xona-pulsar, leo-pass-iridium, leo-indoor-uhf, leo-iot-energy, valinnainen leo-pass-celeste-iod-multiband
leo-navmsg leo-navmsg-fit-interval-trade, leo-navmsg-model-comparison, leo-navmsg-midpass-update, leo-navmsg-encode-decode, valinnainen leo-navmsg-celeste-iod
leo-pvt leo-doppler-positioning, starlink-sop-doppler-positioning, meo-leo-fused-pvt, polar-arctic-leo-coverage, leo-timing-utc, valinnainen celeste-iod-fused-pvt
leo-ppp leo-ppp-convergence
ntn-positioning ntn-5g-positioning
leo-pnt-chain leo-pnt-end-to-end, xona-pulsar-end-to-end, valinnainen celeste-iod-end-to-end
constellation-design leo-pnt-mega-shell
slot-timing slot-timing-ocxo-leo

Valinnaiset skenaariot ovat vain tietovarastossa, ja ne jätetään pois Celeste-esiasetustiedoston mukana.

Kaksi niistä kuuluu muihin lajeihin. leo-pnt-mega-shell (constellation-design) mitoittaa 5000 satelliitin LEO-PNT-tähdistön neljässä havainnollistavassa Walker-kuoressa: saatavuus 99,22 % PDOP-arvolla 3 tai alle 20°:n maskin yläpuolella, PDOP:n mediaani 1,11 ja keskimäärin 39,4 näkyvää satelliittia 648 ruudukkopisteessä ja 12 jaksolla. slot-timing-ocxo-leo (slot-timing) kysyy, kuinka kauan LEO-piensatelliitin tietolehden mukainen OCXO pysyy 100 ns:n aikaväliohjauksen rajan sisällä arvolla k = 3 viimeisen GNSS-paikkaratkaisun jälkeen: raja rikkoutuu 650,8 s paikkaratkaisun jälkeen, joten tarvitaan paikkaratkaisu vähintään 645,8 s:n välein (133,8 päivässä), ja taajuuden satunnaiskulkukohina on hallitseva tekijä.

LEO-PNT-ketju päästä päähän#

Laji leo-pnt-chain (src/leo_pnt_chain.rs) seuraa yhtä LEO-PNT-järjestelmää sen signaalisuunnitelmasta käyttäjän paikkaan. Jokainen vaihe on moottorin oma laji, ajettuna ketjuskenaarion omalla taulukolla, ja ketju välittää arvoja vaiheesta toiseen koodissa:

Mistä Mihin Mitä välitetään
leo-signal ([signal], signal_design) leo-pass seurattavan komponentin tehoosuus, kaistan sisäinen osuus ja seurattava sirunopeus (kaistan EIRP-jako ja sen C/N0-poikkeama)
leo-pass ([pass]) leo-navmsg ketjusatelliitin korkeus ja inklinaatio (viestin todellinen rata), ellei [navmsg.orbit] ilmoita niitä
leo-pass leo-pvt ([fusion]) seurattava C/N0 paikannusmaskin kohdalla ja zeniitissä, ylilentoon sovitetusta pienimmän neliösumman suorasta muuttujassa sin(korkeuskulma)
leo-navmsg ([navmsg]) leo-pvt, leo-ppp ([ppp]) signaalin avaruusosuuden etäisyysvirhe (SISRE): viestin esitysvirhe (tehollisarvo, rata ja kello) yhdistettynä skenaarion od_sisre_m-radanmääritystermiin neliösummana
leo-signal leo-pvt kantoaaltotaajuus ja seurattava sirunopeus

Arvo välitetään eteenpäin vain, jos jatkossa oleva taulukko jättää sen asettamatta, ja jokainen luovutus luetellaan tuloksen handoffs-taulukossa arvoineen, yksikköineen ja kohteineen. Kaistan [pass] on nimettävä suunnitelma (signal = "<design>"); näin leo-pass-kaista voi kantaa mitä tahansa leo-signal-suunnitelmaa myös yksinään: se ottaa suunnitelman keskitaajuuden, lähetyksen kaistanleveyden ja seurattavan sirunopeuden, jakaa EIRP:nsä komponenttien kesken ja raportoi seurattavan komponentin C/N0:n sekä kaistarajoitetun koherentin varhais-myöhäis-koodinseurannan värinän (Betz ja Kolodziejski 2009; puolen sirun väli, 1 Hz:n silmukka, 20 ms) jokaisella jaksolla.

Scenarios:

Skenaario Järjestelmä Yhden ajon tulos
leo-pnt-end-to-end generic: edustava malli generic-l: 1080 km, 53° ylilento Madridin yllä, 240 satelliitin Walker-kerros seurattu C/N0-huippu 58,2 dB-Hz, koodijitterin mediaani 0,050 m; SISRE 0,250 m välitetty eteenpäin; pelkän GNSS:n neliöllinen keskiarvo (RMS) 3D-virhe 1,60 m, GNSS + LEO 0,43 m; tarkan pistepaikannuksen (PPP) konvergoituminen 11,5 min pelkällä GNSS:llä, 7,5 min LEO-kerroksen kanssa
xona-pulsar-end-to-end Xona Pulsar X5 (arXiv 2509,19551), kallistettu kuori paikannukseen ja molemmat kuoret PPP:hen seurattu C/N0-huippu 66,3 dB-Hz, koodijitterin mediaani 0,018 m; pelkän GNSS:n RMS 3D-virhe 1,49 m, GNSS + LEO 0,68 m; PPP:n konvergoituminen 20,6 min pelkällä GNSS:llä, 5,9 min Pulsarin kanssa
celeste-iod-end-to-end (valinnainen) Celeste IOD E5 -konfiguraatio #1 Celeste-viestiesiasetuksen kanssa (pidätetty esiasetuksen mukana) ylilento toistaa esiasetuksen kalibroiman kokonais-C/N0:n huipun (arvo on esiasetustiedostossa); kaksi satelliittia tuskin muuttaa 95 minuutin yhdistettyä paikkaratkaisua (1,50 m:stä 1,48 m:iin RMS 3D) 
kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml --animate html --export all

kirjoittaa tuloksen, kaavion, laajan raportin (joka upottaa animoidun ylilennon ja linkittää viennit), interaktiivisen soittimen sekä ylilennon geometrian CZML- (Cesium Language), KML- (Keyhole Markup Language), GeoJSON- ja STK- (Systems Tool Kit) efemeeritiedostot.

Ketju on MODELLED: se ei lisää fysiikkaa, ja jokainen vaihe säilyttää omat merkintänsä. Paikannusvaiheen C/N0-malli on suora viiva muuttujassa sin(korkeuskulma), joten ylilentokohtainen muoto supistuu kahdeksi luvuksi; viestivaihe ei mallinna radanmääritystä, minkä vuoksi od_sisre_m on ilmoitettu syöte (0,25 m mukana toimitetuissa skenaarioissa, edustava desimetritason aluksen sisäiselle radanmääritykselle ja ohjatulle sirutason kellolle, jonka ATOMIC-hyötykuorma raportoi: https://insidegnss.com/first-steps-toward-a-fully-operational-leo-pnt-payload/).