Optinen PNT ilmakehän läpi

Skenaariolaji optical-atmosphere vastaa siihen, kuinka usein optinen yhteys maahan toimii, miksi se epäonnistuu, mikä marginaali tai tekniikka auttaisi ja mitä kello tekee sen ollessa poissa.

Kshana on vain analyysipuoli. Se ei aja optisen maa-aseman koetta eikä nimeä mittauskumppania. Laji on MODELLED: sen numeriikka on tarkistettu riippumatonta ohjelmaa vastaan, mutta mitattua saatavuustallennetta ei ole verrattu, ja jokainen sää-, tekniikka- ja kellosyöte on oletus. Se on ohjeellinen analyysi, ei sertifioitu saatavuus-, eheys- tai navigointituote.

kshana scenarios/optical-atmosphere-network.toml
kshana scenarios/optical-atmosphere-techniques.toml

Kumpikin mukana toimitettu skenaario sisältää ILLUSTRATIVE-pilviklimaatit. Ne ovat syötteitä, eivät mittauksia eivätkä minkään aineiston arvoja.

Mitä lasketaan#

1. Kirkkaan ilman häviö aallonpituudella ja korkeuskulmassa: aerosolin ekstinktio Kimin, McArthurin ja Korevaarin näkyvyyslain mukaan, eksponentiaalinen korkeuden suhteen, sekä Rayleigh-sironta ja ilmoitettu kaasuabsorptiosyöte. Tämä korvaa funktion optical_linkbudget yksittäisen niputetun arvon atmospheric_loss_db, kun ilmakehä annetaan. Ilman ilmakehää yhteysbudjetti on bitti bitiltä identtinen versiolle 0,36 (ennakkorekisteröity kynnys A5).
2. Turbulenssi. Hufnagel–Valley-profiili Cn² (oletuksena HV 5/7) integroituna viistopolkua pitkin antaa tasoaallon tai pallomaisen aallon Rytovin varianssin, ylälinkille tai alalinkille. Siitä saadaan Andrewsin–Phillipsin skintillaatioindeksi, gamma-gamma-parametrit, heikon turbulenssin apertuurin keskiarvoistuskerroin (Churnside) sekä gamma-gamma-häipymätodennäköisyys ja häipymämarginaali. Apertuurin keskiarvoistus otetaan huomioon momenttisovituksella: skintillaatioindeksi skaalataan keskiarvoistuskertoimella ja molemmat logaritmivarianssit skaalataan uudelleen niin, että se saadaan täsmälleen.
3. Pilvi. Paikan pilviklimaatti on ITU-R P.840 -muotoa: pilven todennäköisyys ja pilven ollessa paikalla lognormaalinen nestevesipatsas. P.840 antaa pilven määrän. Vaimennus on geometrisen optiikan optinen syvyys τ = 3L/(2 ρ_w r_e), koska P.840:n oma vaimennuslaki on mikroaaltolaki eikä päde alueella 0,85–1,55 µm, jossa pisarat ovat paljon aallonpituutta suurempia.
4. Paikan saatavuus: yhteys on pystyssä niin kauan kuin pilven ja turbulenssin häipymät yhdessä pysyvät kirkkaan ilman häviön jälkeen jäljelle jäävän marginaalin sisällä. Pilvi ja turbulenssi oletetaan riippumattomiksi. Raportti antaa saatavuuden, kirkkaan taivaan saatavuuden, katon, jota mikään marginaali ei voi nostaa (optinen yhteys ei läpäise paksua pilveä), ja lisämarginaalin, jota kukin tavoitesaatavuus vaatii, tai null, jos tavoite on katon yläpuolella.
5. Katkot. Kestot ovat lognormaalisia ilmoitetulla keskiarvolla ja hajonnalla. Raportti antaa katkot vuodessa, keston mediaanissa sekä 90. ja 99. persentiilissä, sekä todennäköisyyden ja katkoajan osuuden, joka ylittää 1, 6, 24 ja 72 tuntia.
6. Paikkadiversiteetti. Parhaat N paikkaa yhdistettynä riippumattomalla säällä (1 − Π(1−a_i)) ja etäisyyskorreloidulla säällä: parikorrelaatio exp(−d/d₀), yhdistettynä yksitekijäisellä gaussisella kopulalla. Arvolla d₀ → 0 tulos on riippumaton unioni, ja täydellä korrelaatiolla paras yksittäinen paikka.
7. Tekniikat. Jokainen [[technique]] on mitä-jos-tarkastelu: uusi aallonpituus (kirkkaan taivaan budjetti, kirkkaan ilman häviö ja apertuurin keskiarvoistus arvioidaan uudelleen), uusi vastaanottoapertuuri, ilmoitettu osuuden mukainen skintillaation vähennys (adaptiivinen optiikka) ja lisämarginaali. Tulos on saatavuuden parannus lähtötasoon nähden samalla paikalla. Kshana ei mallinna adaptiivisen optiikan silmukkaa, joten parannukset ovat syötteitä.
8. Ajoitus ja etäisyydenmittaus katkon läpi. Jokainen katkon kesto kuvataan kellon holdover-mallin suljetun muodon rannikkovarianssin läpi kelloille, jotka on lueteltu kohdassa [clock]. Raportti antaa ajoitus- ja etäisyysvirheen ilmoitetuilla katkon kestoilla, holdoverin ajoituskynnykseen, katkojen osuuden sen sisällä sekä ajoituksen saatavuuden A + U·E[min(D, T_h)]/E[D]. Luokan potenssilakilattiat ovat holdover-moduulin syntetisoimia, joten tiukkaa kynnystä hallitsee tämä oletettu lattia, kuten holdover.rs toteaa.

Yhteysmarginaali ajan funktiona (0,38)#

Taulukko [timeseries] (duration_h enintään 8760, step_s, seed) lisää jokaiseen paikkaan yhden siemenlukuun sidotun realisaation yllä olevasta mallista: näköyhteys vuorottelee kirkkaiden jaksojen (eksponentiaaliset, keskiarvo asetettu niin, että pilvessä vietetty ajan osuus on ilmoitettu p_cloud) ja pilvikatkojen (lognormaaliset, ilmoitettu keskiarvo ja hajonta) välillä; jokainen katko arpoo yhden nestevesipatsaan ilmoitetusta ilmastosta ja pitää sen; jokainen askel arpoo yhden gamma-gamma-skintillaationäytteen (riippumattomasti askeleesta toiseen, ilmoitettu yksinkertaistus) ja pääte on kohteessa ilmoitetulla kohdistuksen saatavuudella. Askeleen marginaali on häipymäbudjetti miinus pilven ja skintillaation häipymät, ja yhteys on pystyssä, kun marginaali ei ole negatiivinen ja pääte on kohteessa, mikä on saatavuusintegraalin käyttämä ehto.

Se on otos, ei ilmasto: sen saatavuus eroaa tilastollisesta otoksen otantavirheen verran, ja ensimmäinen jakso arvotaan kokonaisena. Tulos sisältää askelta kohden kentät margin_db, cloud_db, scint_db ja up sekä lohkon realised (saatavuus, pilviosuus, katkojen määrä, pisin katko). MODELLED; tarkistukset (tests/optical_atmosphere_timeseries.rs, kynnykset kiinnitetty tiedostossa xval/optical-atmosphere/PREREGISTRATION-timeseries.md ennen ensimmäistä ajoa) ovat determinismi ja johdonmukaisuus ilmoitettujen lukujen kanssa, eivät ulkoinen oraakkeli. Ilman taulukkoa mitään ei kirjoiteta ja tulos on version 0,37 asiakirja.

Skenaariokentät#

Kaikki ylätason kentät ovat valinnaisia. Pelkkä kind = "optical-atmosphere" ajaa kolme havainnollistavaa paikkaa. Katso kaikki avaimet kahdesta mukana toimitetusta tiedostosta: wavelength_nm, elevation_deg, availability_targets_pct, [link], [atmosphere], [network], [clock], [[site]], [[technique]].

Varmennuksen tila#

Oraakkeli tarkistaa ilmoitettujen kaavojen toteutuksen, ei ilmakehää, joten mikään rivi ei ole VALIDATED. ITU-R:n validointiarvoja ei käytetä, ja ne pidetään poissa arkistosta.

Data#

Säädataa ei ole mukana. Todellisen paikan pilviklimaattisyötteet tulisivat julkisesta aineistosta (Copernicus ERA5, NASA MODIS tai ISCCP); kunkin aineiston lisenssi on luettava ja kirjattava ennen käyttöä, ja raakadata haetaan testiaikana kiinnitetyllä SHA-256:lla. Ainoa arkistossa jo oleva klimatologia on Cavazzanin ym. kirkkaiden öiden taulukko, jota käyttää optical_availability.

Lähteet#

• Andrews ja Phillips, Laser Beam Propagation through Random Media, 2. painos (Rytovin varianssi, skintillaatioindeksi, gamma-gamma-parametrit).
• Kim, McArthur ja Korevaar, Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications, Proc. SPIE 4214 (2001) (näkyvyyslaki).
• Churnside, Aperture averaging of optical scintillations in the turbulent atmosphere, Appl. Opt. 30 (1991) (apertuurin keskiarvoistuskerroin).
• ITU-R P.840 (pilven nestevesitilastot), P.1814 ja P.1817 (vapaan tilan optiikan menetelmät).