Horisonttiprofiilimaskit ja taivaan geometria

Versioon 0,36 asti jokainen moottorin Maan näkyvyystesti oli yksi korkeuskulman katkaisuraja, mask_deg: satelliitti laskettiin mukaan, kun se oli yhden luvun tasolla tai sen yläpuolella, suunnasta riippumatta. Katu, laituri, fjordi tai nosturi peittää osan taivasta ja jättää muun auki. Horisonttiprofiili on atsimuutista riippuva korkeuskulman raja; taivaan geometriafunktiot muuttavat kohteen, ajan, satelliittitähdistöt ja horisonttiprofiilin näkyväksi joukoksi, tarkkuuden heikkenemiskertoimeksi (DOP), geometriakovarianssiksi, horisontaaliseksi virheellipsiksi, Monte Carlo -pilveksi ja taivaskartaksi. Suunnitelma on docs/design/2026-10-12-geometry-and-skyline-design.md (kohdat 1 ja 2).

Todisteet: maskattu näkyvyyspäätös (geodeettiset katselukulmat, taulukkomaski, näkyvä joukko ja sen DOP) on VALIDATED Orekit 12,2 ja gnss_lib_py 1.0.4 vasten ennakkorekisteröidyssä vertailussa, samoin virheellipsi ja järjestelmäkohtainen kofaktori (numpy, ennakkorekisteröity); kanjoni-, sektori- ja maastoreduktiot, esiasetukset ja muut taivaan geometriafunktiot ovat MODELLED (Todisteet). Horisonttiprofiili poistaa näkölinjassa olevia satelliitteja eikä mitään muuta. Esiasetukset ovat REPRESENTATIVE-geometrioita, eivät kartoituksia.

Horisonttiprofiili#

Horisonttiprofiili on neljän kuvauksen pistekohtainen maksimi. Atsimuutti mitataan asteina myötäpäivään todellisesta pohjoisesta paikan paikallisessa itä-pohjoinen-ylös-koordinaatistossa; korkeuskulmat ovat välillä [0, 90).

preset = "<name>" lähtee nimetystä geometriasta; kanjonin kentät ohittavat sen jälkeen esiasetuksen kanjonin kenttä kerrallaan, ja table, sectors ja terrain lisäävät siihen.

Vastaanottimen mask_deg säilyttää merkityksensä: se on tasainen horisonttiprofiili. Tehollinen katkaisu atsimuutilla az on max(mask_deg, skyline(az)), ja satelliitti on näkyvissä, kun sen korkeuskulma on vähintään yhtä suuri kuin se: sama >=, jota tasainen maski on aina käyttänyt. Satelliitti, joka on arvon mask_deg yläpuolella mutta horisonttiprofiilin alapuolella, on horisonttiprofiilin peittämä.

Katukanjoni#

Katu kulkee atsimuutin s suuntaisesti, seinien välillä on w metriä ja antenni on a metriä korkealla keskilinjalla. Atsimuutilla az, kun θ = az − s, säde osuu seinään etäisyydellä d(az) = (w/2) / |sin θ|, joten seinä, jonka korkeus on h, katkaisee kulmassa

cut(az) = atan( (h − a) / d(az) )          (the right wall for sin θ > 0, the side at s + 90°)

Avoin kaista on kadun suuntainen. Kun length_m = L (antenni keskellä), säde poistuu avoimen pään kautta eikä seinä katkaise mitään, kun d(az) · |cos θ| > L/2. Seinä, joka ei ole antennia korkeampi, ei katkaise mitään. Oletusarvo kentälle antenna_m on 1,5 m (auton katto tai käsivastaanotin, ilmoitettu valinta); uusi kanjoni tarvitsee kentän width_m.

Esiasetukset#

Valitut ja ilmoitetut mitat (suunnittelumuistion), eivät minkään todellisen paikan mittauksia. kshana skyline --preset <name> tulostaa yhden lähteineen ja katkaisukulmineen jokaiselle asteelle.

Skenaariossa#

Valinnainen osio [skyline] tyypin oman katkaisukulman päällä:

Tyyppien orbit ja integrity maa-asema. Molemmat tyypit mallintavat kiertoradalla olevaa käyttäjää geosentrisellä korkeuskulmalla ja ilman maahan sidottua atsimuuttia, joten ne ottavat horisonttiprofiilin vastaan vain suunnittelumuistion maa-asematilassa: user_site = { lat_deg, lon_deg, height_m } kentän user sijaan (täsmälleen toinen kahdesta). Jokainen näyte on yksi absoluuttinen hetki, epoch + t: jokainen satelliitti propagoidaan siihen (elementtijoukko, lähetetty efemeridi tai SP3-tiedosto etenee omasta epookistaan, Walker-satelliitti laskee ajan t hetkestä epoch) ja kierretään maahan sidottuun koordinaatistoon sillä hetkellä, joten paikka näkee yhden johdonmukaisen taivaan. Epookki epoch on kiertorataskenaarion oma; jos sellaista ei ole (ja aina tyypille integrity, jolla sitä ei ole), se on uusin epookki niiden satelliittien joukossa, joilla se on, tai J2000 vain Walker-kuvioille. Korkeuskulma ja atsimuutti ovat geodeettisia (WGS-84). Eheystyypin ARAIM-suojaustasojen ja Stanfordin pystyvirheen vaaka- ja pystyjako käyttää samaa geodeettista ylöspäin-suuntaa (WGS-84-ellipsoidin normaali, noin 0,19° geosentrisestä radiaalista leveysasteella 45°); hetkellinen RAIM käytti sitä jo. Kenttä user_site ilman horisonttiprofiilia on tavallinen maakäyttäjä; kiertoradalla olevan käyttäjän (user) polku on ennallaan.

kind = "integrity"
mask_deg = 5.0
# ...
[user_site]
lat_deg = 59.45
lon_deg = 24.75
height_m = 15.0

[skyline]
preset = "harbour-approach"

Taaksepäin yhteensopivuus. Ilman osiota [skyline] skenaario on tavu tavulta identtinen sen kanssa, minkä sama moottori antoi ennen horisonttiprofiilikoodin olemassaoloa: tests/skyline_scenarios.rs tarkistaa jokaisen toimitetun skenaarion JSON-, kaavio- ja yhteenvetotulosteen, jos skenaario ajaa jonkin näistä tyypeistä, sekä jokaisen harjoitusskenaarion NMEA-tekstin, SHA-256-tiivisteitä vasten ”0,36 portable” -lähtötasosta (julkaisun 0.35.0 commit-tiivisteet, päivitettiin uudelleen, kun moottori siirtyi siirrettävään matematiikkaan, ja säilytetty testissä tietueena: docs/revisions/STUDIO15-portable-math-rebaseline.md). Tyhjä osio [skyline] ei katkaise mitään; tulos on silloin sama kuin ajo ilman sitä, lukuun ottamatta lisättyä lohkoa skyline ja nollaksi jääviä laskureita masked_by_skyline.

Mitä hylätään, syy ilmoitetaan viestissä: horisonttiprofiili kiertoradalla olevalle käyttäjälle user; user ja user_site yhdessä; tuntematon esiasetus; kanjoni ilman kenttää width_m; taulukko, joka ei ole aidosti kasvava välillä [0, 360); korkeuskulma välin [0, 90) ulkopuolella; tyhjä sektori; ei-positiivinen maastoetäisyys; rajat ylittävä syöte; mikä tahansa tuntematon avain.

Tulos saa kentän skyline: { source, open_fraction, provenance }, kun osio on mukana: source on preset:<name>, preset:<name>+overrides tai custom; open_fraction on ylemmän pallonpuoliskon avaruuskulman osuus arvon max(mask_deg, skyline) yläpuolella (arvon 1 − sin(cut) keskiarvo atsimuutin yli: 1 nollamaskille, 0,5 tasaiselle 30° katkaisulle); provenance on esiasetuksen rivi tai skenaarion oma. Yksiköt ja alkuperäluokat ovat lohkossa units.

Mukana toimitetut esimerkit (kshana example <name>):

Taivaan geometria#

Viisi moottorifunktiota (src/geometry.rs), samat jokaisella pinnalla:

Pyyntö:

{
  "site": {"lat_deg": 59.91, "lon_deg": 10.75, "height_m": 5},
  "time_s": 3600,
  "systems": ["gps-baseline", "galileo", "beidou-meo", "xona-pulsar"],
  "mask_deg": 5,
  "skyline": {"preset": "fjord"},
  "clock": "per-system",
  "sigma_uere_m": 1.5,
  "confidence": 0.95
}

systems ovat moottorin tähdistöesiasetuksia (kentän constellation-design gps-baseline, galileo, beidou-meo, glonass, ...; LEO-esiasetukset xona-pulsar, iridium-stl, ...) tai täysi taulukko [[system]] tyypin leo-pvt tapaan, propagoituna hetkeen time_s (Kepler-rata sekulaarilla J2-termillä, leo-pvt-yhteistilan radat). Niiden suhteelliset vaiheet tulevat eri vertailuepookeista, joten taivas on edustava geometria, ei kyseisen päivän taivas kyseisessä paikassa. Satelliitit voi sen sijaan (tai lisäksi) antaa suoraan: "satellites": [{"id": "G05", "system": "GPS", "az_deg": 120, "el_deg": 35}, ...], tai kentillä "ecef_m": [x, y, z] ja site tai user_ecef_m. Oletukset: kunkin järjestelmän oma maski (5° GNSS, 10° LEO; 5° suoraan annetuille satelliiteille), yksi vastaanottimen kello järjestelmää kohti ("common" yhdelle jaetulle kellolle), σ_UERE 1 m (edustava kaksitaajuusbudjetin rivi), luottamustaso 0,95. Syötteen rajat: enintään 2000 horisontin yläpuolella olevaa satelliittia (tätä enemmän pyytävä järjestelmätaulukko hylätään ennen sen rakentamista) ja 16 vastaanottimen kelloa.

Päivätty taivas elementtijoukoista. "tle" ottaa kaksirivisen elementtijoukkotekstin (nimirivi ennen kutakin joukkoa on valinnainen; enintään 4 MiB, syötteen yläraja), jonka moottorin SGP4 (WGS-72, propagaattori, jota orbit-real-tle käyttää) propagoi hetkeen "epoch" plus time_s, kierretään Maahan sidottuun koordinaatistoon siten, että UT1 on UTC ja napaliikettä ei ole, ja nähdään paikasta site. "epoch" on UTC-aikaa ISO 8601 -muodossa (2026-06-07T12:00:00Z) ja ajoittaa vain elementtijoukot (esiasetuksilla ei ole päiväystä, joten epoch ilman tle hylätään); "tle_system" nimeää ne järjestelmäkohtaiselle kellolle (oletus TLE). Jokainen tulos kertoo, mikä taivas se on, kentissä sky_source ja sky_statement:

Yhdistelmä liittää ne yhteen merkillä +. epoch_utc on hetki, johon elementtijoukot propagoitiin, ja tle_skipped nimeää, mitä tekstistä ei käytetty, syineen: virheelliset tai orvoksi jääneet elementtijoukkorivit (rivinumeroineen), jäsentimen hylkäämät joukot sekä joukot, joita SGP4 ei voinut propagoida kyseiseen hetkeen (rappeutuneet tai rajojensa ulkopuolella); enintään 100 merkintää yhteensä, sitten yksi viimeinen merkintä, joka laskee loput. Tyhjä lista systems ei lisää esiasetuksia. Taivaskartta ilmoittaa perusteen alatunnisteessaan.

Yksi ydin. Kofaktorimatriisi on orbit::cofactor_from_los, eli suunnittelumatriisin kokoaminen ja Gauss–Jordan-käänteismatriisi, jotka ovat funktion orbit::dop takana. orbit::dop_cov paljastaa kovarianssin ja orbit::dop on sen redusointi, joten VALIDATED-skalaarit ovat ennallaan ja edelleen testin tests/dop_reference.rs lukitsemia. Toista DOP-toteutusta ei ole.

Ellipsi. Puoliakselit k σ √λ itä–pohjoinen-lohkon ominaisarvoille λ, kun k = √(−2 ln(1 − p)) (√5.991 = 2.448 kohdassa 95 %, 1 kohdassa 39,35 %), ja pääakselin atsimuutti ½ atan2(2 Q_EN, Q_NN − Q_EE) välillä [0, 180) pohjoisesta.

Jokainen tulos sisältää kentän label (MODELLED), kentän statement (geometria ilmoitetun virhemallin alla: riippumattomat, yhtä suuret, nollakeskiarvoiset gaussiset etäisyysvirheet; ei ennuste vastaanottimen todellisesta virheestä, jossa on myös harhoja, monitie-etenemistä ja näköyhteydettömiä virheitä; ei eheysraja) sekä ohjeellisen lauseen: Ohjeellinen ohjelmisto, ei tyyppihyväksytty navigointilaite (IEC 61108, IEC 61162): käyttäjä vastaa edelleen aluksen navigoinnista.

Todisteet#

Viisi kirjanpitoriviä (docs/VERIFICATION-MATRIX.md), sellaisina kuin suunnittelumuistio ne rajaa:

Osion [skyline] puuttuminen tarkistetaan tavu tavulta julkaisun 0.35.0 tulosteita vasten, mikä osoittaa taaksepäin yhteensopivuuden eikä validoi mitään. gnss_lib_py soveltaa vain yhtä korkeuskulmamaskia, joten se on tässä DOP-oraakkeli, ei maskioraakkeli.

Mitä horisonttiprofiili ei mallinna: diffraktio seinän reunan yli, heijastukset ja näköyhteydettömät signaalit, joita todellinen vastaanotin voi silti seurata (ne pudotetaan, ei heikennetä), osittainen läpinäkyvyys (ristikkonosturi on läpinäkymätön koko sektorillaan), annettujen pisteiden ulkopuolinen maasto sekä Maan kaarevuus kanjoni- ja sektorimuodoissa.