Traduction automatique, non relue par un locuteur natif. L'anglais fait foi.

Navigation en orbite terrestre basse (LEO)Modifier sur GitHubSource : docs/LEO-SIGNAL.md

Conceptions de signaux LEO-PNT et spectre multibande

Le type de scénario leo-signal analyse les signaux de positionnement, navigation et synchronisation temporelle (PNT) en orbite terrestre basse (LEO). Il n'est lié à aucun système en particulier. Un signal est une conception paramétrée (des données, pas du code), de sorte que le même type de scénario analyse un signal commercial publié, une conception représentative pour une bande que personne n'a publiée, ou n'importe quelle conception qu'un scénario écrit en ligne. Le type de scénario spectrum trace aussi ces conceptions, dans toute bande de la très haute fréquence (UHF) à C, chaque bande avec ses propres brouilleurs, et une bande leo-pass ou une exécution leo-pnt-chain peut porter n'importe laquelle d'entre elles (voir Où les conceptions sont utilisées).

Exécutez les exemples fournis :

  • kshana example leo-band-trade : un arbitrage de bande de l'UHF à la bande C large sur des conceptions représentatives ;
  • kshana example xona-pulsar-signals : les signaux publiés Xona Pulsar X1 et X5 ;
  • kshana example multi-band-jamming-waterfall : panneaux UHF, L, S et C sous des brouilleurs par bande (un scénario spectrum) ;
  • kshana scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml, depuis une copie du dépôt (non fourni) : les bandes et la configuration de signal de la démonstration en orbite (IOD) Celeste présentées à l'atelier LEO-PNT du programme d'innovation et de soutien à la navigation (NAVISP) de l'Agence spatiale européenne (ESA), 2026 (voir Paramètres de l'atelier ci-dessous).

Code : src/leo_signal.rs (conceptions de signaux, le type de scénario), src/navsignal.rs (les formes closes), src/spectrum.rs (la cascade multibande), fichiers de préréglage sous data/leo-signals/.

Une conception de signal#

Partie Ce qu'il contient
Bande fréquence centrale, largeur de bande d'émission (le spectre est nul en dehors) et attribution de l'Union internationale des télécommunications (UIT) : service de radionavigation par satellite (RNSS), service de radiodétermination par satellite (RDSS), service mobile par satellite (MSS), service d'exploration de la Terre par satellite (EESS), une bande hors RNSS, ou autre
Composantes tout sous-ensemble d'une composante d'acquisition (courte et à faible débit, facile à trouver), d'une composante de données (le message de navigation) et d'une composante pilote (sans données, pour la mesure de distance)
Par composante modulation : modulation par déplacement de phase binaire BPSK(n) à n × 1,023 Mchip/s (n peut être une fraction, BPSK(1/3) vaut 341 kchip/s), porteuse à décalage binaire BOC(m,n), BOC multiplexée, ou FLAT(<MHz>) pour une balise à multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) ; part de la puissance ; décalages de sous-porteuse de l'accès multiple par répartition en fréquence (FDMA) ; longueur du code ; débit de données
Facultatif puissance reçue de référence et maximale, altitude de l'orbite, ranging = false pour un signal à Doppler seul, notes sur ce qui est publié et ce qui est supposé

Un scénario prend ses signaux dans presets = [...] et dans des tables [[signals]] en ligne. Sans l'un ni l'autre, il analyse le préréglage generic-bands.

Préréglages#

Un fichier chacun sous data/leo-signals/, compilé dans le programme, chacun citant l'URL de sa source. Une valeur que la source ne publie pas est marquée REPRESENTATIVE dans le fichier et dans le rapport.

Préréglage Signaux Source Approximations indiquées
xona-pulsar xona-x1 (1593,3225 MHz, 1,023 Mchip/s), xona-x5 (1190,51625 MHz, 10,23 Mchip/s) ; puissance reçue minimale et maximale ; 1080 km PUBLIC, arXiv 2509,19551 modulation par déplacement de phase en quadrature de Feher améliorée (EFQPSK) tracée avec l'enveloppe BPSK à chips rectangulaires ; code shift keying et codes de recouvrement non modélisés ; largeur de bande d'émission = lobe principal (non publiée)
iridium-stl salves iridium-stl Satellite Time and Location (STL), modulation par déplacement de phase en quadrature (QPSK) à 25 ksymboles/s, 780 km, Doppler et synchronisation temporelle seulement PUBLIC, rapport de la Resilient Navigation and Timing Foundation (RNTF) porteuse au milieu de 1616 à 1626 MHz ; puissance reçue déduite de la valeur publiée de 300 à 2400 fois le Global Positioning System (GPS)
starlink-soo starlink-ku-beacon, une balise OFDM de 240 MHz, Doppler seul PUBLIC, NAVIGATION 72(1) spectre plat ; centre du canal et altitude de la couche REPRESENTATIVE ; le rapport porteuse sur densité de bruit (C/N₀) publié, d'environ 57 dB-Hz, est fixé par le récepteur
centispace centispace-l1, centispace-l5, BPSK à 2,046 Mchip/s PUBLIC, PubMed Central PMC10301026 porteuses placées aux porteuses GPS L1 et L5 (« près de » dans la source) ; longueur de code REPRESENTATIVE
generic-c-band generic-c-band-leo, 5020 MHz, BPSK(10) dans 20 MHz REPRESENTATIVE, pour les systèmes en bande C dont les paramètres ne sont pas publics (tels que TrustPoint) la conception entière
generic-bands generic-uhf, generic-l, generic-s, generic-c, generic-c-wide REPRESENTATIVE, attributions tirées du Règlement des radiocommunications de l'UIT ; la porteuse UHF de 465 MHz tirée de l'étude publique openRECEIVER des signaux LEO-PNT la conception entière (y compris la largeur de bande et la modulation UHF)

L'éphéméride polynomiale « horloge nulle » d'ATOMIC est un modèle de message de navigation, et non une conception de signal ; elle relève des travaux sur le message de navigation, et non d'ici.

Ce qui est calculé par signal#

  • Densité spectrale de puissance (PSD) à bande limitée et, par composante, la fraction de sa puissance que laisse passer la bande d'émission. Pour une composante BPSK au centre, la forme close η = (2/π)[Si(πBT_c) − sin²(πBT_c/2)/(πBT_c/2)] figure à côté de la valeur numérique (90,3 % pour le lobe principal).
  • Largeur de bande quadratique moyenne (RMS, de Gabor) du composant suivi dans la bande, avec la forme close BPSK β² = [B/2 − sin(πBT_c)/(2πT_c)] / (π² T_c η).
  • Gigue de bruit thermique du suivi de code d'une boucle à verrouillage de délai (DLL) en fonction du C/N₀ et de l'espacement des corrélateurs early-late, d'après la formule early-late à bande limitée de Betz et Kolodziejski (2009) : σ² = B_L(1 − ½B_L T) ∫ G sin²(πfΔ) df / [(2π)² (C/N₀) (∫ f G sin(πfΔ) df)²], cohérente par défaut, avec la perte par mise au carré non cohérente sur demande. Le rapport ajoute la forme de manuel à bande illimitée (Kaplan et Hegarty) et la borne d'espacement évanescent fixée par la largeur de bande de Gabor. La précision de mesure de distance est cette gigue en mètres au C/N₀ et à l'espacement de référence.
  • Acquisition : le plus grand Doppler de satellite sur un passage au zénith à l'élévation du masque (f v R_E cos(el) / ((R_E + h) c), orbite circulaire, sans rotation de la Terre) plus les termes de l'oscillateur et de l'utilisateur ; cases Doppler de 2/(3T) ; cases de code sur une période ; la probabilité de détection d'un détecteur quadratique (Q de Marcum généralisée) à une probabilité de fausse alarme par cellule, centrée et dans le pire cas de chevauchement ; et le temps d'acquisition moyen d'une recherche à temps d'intégration unique, série et parallèle sur le code (Holmes).
  • Compatibilité : le coefficient de séparation spectrale (SSC) du signal à bande limitée dans GPS L1 coarse/acquisition (C/A), Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b et le signal E5 à BOC alternée (AltBOC) sur chaque bande de récepteur de système mondial de navigation par satellite (GNSS), la perte de C/N₀ qu'il cause à sa puissance reçue, et le SSC et la perte de C/N₀ de chaque signal GNSS dans la composante suivie LEO.
  • Tolérance au brouillage : le rapport de puissance brouilleur sur signal (J/S) d'une onde entretenue (CW) à la porteuse, d'un bruit plat sur la bande d'émission et d'un bruit adapté à la composante suivie qui amène la composante suivie au seuil de suivi, d'après le code SSC propre au type de scénario spectrum (spectrum::Jammer::ssc).

Convention de C/N₀ : le balayage et la référence sont le C/N₀ total dans la bande. La part d'une composante entre dans les formules de suivi et de brouillage sous la forme 10 log₁₀(s/η) (sa part de la puissance non filtrée rapportée à la fraction dans la bande), la même convention que celle qu'utilise le type de scénario spectrum pour une bande simple, dont la puissance de modulation hors de la bande du récepteur est perdue de la même façon.

L'arbitrage de bande#

[trade] place chaque signal à côté d'un signal de référence : retard de groupe ionosphérique du premier ordre 40.3·TEC/f² pour un contenu électronique total oblique (TEC) que vous donnez (1 unité TEC, TECU, = 10¹⁶ électrons/m²), perte en espace libre (FSPL) à une distance oblique, précision de mesure de distance à C/N₀ égal et à puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE) égale (C/N₀ moins la différence de perte en espace libre, antennes isotropes aux deux extrémités), et tolérance au brouillage au C/N₀ à PIRE égale.

scenarios/leo-band-trade.toml (50 TECU, 1000 km, 45 dB-Hz, espacement cohérent de 0.5 chip, boucle de 1 Hz, 20 ms) :

Signal Bande Retard ionosphérique ΔFSPL par rapport à L Distance, C/N₀ égal C/N₀, PIRE égale Distance, PIRE égale Tolérance J/S CW
generic-uhf 465 MHz, BPSK(5) 93,19 m (×6,57) −8,17 dB 0,221 m 53,17 dB-Hz 0,086 m 42,1 dB
generic-l 1191,795 MHz, BPSK(10) 14,19 m 0 0,111 m 45,00 dB-Hz 0,111 m 45,0 dB
generic-s 2492,028 MHz, BPSK(5) 3,24 m (×0,229) +6,41 dB 0,185 m 38,59 dB-Hz 0,388 m 41,7 dB
generic-c 5020 MHz, BPSK(10) 0,80 m (×0,056) +12,49 dB 0,111 m 32,51 dB-Hz 0,465 m 43,4 dB
generic-c-wide 5100 MHz, BPSK(50) 0,77 m (×0,055) +12,63 dB 0,022 m 32,37 dB-Hz 0,093 m 50,3 dB

L'arbitrage se lit dans les deux sens. À C/N₀ égal, la précision de mesure de distance est fixée par la cadence de chips et par la bande (la bande C large mesure cinq fois plus finement que L). À puissance rayonnée égale, la perte en espace libre fait payer pleinement les bandes plus hautes : la bande C perd 12,5 dB de C/N₀ et mesure quatre fois moins bien que L, l'UHF gagne 8,2 dB, tout en portant 6,6 fois le retard ionosphérique. La bande C large rachète sa précision par la largeur de bande. Cela repose sur les conceptions représentatives et sur des antennes isotropes ; une antenne utilisateur directionnelle en bande C modifie les colonnes à PIRE égale.

Xona Pulsar#

scenarios/xona-pulsar-signals.toml aux puissances reçues minimales publiées pour une antenne de 290 K et un facteur de bruit de 2 dB (plancher −201,98 dBW/Hz) :

X1 X5
C/N₀ de référence 53,78 dB-Hz 57,08 dB-Hz
Précision de mesure de distance (0,5 chip, cohérente, 1 Hz) 0,402 m 0,028 m
Doppler maximal du satellite, 1080 km 33,2 kHz 24,8 kHz
Cases Doppler × code (1 ms, 0,5 chip) 104 × 2046 78 × 20 460
Temps d'acquisition moyen parallèle sur le code 0,15 s 0,37 s

X5 se situe à 1190,51625 MHz, dans la bande Galileo E5 : son SSC est de −91,2 dB/Hz dans Galileo E5a et GPS L5, de −103,2 dB/Hz dans E5b et de −86,2 dB/Hz dans le signal AltBOC, et un satellite X5 à sa puissance minimale relève la densité de bruit d'un récepteur GNSS de 0,0001 à 0,005 dB. Le Doppler X1, 33,2 kHz, est dans l'intervalle de 32 à 34 kHz que signale l'article (la ligne Doppler VALIDATED ci-dessous).

Le spectre multibande#

Les [[bands]] du type de scénario spectrum acceptent, outre les cinq bandes GNSS nommées (gps-l1ca, galileo-e1, gps-l2c, gps-l5, galileo-e5a) :

  • signal = "<preset signal>" : une conception de préréglage, tracée avec chaque composante, limitée en bande à sa largeur de bande d'émission, reçue à la puissance de référence du préréglage ou à signal_power_dbw. Le C/N₀ et le J/S se rapportent à la composante suivie (tracked_power_dbw dans le rapport) ;
  • centre_mhz avec modulation et signal_power_dbw : n'importe quelle bande personnalisée.

[[panels]] ajoutent des cascades sur d'autres plages de fréquences, sur la même chronologie et la même échelle de couleurs, et un brouilleur wideband (à large bande) s'ajoute aux bruits CW, à bande étroite, chirp et adapté. Une bande simple se comporte exactement comme avant : l'exemple fourni l-band-waterfall-jamming donne toujours 43,48 dB-Hz nominal et 3,23 dB-Hz minimum pour L1 C/A (figé dans tests/leo_signal_reference.rs).

scenarios/multi-band-jamming-waterfall.toml (60 s, une ligne par seconde) :

Bande C/N₀ nominal Après son propre brouilleur Brouilleur
generic-uhf (465 MHz) 49,41 dB-Hz 34,38 dB-Hz à partir de 10 s CW à la porteuse, −120 dBW
gps-l1ca 43,48 dB-Hz 3,38 dB-Hz à partir de 20 s (perdu) chirp de 16 MHz, 50 mW à 100 m
galileo-e5a 46,73 dB-Hz 38,51 dB-Hz à partir de 30 s brouillage à large bande de 40 MHz à 1185 MHz, −118 dBW
xona-x5 54,51 dB-Hz 46,29 dB-Hz à partir de 30 s le même brouillage à large bande
generic-s (2492,028 MHz) 49,23 dB-Hz 41,69 dB-Hz à partir de 40 s bruit de 2 MHz, −128 dBW
generic-c-band-leo (5020 MHz) 47,41 dB-Hz 40,35 dB-Hz à partir de 50 s bruit adapté, −124 dBW

Chaque brouilleur n'affecte que sa propre bande ; le test maintient toutes les autres bandes à leur C/N₀ nominal jusqu'à ce que leur propre brouilleur démarre.

Où les conceptions sont utilisées#

Une conception est recherchée par son nom partout où une bande peut en nommer une :

  • une bande spectrum (signal = "<design>", ci-dessus) : multi-band-jamming-waterfall, leo-resilience-js-margin et les campagnes leo-resilience-multiband-diversity et leo-resilience-gnss-jammed-leo-carries ;
  • une bande leo-pass (signal = "<design>") : la bande reprend la fréquence centrale de la conception (sauf si frequency_mhz est donné), la largeur de bande d'émission et la cadence de chips suivie, répartit sa PIRE entre les composantes selon leurs parts de puissance, et indique à chaque époque le C/N₀ de la composante suivie et la gigue de suivi de code à bande limitée (LEO-PASS.md) ;
  • le type de scénario leo-pnt-chain, qui transmet la répartition de puissance et la cadence de chips d'une conception au passage, et sa porteuse et sa cadence de chips à la position fusionnée (leo-pnt-end-to-end, xona-pulsar-end-to-end ; LEO-PNT.md).

Paramètres de l'atelier#

scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml contient les bandes de fréquences de Celeste IOD et la configuration de signal n° 1 « Classical Pilot » telles que présentées à l'atelier LEO-PNT du NAVISP de l'ESA, 2026, avec un contrôle de forme d'une conception par rapport au spectre mesuré qui y était montré. C'est l'un des fichiers du préréglage Celeste IOD (les autres sont src/celeste_iod.rs et les autres scenarios/*celeste-iod*.toml) ; aucune spécification du signal Celeste n'est publique. Ses composantes portent leurs hypothèses (répartitions de puissance, longueurs de code, décalages FDMA, et une modulation représentative pour les bandes dont la modulation n'a pas été présentée). Le contrôle de forme est une cohérence MODELLED : il compare des formes, non des niveaux étalonnés.

Il est retiré avec le reste du préréglage : supprimez src/celeste_iod.rs et les fichiers scenarios/*celeste-iod*.toml. Rien ne compile le scénario dans le programme : l'interface en ligne de commande le liste comme scénario réservé au dépôt (kshana example le nomme et l'explique, au lieu de l'afficher), et un test refuse tout include_str! de celui-ci. Tout autre scénario, test et référence indépendante s'exécute sans lui ; le test qui le lit réussit avec une note quand il est absent, et le décompte des fichiers de scénario du README le compte toujours.

Preuves#

Affirmation Étiquette Référence indépendante
puissance BPSK dans la bande (90,3 % dans le lobe principal) ; gigue early-late à bande limitée se réduisant aux formes de manuel cohérente et non cohérente et à sa borne de Gabor ; auto-SSC BPSK 2/(3 R_c) VALIDATED Kaplan & Hegarty, Betz & Kolodziejski 2009, Betz 2001, Abramowitz & Stegun tableau 5,1
Forme close de la largeur de bande de Gabor à bande limitée ; SSC BPSK décalée à décalage non nul ; aire unité d'AltBOC (le tout dans la ligne ci-dessus, comme recoupements) cohérence interne dérivé ici, vérifié par rapport à une quadrature
Doppler LEO maximal VALIDATED Xona Pulsar X1 de 32 à 34 kHz (arXiv 2509,19551) ; Iridium ±36 kHz (RNTF)
conceptions, acquisition, compatibilité, tolérance au brouillage, arbitrage, contrôles de forme de leo-signal MODELLED les formes closes validées, l'identité du détecteur P_d(0) = P_fa, le temps moyen de Holmes, la chaîne SSC propre au type de scénario de spectre
Spectre multibande MODELLED réduction aux chaînes de spectre et de brouillage inchangées

Non modélisé#

  • Les spectres exacts de l'EFQPSK, du code shift keying et de l'OFDM.
  • La structure en raies des codes d'étalement et l'intercorrélation d'accès multiple.
  • Les filtres d'émission et de réception au-delà d'un mur de briques idéal : aucune émission hors bande.
  • Les trajets multiples, la quantification et le contrôle automatique de gain.
  • La rotation de la Terre dans la borne du Doppler (jusqu'à environ 0,46 km/s de vitesse de distance).
  • Le retard ionosphérique au-delà du premier ordre, et la répartition du contenu électronique au-dessus et au-dessous d'un satellite LEO : le TEC oblique est une entrée.
  • Les pertes atmosphériques, de pluie et de polarisation.
  • La logique d'acquisition à temps d'intégration multiples.
  • Les interférences cumulées au-delà d'un décompte par satellite.

Références#