Flux d'entraînement NMEA : kshana nmea-scenario

Les académies maritimes et les centres de simulation peuvent alimenter un simulateur de passerelle ou un traceur de cartes avec du NMEA 0183 généré par Kshana pour entraîner les équipages à reconnaître le brouillage et le leurrage GNSS.

Entraînement et essai uniquement. Les flux générés sont synthétiques. Ils ne doivent jamais être envoyés aux systèmes de navigation actifs d'un navire. Kshana est à titre consultatif, et non un équipement de navigation homologué. Chaque flux commence par une phrase de marqueur propriétaire, $PKSHT,TRAINING,SYNTHETIC,NOT-FOR-NAVIGATION, et la répète toutes les dix secondes ; les récepteurs l'ignorent ; --no-marker la supprime pour un simulateur qui rejette les phrases inconnues. Cela n'écrit que du texte NMEA : il n'y a aucune sortie RF, IQ ou de forme d'onde, et rien n'est transmis, sauf le texte vers l'adresse que vous indiquez.

La figure est tracée à partir du journal de l'instructeur de scenarios/training/coastal-drag-off.toml.

Utilisation#

# write a file (default <name>.nmea) and the instructor log next to it
kshana nmea-scenario scenarios/training/coastal-drag-off.toml --out drag.nmea

# serve over TCP in real time on this machine only (waits for the simulator to connect)
kshana nmea-scenario scenarios/training/open-sea-jamming.toml --tcp 10110

# reachable from the bridge-simulator host: name the address in full
kshana nmea-scenario scenarios/training/open-sea-jamming.toml --tcp 192.168.1.20:10110

# UDP, one sentence per datagram, ten times faster than real time
kshana nmea-scenario scenarios/training/combined-event.toml --udp 192.168.1.50:10110 --speed 10

# UDP broadcast
kshana nmea-scenario scenarios/training/combined-event.toml --udp 192.168.1.255:10110 --broadcast

Il n'y a aucune authentification. Un serveur TCP auquel on donne une adresse non locale sert le flux à quiconque peut l'atteindre, et UDP envoie à l'adresse que vous indiquez. Un client TCP qui ne prend pas ses données en deux secondes est déconnecté, de sorte qu'un consommateur bloqué ne peut pas retenir les autres.

La même graine donne les mêmes octets sur une plateforme, et la cadence ne change jamais les octets. D'une plateforme à l'autre, l'arithmétique propre du générateur est identique bit à bit (il utilise la couche de mathématiques portable), mais les positions des satellites et les angles de visée proviennent de fonctions du moteur qui appellent la bibliothèque mathématique de l'hôte ; dans un rare cas limite, un chiffre arrondi d'élévation, d'azimut ou de C/N0 dans GSV peut donc différer d'une plateforme à l'autre.

Ce qui est écrit#

Chaque époque (1, 2, 5 ou 10 par seconde) comporte : RMC, GGA, GNS (position calculée, position, heure), GSA (satellites utilisés et DOP, un par constellation), GSV (satellites en vue avec élévation, azimut et SNR en dB-Hz, un jeu par constellation, identifiant de signal NMEA 4,10), VTG (route et vitesse sur le fond), ZDA (heure et date), HDT (cap gyroscopique) et VBW (vitesse sur l'eau et sur le fond issue du loch). L'émetteur est GN avec plusieurs constellations, sinon celui de la constellation. Les lignes se terminent par CRLF et ont une somme de contrôle valide.

HDT et VBW tiennent lieu de capteurs indépendants (un compas gyroscopique et un loch Doppler). Aucun événement ne les touche, ce qui est voulu : l'écart entre ce que rapporte le GNSS et ce que disent le gyroscope et le loch est un indice pour le débriefing.

Lorsque la position est perdue, la qualité GGA est 0, l'état RMC est V, les champs de position sont vides et les champs d'heure continuent (l'horloge du récepteur continue de tourner), comme le font les récepteurs réels.

Le navire#

[vessel] et [[waypoint]] donnent une position de départ, une vitesse et les points par lesquels gouverner. Le navire est gouverné vers le point de cheminement suivant sous une limite de vitesse de giration (max_rot_deg_per_min, par défaut 30), une limite sur la rapidité avec laquelle la vitesse de giration s'établit (max_rot_accel_deg_per_s2) et une limite de changement de vitesse (max_accel_kn_per_min). La vitesse d'un tronçon est le speed_kn du point de cheminement. [environment] ajoute un courant, de sorte que la vitesse sur le fond diffère de la vitesse dans l'eau et que le cap diffère de la route sur le fond, et une variation magnétique. stop_at_end amène le navire au repos au dernier point de cheminement.

Géométrie des satellites#

Les satellites proviennent des constellations nominales propres au moteur (table de créneaux GPS, motifs de Walker MEO de Galileo et BeiDou, ICD GLONASS), propagées par constellation::satellite_positions_fixed (deux corps plus J2 séculaire, rotation de la Terre) et vues depuis le navire avec les angles de visée WGS-84 du moteur. Le nombre de satellites visibles, les élévations et les azimuts dans GSV sont plausibles pour le lieu et l'heure du jour. Il s'agit d'un ciel nominal, et non d'une éphéméride pour la date du flux : les PRN sont attribués dans l'ordre des créneaux et chaque constellation conserve sa disposition de créneaux publiée, propagée en continu depuis l'époque de la table de créneaux GPS (2016-12-31) sous J2, de sorte que la disposition est intacte mais que son orientation n'est pas celle du ciel réel à la date du flux. Le C/N0 suit l'élévation (un niveau nominal au zénith, fixé dans [receiver]), avec un décalage fixe par satellite, un évanouissement lent et du bruit. Un satellite sous track_threshold_dbhz a un champ SNR vide ; un satellite sous use_threshold_dbhz est poursuivi mais non utilisé. Jusqu'à max_used (par défaut 12, le plafond NMEA GGA) satellites utilisables sont utilisés, choisis pour la géométrie (le satellite le plus haut de chaque secteur d'azimut de 30 degrés en premier). Moins de quatre satellites utilisables font perdre la position, qui revient après reacquire_s de signal utilisable.

Événements#

Chaque [[event]] a un kind, un début start_s, une duration_s (du début au commencement du relâchement), une rampe de début ramp_s et une rampe de relâchement recovery_s. L'intensité monte linéairement sur ramp_s, se maintient, puis retombe sur recovery_s ; 0 est un échelon. Tous les effets sont proportionnels à cette intensité. Les paramètres qui n'appartiennent pas au type sont refusés.

counterfeit_cn0_dbhz : tant qu'une dérive, un leurrage de l'heure ou un retard de rejeu est actif, chaque satellite poursuivi affiche ce même niveau relevé unique, signe classique. Omettez-le pour un événement subtil dans lequel le profil de C/N0 authentique est conservé. Tant qu'un événement de contrefaçon est actif, le récepteur suit le signal contrefait, de sorte que le brouillage ne le fait pas décrocher ; une position perdue à cause d'un brouillage antérieur revient après reacquire_s sur le signal contrefait (voir combined-event). Un changement d'heure qui ferait s'arrêter ou reculer l'heure rapportée (vitesse de 1 s par seconde ou plus) est refusé, sauf s'il s'agit d'un échelon (ramp_s = 0).

Les événements peuvent se chevaucher ; leurs effets s'additionnent (décalages, changements d'heure, retards) ou retiennent le plus fort (brouillage). Le onset de la chronologie est la première époque où l'événement a un effet, une époque après le start_s scénarisé lorsque l'événement monte en rampe.

Le journal de l'instructeur#

Avec le flux, <prefix>.instructor.json et <prefix>.instructor.txt donnent :

• les événements tels qu'injectés, en langage courant avec chaque paramètre, et leur début en UTC ;
• une chronologie : début, plein effet, début de récupération, récupéré, et les propres fix-lost et fix-regained du récepteur ;
• la trajectoire réelle comparée à la trajectoire rapportée à intervalle log_interval_s : position réelle et rapportée, vitesse et route, erreur de position en mètres, décalage d'heure, satellites utilisés et poursuivis, C/N0 moyen, et quels événements étaient actifs ;
• la vitesse et l'accélération maximales de la trajectoire réelle et de la trajectoire rapportée ;
• le trainer_note du scénario.

N'afficher le journal qu'au débriefing.

Champs JSON (schéma kshana-nmea-training/1)#

L'ajout d'un champ ne change pas l'étiquette du schéma. Renommer ou supprimer un champ, ou changer le sens ou l'unité d'un champ, fait passer le numéro au suivant (/2).

La bibliothèque de scénarios#

scenarios/training/, chacun de quelques minutes de traversée avec une note du formateur dans son TOML :

Les positions, dates et trajectoires sont inventées ; la bibliothèque ne contient aucun navire, opérateur ni enregistrement réel. Elle ne dit rien de la façon dont un récepteur ou un système se comporterait face à une interférence.

Choix de modélisation#

Le générateur est un outil d'entraînement sans référence indépendante, et ses nombres sont des choix de modélisation, et non des mesures d'un récepteur quelconque. Ils sont choisis pour ressembler à un journal de récepteur ordinaire : la pente de C/N0 de 14 dB du zénith à l'horizon sous le niveau au zénith (par défaut 47 dB-Hz) et le décalage par satellite de +/-1.5 dB, un évanouissement lent de 0,8 dB sur 97 s et de 0,5 dB sur 31 s, une gigue de 0,3 dB ; les seuils de poursuite (20 dB-Hz) et d'utilisation (28 dB-Hz) ; le bruit de position (1,5 m à HDOP 1, corrélé sur 30 s, le double à la verticale) ; un bruit de gyroscope de 0,05 degré et un bruit de dérive de 0,03 kn ; la constante de temps de gouverne de 20 s et les rayons d'arrivée aux points de cheminement du modèle de navire ; et le choix des satellites par secteur d'azimut. Les valeurs par défaut se trouvent dans [receiver] et [vessel] et peuvent toutes être modifiées dans le scénario.

Relecture#

kshana receiver-trust peut ingérer ces fichiers (format = "nmea"). Les tests vérifient chaque phrase de chaque scénario de la bibliothèque par rapport à ses propres règles de nombre de champs et de somme de contrôle, et font passer les fichiers par ce lecteur, qui interprète GGA, RMC et GSV et laisse passer les autres types sans en sauter aucun. Les tests figent un extrait de référence par scénario (tests/fixtures/nmea_training/) ; régénérez avec KSHANA_BLESS_GOLDEN=1 après un changement voulu.