衛星コンステレーションの先の GNSS：gnss-ssv 種別

助言のみ。明示した入力とシミュレートした真値によるモデル化結果であり、いかなるシステムについても、認証でも、飛行適格の数値でも、サービスボリュームの主張でもありません。Kshana は何も送信しません。

gnss-ssv 種別が答えるのは、GNSS 軌道の上方、周辺、あるいははるか遠方にある宇宙機が、いくつの GNSS 信号を使えるか、それらはどれだけ強いか、ジオメトリはどれだけ良いか、そして搭載フィルターはそれらで何ができるか、という問いです。モードは三つあり、シナリオにどのテーブルがあるかで選ばれます：[shell]、[trajectory]、または [navigation]（任意で [formation]）。

ステータス：MODELLED。可用性のスイープは、事前登録のもとで ICG の Space Service Volume ブックレットと比較されています。数値に頼る前に、比較が示すことを参照してください。

公開された情報源#

• The Interoperable Global Navigation Satellite Systems Space Service Volume、国際連合宇宙部、ST/SPACE/75（2018 年 十一月 1 日）。GNSS に関する国際委員会（ICG）の作業部会 B が作成：手法（附属書 B）、全コンステレーションの軌道要素（附属書 C）、送信ビーム幅と電力（表 B2、B6、B8、4.2）、ユーザーアンテナ（表 B10）、および公表された可用性の表。これ自体がシミュレーションです。xval/gnss-ssv/fetch.sh（固定した SHA-256）で取得し、リポジトリには取り込みません。
• U.S. Coast Guard Navigation Center、GPS Block IIR および IIR-M のアンテナパネルパターン（Marquis、2014）：パラメトリックな代用品を判定するためだけに使う、実測の L1 パネルパターン（基準 S7）。取得し、リポジトリには取り込まず、パターンデータはコミットしていません。
• モデルの定数（重力、地球自転、自由空間損失、雑音密度）は標準的なものです。Gallagher のプラズマ圏密度則、Chapman 層、電波屈折率プロファイルは公表された形式で、明示した単純なパラメーターで使います（src/ssv/limb.rs を参照）。

シェルモード：ブックレットのグローバル指標#

[shell] は、ユーザーを球面上に置き（既定は高度 36,000 km で天底指向の半球アンテナ、すなわち上側の SSV、または 8,000 km で無指向性アンテナ、すなわち下側の SSV）、2,562 点の正二十面体球グリッド上で、1 分刻みの 14 日間にわたり、（ユーザー、エポック）の組のうち信号が一つ以上、および四つ以上ある割合を、コンステレーションごとと全体で数え、最悪ユーザーでの最長の途絶も求めます。スイープは中心角での閉形式の可視区間（ビームコーン、6378 km の球に 50 km を加えたものによる地球の遮蔽、ユーザーの半球、RF の距離制限）を使い、リリースビルドでは数秒で実行されます。性質テストが、これを一般的な幾何学的述語と照合します。

軌道上モード：軌道に沿って#

[trajectory] は、ユーザーをケプラー軌道（プリセット：leo、meo、geo、heo（ブックレットの表 5.10）または lunar-transfer、あるいは軌道要素）上で飛行させ、バンドとコンステレーションごとに、一信号および四信号の可用性、途絶の継続時間、可視信号数、最良の C/N0、DOP（精度低下率）（中央値、95 パーセンタイル、最悪値）、メインローブ経由とサイドローブ経由で受信したリンク、および任意の時系列と CSV を報告します。

• 送信パターン（[transmit] pattern）：booklet（基準オフボアサイト角の内側で電力一定）、parametric（ラベル付きの代用品：基準角を超えると 一度あたり 3 dB で、メインローブより 25 dB 低いフロアまで低下。どのシステムの実測パターンでもありません）、または table（ユーザーが与える実測パターン：pattern_csv またはインラインの pattern_text。Block IIR/IIR-M のパネルパターンは xval/gnss-ssv/extract_patterns.py で抽出できます）。
• 受信アンテナ：無指向性、半球、またはブックレットの表 B10 の高利得アンテナとパッチアンテナ（天底向きまたは天頂向き）。各リンクは、利得の高いほうのアンテナを使います。
• リムレイ媒質（[atmosphere]）：Chapman 電離圏、プラズマ圏（Gallagher 1988 の形式、プラズマポーズは L = 4.5、1,500 km 未満で先細り）、中性大気（地表で約 1.33 度の屈曲、酸素吸収、デフォーカス）を、直線の光線に沿って積分します。斜め TEC、プラズマ圏の寄与分、余剰遅延、接線高度、かすめによって失われたリンクを報告します。直線光線の積分：屈曲は報告しますが、反復計算はしません。
• 微弱信号受信機（[receiver] weak_signal）：コヒーレントおよび非コヒーレントの積分、データビットの制限、エイディングとパイロットチャネル、ドップラー探索。明示した検出確率と誤警報確率での捕捉しきい値、および搬送波とコードの追尾しきい値が、固定の C/N0 しきい値（10 から 25 dB-Hz の範囲）に置き換わります。エンジンの捕捉および追尾ループのモデルを再利用します。

ナビゲーションモード：搭載フィルター#

[navigation] は、高軌道または月遷移軌道の機体を飛行させ、疑似距離に対して 九状態の拡張カルマンフィルター（位置、速度、受信機の時計バイアスとドリフト、太陽放射圧のスケール）を実行します。真値は、点質量重力、J2、太陽と月の第三体、および円筒形の地球影を伴う放射圧で積分します。フィルターは重力、J2、第三体をモデル化し、放射圧を推定します。疑似距離はスイープと同じリンクジオメトリと C/N0 しきい値から得られ、C/N0 が下がるにつれて雑音が増大します。媒質の余剰遅延（[atmosphere] を使用）は加算されますが、フィルターではモデル化されません。レポートは、実行のうち GNSS 軌道の内側（高度 20,000 km 未満）の部分とそれより上の部分を分け、測定のない最長の空白と、平均の正規化推定誤差二乗（整合した位置ブロックで約 3）を示します。太陽と月は低精度の円軌道による代用品です。

フォーメーションモード：相対ナビゲーション#

[formation]（チーフのために [navigation] が必要）は、真近点角でずらしたデピュティを追加します。各機は絶対フィルターを実行し、チーフに対するデピュティの位置は、独立した絶対推定値の差を取る方法と、両機が追尾する信号の一重差疑似距離に対する相対フィルターによる方法の 二通りで推定されます。レポートは両方、基線長、および共通に追尾された信号の数を示します。

ブックレットとの比較が示すこと#

合格基準は、フルサイズの実行の前に事前登録されました（xval/gnss-ssv/PREREGISTRATION.md、補遺 1 から 5）。結果は xval/gnss-ssv/RESULTS.md、セルは results-*.json にあり、tests/ssv_booklet_results.rs で固定されていて、未達も含まれます。

ブックレットは、GLONASS の基準オフボアサイト角について内部で矛盾しています。表 B2 と B6 は 20 度と 28 度、表 4.2 は 26 度と 34 度と記載しています。実行 1 は前者（事前登録が指定したもの）を使いました。S1 から S5 の未達のほとんどすべては GLONASS です。実行前に診断として確定していたバリアントは後者を使い、すると上側 SSV、下側 SSV、GEO ミッションは、途絶を含めてセル単位で一致します。このバリアントは実行 1 に取って代わるものではありません。VALIDATED の行はありません：ブックレットはシミュレーションであり、判定規則は事前登録した読み方のもとで S0 から S3 を要求し、残りの未達（20 dB-Hz での GPS L1、HEO の Galileo、QZSS と NavIC、月の GLONASS の行）は説明がついていません。

実行方法#

kshana scenarios/gnss-ssv-shell.toml            # the upper SSV, reduced size
kshana scenarios/gnss-ssv-heo.toml              # a HEO, parametric sidelobes, limb medium
kshana scenarios/gnss-ssv-lunar-weak.toml       # lunar transfer, weak-signal receiver design
kshana scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml        # onboard EKF on the way to the Moon
kshana scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml    # formation relative navigation
cargo run --release --example ssv_booklet_check # the full pre-registered comparison (about 12 minutes)

同梱のシナリオはすべて、数秒で実行できるよう縮小してあります。フルサイズの比較は上の例です。同じ種別は、Python（kshana.run）、ブラウザー（WebAssembly）、MCP サーバー（run_scenario、インラインテキストのみ：pattern_csv はファイルのソースであり拒否されるため、pattern_text を使います）、およびプラグインから実行できます。

制限#

• MODELLED：ここにあるものは、軌道上で実測した GNSS 受信とは比較されていません。ブックレットはシミュレーションです。
• GNSS コンステレーションと、スイープ中のユーザーには、ケプラーの二体軌道を使います。月遷移軌道は二体の楕円であり、伝播させた軌道ではありません。
• 媒質は、直線光線の積分による、明示した単純なモデルです。宇宙天気の予報ではありません。
• ナビゲーションフィルターは設計検討です：マヌーバ、姿勢、マルチパスはなく、真値はフィルターと太陽・月のエフェメリスを共有しています。