Kart over integritet etter DO-316 / DO-229E (compliance)

Dette dokumentet knytter kravene til beskyttelsesnivå og integritetsovervåking i RTCA (tidligere Radio Technical Commission for Aeronautics) DO-229E (SBAS (satellittbasert augmenteringssystem) MOPS (minimum operational performance standards)) og DO-316 (GPS/SBAS (GPS: Global Positioning System) luftbåret utstyr) til funksjonene i Kshana som implementerer dem. Det er et sporbarhetshjelpemiddel for ingeniører, ikke en uttalelse om at noe krav er nådd — Kshana implementerer de publiserte algoritmene; det er ikke godkjent avionikk.

Den maskinlesbare formen er sbas::do316_compliance_map; denne prosaen er følgesvennen (og speiler docs/ARAIM_REFERENCE.md).

Beskyttelsesnivåer med vektet minste kvadraters metode (DO-229E Appendix J)#

For hver satellitt i med elevasjon Elᵢ og azimut Azᵢ hos brukeren er observasjonsraden i lokalt nivå (ENU (øst-nord-opp) + klokke)

Gᵢ = [ −cos Elᵢ·sin Azᵢ,  −cos Elᵢ·cos Azᵢ,  −sin Elᵢ,  1 ]

med vekt wᵢ = 1/σᵢ², σᵢ² = σ_flt² + σ_uire² + σ_air² + σ_tropo² (budsjettet for UDRE (user differential range error) / GIVE (grid ionospheric vertical error) / luftbåret / troposfære). Posisjonskovariansen er D = (GᵀWG)⁻¹; ENU-blokken gir de horisontale og vertikale beskyttelsesnivåene (HPL, VPL):

d_major = √( (d_E² + d_N²)/2 + √( ((d_E² − d_N²)/2)² + d_EN² ) )
d_U     = √(d_U²)
HPL = K_H · d_major        VPL = K_V · d_U

Kshana beregner D ved å invertere normalmatrisen på 4×4 med den samme rutinen som RAIM-stakken (RAIM (receiver autonomous integrity monitoring)) bruker (orbit::invert4), og kontrollerer resultatet på to måter (kovariansveien D[2][2] og projeksjonsveien Σᵢ S_{U,i}²·σᵢ² må stemme overens) og mot en uavhengig numpy-referansegeometri inv(GᵀG).

K-factors#

Merknad om ærlighet: MOPS bruker den avrundede horisontale konstanten 6.0; den eksakte tosidige normalkvantilen Φ⁻¹(1 − 1e-9/2) er 6.109. Kshana bruker den publiserte 6,0 i koden og utleder K_V = Φ⁻¹(1 − 1e-7/2) = 5.327 fra den samme raim::normal_quantile som RAIM-stakken bruker, en ikke-sirkulær krysskontroll (verdien avrundes til MOPS-verdien 5,33).

Ionosfærefri kombinasjon av to frekvenser L1/L5 (IS-GPS-705)#

Med f₁ = 1575.42 MHz, f₅ = 1176.45 MHz, γ₁₅ = (f₁/f₅)² = 1.79327:

ρ_IF = (f₁²·ρ₁ − f₅²·ρ₅) / (f₁² − f₅²) = c₁·ρ₁ + c₅·ρ₅
c₁ = +2.260604,  c₅ = −1.260604   (c₁ + c₅ = 1, unit gain)

Den første ordens ionosfæriske forsinkelsen (40.3·10¹⁶·TEC/f²) kanselleres nøyaktig — bekreftet mot motorens uavhengige timetransfer_adv::iono_delay_m-fysikk for en rekke TEC-verdier (total electron content). Støyforsterkningen for innganger med lik varians er √(c₁² + c₅²) = 2.588.

Valideringsstatus#

• I repoet, automatisert (ved hver commit): K-faktorene mot sine fordelingsdefinisjoner, γ₁₅ og de ionosfærefrie (IF) koeffisientene mot frekvensene i IS-GPS-705 (IS: Interface Specification), første ordens ionosfærekansellering mot den uavhengige forsinkelsesfysikken, og beskyttelsesnivåene med vektet minste kvadraters metode (WLS) mot en numpy-referansegeometri inv(GᵀG) (sbas::tests::wls_pl_matches_numpy_on_five_satellite_geometry).
• Ekstern uavhengig referanse, automatisert (tests/sbas_reference.rs): gitt hver satellitts elevasjon, azimut og totale 1-σ gjengir sbas_protection_level HPL fra en uavhengig implementasjon, waasprotlevels() i RTKLIB-gaffelen for SBAS-beskyttelsesnivå (RTKLIB er et åpen kildekode-bibliotek for sanntids kinematisk posisjonering) zsiki/rtklib_ws (Siki & Takács 2017), på seks epoker som verktøyet beregnet fra virkelige EGNOS-kringkastingsmeldinger (European Geostationary Navigation Overlay Service) (geostasjonær PRN (pseudo-random noise code number) 120) og virkelige RINEX-observasjoner (Receiver Independent Exchange Format) fra stasjonen BUTE i Budapest (2017-02-19), til < 2e-3 m. Referansen runder K_V til 5,33, så det vertikale sammenlignes uten K-faktor, som d_U mot sin VPL / 5,33. ESA (European Space Agency) gLAB v6.0.0 (core/filter.c) bruker den samme formelen.
• Ikke gjort: σ per satellitt er referansens egen; å modellere σ fra rå UDRE/GIVE-meldinger ligger utenfor omfanget, og ingen offisielt publisert beskyttelsesnivåprodukt for WAAS (Wide Area Augmentation System) eller EGNOS er gjengitt fra ende til ende. DO-229E/DO-316 er selv bak betalingsmur hos RTCA; den åpne utledningskilden er ESA Navipedias sider om ICAO/EGNOS (ICAO: International Civil Aviation Organization) SBAS.