Navigatie met lage aardbaan (familie van scenariosoorten)

7 scenariosoorten van de engine v0.40.0. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringhulpmiddel, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens. Elk label hier is dat van de engine of van de verificatiematrix; een soort is MODELLED tenzij de matrix anders aangeeft (hoe een label wordt verdiend: het onderdeel Bewijs van de README).

Themapagina's: LEO-PNT, LEO-SIGNAL, LEO-PASS, LEO-NAVMSG. Voer er een uit: kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml. Alle families: KINDS.md.

leo-signal#

LEO-PNT-signaalontwerpen: geparametriseerde signalen voor positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie (PNT) in een lage baan om de aarde (LEO) voor elk systeem, elke band en elke structuur. Een SIGNAAL is een band (middenfrequentie, zendbandbreedte, ITU-toewijzing RNSS/RDSS/MSS/EESS/non-RNSS/other) en componenten (acquisitie, data, pilot; elke deelverzameling), elk met een modulatie (BPSK(n) met fractionele n, BOC(m,n), MBOC(6.1,p) of een vlakke OFDM-achtige band), een vermogensaandeel, optionele FDMA-subdraaggolfoffsets, een codelengte en een datasnelheid. Signalen komen uit ingebouwde openbare voorinstellingsbestanden (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-soo, centispace, generic-c-band, generic-bands; elk met zijn bron-URL en elke niet-gepubliceerde waarde gelabeld REPRESENTATIVE) of worden inline geschreven. PER SIGNAAL: de bandbegrensde spectrale vermogensdichtheid en het deel van het vermogen van elke component dat de zendband doorlaat (BPSK-gesloten vorm naast de numerieke waarde), de RMS-bandbreedte (Gabor), de thermische-ruisjitter van de codevolging van de delay-lock-loop als functie van C/N0 en early-late-afstand volgens de bandbegrensde coherente (of niet-coherente) early-late-formule van Betz & Kolodziejski 2009 met de onbegrensde-bandvorm uit het leerboek en de Gabor-grens voor verdwijnende afstand, de afstandsnauwkeurigheid in meters, de acquisitiezoekruimte (dopplerbins uit de maximale doppler van de baan plus oscillator- en gebruikerstermen, maal codebins), de detectiekans met kwadratische detector en de gemiddelde seriële en codeparallelle acquisitietijd, de spectrale scheidingscoëfficiënt van het signaal naar GPS L1 C/A, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b en E5 AltBOC en van elk daarvan naar het signaal met de C/N0-degradatie, en de CW-, breedband- en aangepaste J/S die de gevolgde component verdraagt, uit de eigen SSC-machinerie van de spectrumsoort. EEN BANDAFWEGING: eerste-orde ionosferische vertraging (40,3 TEC/f^2), vrije-ruimteverlies, afstandsnauwkeurigheid bij gelijke C/N0 en bij gelijke EIRP, en jammertolerantie. Optionele VORMCONTROLES leggen het spectrum van een ontwerp naast een beschreven meting (MODELLED consistentie). VALIDATED: de gesloten vormen voor BPSK-vermogen in de band (90,3 % in de hoofdkwab) en voor de Gabor-bandbreedte, de bandbegrensde jitter die terugvalt op de early-late-vorm uit het leerboek en op zijn Gabor-grens, de spectrale scheidingscoëfficiënt van offset-BPSK ten opzichte van zijn gesloten vorm volgens Parseval, de eenheidsoppervlakte van het AltBOC-spectrum, en de maximale LEO-doppler ten opzichte van de gepubliceerde cijfers voor Xona Pulsar (32-34 kHz) en Iridium (36 kHz). MODELLED: elk ontwerp, elke vermogensverdeling, C/N0 en elk jammerniveau; EFQPSK-, CSK- en OFDM-spectra worden benaderd.

Verplichte velden: geen. Optioneel: presets, signals, receiver, acquisition, compatibility, trade, shape_checks, psd_points.

Register: MODELLED 2 · VALIDATED 2. Volledige pagina, met de invoer, resultaten, bewijs en beperkingen: leo-signal.

kshana scenarios/leo-band-trade.toml

leo-pass#

LEO-pass en linkbudget, band voor band, voor LEO-PNT (positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie vanuit een lage baan om de aarde), systeemonafhankelijk: een gebruiker (op de grond, op zee, in de lucht of binnenshuis, stilstaand of bewegend) en een of meer LEO-satellieten uit een ONTWORPEN PASS (een cirkelbaan die zo is geplaatst dat de gebruiker op een gekozen tijdstip één pass met een gekozen maximale elevatie ziet, zonsynchroon indien gevraagd), expliciete ELEMENTEN, een TLE (tweeregelige elementenset) via de SGP4 van de engine, of een WALKER-constellatie opgebouwd met de code voor constellatieontwerp (de hoogste passes worden gerapporteerd). Banden komen uit een benoemde voorinstelling (generiek multiband UHF/L/S/C, generieke C-band, Xona Pulsar X1/X5, Iridium STL, Starlink als Doppler-only signal of opportunity, CentiSpace, en een optionele Celeste IOD-voorinstelling gemarkeerd als WORKSHOP) of worden in het scenario geschreven; elke voorinstelling vermeldt of haar getallen PUBLIC (met URL), REPRESENTATIVE of WORKSHOP zijn. Per satelliet, band en epoche: elevatie, azimut, afstand, afstandssnelheid en afstandsversnelling; vrije-ruimteverlies; EIRP en de patroonversterking van de satelliet (isoflux, gaussiaanse bundel of vlak); versterking van de gebruikersantenne tegen elevatie (patch, halfbolvormig of isotroop); gasvormige verzwakking (ITU-R P.676-10 Annex 2), regenverzwakking (ITU-R P.838-3-coëfficiënten en de procedure P.618-14, uit een regenintensiteit en regenhoogte), troposferische scintillatie (ITU-R P.618-14 sectie 2.4.1), gebouwindringingsverlies voor een gebruiker binnenshuis (ITU-R P.2109-2), polarisatiemismatch, systeemruistemperatuur en C/N0 (draaggolf-ruisdichtheid); Doppler en Doppler-snelheid in gesloten vorm uit de afstandssnelheid en afstandsversnelling, elk gecontroleerd tegen centrale verschillen; de eerste-orde-ionosfeervertraging 40,3 STEC/f^2 uit een schuine TEC volgens Klobuchar of verticale TEC, geschaald naar het deel van de ionosfeer onder de satelliet. Bandparen krijgen de ionosfeervrije coëfficiënten, ruisversterking en coderuis op de piek van de pass. MEO-GNSS-satellieten (Galileo- of GPS-voorinstellingen) worden met hetzelfde antenne- en ruismodel geëvalueerd uit de ontvangen vermogens van hun interfacedocumenten, zodat de klokvormige LEO-pass en de vlakke GNSS-draaggolven één plot delen. Een optionele sectie [iot] geeft tijd tot eerste positiebepaling, energie per positiebepaling en batterijlevensduur tegen dutycycle voor een vermeld vermogensbudget van de ontvanger (MODELLED). Elk bandpaar geeft ook de schuine TEC die zijn geometrievrije combinatie op de piek terugvindt en de sigma van de coderuis van die schatting (ionosfeersondering). Een optionele sectie [spoofer] vervalst de signalen van een geclaimde positie die na een begintijdstip springt of van de ware positie wordt weggeduwd en voert twee monitoren uit met vermelde kansen op vals alarm en gemiste detectie: consistentie van Doppler en passgeometrie (gemeten afstandssnelheden tegen die welke zijn voorspeld uit de banen en een onafhankelijke voorafgaande positie en snelheid, een gegeneraliseerde kleinste-kwadraten-chikwadraattoets over een venster, op de GNSS-, LEO- en alle kanalen) en consistentie tussen banden (de stap van epoche tot epoche van de modelgecorrigeerde geometrievrije combinatie van elk LEO-bandpaar), met rapportage van statistieken per epoche en wanneer elke monitor detecteert (MODELLED). VALIDATED componenten: vrije-ruimteverlies, de P.838-3-coëfficiënten tegen zijn Tabel 5, de procedures P.618-14 voor regen en scintillatie en het gebouwindringingsverlies P.2109 tegen de validatievoorbeelden van ITU-R Study Group 3, de IS-GPS-200 L1/L2-groepsvertragingsverhouding, en de maximale Doppler van een gebruiker in rust bij een cirkelbaan tegen arXiv 2509,19551 Tabel 1. MODELLED: EIRP's, patronen, de Chapman-fractie van de TEC onder de satelliet en de hele pass.

Verplichte velden: geen. Optioneel: epoch, duration_s, step_s, user, atmosphere, ionosphere, satellite, leo_constellation, gnss, iono_free_pairs, iot, spoofer, name, description, skyline.

Register: MODELLED 7 · VALIDATED 5. Volledige pagina, met de invoer, resultaten, bewijs en beperkingen: leo-pass.

kshana scenarios/leo-pass-iridium.toml

leo-navmsg#

LEO-navigatiebericht: de uitgezonden efemeride en klok van een satelliet voor positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie in een lage baan om de aarde (LEO), voor elke baan, draaggolf en elk model, met optionele benoemde voorinstellingen (Xona Pulsar, Iridium, Starlink, CentiSpace, een representatief C-bandsysteem, het ATOMIC-zero-clockmodel, Celeste IOD). INHOUD: hulpgegevens (SVID, issue of data, band, signaalgezondheid), synchronisatie (week, tijd van de week, een klokpolynoom van de tweede orde af0-af2 rond toc), efemeride in een van vier modellen -- de Keplerset met 16 parameters uit de Galileo OS SIS ICD; die set plus correctiepolynomen langs het spoor, dwars op het spoor en radiaal; het model met 22 parameters van Liu et al. 2025; een ECEF-polynoom zonder klokthermen (ATOMIC zero-clock) -- en andere diensten (een uitgezonden Klobuchar-set, NeQuick-G ai0-ai2 met het effectieve ionisatieniveau, en parameters voor systeemtijd naar UTC met de schrikkelseconde-logica van de ICD). FITTER: een referentiebaan geïntegreerd met zonale J2-J6- of EGM2008-zwaartekracht tot de gekozen graad en weerstand, en een geseede vrije of gestuurde klok; Levenberg-Marquardt-fit van de Keplerset op niet-singuliere elementen, daarna lineaire kleinste-kwadraten-correctiepolynomen; klok gefit na aftrek van de relativistische term die de gebruiker toevoegt. ANALYSES: fit-interval-trade (signal-in-space-afstandsfout, SISRE, met wereldwijd gemiddelde gewichten voor de baanhoogte, tegen fitinterval en updateperiode, alleen baan en met klok), model-comparison (vier modellen, aantal parameters, gecodeerde bits, en de fit van Kshana op de hoogten van Liu et al. naast de gepubliceerde cijfers), midpass-update (de hoogste overvlucht boven een gebruiker, de sprong in positie, klok en gebruikersafstand bij elke berichtwisseling, de sprong bij de slechtste geometrie, PASS/FAIL tegen een continuïteitsdrempel), encode-decode (het eigen gedocumenteerde binaire frame van Kshana met CRC-24Q, een kwantisatiebudget van een halve stap per veld, een controle op een beschadigd frame, een export en import van een record in RINEX-4-stijl gelabeld als Kshana-extensie, en een CSV-tabel). VALIDATED: de SISRE-gewichten tegen de gepubliceerde MEO/GEO-tabel (Montenbruck et al. 2018); het Galileo-gebruikersalgoritme tegen RTKLIB op echte Galileo-uitgezonden efemeriden; CRC-24Q tegen zijn catalogus-controlewaarde en het RTCM-1005-voorbeeldframe. MODELLED: elk fit- en SISRE-cijfer is representatiefout tegen een door Kshana geïntegreerde referentiewaarheid (geen fout in baanbepaling of baanvoorspelling); de vergelijking met Liu et al. gebruikt andere banen; de coderings- en tekstformaten zijn van Kshana zelf.

Verplichte velden: geen. Optioneel: name, description, seed, analysis, preset, orbit, clock, message, trade, comparison, midpass.

Register: MODELLED 5 · VALIDATED 6. Volledige pagina, met de invoer, resultaten, bewijs en beperkingen: leo-navmsg.

kshana scenarios/leo-navmsg-celeste-iod.toml

leo-pvt#

Gefuseerde positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie (PNT) met satellieten in een middelhoge baan (MEO) en een lage baan (LEO) over ELKE constellatie: elk [[system]] is een GNSS-voorinstelling van de soort constellation-design, een LEO-voorinstelling (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-sop, centispace, generic-c-band, het efemeridemodel atomic-zero-clock, of een ander voorinstellingsbestand, elk in een eigen bestand met zijn bronnen gemarkeerd als PUBLIC, WORKSHOP of AFGELEID), Walker-schillen of expliciete elementensets, met een draaggolf, een chipsnelheid, een omhullende van de draaggolf-ruisdichtheid (C/N0) van het elevatiemasker tot het zenit, een signal-in-space-afstandsfout (SISRE), een Doppler-sigma en een klokmodel (zijn eigen klok van de ontvanger, zodat de inter-systeembias wordt geschat, of een bekende uitgezonden offset). Vier modi. DOPPLER: batch-Gauss-Newton-positiebepaling uit afstandssnelheid met analytische partiële afgeleiden, klokdrift- en optionele snelheidstoestanden en een optionele hoogtebeperking, met een of meer satellieten, de fout tegen vensterlengte, de omhullende van Doppler, Doppler-snelheid en jerk van elk LEO-systeem, en de nauwkeurigheid langs en dwars op het spoor bij één pass tegen de offset dwars op het spoor (de fout dwars op het spoor groeit onbegrensd naarmate de pass over het zenit gaat; een enkele pass heeft ook een spiegeloplossing aan de andere kant van het grondspoor). Een Doppler-only signal of opportunity (starlink-sop) draait hier. JOINT: gewogen kleinste-kwadraten-pseudorangebepalingen per epoche met alleen GNSS, alleen LEO en beide, sigma's per meting uit een thermisch-ruismodel van de delay-lock-loop bij C/N0 plus de SISRE (of een vaste sigma, zodat een signaalmodel ze kan voeden), de geschatte inter-systeembiases, en PDOP/HDOP/VDOP tegen het aantal toegevoegde LEO-satellieten. POLAR: satellieten in zicht en DOP tegen breedtegraad voor GNSS, LEO en beide. TIMING: tijdoverdracht naar Coordinated Universal Time (UTC) vanaf LEO-satellieten op een bekende positie met een klokfilter met twee toestanden waarvan de procesruis uit de oscillatorklassen van de engine komt, tegen C/N0 en de oscillator, en de uitdrukking uit IS-GPS-200 voor systeemtijd naar UTC; met [timing] trace = true rapporteert elke rij ook zijn tijdfout en voorspelde sigma bij elke epoche. VALIDATED: de grootste Doppler van een pass van zenit tot horizon tegen de gepubliceerde cijfers van Iridium (tot 36 kHz) en Xona Pulsar X1 (32 tot 34 kHz). MODELLED: al het overige; de DOP wordt gecontroleerd tegen een met de hand afgeleid geval, de positiebepalingen tegen hun covariantie, en het Doppler-model tegen de identiteit van de afstandsversnelling.

Verplichte velden: geen. Optioneel: mode, seed, duration_s, step_s, user, dll, doppler, joint, polar, timing, system, skyline.

Register: MODELLED 3 · VALIDATED 2. Volledige pagina, met de invoer, resultaten, bewijs en beperkingen: leo-pvt.

kshana scenarios/leo-pvt-fjord-skyline.toml

leo-ppp#

Convergentie van precieze puntpositiebepaling (PPP) met alleen GNSS en met LEO-aanvulling: een float extended Kalman-filter op ionosfeervrije code en draaggolffase met de statische stationscoördinaten, een witte klok van de ontvanger, één inter-systeembias per extra systeem, een zenitale natte vertraging als random walk, afgebeeld met 1/sin(elevatie), en een float-ambiguïteit per satellietboog; de fout van de precieze baan en klok is wit en gemeenschappelijk voor code en fase van een satelliet, dus elke satelliet is één gecorreleerde update met twee rijen in een Joseph-gestabiliseerde vorm. Metingen worden gesimuleerd uit hetzelfde model met geseede ruis over meerdere locaties en seeds, en elk geval (eerst alleen GNSS, daarna elke [[case]] van LEO-systemen, elke constellatie of voorinstelling) rapporteert de mediane convergentietijd (het eerste epoche waarna de horizontale en verticale fouten onder de drempels blijven, standaard 10 cm), de fractie die is geconvergeerd, de mediane foutcurven en de consistentie van het filter (de over runs gemiddelde NEES van de positie tegen de tweezijdige chikwadraatband van 95%). Optioneel naast de gepubliceerde cijfers voor gematigde breedtegraden van Li et al. (2019, J. Geod. 93:749, doi 10.1007/s00190-018-1195-2): 9,6 min voor multi-GNSS verkort tot 7,0, 3,2, 2,1 en 1,3 min met 60, 96, 192 en 288 LEO-satellieten. MODELLED: een consistentievergelijking van de trend, geen reproductie van de constellaties, ruis of stations van die studie; geen ambiguïteitsoplossing, cycle slips, phase wind-up, getijden of tijdgecorreleerde productfouten.

Verplichte velden: geen. Optioneel: seed, duration_s, step_s, runs, criterion_horizontal_m, criterion_vertical_m, compare_li_2019, noise, site, gnss, case.

Register: MODELLED. Volledige pagina, met de invoer, resultaten, bewijs en beperkingen: leo-ppp.

kshana scenarios/leo-ppp-convergence.toml

ntn-positioning#

Positiebepaling vanuit een 5G-downlink van een niet-terrestrisch netwerk (NTN) in de S-band van de mobiele satellietdienst (MSS) (3GPP-band n256, downlink 2170 tot 2200 MHz; standaarddraaggolf 2172,5 MHz): de Cramér-Rao-grens (CRB) op de aankomsttijd, c / (2 pi beta sqrt(2 (C/N0) T)) met beta de kwadratisch gemiddelde (Gabor-)bandbreedte van het vlakke OFDM-spectrum (B/sqrt(12)), en op de Doppler van een complexe toon, sqrt(3 / (2 pi^2 (C/N0) T^3)), voor elk signaal (standaard een New Radio-kanaal van 5 MHz met 4,5 MHz bezet en een smalbandkanaal van 200 kHz met 180 kHz bezet); vervolgens, over een willekeurige LEO-constellatie, downlink-positiebepalingen met aankomsttijd en een onbekende ontvangerklok (met seed, met de grens plus een synchronisatiefout van het netwerk als sigma), hun PDOP en formele 3D-sigma, en een Doppler-positiebepaling met één satelliet over de langste passage met vastgehouden hoogte. MODELLED: de stap van bandbreedte naar grens is de gangbare gesloten vorm uit de leerboeken, gecontroleerd aan de hand van numerieke integratie van het vlakke en het bandbegrensde BPSK-spectrum (interne consistentie, geen gepubliceerd uitgewerkt cijfer vastgelegd), en de nauwkeurigheid van de positiebepaling is een grens op een kanaal zonder multipath met een vermelde synchronisatiefout, geen behaald resultaat.

Verplichte velden: geen. Optioneel: seed, carrier_hz, signal, integration_s, doppler_integration_s, cn0_dbhz, sync_error_m, user, duration_s, step_s, system.

Register: VALIDATED. Volledige pagina, met de invoer, resultaten, bewijs en beperkingen: ntn-positioning.

kshana scenarios/ntn-5g-positioning.toml

leo-pnt-chain#

Eén LEO-PNT-systeem (positiebepaling, navigatie en tijdsynchronisatie vanuit een lage baan om de aarde) van begin tot eind, voor elke constellatie en elk signaal: het leo-signal-ontwerp dat signal_design noemt (een openbare voorinstelling of een inline [signal]-ontwerp) bepaalt het centrum, de bandbreedte, de chipsnelheid en de EIRP-verdeling van een [pass]-band, het linkbudget van leo-pass levert de gevolgde C/N0 en de bandbegrensde codejitter over de pass, een C/N0-lijn in sin(elevatie) en de uitgezonden SISRE van het [navmsg]-bericht (gefit op de hoogte van de satelliet van de pass) voeden elk LEO-systeem van de gezamenlijke positiebepaling [fusion] leo-pvt, en optioneel de [ppp]-gevallen van leo-ppp; elke overdracht wordt vermeld met haar waarde en eenheid. MODELLED.

Verplichte velden: signal_design, pass, fusion. Optioneel: name, description, seed, signal, navmsg, od_sisre_m, ppp.

Register: MODELLED. Volledige pagina, met de invoer, resultaten, bewijs en beperkingen: leo-pnt-chain.

kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml