Skylinemaskers en hemelgeometrie

Tot 0,36 was elke zichtbaarheidstest voor de aarde in de engine één elevatiegrens, mask_deg: een satelliet telde mee als hij op of boven één getal stond, ongeacht zijn richting. Een straat, een kade, een fjord of een kraan blokkeert een deel van de hemel en laat de rest open. Een skyline is een elevatiegrens die van het azimut afhangt; de hemelgeometriefuncties maken van een locatie, een tijdstip, constellaties en een skyline de zichtbare set, de dilution of precision (DOP), de geometriecovariantie, de horizontale foutellips, een Monte Carlo-wolk en een skyplot. Het ontwerp is docs/design/2026-10-12-geometry-and-skyline-design.md (items 1 en 2).

Bewijs: de beslissing over gemaskeerde zichtbaarheid (geodetische kijkhoeken, het tabelmasker, de zichtbare set en haar DOP) is VALIDATED tegen Orekit 12,2 en gnss_lib_py 1.0.4 in een vooraf vastgelegde vergelijking, en dat geldt ook voor de foutellips en de cofactor per systeem (numpy, vooraf vastgelegd); de reducties voor canyon, sector en terrein, de voorinstellingen en de overige hemelgeometriefuncties zijn MODELLED (Bewijs). Een skyline verwijdert satellieten met zichtlijn en niets meer. De voorinstellingen zijn REPRESENTATIVE geometrieën, geen opmetingen.

De skyline#

Een skyline is het puntsgewijze maximum van vier beschrijvingen. Het azimut wordt in graden met de klok mee gemeten vanaf ware noord in het lokale east-north-up-stelsel van de locatie; elevaties liggen in [0, 90).

preset = "<name>" start vanuit een benoemde geometrie; de velden van de kloof overschrijven daarna veld voor veld de kloof van de voorinstelling, en table, sectors en terrain komen erbij.

De mask_deg van de ontvanger behoudt zijn betekenis: het is een vlakke skyline. De effectieve grens bij azimut az is max(mask_deg, skyline(az)), en een satelliet is zichtbaar als zijn elevatie er op of boven ligt: dezelfde >= die het vlakke masker altijd gebruikte. Een satelliet boven mask_deg maar onder de skyline is door de skyline gemaskeerd.

De stratenkloof#

Een straat loopt langs azimut s, w meter tussen de wanden, met de antenne a meter hoog op de hartlijn. Langs azimut az, met θ = az − s, bereikt de straal na d(az) = (w/2) / |sin θ| een wand, dus een wand met hoogte h snijdt op

cut(az) = atan( (h − a) / d(az) )          (the right wall for sin θ > 0, the side at s + 90°)

De open strook ligt langs de straat. Met length_m = L (de antenne in het midden) verlaat een straal de kloof via een open uiteinde, en snijdt de wand niets, wanneer d(az) · |cos θ| > L/2. Een wand die niet hoger is dan de antenne snijdt niets. antenna_m is standaard 1,5 m (een autodak of een handontvanger, een vermelde keuze); een nieuwe kloof heeft width_m nodig.

Voorinstellingen#

Gekozen en vermelde afmetingen (die van de ontwerpnotitie), geen opmetingen van een bestaande plek. kshana skyline --preset <name> toont er een met zijn herkomst en zijn grens per graad.

In een scenario#

Een optionele sectie [skyline], boven de eigen elevatiegrens van de soort:

De grondlocatie van orbit en integrity. Beide soorten modelleren een gebruiker in een baan met een geocentrische elevatie en zonder aardvast azimut, dus ze nemen een skyline alleen aan met de grondlocatiemodus van de ontwerpnotitie: user_site = { lat_deg, lon_deg, height_m } in plaats van user (precies één van beide). Elk sample is één absoluut tijdstip, epoch + t: elke satelliet wordt ernaartoe gepropageerd (een elementenset, broadcast-efemeride of SP3-bestand wordt vanaf zijn eigen epoch voortgezet, een Walker-satelliet telt t vanaf epoch) en erop geroteerd naar aardvast, zodat de locatie één consistente hemel ziet. epoch is die van het baanscenario zelf; zonder (en altijd voor integrity, dat er geen heeft) is het de nieuwste epoch onder de satellieten die er een hebben, of J2000 voor alleen Walker-patronen. Elevatie en azimut zijn geodetisch (WGS-84). De horizontale en verticale splitsing van de ARAIM-beschermingsniveaus van de integriteitssoort en van de Stanford-verticale fout gebruikt dezelfde geodetische omhoogrichting (de normaal op de WGS-84-ellipsoïde, ongeveer 0,19° van de geocentrische radiaal op 45° breedte); snapshot-RAIM gebruikte die al. Een user_site zonder skyline is een gewone grondgebruiker; het pad van de user in een baan is ongewijzigd.

kind = "integrity"
mask_deg = 5.0
# ...
[user_site]
lat_deg = 59.45
lon_deg = 24.75
height_m = 15.0

[skyline]
preset = "harbour-approach"

Achterwaartse compatibiliteit. Zonder sectie [skyline] is een scenario byte-identiek aan wat dezelfde engine gaf vóór er skylinecode bestond: tests/skyline_scenarios.rs controleert de JSON, de grafiek en de samenvatting van elk meegeleverd scenario dat een van deze soorten uitvoert, en de NMEA-tekst van elk trainingsscenario, tegen SHA-256-digests van de "0,36 portable"-basislijn (de digests van de releasecommit 0.35.0, opnieuw vastgesteld toen de engine overging op draagbare wiskunde en als vastlegging in de test bewaard: docs/revisions/STUDIO15-portable-math-rebaseline.md). Een lege sectie [skyline] snijdt niets; het resultaat is dan gelijk aan de run zonder haar, behalve het toegevoegde blok skyline en de nul-aantallen masked_by_skyline.

Wat wordt geweigerd, met de reden in de melding: een skyline op een user in een baan; user en user_site samen; een onbekende voorinstelling; een kloof zonder width_m; een tabel die niet strikt oplopend is in [0, 360); een elevatie buiten [0, 90); een lege sector; een niet-positieve terreinafstand; invoer boven de limieten; elke onbekende sleutel.

Het resultaat krijgt skyline: { source, open_fraction, provenance } erbij wanneer de sectie aanwezig is: source is preset:<name>, preset:<name>+overrides of custom; open_fraction is het aandeel van de ruimtehoek van het bovenste halfrond boven max(mask_deg, skyline) (het gemiddelde van 1 − sin(cut) over het azimut: 1 voor een nulmasker, 0,5 voor een vlakke grens van 30°); provenance is de regel van de voorinstelling of de eigen regel van het scenario. Eenheden en herkomstklassen staan in het blok units.

Meegeleverde voorbeelden (kshana example <name>):

Hemelgeometrie#

Vijf enginefuncties (src/geometry.rs), op elk oppervlak dezelfde:

Een verzoek:

{
  "site": {"lat_deg": 59.91, "lon_deg": 10.75, "height_m": 5},
  "time_s": 3600,
  "systems": ["gps-baseline", "galileo", "beidou-meo", "xona-pulsar"],
  "mask_deg": 5,
  "skyline": {"preset": "fjord"},
  "clock": "per-system",
  "sigma_uere_m": 1.5,
  "confidence": 0.95
}

systems zijn de constellatievoorinstellingen van de engine (constellation-design met gps-baseline, galileo, beidou-meo, glonass, ...; de LEO-voorinstellingen xona-pulsar, iridium-stl, ...) of een volledige leo-pvt-tabel [[system]], gepropageerd naar time_s (Kepler met seculiere J2, de gezamenlijkemodusbanen van leo-pvt). Hun relatieve fasen komen uit verschillende referentie-epochs, dus de hemel is een representatieve geometrie, niet de hemel van die datum op die plek. Satellieten kunnen ook (of aanvullend) rechtstreeks worden opgegeven: "satellites": [{"id": "G05", "system": "GPS", "az_deg": 120, "el_deg": 35}, ...], of met "ecef_m": [x, y, z] en een site of user_ecef_m. Standaardwaarden: het eigen masker van elk systeem (5° GNSS, 10° LEO; 5° voor rechtstreeks opgegeven satellieten), één ontvangerklok per systeem ("common" voor één gedeelde klok), σ_UERE 1 m (een representatieve begrotingsregel voor twee frequenties), betrouwbaarheid 0,95. Invoerlimieten: hoogstens 2000 satellieten boven de horizon (een systeemtabel die er meer vraagt wordt geweigerd voordat hij wordt opgebouwd) en 16 ontvangerklokken.

Een gedateerde hemel uit elementensets. "tle" neemt tekst van two-line element sets aan (een naamregel vóór elke set is optioneel; hoogstens 4 MiB, een invoerlimiet), gepropageerd door de SGP4 van de engine (WGS-72, de propagator die orbit-real-tle gebruikt) naar "epoch" plus time_s, geroteerd naar aardvast met UT1 gelijkgesteld aan UTC en zonder poolbeweging, en gezien vanaf site. "epoch" is UTC ISO 8601 (2026-06-07T12:00:00Z) en dateert alleen de elementensets (de voorinstellingen dragen geen datum, dus een epoch zonder tle wordt geweigerd); "tle_system" labelt ze voor de klok per systeem (standaard TLE). Elk resultaat zegt welke hemel het is in sky_source en sky_statement:

Een mix voegt ze samen met +. epoch_utc is het tijdstip waarnaar de elementensets zijn gepropageerd, en tle_skipped noemt wat van de tekst niet is gebruikt, met de reden: misvormde of verweesde regels van elementensets (met hun regelnummers), sets die de parser heeft geweigerd, en sets die SGP4 niet naar dat tijdstip kon propageren (vervallen, of voorbij hun grenzen); in totaal hoogstens 100 items, plus één laatste item dat de rest telt. Een lege lijst systems voegt geen voorinstellingen toe. De skyplot vermeldt de grondslag in zijn voettekst.

Eén kernel. De cofactormatrix is orbit::cofactor_from_los, de opbouw van de ontwerpmatrix en de Gauss-Jordan-inverse achter orbit::dop. orbit::dop_cov maakt de covariantie beschikbaar en orbit::dop is de reductie ervan, dus de VALIDATED scalairen zijn ongewijzigd en worden nog steeds vastgepind door tests/dop_reference.rs. Er is geen tweede DOP-implementatie.

De ellips. Halve assen k σ √λ voor de eigenwaarden λ van het oost-noordblok, met k = √(−2 ln(1 − p)) (√5.991 = 2.448 bij 95 %, 1 bij 39,35 %), en het azimut van de hoofdas ½ atan2(2 Q_EN, Q_NN − Q_EE) in [0, 180) vanaf noord.

Elk resultaat draagt label (MODELLED), de statement (geometrie onder een vermeld foutmodel: onafhankelijke, gelijke Gauss-bereikfouten met gemiddelde nul; geen voorspelling van de werkelijke fout van een ontvanger, die ook biases, multipath en non-line-of-sight-fouten heeft; geen integriteitsgrens) en de adviserende melding: Adviserende software, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur (IEC 61108, IEC 61162): de gezagvoerder of exploitant blijft verantwoordelijk voor de navigatie van het vaartuig.

Bewijs#

Vijf registerrijen (docs/VERIFICATION-MATRIX.md), zoals de ontwerpnotitie ze afbakent:

De afwezigheid van een sectie [skyline] wordt byte voor byte gecontroleerd tegen de uitvoer van 0.35.0, wat achterwaartse compatibiliteit aantoont en niets aan een externe referentie toetst. gnss_lib_py past alleen één elevatiemasker toe, dus het is hier de onafhankelijke referentie voor DOP, niet voor het masker.

Wat een skyline niet modelleert: diffractie over een wandrand, reflecties en non-line-of-sight-signalen die een echte ontvanger nog kan tracken (ze worden verwijderd, niet verslechterd), gedeeltelijke doorzichtigheid (een traliekraan is ondoorzichtig over zijn sector), terrein voorbij de opgegeven punten, en de aardkromming binnen de vormen kloof en sector.