Machinevertaling, niet beoordeeld door een moedertaalspreker. Engels is de referentie.

BanenBewerken op GitHubBron: docs/SSV.md

GNSS voorbij de constellatie: de soort gnss-ssv

Alleen adviserend. Gemodelleerde resultaten uit vermelde invoer en een gesimuleerde waarheid; geen certificering, geen voor de vlucht gekwalificeerde waarde en geen claim over het servicevolume van enig systeem. Kshana zendt niets uit.

De soort gnss-ssv beantwoordt: hoeveel GNSS-signalen kan een ruimtevaartuig boven, rond of ver voorbij de GNSS-banen gebruiken, hoe sterk zijn ze, hoe goed is de geometrie en wat kan een boordfilter ermee? Hij heeft drie modi, gekozen door welke tabel het scenario heeft: [shell], [trajectory] of [navigation] (met een optionele [formation]).

Status: MODELLED. De beschikbaarheidssweeps worden onder een preregistratie vergeleken met het ICG Space Service Volume-boekje; zie wat de vergelijking toont voordat u op enig getal vertrouwt.

Openbare bronnen#

  • The Interoperable Global Navigation Satellite Systems Space Service Volume, United Nations Office for Outer Space Affairs, ST/SPACE/75 (1 november 2018), opgesteld door het International Committee on GNSS (ICG), Working Group B: de methode (bijlage B), de baanelementen van elke constellatie (bijlage C), de zendbundelbreedtes en -vermogens (tabellen B2, B6, B8, 4,2), de gebruikersantennes (tabel B10) en de gepubliceerde beschikbaarheidstabellen. Het is zelf een simulatie. Opgehaald door xval/gnss-ssv/fetch.sh (SHA-256 vastgepind), nooit meegeleverd.
  • U.S. Coast Guard Navigation Center, antennepaneelpatronen van GPS Block IIR en IIR-M (Marquis, 2014): de gemeten L1-paneelpatronen die alleen worden gebruikt om het parametrische substituut te beoordelen (drempel S7). Opgehaald, nooit meegeleverd, geen patroongegevens vastgelegd.
  • De constanten van het model (zwaartekracht, aardrotatie, verlies in vrije ruimte, ruisdichtheid) zijn standaard; de dichtheidswet van Gallagher voor de plasmasfeer, de Chapman-laag en het profiel van de radiorefractiviteit zijn gepubliceerde vormen, gebruikt met vermelde eenvoudige parameters (zie src/ssv/limb.rs).

Shellmodus: de globale maat van het boekje#

[shell] plaatst een gebruiker op een bol (standaard op 36.000 km hoogte met een naar nadir gerichte halfronde antenne, de bovenste SSV; of 8.000 km met een omnidirectionele antenne, de onderste SSV) op een icosfeerraster met 2,562 punten en telt, over 14 dagen met stappen van 1 minuut, het aandeel van de paren (gebruiker, epoch) met minstens één en minstens vier signalen, per constellatie en gecombineerd, en de langste uitval bij de ongunstigste gebruiker. De sweep gebruikt het gesloten-vorminterval voor zichtbaarheid in centrale hoek (een bundelkegel, aardblokkade door de bol van 6378 km plus 50 km, het gebruikershalfrond en de RF-bereikgrens) en draait in seconden in een releasebuild; een eigenschapstest controleert het tegen het algemene geometrische predicaat.

Signaalbeschikbaarheid voor een gebruiker op een bol op 36000 km hoogte met een halfrondantenne, uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-shell.toml (een verkleinde run: 162 gebruikers, 3 dagen, stappen van 10 min), bij een drempel van 20 dB-Hz. Voor elke constellatie en band twee balken: het aandeel van de (gebruiker, epoch)-paren met minstens één signaal en met minstens vier. Gecombineerd, L1: 99,4 % minstens één, 73,2 % minstens vier, langste onderbreking onder vier signalen 160 min. Gecombineerd, L5: 100,0 % minstens één, 99,9 % minstens vier, langste onderbreking onder vier signalen 20 min. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. De verkleinde omvang is niet de vergelijking met het boekje. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.Signaalbeschikbaarheid voor een gebruiker op een bol op 36000 km hoogte met een halfrondantenne, uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-shell.toml (een verkleinde run: 162 gebruikers, 3 dagen, stappen van 10 min), bij een drempel van 20 dB-Hz. Voor elke constellatie en band twee balken: het aandeel van de (gebruiker, epoch)-paren met minstens één signaal en met minstens vier. Gecombineerd, L1: 99,4 % minstens één, 73,2 % minstens vier, langste onderbreking onder vier signalen 160 min. Gecombineerd, L5: 100,0 % minstens één, 99,9 % minstens vier, langste onderbreking onder vier signalen 20 min. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. De verkleinde omvang is niet de vergelijking met het boekje. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.

Trajectoriemodus: langs een baan#

[trajectory] laat de gebruiker op een Kepler-baan vliegen (een voorinstelling: leo, meo, geo, heo (tabel 5,10 van het boekje) of lunar-transfer, of elementen) en rapporteert, per band en constellatie, de beschikbaarheid van één en vier signalen, uitvalduren, signalen in zicht, beste C/N0, dilution of precision (mediaan, 95e percentiel, ongunstigste), links die via de hoofdlob en via zijlobben worden ontvangen, en een optionele tijdreeks en CSV.

  • Zendpatroon ([transmit] pattern): booklet (constant vermogen binnen de referentiehoek buiten de boresight), parametric (een gelabeld substituut: 3 dB per graad voorbij de referentiehoek tot een ondergrens 25 dB onder de hoofdlob; niet het gemeten patroon van enig systeem) of table (een gemeten patroon dat u aanlevert: pattern_csv of inline pattern_text; de paneelpatronen van Block IIR/IIR-M kunnen worden onttrokken met xval/gnss-ssv/extract_patterns.py).
  • Ontvangstantennes: omni, halfrond, of de antennes met hoge versterking en patchantennes uit tabel B10 van het boekje, nadir of zenit; elke link gebruikt de antenne met de hogere versterking.
  • Limbstraalmedium ([atmosphere]): een Chapman-ionosfeer, een plasmasfeer (vorm van Gallagher 1988, plasmapauze bij L = 4,5, afgebouwd onder 1.500 km) en een neutrale atmosfeer (buiging van ongeveer 1,33 graden aan het oppervlak, zuurstofabsorptie, defocussering) geïntegreerd langs de rechte straal. Rapporteert schuine TEC, het plasmasferische deel, extra vertraging, raakhoogte en de links die door scherende stralen verloren gaan. Integratie langs de rechte straal: buiging wordt gerapporteerd, niet geïtereerd.
  • Ontvanger voor zwakke signalen ([receiver] weak_signal): coherente en niet-coherente integratie, databitlimiet, ondersteuning en pilootkanalen, Dopplerzoektocht; de acquisitiedrempel bij de vermelde detectie- en valse-alarmkansen en de drempels voor draaggolf- en codetracking vervangen de vaste C/N0-drempel (bereik van 10 tot 25 dB-Hz). Hergebruikt de acquisitie- en trackinglusmodellen van de engine.
Signalen langs één hoge baan om de Aarde (perigeum 497 km, apogeum 58622 km, omlooptijd 18,8 u), uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-heo.toml, band L1. Boven: de beste draaggolf-ruisdichtheid onder de zichtbare signalen, tegen de drempel van 20 dB-Hz. Midden: het aantal zichtbare signalen van alle constellaties, van 4 tot 55 langs de bemonsterde punten. Van de ontvangen links kwamen 2252 door een hoofdlob en 696 door zijlobben, met een gelabeld parametrisch vervangingspatroon, niet het gemeten patroon van enig systeem. Mediane PDOP 67, 95e percentiel 358. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.Signalen langs één hoge baan om de Aarde (perigeum 497 km, apogeum 58622 km, omlooptijd 18,8 u), uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-heo.toml, band L1. Boven: de beste draaggolf-ruisdichtheid onder de zichtbare signalen, tegen de drempel van 20 dB-Hz. Midden: het aantal zichtbare signalen van alle constellaties, van 4 tot 55 langs de bemonsterde punten. Van de ontvangen links kwamen 2252 door een hoofdlob en 696 door zijlobben, met een gelabeld parametrisch vervangingspatroon, niet het gemeten patroon van enig systeem. Mediane PDOP 67, 95e percentiel 358. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.

[navigation] laat een ruimtevaartuig in een hoge baan of maanovergangsbaan vliegen en draait een extended Kalman-filter met negen toestanden (positie, snelheid, klokbias en -drift van de ontvanger, een schaalfactor voor zonnestralingsdruk) op pseudoranges. De waarheid wordt geïntegreerd met puntmassazwaartekracht, J2, derdelichaamsverstoringen van zon en maan en stralingsdruk met een cilindrische aardschaduw; het filter modelleert zwaartekracht, J2 en de derde lichamen en schat de stralingsdruk. Pseudoranges komen uit dezelfde linkgeometrie en C/N0-drempel als de sweeps; hun ruis neemt toe naarmate de C/N0 daalt; de extra vertraging van het medium (met [atmosphere]) wordt toegevoegd en niet door het filter gemodelleerd. Het rapport scheidt het deel van de run binnen de GNSS-banen (onder 20.000 km hoogte) van het deel daarboven, geeft de langste periode zonder meting en de gemiddelde genormaliseerde geschatte kwadratische fout (ongeveer 3 voor een consistent positieblok). De zon en de maan zijn cirkelvormige substituten met lage precisie.

Een boordfilter met negen toestanden op een overgang van een lage baan naar de Maan, uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml (289 epochs, 13 getekende punten). Op een logaritmische as: de ware positiefout en de eigen één-sigmagrens van het filter tegen de tijd sinds het begin. Binnen de GNSS-banen is de positie-RMS 1,4 m; erboven is zij 90 m, met een eindfout van 184 m op 193.330 km hoogte met 1 meting. De gemiddelde genormaliseerde geschatte fout in het kwadraat over de hele run is 4,4 (ongeveer 3 voor een consistent positieblok). Referentie en filter delen hun vervangers voor Zon en Maan. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.Een boordfilter met negen toestanden op een overgang van een lage baan naar de Maan, uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml (289 epochs, 13 getekende punten). Op een logaritmische as: de ware positiefout en de eigen één-sigmagrens van het filter tegen de tijd sinds het begin. Binnen de GNSS-banen is de positie-RMS 1,4 m; erboven is zij 90 m, met een eindfout van 184 m op 193.330 km hoogte met 1 meting. De gemiddelde genormaliseerde geschatte fout in het kwadraat over de hele run is 4,4 (ongeveer 3 voor een consistent positieblok). Referentie en filter delen hun vervangers voor Zon en Maan. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.

Formatiemodus: relatieve navigatie#

[formation] (heeft [navigation] nodig voor de chief) voegt deputies toe die in ware anomalie zijn verschoven. Elk vaartuig draait het absolute filter; de positie van de deputy ten opzichte van de chief wordt geschat door de onafhankelijke absolute schattingen af te trekken en met een relatief filter op enkelvoudig gedifferentieerde pseudoranges van de signalen die beide vaartuigen volgen. Het rapport geeft beide, de basislijn en het aantal signalen dat gezamenlijk wordt gevolgd.

Relatieve navigatie van 2 deputies rond een chief op een hoge baan, uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml (401 epochs). Voor elke deputy twee balken: de relatieve positie-RMS door de twee onafhankelijke absolute schattingen van elkaar af te trekken, en die van het relatieve filter op enkelvoudig gedifferentieerde pseudoranges. Basislijn 0,8 km: 5,1 m en 1,2 m. Basislijn 2,0 km: 4,1 m en 2,1 m. Het absolute filter is hier niet consistent: gemiddelde genormaliseerde geschatte fout in het kwadraat 187 tegen ongeveer 3 voor een consistent filter, dus de opgegeven onzekerheid is veel te klein. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.Relatieve navigatie van 2 deputies rond een chief op een hoge baan, uit een echte run van engine v0.40.0 op scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml (401 epochs). Voor elke deputy twee balken: de relatieve positie-RMS door de twee onafhankelijke absolute schattingen van elkaar af te trekken, en die van het relatieve filter op enkelvoudig gedifferentieerde pseudoranges. Basislijn 0,8 km: 5,1 m en 1,2 m. Basislijn 2,0 km: 4,1 m en 2,1 m. Het absolute filter is hier niet consistent: gemiddelde genormaliseerde geschatte fout in het kwadraat 187 tegen ongeveer 3 voor een consistent filter, dus de opgegeven onzekerheid is veel te klein. MODELLED: een gemodelleerde studie uit vermelde invoer, geen meting en geen bewering over het service volume van enig systeem. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.

Wat de vergelijking met het boekje toont#

Drempels zijn vooraf vastgelegd (xval/gnss-ssv/PREREGISTRATION.md, addenda 1 tot 5) vóór de run op volle grootte; resultaten in xval/gnss-ssv/RESULTS.md, cellen in results-*.json, vastgepind door tests/ssv_booklet_results.rs, inclusief de missers.

drempel wat run 1 (vooraf vastgelegde lezing) GLONASS-hoekvariant (diagnostisch)
S0 minimaal uitgestraald vermogen, 13 signalen, binnen 0,1 dB MET MET
S1 geometrie van de bovenste SSV (tabel B4) NOT MET (43 van 52 cellen) alle 52 cellen binnen tolerantie
S2 onderste SSV (tabel 5,2) NOT MET (48 van 52) alle 52
S3 bovenste SSV met 15/20/25 dB-Hz (tabel B9) NOT MET (122 van 155) 153 van 155
S4 zes GEO-missies NOT MET (132 van 156) alle 156
S5 HEO-missie NOT MET (18 van 26) 21 van 26
S6 maanmissie MET NOT MET (23 van 26)
S7 parametrisch patroon tegenover gemeten GPS L1-paneelpatronen NOT MET (RMS 6,3 tot 8,8 dB tegenover 3 dB) n/a

Het boekje is intern inconsistent over de referentiehoek buiten de boresight van GLONASS: de tabellen B2 en B6 vermelden 20 en 28 graden, tabel 4,2 vermeldt 26 en 34. Run 1 gebruikte de eerste (wat de preregistratie noemde); bijna elke misser in S1 tot en met S5 betreft GLONASS. De variant, die vóór het uitvoeren als diagnostiek werd vastgelegd, gebruikt de tweede, en dan komen de missies met bovenste SSV, onderste SSV en GEO cel voor cel overeen, inclusief de uitval. De variant vervangt run 1 niet. Geen enkele rij is VALIDATED: het boekje is een simulatie, de oordeelsregel vereist S0 tot en met S3 onder de vooraf vastgelegde lezing, en de resterende missers (GPS L1 bij 20 dB-Hz, HEO Galileo, QZSS en NavIC, de GLONASS-rijen van de maanmissie) zijn niet verklaard.

De vastgelegde vergelijking van het beschikbaarheidsmodel voor ruimtegebruikers met het openbare boekje over het Space Service Volume, uit de vastgelegde resultaten van de vooraf geregistreerde run (xval/gnss-ssv/results-run1.json, geschreven door het voorbeeld ssv_booklet_check van engine v0.40.0). Drempel voor drempel, de cellen binnen de tolerantie: S0 13 van 13 (MET); S1 43 van 52 (NOT MET); S2 48 van 52 (NOT MET); S3 122 van 155 (NOT MET); S4 132 van 156 (NOT MET); S5 18 van 26 (NOT MET); S6 26 van 26 (MET); S7 0 van 20 paneelpatronen (NOT MET). Alleen S0 en S6 zijn gehaald volgens de vooraf vastgelegde lezing. Een diagnostische variant die de andere GLONASS-hoeken van het boekje gebruikt, brengt S1, S2 en S4 op elke cel, maar vervangt de run van record niet. Geen enkele registerrij is VALIDATED. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.De vastgelegde vergelijking van het beschikbaarheidsmodel voor ruimtegebruikers met het openbare boekje over het Space Service Volume, uit de vastgelegde resultaten van de vooraf geregistreerde run (xval/gnss-ssv/results-run1.json, geschreven door het voorbeeld ssv_booklet_check van engine v0.40.0). Drempel voor drempel, de cellen binnen de tolerantie: S0 13 van 13 (MET); S1 43 van 52 (NOT MET); S2 48 van 52 (NOT MET); S3 122 van 155 (NOT MET); S4 132 van 156 (NOT MET); S5 18 van 26 (NOT MET); S6 26 van 26 (MET); S7 0 van 20 paneelpatronen (NOT MET). Alleen S0 en S6 zijn gehaald volgens de vooraf vastgelegde lezing. Een diagnostische variant die de andere GLONASS-hoeken van het boekje gebruikt, brengt S1, S2 en S4 op elke cel, maar vervangt de run van record niet. Geen enkele registerrij is VALIDATED. Adviserend: analyse-uitvoer van een onderzoeks- en engineeringtool, geen typegoedgekeurde navigatieapparatuur en geen veiligheidsdienst voor mensenlevens.

Uitvoeren#

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)

Elk meegeleverd scenario is ingekort zodat het in enkele seconden draait; de vergelijking op volledige schaal is het voorbeeld hierboven. Hetzelfde soort draait vanuit Python (kshana.run), de browser (WebAssembly), de MCP-server (run_scenario, alleen inline tekst: pattern_csv is een bestandsbron en wordt geweigerd, gebruik pattern_text) en de plug-ins.

Beperkingen#

  • MODELLED: niets hiervan is vergeleken met gemeten GNSS-ontvangst in een baan om de aarde. Het boekje is een simulatie.
  • Keplerbanen van twee lichamen voor de GNSS-constellaties en voor de gebruiker in de sweeps; de maanoverdracht is een tweelichamenellips, geen gepropageerd traject.
  • Het medium is een vermeld eenvoudig model met integratie langs rechte stralen; het is geen ruimteweersverwachting.
  • Het navigatiefilter is een ontwerpstudie: geen manoeuvres, geen oriëntatie, geen multipath, en de referentie deelt haar zon- en maanefemeriden met het filter.