Nawigacja z niskiej orbity okołoziemskiej (rodzina rodzajów scenariuszy)

7 rodzajów scenariuszy silnika v0.40.0. Wyłącznie doradczo: wynik analizy z narzędzia badawczo-inżynieryjnego; nie jest to sprzęt nawigacyjny z zatwierdzeniem typu ani usługa bezpieczeństwa życia. Każda etykieta tutaj pochodzi z silnika lub z macierzy weryfikacji; rodzaj ma status MODELLED, chyba że macierz stanowi inaczej (jak zdobywa się etykietę: sekcja Evidence w README).

Strony tematyczne: LEO-PNT, LEO-SIGNAL, LEO-PASS, LEO-NAVMSG. Uruchom jeden: kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml. Wszystkie rodziny: KINDS.md.

leo-signal#

Projekty sygnałów LEO-PNT: parametryzowane sygnały pozycjonowania, nawigacji i czasu (PNT) na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO) dla dowolnego systemu, pasma i struktury. SYGNAŁ to pasmo (częstotliwość środkowa, szerokość pasma nadawania, przydział ITU RNSS/RDSS/MSS/EESS/non-RNSS/other) oraz składowe (akwizycyjna, danych, pilotowa; dowolny podzbiór), każda z modulacją (BPSK(n) z ułamkowym n, BOC(m,n), MBOC(6 1,p) lub płaskie pasmo typu OFDM), udziałem mocy, opcjonalnymi przesunięciami podnośnych FDMA, długością kodu i szybkością danych. Sygnały pochodzą ze skompilowanych w program publicznych plików ustawień wstępnych (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-soo, centispace, generic-c-band, generic-bands; każdy z adresem URL źródła, a każda niepublikowana wartość oznaczona jako REPRESENTATIVE) albo są zapisane bezpośrednio w scenariuszu. DLA KAŻDEGO SYGNAŁU: gęstość widmowa mocy ograniczona do pasma i ułamek mocy każdej składowej, który przepuszcza pasmo nadawania (postać zamknięta dla BPSK obok wartości numerycznej), szerokość pasma RMS (Gabora), jitter szumu termicznego śledzenia kodu w pętli śledzenia opóźnienia w funkcji C/N0 i odstępu early-late według wzoru early-late (koherentnego lub niekoherentnego) dla pasma ograniczonego, Betz i Kolodziejski 2009, wraz z jego podręcznikową postacią dla pasma nieograniczonego i granicą Gabora dla zanikającego odstępu, dokładność wyznaczania odległości w metrach, przestrzeń poszukiwań akwizycji (przedziały Dopplera z maksymalnego Dopplera orbity plus składniki oscylatora i użytkownika, razy przedziały kodu), prawdopodobieństwo detekcji kwadratowej i średni czas akwizycji szeregowej i równoległej względem kodu, współczynnik separacji widmowej sygnału względem GPS L1 C/A, Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b i E5 AltBOC oraz każdego z nich względem sygnału wraz z degradacją C/N0, a także CW, szerokopasmowe i dopasowane J/S tolerowane przez śledzoną składową, z własnego mechanizmu SSC rodzaju spectrum. ZESTAWIENIE PASM: opóźnienie jonosferyczne pierwszego rzędu (40,3 TEC/f^2), tłumienie w wolnej przestrzeni, dokładność wyznaczania odległości przy równym C/N0 i przy równym EIRP oraz tolerancja na zakłócacz. Opcjonalne SPRAWDZENIA KSZTAŁTU zestawiają widmo projektu z opisanym pomiarem (spójność na poziomie MODELLED). VALIDATED: zamknięte formy mocy BPSK w paśmie (90,3 % w głównym listku) i szerokości pasma Gabora, jitter ograniczony do pasma sprowadzający się do podręcznikowej postaci koherentnej early-late i do granicy Gabora, współczynnik separacji widmowej przesuniętego BPSK względem jego postaci zamkniętej z tożsamości Parsevala, jednostkowe pole widma AltBOC oraz maksymalny Doppler LEO względem opublikowanych wartości Xona Pulsar (32-34 kHz) i Iridium (36 kHz). MODELLED: każdy projekt, podział mocy, poziom C/N0 i zakłócacza; widma EFQPSK, CSK i OFDM są przybliżone.

Pola wymagane: brak. Opcjonalne: presets, signals, receiver, acquisition, compatibility, trade, shape_checks, psd_points.

Rejestr (ledger): MODELLED 2 · VALIDATED 2. Pełna strona z danymi wejściowymi, wynikami, dowodami i ograniczeniami: leo-signal.

kshana scenarios/leo-band-trade.toml

leo-pass#

Przelot LEO i bilans łącza, pasmo po paśmie, dla LEO-PNT (pozycjonowanie, nawigacja i czas z niskiej orbity okołoziemskiej), niezależnie od systemu: użytkownik (naziemny, morski, powietrzny lub wewnątrz budynku, nieruchomy lub w ruchu) i jeden lub więcej satelitów LEO z ZAPROJEKTOWANEGO PASS (orbita kołowa ustawiona tak, by użytkownik widział jeden przelot o wybranej maksymalnej elewacji w wybranym czasie, heliosynchroniczna na życzenie), jawnych ELEMENTÓW, TLE (dwuwierszowy zestaw elementów) przez SGP4 silnika albo konstelacji WALKER zbudowanej kodem projektowania konstelacji (raportowane są najwyższe przeloty). Pasma pochodzą z nazwanego ustawienia wstępnego (ogólne wielopasmowe UHF/L/S/C, ogólne pasmo C, Xona Pulsar X1/X5, Iridium STL, Starlink jako sygnał okazji wyłącznie Dopplera, CentiSpace oraz opcjonalne ustawienie Celeste IOD oznaczone WORKSHOP) albo są wpisane w scenariuszu; każde ustawienie wstępne podaje, czy jego liczby są PUBLIC (z URL), REPRESENTATIVE czy WORKSHOP. Dla każdego satelity, pasma i epoki: elewacja, azymut, odległość, prędkość zmiany odległości i przyspieszenie odległości; tłumienie w wolnej przestrzeni; EIRP i zysk wzorca satelity (izofluks, wiązka gaussowska lub płaski); zysk anteny użytkownika w funkcji elewacji (patch, półkulisty lub izotropowy); tłumienie gazowe (ITU-R P.676-10 Annex 2), tłumienie deszczowe (współczynniki ITU-R P.838-3 i procedura P.618-14, z natężenia deszczu i wysokości deszczu), scyntylacja troposferyczna (ITU-R P.618-14 sekcja 2.4.1), tłumienie wnikania do budynku dla użytkownika wewnątrz (ITU-R P.2109-2), niedopasowanie polaryzacji, temperatura szumowa systemu i C/N0 (gęstość nośnej do szumu); Doppler i tempo Dopplera w postaci zamkniętej z prędkości zmiany odległości i przyspieszenia odległości, każde sprawdzone różnicami centralnymi; opóźnienie jonosferyczne pierwszego rzędu 40,3 STEC/f^2 z ukośnego TEC Klobuchara lub pionowego TEC, przeskalowanego do części jonosfery poniżej satelity. Pary pasm dostają współczynniki wolne od jonosfery, wzmocnienie szumu i szum kodu w szczycie przelotu. Satelity MEO GNSS (ustawienia Galileo lub GPS) są oceniane tym samym modelem anteny i szumu z mocy odbieranych podanych w dokumentach interfejsu, więc dzwonowy przelot LEO i płaskie nośne GNSS dzielą jeden wykres. Opcjonalna sekcja [iot] podaje czas do pierwszego rozwiązania, energię na rozwiązanie i czas pracy baterii w funkcji cyklu pracy dla podanego budżetu mocy odbiornika (MODELLED). Każda para pasm podaje też ukośny TEC, który odtwarza jej kombinacja bez geometrii w szczycie, oraz sigma szumu kodu tego oszacowania (sondowanie jonosfery). Opcjonalna sekcja [spoofer] podrabia sygnały deklarowanego położenia, które skacze lub jest odpychane od prawdziwego po początku ataku, i uruchamia dwa monitory z podanymi prawdopodobieństwami fałszywego alarmu i niewykrytego zdarzenia: spójność Dopplera i geometrii przelotu (zmierzone prędkości zmiany odległości względem przewidywanych z orbit i niezależnego wcześniejszego położenia i prędkości, uogólniony test chi-kwadrat metodą najmniejszych kwadratów w oknie, na kanałach GNSS, LEO i wszystkich) oraz spójność między pasmami (krok między epokami skorygowanej modelem kombinacji bez geometrii każdej pary pasm LEO), raportując statystyki na epokę i moment, w którym każdy monitor wykrywa (MODELLED). Komponenty VALIDATED: tłumienie w wolnej przestrzeni, współczynniki P.838-3 względem jego tabeli 5, procedury deszczu i scyntylacji P.618-14 oraz tłumienie wnikania do budynku P.2109 względem przykładów walidacyjnych ITU-R Study Group 3, stosunek opóźnienia grupowego L1/L2 z IS-GPS-200 oraz maksymalny Doppler nieruchomego użytkownika na orbicie kołowej względem arXiv 2509,19551 tabela 1. MODELLED: EIRP, wzorce, część Chapmana TEC poniżej satelity i cały przelot.

Pola wymagane: brak. Opcjonalne: epoch, duration_s, step_s, user, atmosphere, ionosphere, satellite, leo_constellation, gnss, iono_free_pairs, iot, spoofer, name, description, skyline.

Rejestr (ledger): MODELLED 7 · VALIDATED 5. Pełna strona z danymi wejściowymi, wynikami, dowodami i ograniczeniami: leo-pass.

kshana scenarios/leo-pass-iridium.toml

leo-navmsg#

Komunikat nawigacyjny LEO: rozgłaszane efemerydy i zegar satelity pozycjonowania, nawigacji i czasu na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO), dla dowolnej orbity, nośnej i modelu, z opcjonalnymi nazwanymi ustawieniami wstępnymi (Xona Pulsar, Iridium, Starlink, CentiSpace, reprezentatywny system pasma C, model zerowego zegara ATOMIC, Celeste IOD). ZAWARTOŚĆ: dane pomocnicze (SVID, numer wydania danych, pasmo, stan sygnału), synchronizacja (tydzień, czas tygodnia, wielomian zegara drugiego rzędu af0-af2 względem toc), efemerydy w jednym z czterech modeli -- 16-parametrowy zestaw keplerowski z Galileo OS SIS ICD; ten zestaw plus wielomiany poprawek wzdłuż toru, w poprzek toru i radialnych; 22-parametrowy model Liu et al. 2025; wielomian ECEF bez składników zegara (zerowy zegar ATOMIC) -- oraz inne usługi (rozgłaszany zestaw Klobuchara, NeQuick-G ai0-ai2 z efektywnym poziomem jonizacji oraz parametry czasu systemowego do UTC z logiką sekund przestępnych z ICD). DOPASOWANIE: orbita prawdziwa całkowana z grawitacją zonalną J2-J6 lub EGM2008 do wybranego stopnia i oporem oraz zegar swobodny lub sterowany z ziarnem (seed); dopasowanie zestawu keplerowskiego metodą Levenberga–Marquardta na elementach niesingularnych, następnie liniowe wielomiany poprawek metodą najmniejszych kwadratów; zegar dopasowany po odjęciu składnika relatywistycznego, który dodaje użytkownik. ANALIZY: fit-interval-trade (błąd odległości sygnału w przestrzeni, SISRE, ze średnimi globalnymi wagami dla wysokości orbity, w funkcji przedziału dopasowania i okresu aktualizacji, tylko orbita i z zegarem), model-comparison (cztery modele, liczba parametrów, zakodowane bity oraz dopasowanie Kshana na wysokościach z Liu et al. obok opublikowanych wartości), midpass-update (najwyższy przelot nad użytkownikiem, skok położenia, zegara i odległości użytkownika przy każdej zmianie komunikatu, skok przy najgorszej geometrii, PASS/FAIL względem progu ciągłości), encode-decode (własna udokumentowana ramka binarna Kshana z CRC-24Q, budżet kwantyzacji pół kroku dla każdego pola, kontrola uszkodzonej ramki, eksport i import rekordu w stylu RINEX-4 oznaczony jako rozszerzenie Kshana oraz tabela CSV). VALIDATED: wagi SISRE względem opublikowanej tabeli MEO/GEO (Montenbruck et al. 2018); algorytm użytkownika Galileo względem RTKLIB na rzeczywistych rozgłaszanych efemerydach Galileo; CRC-24Q względem jego katalogowej wartości kontrolnej i przykładowej ramki RTCM 1005. MODELLED: każda wartość dopasowania i SISRE jest błędem reprezentacji względem prawdy całkowanej przez Kshana (bez błędu wyznaczania ani predykcji orbity); porównanie z Liu et al. używa innych orbit; formaty kodowania i tekstowe są własne Kshana.

Pola wymagane: brak. Opcjonalne: name, description, seed, analysis, preset, orbit, clock, message, trade, comparison, midpass.

Rejestr (ledger): MODELLED 5 · VALIDATED 6. Pełna strona z danymi wejściowymi, wynikami, dowodami i ograniczeniami: leo-navmsg.

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

leo-pvt#

Łączne pozycjonowanie, nawigacja i czas (PNT) z średniej orbity okołoziemskiej (MEO) i niskiej orbity okołoziemskiej (LEO) dla DOWOLNYCH konstelacji: każdy [[system]] to ustawienie wstępne GNSS rodzaju constellation-design, ustawienie LEO (xona-pulsar, iridium-stl, starlink-sop, centispace, generic-c-band, model efemeryd atomic-zero-clock albo inny plik ustawienia wstępnego, każdy w osobnym pliku ze źródłami oznaczonymi PUBLIC, WORKSHOP lub WYPROWADZONE), powłoki Walkera lub jawne zestawy elementów, z nośną, tempem chipów, obwiednią gęstości nośnej do szumu (C/N0) od maski elewacji do zenitu, błędem odległości sygnału w przestrzeni (SISRE), sigmą Dopplera i modelem zegara (własny zegar odbiornika, więc bias międzysystemowy jest estymowany, albo znane przesunięcie rozgłaszane). Cztery tryby. DOPPLER: wsadowe pozycjonowanie Gaussa–Newtona z prędkości zmiany odległości z pochodnymi analitycznymi, stanami dryfu zegara i opcjonalnie prędkości oraz opcjonalnym ograniczeniem wysokości, dla jednego lub wielu satelitów, błąd w funkcji długości okna, obwiednia Dopplera, tempa Dopplera i szarpnięcia każdego systemu LEO oraz dokładność wzdłuż i w poprzek toru przy pojedynczym przelocie w funkcji przesunięcia poprzecznego (błąd poprzeczny rośnie bez ograniczeń, gdy przelot przechodzi nad głową; pojedynczy przelot ma też rozwiązanie lustrzane względem śladu naziemnego). Tutaj działa sygnał okazji wyłącznie Dopplera (starlink-sop). JOINT: rozwiązania pseudoodległościowe metodą ważonych najmniejszych kwadratów dla każdej epoki z samego GNSS, samego LEO i obu, sigmy dla każdego pomiaru z modelu szumu termicznego pętli synchronizacji opóźnienia przy C/N0 plus SISRE (albo stała sigma, aby zasilał je model sygnału), estymowane biasy międzysystemowe oraz PDOP/HDOP/VDOP w funkcji liczby dodanych satelitów LEO. POLAR: widoczne satelity i DOP w funkcji szerokości geograficznej dla GNSS, LEO i obu. TIMING: transfer czasu do czasu uniwersalnego koordynowanego (UTC) z satelitów LEO w znanym położeniu dwustanowym filtrem zegara, którego szum procesu pochodzi z klas oscylatorów silnika, w funkcji C/N0 i oscylatora, oraz wyrażenie z IS-GPS-200 na czas systemowy do UTC; przy [timing] trace = true każdy wiersz podaje też swój błąd czasu i przewidywaną sigmę w każdej epoce. VALIDATED: największy Doppler przelotu od zenitu do horyzontu względem opublikowanych wartości Iridium (do 36 kHz) i Xona Pulsar X1 (od 32 do 34 kHz). MODELLED: wszystko inne; DOP sprawdzono na przypadku wyprowadzonym ręcznie, rozwiązania względem ich kowariancji, a model Dopplera względem tożsamości przyspieszenia odległości.

Pola wymagane: brak. Opcjonalne: mode, seed, duration_s, step_s, user, dll, doppler, joint, polar, timing, system, skyline.

Rejestr (ledger): MODELLED 3 · VALIDATED 2. Pełna strona z danymi wejściowymi, wynikami, dowodami i ograniczeniami: leo-pvt.

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

leo-ppp#

Zbieżność precyzyjnego pozycjonowania punktowego (PPP) tylko z GNSS i ze wspomaganiem LEO: zmiennoprzecinkowy rozszerzony filtr Kalmana na kodzie i fazie nośnej wolnych od jonosfery, ze statycznymi współrzędnymi stacji, białym zegarem odbiornika, jednym biasem międzysystemowym na każdy dodatkowy system, zenitalnym opóźnieniem wilgotnym o błądzeniu losowym odwzorowanym przez 1/sin(elewacja) i zmiennoprzecinkową niejednoznaczością na łuk satelity; błąd precyzyjnej orbity i zegara jest biały i wspólny dla kodu i fazy satelity, więc każdy satelita jest jedną skorelowaną dwuwierszową aktualizacją w postaci stabilizowanej Josepha. Pomiary są symulowane z tego samego modelu z szumem z ziarnem (seed) dla kilku miejsc i ziaren, a każdy przypadek (najpierw tylko GNSS, potem każdy [[case]] systemów LEO, dowolna konstelacja lub ustawienie wstępne) podaje medianę czasu zbieżności (pierwsza epoka, po której błędy poziome i pionowe pozostają poniżej progów, domyślnie 10 cm), odsetek zbieżnych, mediany krzywych błędu oraz spójność filtra (uśredniony po przebiegach NEES położenia względem dwustronnego pasma chi-kwadrat 95%). Opcjonalnie obok opublikowanych wartości Li et al. (2019, J. Geod. 93:749, doi 10.1007/s00190-018-1195-2) dla średnich szerokości: 9,6 min dla multi-GNSS skraca się do 7,0, 3,2, 2,1 i 1,3 min z 60, 96, 192 i 288 satelitami LEO. MODELLED: porównanie spójności trendu, a nie odtworzenie konstelacji, szumu ani stacji z tamtego badania; bez rozwiązywania niejednoznaczności, poślizgów cyklu, wind-up fazy, pływów ani skorelowanych w czasie błędów produktów.

Pola wymagane: brak. Opcjonalne: seed, duration_s, step_s, runs, criterion_horizontal_m, criterion_vertical_m, compare_li_2019, noise, site, gnss, case.

Rejestr (ledger): MODELLED. Pełna strona z danymi wejściowymi, wynikami, dowodami i ograniczeniami: leo-ppp.

kshana scenarios/leo-ppp-convergence.toml

ntn-positioning#

Pozycjonowanie na podstawie łącza w dół sieci nieziemskiej 5G (NTN) w paśmie S usługi satelitarnej ruchomej (MSS) (pasmo 3GPP n256, łącze w dół od 2170 do 2200 MHz; domyślna nośna 2172,5 MHz): ograniczenie Craméra-Rao (CRB) dla czasu przybycia, c / (2 pi beta sqrt(2 (C/N0) T)), gdzie beta jest średniokwadratową (Gabora) szerokością pasma płaskiego widma OFDM (B/sqrt(12)), oraz dla dopplerowskiego przesunięcia tonu zespolonego, sqrt(3 / (2 pi^2 (C/N0) T^3)), dla każdego sygnału (domyślnie kanał New Radio 5 MHz z zajętymi 4,5 MHz oraz kanał wąskopasmowy 200 kHz z zajętymi 180 kHz); następnie, dla dowolnej konstelacji LEO, pomiary czasu przybycia na łączu w dół z nieznanym zegarem odbiornika (z ziarnem, z ograniczeniem plus błędem synchronizacji sieci jako sigma), ich PDOP i formalne sigma 3D oraz jednosatelitarne pozycjonowanie dopplerowskie podczas najdłuższego przelotu przy utrzymanej wysokości. MODELLED: przejście od szerokości pasma do ograniczenia jest podręcznikową formułą zamkniętą, sprawdzoną względem całkowania numerycznego płaskiego i ograniczonego pasmowo widma BPSK (wewnętrzna spójność, bez przypiętej opublikowanej wartości z przykładu), a dokładność pozycjonowania jest ograniczeniem dla kanału bez wielodrogowości, przy podanym błędzie synchronizacji, a nie osiągniętym wynikiem.

Pola wymagane: brak. Opcjonalne: seed, carrier_hz, signal, integration_s, doppler_integration_s, cn0_dbhz, sync_error_m, user, duration_s, step_s, system.

Rejestr (ledger): VALIDATED. Pełna strona z danymi wejściowymi, wynikami, dowodami i ograniczeniami: ntn-positioning.

kshana scenarios/ntn-5g-positioning.toml

leo-pnt-chain#

Jeden system LEO-PNT (pozycjonowanie, nawigacja i czas z niskiej orbity okołoziemskiej) od początku do końca, dla dowolnej konstelacji i sygnału: projekt leo-signal nazwany w signal_design (publiczne ustawienie wstępne lub wbudowany projekt [signal]) ustala środek, szerokość pasma, tempo chipów i podział EIRP pasma [pass], bilans łącza leo-pass daje śledzone C/N0 i ograniczone pasmem drżenie kodu w trakcie przelotu, a linia C/N0 względem sin(elewacja) oraz rozgłaszany SISRE komunikatu [navmsg] (dopasowany na wysokości satelity przelotu) zasilają każdy system LEO w łącznym rozwiązaniu leo-pvt z [fusion] i opcjonalnie przypadki leo-ppp z [ppp]; każde przekazanie jest wymienione z wartością i jednostką. MODELLED.

Pola wymagane: signal_design, pass, fusion. Opcjonalne: name, description, seed, signal, navmsg, od_sisre_m, ppp.

Rejestr (ledger): MODELLED. Pełna strona z danymi wejściowymi, wynikami, dowodami i ograniczeniami: leo-pnt-chain.

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