Tłumaczenie maszynowe, niezweryfikowane przez osobę, dla której polski jest językiem ojczystym. Wzorcem jest wersja angielska.

Nawigacja na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO)Edytuj na GitHubieŹródło: docs/LEO-SIGNAL.md

Projekty sygnałów LEO-PNT i widmo wielopasmowe

Rodzaj scenariusza leo-signal analizuje sygnały pozycjonowania, nawigacji i czasu (PNT) z niskiej orbity okołoziemskiej (LEO). Nie jest związany z jednym systemem. Sygnał jest sparametryzowanym projektem (dane, nie kod), więc ten sam rodzaj analizuje opublikowany sygnał komercyjny, reprezentatywny projekt dla pasma, którego nikt nie opublikował, albo dowolny projekt zapisany w scenariuszu w treści. Rodzaj spectrum również rysuje te projekty, w dowolnym paśmie od UHF (ultra high frequency) do C, każde pasmo z własnymi zagłuszaczami, a pasmo leo-pass lub przebieg leo-pnt-chain może zawierać dowolny z nich (zob. Gdzie stosuje się projekty).

Uruchom dołączone przykłady:

  • kshana example leo-band-trade: zestawienie pasm od UHF do szerokiego C na projektach reprezentatywnych;
  • kshana example xona-pulsar-signals: opublikowane sygnały Xona Pulsar X1 i X5;
  • kshana example multi-band-jamming-waterfall: panele UHF, L, S i C pod zagłuszaczami w poszczególnych pasmach (scenariusz spectrum);
  • kshana scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml, z kopii repozytorium (niedołączony): pasma i konfiguracja sygnałów Celeste In-Orbit Demonstration (IOD) przedstawione na warsztatach LEO-PNT programu Navigation Innovation and Support Programme (NAVISP) Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), 2026 (zob. Parametry z warsztatów poniżej).

Kod: src/leo_signal.rs (projekty sygnałów, rodzaj), src/navsignal.rs (wzory w postaci zamkniętej), src/spectrum.rs (wielopasmowy wodospad), pliki presetów w data/leo-signals/.

Projekt sygnału#

Część Co zawiera
Pasmo częstotliwość środkowa, szerokość pasma nadawania (poza nim widmo jest zerowe) oraz przydział Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego (ITU): Radio Navigation Satellite Service (RNSS), Radio Determination Satellite Service (RDSS), Mobile Satellite Service (MSS), Earth Exploration-Satellite Service (EESS), pasmo spoza RNSS lub inne
Składniki dowolny podzbiór składowej akwizycyjnej (krótkiej i o niskiej szybkości, łatwej do odnalezienia), składowej danych (komunikat nawigacyjny) i składowej pilota (bez danych, do pomiaru odległości)
Dla każdej składowej modulacja: binarna kluczowana zmianą fazy BPSK(n) przy n × 1,023 Mchip/s (n może być ułamkiem, BPSK(1/3) to 341 kchip/s), binarna modulacja z nośną przesuniętą BOC(m,n), BOC multipleksowana albo FLAT(<MHz>) dla radiolatarni z multipleksowaniem z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM); udział w mocy; przesunięcia podnośnych w wielodostępie z podziałem częstotliwości (FDMA); długość kodu; szybkość danych
Opcjonalnie moc odniesienia i maksymalna moc odbierana, wysokość orbity, ranging = false dla sygnału wyłącznie dopplerowskiego, uwagi o tym, co jest opublikowane, a co założone

Scenariusz pobiera sygnały z presets = [...] oraz z tabel [[signals]] podanych w treści. Bez żadnego z nich analizuje preset generic-bands.

Gotowe ustawienia#

Po jednym pliku w data/leo-signals/, wkompilowanym, z podanym adresem URL źródła. Wartość, której źródło nie publikuje, jest w pliku i w raporcie oznaczona jako REPRESENTATIVE.

Ustawienie predefiniowane Sygnały Źródło Podane wprost przybliżenia
xona-pulsar xona-x1 (1593,3225 MHz, 1,023 Mchip/s), xona-x5 (1190,51625 MHz, 10,23 Mchip/s); minimalna i maksymalna moc odbierana; 1080 km PUBLIC, arXiv 2509,19551 ulepszona kwadraturowa modulacja fazy Fehera (EFQPSK) narysowana z prostokątną obwiednią chipów BPSK; kluczowanie przesunięciem kodu i kody nakładkowe niemodelowane; pasmo nadawania = listek główny (nieopublikowane)
iridium-stl iridium-stl impulsy Satellite Time and Location (STL), kwadraturowa kluczowana zmianą fazy (QPSK) przy 25 ksymbol/s, 780 km, tylko Doppler i czas PUBLIC, raport Resilient Navigation and Timing Foundation (RNTF) nośna w środku pasma od 1616 do 1626 MHz; moc odbierana wyprowadzona z opublikowanej wartości od 300 do 2400 razy większej niż w Global Positioning System (GPS)
starlink-soo starlink-ku-beacon, radiolatarnia OFDM 240 MHz, tylko Doppler PUBLIC, NAVIGATION 72(1) widmo płaskie; środek kanału i wysokość powłoki REPRESENTATIVE; opublikowany stosunek mocy nośnej do gęstości szumu (C/N₀) około 57 dB-Hz jest ustawiany przez odbiornik
centispace centispace-l1, centispace-l5, BPSK przy 2,046 Mchip/s PUBLIC, PubMed Central PMC10301026 nośne umieszczone na nośnych GPS L1 i L5 („near” w źródle); długość kodu REPRESENTATIVE
generic-c-band generic-c-band-leo, 5020 MHz, BPSK(10) w 20 MHz REPRESENTATIVE, dla systemów w paśmie C, których parametry nie są publiczne (takich jak TrustPoint) cały projekt
generic-bands generic-uhf, generic-l, generic-s, generic-c, generic-c-wide REPRESENTATIVE, przydziały z Regulaminu radiokomunikacyjnego ITU; nośna UHF 465 MHz z publicznego przeglądu sygnałów LEO-PNT openRECEIVER cały projekt (także pasmo i modulacja UHF)

Wielomianowa efemeryda „zero-clock” ATOMIC jest modelem komunikatu nawigacyjnego, a nie projektem sygnału, i należy do prac nad komunikatem nawigacyjnym, nie tutaj.

Co jest obliczane dla każdego sygnału#

  • Widmowa gęstość mocy (PSD) ograniczona pasmem oraz, dla każdej składowej, ułamek jej mocy, który przepuszcza pasmo nadawania. Dla składowej BPSK pośrodku wzór w postaci zamkniętej η = (2/π)[Si(πBT_c) − sin²(πBT_c/2)/(πBT_c/2)] stoi obok wartości numerycznej (90,3 % dla listka głównego).
  • Szerokość pasma średniokwadratowa (RMS, Gabora) śledzonej składowej wewnątrz pasma, wraz ze wzorem w postaci zamkniętej dla BPSK β² = [B/2 − sin(πBT_c)/(2πT_c)] / (π² T_c η).
  • Jitter kodu od szumu termicznego pętli synchronizacji opóźnienia (DLL) w funkcji C/N₀ i odstępu korelatora wyprzedzającego-opóźnionego, z wzoru wyprzedzający-opóźniony ograniczonego pasmem według Betza i Kolodziejskiego (2009): σ² = B_L(1 − ½B_L T) ∫ G sin²(πfΔ) df / [(2π)² (C/N₀) (∫ f G sin(πfΔ) df)²], domyślnie koherentny, na życzenie ze stratą kwadratowania niekoherentnego. Raport dodaje podręcznikową postać dla pasma nieograniczonego (Kaplan i Hegarty) oraz granicę przy zanikającym odstępie wyznaczoną szerokością pasma Gabora. Dokładność pomiaru odległości to ten jitter w metrach przy odniesieniowym C/N₀ i odstępie.
  • Akwizycja: największy Doppler satelity podczas przelotu nad głową przy masce elewacji (f v R_E cos(el) / ((R_E + h) c), orbita kołowa, bez obrotu Ziemi) plus człony oscylatora i użytkownika; przedziały Dopplera 2/(3T); przedziały kodu na jeden okres; prawdopodobieństwo detekcji detektora kwadratowego (uogólniona funkcja Marcum Q) przy prawdopodobieństwie fałszywego alarmu na komórkę, na środku i w najgorszym przypadku skrajnym; oraz średni czas akwizycji wyszukiwania szeregowego i kodowo-równoległego z jednym okresem całkowania (Holmes).
  • Kompatybilność: współczynnik separacji widmowej (SSC) sygnału ograniczonego pasmem względem GPS L1 coarse/acquisition (C/A), Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b i sygnału E5 alternative BOC (AltBOC) w każdym paśmie odbiornika globalnych systemów nawigacji satelitarnej (GNSS), wywołany nim spadek C/N₀ przy jego mocy odbieranej oraz SSC i spadek C/N₀ każdego sygnału GNSS względem śledzonej składowej LEO.
  • Tolerancja na zagłuszacz: stosunek mocy zagłuszacza do sygnału (J/S) dla tonu fali ciągłej (CW) na nośnej, szumu płaskiego w paśmie nadawania i szumu dopasowanego do śledzonej składowej, który doprowadza śledzoną składową do progu śledzenia, z własnego kodu SSC rodzaju spectrum (spectrum::Jammer::ssc).

Konwencja C/N₀: przegląd parametru i wartość odniesienia to całkowite C/N₀ w paśmie. Udział składowej wchodzi do wzorów śledzenia i zagłuszacza jako 10 log₁₀(s/η) (jej udział w mocy niefiltrowanej w stosunku do ułamka w paśmie), według tej samej konwencji, której używa rodzaj spectrum dla zwykłego pasma, w którym moc modulacji poza pasmem odbiornika jest tracona w ten sam sposób.

Zestawienie pasm#

[trade] zestawia każdy sygnał z sygnałem odniesienia: opóźnienie grupowe w jonosferze pierwszego rzędu 40.3·TEC/f² dla podanej całkowitej zawartości elektronów (TEC) na drodze ukośnej (1 jednostka TEC, TECU, = 10¹⁶ elektronów/m²), tłumienie w wolnej przestrzeni (FSPL) przy odległości ukośnej, dokładność pomiaru odległości przy równym C/N₀ i przy równej efektywnej mocy promieniowanej izotropowo (EIRP) (C/N₀ minus różnica tłumienia w wolnej przestrzeni, anteny izotropowe na obu końcach) oraz tolerancję na zagłuszacz przy C/N₀ dla równej EIRP.

scenarios/leo-band-trade.toml (50 TECU, 1000 km, 45 dB-Hz, odstęp koherentny 0.5 chipa, pętla 1 Hz, 20 ms):

Sygnał Pasmo Opóźnienie jonosferyczne ΔFSPL względem L Pomiar odległości, równe C/N₀ C/N₀, równa EIRP Pomiar odległości, równa EIRP Tolerancja CW J/S
generic-uhf 465 MHz, BPSK(5) 93,19 m (×6,57) −8,17 dB 0,221 m 53,17 dB-Hz 0,086 m 42,1 dB
generic-l 1191,795 MHz, BPSK(10) 14,19 m 0 0,111 m 45,00 dB-Hz 0,111 m 45,0 dB
generic-s 2492,028 MHz, BPSK(5) 3,24 m (×0,229) +6,41 dB 0,185 m 38,59 dB-Hz 0,388 m 41,7 dB
generic-c 5020 MHz, BPSK(10) 0,80 m (×0,056) +12,49 dB 0,111 m 32,51 dB-Hz 0,465 m 43,4 dB
generic-c-wide 5100 MHz, BPSK(50) 0,77 m (×0,055) +12,63 dB 0,022 m 32,37 dB-Hz 0,093 m 50,3 dB

Zestawienie działa w obie strony. Przy równym C/N₀ dokładność pomiaru odległości wyznacza szybkość chipów i pasmo (szerokie C mierzy pięć razy dokładniej niż L). Przy równej mocy promieniowanej tłumienie w wolnej przestrzeni obciąża wyższe pasma w całości: pasmo C traci 12,5 dB C/N₀ i mierzy cztery razy gorzej niż L, UHF zyskuje 8,2 dB, ale niesie 6,6 razy większe opóźnienie jonosferyczne. Szerokie C odzyskuje swoją dokładność dzięki pasmu. Wyniki opierają się na projektach reprezentatywnych i antenach izotropowych; kierunkowa antena użytkownika w paśmie C zmienia kolumny dla równej EIRP.

Xona Pulsar#

scenarios/xona-pulsar-signals.toml przy opublikowanych minimalnych mocach odbieranych, dla anteny 290 K i współczynnika szumów 2 dB (poziom szumu −201,98 dBW/Hz):

X1 X5
Odniesieniowe C/N₀ 53,78 dB-Hz 57,08 dB-Hz
Dokładność pomiaru odległości (0,5 chipa, koherentnie, 1 Hz) 0,402 m 0,028 m
Maksymalny Doppler satelity, 1080 km 33,2 kHz 24,8 kHz
Przedziały Dopplera × kodu (1 ms, 0,5 chipa) 104 × 2046 78 × 20 460
Średni czas akwizycji kodowo-równoległej 0,15 s 0,37 s

X5 leży przy 1190,51625 MHz, wewnątrz pasma Galileo E5: jego SSC wynosi −91,2 dB/Hz względem Galileo E5a i GPS L5, −103,2 dB/Hz względem E5b i −86,2 dB/Hz względem sygnału AltBOC, a jeden satelita X5 przy swojej minimalnej mocy podnosi gęstość szumu odbiornika GNSS o 0,0001 do 0,005 dB. Doppler X1, 33,2 kHz, mieści się w przedziale od 32 do 34 kHz podanym w artykule (wiersz Dopplera VALIDATED poniżej).

Widmo wielopasmowe#

[[bands]] rodzaju spectrum przyjmują, oprócz pięciu nazwanych pasm GNSS (gps-l1ca, galileo-e1, gps-l2c, gps-l5, galileo-e5a):

  • signal = "<preset signal>": projekt z presetu, narysowany ze wszystkimi składowymi, ograniczony pasmem do swojego pasma nadawania, odbierany przy mocy odniesienia presetu lub signal_power_dbw. C/N₀ i J/S odnoszą się do śledzonej składowej (tracked_power_dbw w raporcie);
  • centre_mhz z modulation i signal_power_dbw: dowolne pasmo niestandardowe.

[[panels]] dodają wodospady dla innych zakresów częstotliwości na tej samej osi czasu i skali kolorów, a zagłuszacz wideband (zaporowy) dołącza do CW, wąskopasmowego, z przemiataniem i szumu dopasowanego. Zwykłe pasmo zachowuje się dokładnie jak dotąd: dołączony przykład l-band-waterfall-jamming nadal daje 43,48 dB-Hz nominalnie i 3,23 dB-Hz minimalnie dla L1 C/A (zafiksowane w tests/leo_signal_reference.rs).

scenarios/multi-band-jamming-waterfall.toml (60 s, jeden wiersz na sekundę):

Pasmo Nominalne C/N₀ Po własnym zagłuszaczu Zagłuszacz
generic-uhf (465 MHz) 49,41 dB-Hz 34,38 dB-Hz od 10 s CW na nośnej, −120 dBW
gps-l1ca 43,48 dB-Hz 3,38 dB-Hz od 20 s (lost) chirp 16 MHz, 50 mW przy 100 m
galileo-e5a 46,73 dB-Hz 38,51 dB-Hz od 30 s zagłuszacz zaporowy 40 MHz przy 1185 MHz, −118 dBW
xona-x5 54,51 dB-Hz 46,29 dB-Hz od 30 s ten sam zagłuszacz zaporowy
generic-s (2492,028 MHz) 49,23 dB-Hz 41,69 dB-Hz od 40 s szum 2 MHz, −128 dBW
generic-c-band-leo (5020 MHz) 47,41 dB-Hz 40,35 dB-Hz od 50 s szum dopasowany, −124 dBW

Każdy zagłuszacz działa tylko na własne pasmo; test utrzymuje każde inne pasmo przy jego nominalnym C/N₀, dopóki nie zacznie działać jego własny zagłuszacz.

Gdzie stosuje się projekty#

Projekt jest wyszukiwany po nazwie wszędzie tam, gdzie pasmo może go wskazać:

  • pasmo spectrum (signal = "<design>", powyżej): multi-band-jamming-waterfall, leo-resilience-js-margin oraz kampanie leo-resilience-multiband-diversity i leo-resilience-gnss-jammed-leo-carries;
  • pasmo leo-pass (signal = "<design>"): pasmo przejmuje częstotliwość środkową projektu (chyba że podano frequency_mhz), szerokość pasma nadawania i śledzoną szybkość chipów, dzieli swoją EIRP na składowe według ich udziałów w mocy i w każdej epoce podaje C/N₀ śledzonej składowej oraz jitter kodu ograniczony pasmem (LEO-PASS.md);
  • rodzaj leo-pnt-chain, który przekazuje do przelotu podział mocy i szybkość chipów projektu, a do rozwiązania fuzyjnego jego nośną i szybkość chipów (leo-pnt-end-to-end, xona-pulsar-end-to-end; LEO-PNT.md).

Parametry z warsztatów#

scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml zawiera pasma częstotliwości Celeste IOD i konfigurację sygnału nr 1 „Classical Pilot” przedstawione na warsztatach LEO-PNT ESA NAVISP, 2026, wraz ze sprawdzeniem kształtu jednego projektu względem zmierzonego tam widma. Jest jednym z plików presetu Celeste IOD (pozostałe to src/celeste_iod.rs i pozostałe scenarios/*celeste-iod*.toml); żadna specyfikacja sygnału Celeste nie jest publiczna. Jego składowe niosą własne założenia (podziały mocy, długości kodów, przesunięcia FDMA i reprezentatywną modulację dla pasm, których modulacji nie przedstawiono). Sprawdzenie kształtu jest spójnością MODELLED: porównuje kształty, a nie skalibrowane poziomy.

Jest wstrzymany razem z resztą presetu: usuń src/celeste_iod.rs i pliki scenarios/*celeste-iod*.toml. Nic nie kompiluje scenariusza do programu: interfejs wiersza poleceń wymienia go jako scenariusz wyłącznie z repozytorium (kshana example podaje jego nazwę i wyjaśnia, zamiast go wypisywać), a test odrzuca każde include_str! tego pliku. Każdy inny scenariusz, test i wyrocznia działa bez niego; test, który go odczytuje, przechodzi z uwagą, gdy go nie ma, a liczba plików scenariuszy w README nadal go wlicza.

Dowody#

Twierdzenie Etykieta Wyrocznia
moc BPSK w paśmie (90,3 % w listku głównym); jitter wyprzedzający-opóźniony ograniczony pasmem redukujący się do podręcznikowych postaci koherentnej i niekoherentnej oraz do granicy Gabora; własne SSC BPSK 2/(3 R_c) VALIDATED Kaplan i Hegarty, Betz i Kolodziejski 2009, Betz 2001, Abramowitz i Stegun, tablica 5,1
Wzór w postaci zamkniętej na szerokość pasma Gabora ograniczoną pasmem; SSC BPSK z przesunięciem przy niezerowym przesunięciu; jednostkowe pole AltBOC (wszystko w wierszu powyżej, jako kontrole krzyżowe) spójność wewnętrzna wyprowadzone tutaj, sprawdzone kwadraturą
Maksymalny Doppler LEO VALIDATED Xona Pulsar X1 od 32 do 34 kHz (arXiv 2509,19551); Iridium ±36 kHz (RNTF)
projekty leo-signal, akwizycja, kompatybilność, tolerancja na zagłuszacz, zestawienie, sprawdzenia kształtu MODELLED sprawdzone względem niezależnego wzorca wzory w postaci zamkniętej, tożsamość detektora P_d(0) = P_fa, średni czas Holmesa, własny łańcuch SSC rodzaju spectrum
Widmo wielopasmowe MODELLED redukcja do niezmienionych łańcuchów widma i zagłuszania

Niemodelowane#

  • Dokładne widma EFQPSK, kluczowania przesunięciem kodu i OFDM.
  • Struktura prążkowa kodów rozpraszających i korelacja wzajemna wielodostępu.
  • Filtry nadawcze i odbiorcze inne niż idealna ściana: brak emisji poza pasmem.
  • Wielodrogowość, kwantyzacja i automatyczna regulacja wzmocnienia.
  • Obrót Ziemi w granicy Dopplera (do około 0,46 km/s prędkości zmiany odległości).
  • Opóźnienie jonosferyczne wyższego rzędu niż pierwszy oraz podział zawartości elektronów powyżej i poniżej satelity LEO: TEC na drodze ukośnej jest daną wejściową.
  • Straty atmosferyczne, deszczowe i polaryzacyjne.
  • Logika akwizycji wielookresowej.
  • Interferencja zbiorcza wykraczająca poza liczbę na satelitę.

Bibliografia#