Używanie rzeczywistych TLE konstelacji

Dołączony scenarios/orbit-sgp4-gps.toml zawiera już rzeczywiste TLE (dwuwierszowe zestawy elementów): zrzut gps-ops z Celestrak operacyjnej konstelacji GPS (Global Positioning System) skatalogowanej 2021-07-28, 30 satelitów, z strict_checksum = true. Każdy satelita jest propagowany za pomocą SGP4/SDP4 (Simplified General Perturbations 4 / Simplified Deep-space Perturbations 4), co zostało sprawdzone względem oficjalnych wektorów AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) 2006-6753. Ten sam zrzut jest dołączony jako tests/fixtures/celestrak/gps-ops_2021-07-28.txt, a scripts/fetch_tles.sh pobiera nowy. Przed przywołaniem z niego liczby opisującej geometrię należy przeczytać sekcję 3: ten scenariusz propaguje każdego satelitę od jego własnej epoki.

Jako syntetyczny, samodzielny przykład scenarios/orbit-real-tle.toml podaje sześć satelitów podobnych do GPS jako gołe rekordy z wierszem 2, propagowane jako analityczne elementy keplerowskie, a każdy scenariusz orbit bez bloku tle buduje konstelację Walkera.

Aby badać aktualną konstelację GPS (lub dowolną inną), należy wstawić świeży zrzut.

1. Pobranie aktualnego zrzutu#

Celestrak redystrybuuje zestawy elementów z katalogu NORAD (North American Aerospace Defense Command), odświeżane co najmniej raz dziennie. Dla GPS:

curl -o gps-ops.txt "https://celestrak.org/NORAD/elements/gp.php?GROUP=gps-ops&FORMAT=tle"

Inne przydatne grupy: galileo, glo-ops (GLONASS, rosyjski Global Navigation Satellite System), beidou, stations (ISS, International Space Station, i inne stacje załogowe).

Plik jest ciągiem rekordów trzywierszowych (nazwa, wiersz 1, wiersz 2). Parser Kshana ignoruje wiersze z nazwami, więc plik można wkleić bez zmian.

2. Wstawienie go do scenariusza#

W dowolnym scenariuszu orbitalnym należy ustawić blok konstelacji tle na zawartość zrzutu:

[constellation]
# Paste the Celestrak gps-ops block here (name/line1/line2 triples). Two real records
# from tests/fixtures/celestrak/gps-ops_2026-06-07.txt are shown; a real block has ~30.
strict_checksum = true   # real Celestrak TLEs carry valid checksums; enforce them
tle = """
GPS BIIR-5  (PRN 22)
1 26407U 00040A   26158.26673196  .00000043  00000+0  00000+0 0  9990
2 26407  54.8526 215.5566 0121168 302.4173  18.5084  2.00557626189748
GPS BIIR-8  (PRN 16)
1 27663U 03005A   26157.61055816  .00000039  00000+0  00000+0 0  9995
2 27663  54.8837 215.3893 0147927  53.0597 289.9583  2.00561160171094
"""

(PRN to numer kodu pseudolosowego, który nadaje satelita GPS.)

Para wiersz 1 + wiersz 2 jest propagowana za pomocą SGP4/SDP4 (człony oporu i przestrzeni głębokiej); sam wiersz 2 jest traktowany jako analityczne średnie elementy keplerowskie. Oba rodzaje można mieszać.

strict_checksum = true odrzuca każdy wiersz, w którym suma kontrolna modulo 10 z kolumny 69 jest błędna — to dobra kontrola integralności świeżo pobranego pliku. Domyślnie ma wartość false, ponieważ syntetyczne scenariusze dydaktyczne używają zastępczych sum kontrolnych.

3. Uwagi o epokach — przeczytaj to przed przywołaniem liczby opisującej geometrię#

SGP4 propaguje każdego satelitę od jego własnej epoki TLE, a parse_propagators (w src/tle.rs) zwraca wyłącznie propagatory, więc czas scenariusza t jest stosowany jako tsince = t dla każdego satelity niezależnie. Jest to właściwa konwencja tylko wtedy, gdy wszystkie zestawy elementów w pliku mają wspólną epokę.

Plik grupy z Celestrak tego nie zapewnia. Plik jest pobierany w jednej chwili, ale zestaw elementów każdego satelity jest odświeżany we własnym rytmie, więc epoki w nim są rozłożone na kilka dni. Zmierzone na zestawach dołączonych do tego repozytorium (wiersz 1, kolumny 19–32):

70,6 h to 5,9 obiegu GPS. Po propagacji bez zmian fazowanie w płaszczyźnie jest pomieszane: satelity znajdują się na właściwych wysokościach i nachyleniach, ale nie tam, gdzie były w którymkolwiek jednym dniu, więc widoczny zbiór, DOP (dilution of precision) i każda obliczona z nich dostępność opisują konstelację, która nigdy nie istniała. Nic w parserze nie mierzy tego rozrzutu za użytkownika, a rodzaje orbit i integrity nie wyrównują epok: blok TLE w scenariuszu jest zawsze propagowany od epoki każdego satelity z osobna.

Zamiast tego należy zrobić tak. Epokę należy trzymać przy propagatorze, wybrać jeden chwilowy punkt odniesienia i przesunąć tsince każdego satelity względem niego. Tle::epoch_days_1950 jest publiczne, więc pętla parsowania jest krótka; tests/igs_real_data.rs (real_gps_tle_snapshot) jest przykładem roboczym w tym drzewie:

use kshana::orbit::Propagator;
use kshana::sgp4::wgs72;
use kshana::tle::parse_tle;

/// TEME position (m) of one satellite at `t` seconds after the common reference
/// instant `t_ref_jd` (a Julian date), not after its own TLE epoch.
fn aligned_teme_m(line1: &str, line2: &str, t_ref_jd: f64, t: f64) -> Result<[f64; 3], String> {
    let tle = parse_tle(line1, line2)?;
    let jd_epoch = 2_433_281.5 + tle.epoch_days_1950;
    let prop = Propagator::Sgp4(Box::new(tle.to_sgp4(wgs72(), false)));
    let tsince_s = (t_ref_jd - jd_epoch) * 86_400.0 + t;
    Ok(prop.position_eci(tsince_s))
}

TEME to układ prawdziwego równika i średniego równonocy, w którym działa SGP4; tests/igs_real_data.rs obraca go do współrzędnych związanych z Ziemią za pomocą teme_to_ecef.

Jeśli epoki nie zostały wyrównane, trzeba o tym powiedzieć przy podawaniu liczby: jest to stwierdzenie o powłokach orbitalnych, a nie o rzeczywistym niebie.

O tym, jak duże ma to znaczenie, mówi pomiar w tests/araim_dual_real_data.rs, który stosuje te same przesunięcia (chwila odniesienia: najpóźniejsza epoka w połączonych plikach GPS + Galileo, 2026-06-07T07:21:04 UTC (Coordinated Universal Time)) w 24-godzinnym przebiegu dostępności ARAIM (advanced receiver autonomous integrity monitoring) dla dwóch konstelacji. Przy VAL (vertical alert limit) 12 m wyrównane niebo daje dla samego GPS 0,993, dla połączonych GPS+Galileo 1,000 i dla dwóch konstelacji odpornych na uszkodzenia konstelacji 0,990; niewyrównana konwencja epoki każdego satelity z osobna daje dla tych samych danych 0,208, 0,671 i 0,031 — to inny wniosek, a nie mały błąd.

Zobacz też#

• README.md — scenariusze orbitalne.
• SCENARIOS.md — pola rodzaju orbit; rodzaje integrity, gnss-sim, jamming i constellation-design przyjmują tę samą tabelę constellation, a ephemeris przyjmuje pojedynczy tle.
• INTEGRITY.md — silnik ARAIM, którym steruje test rzeczywistego nieba.
• src/tle.rs — parser (parse_propagators, ParseOpts { strict_checksum }).