constellation-design (вид сценария)

Вид сценария движка v0.40.0, семейство Орбитальные группировки, покрытие и геометрия. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни. Каждая метка здесь принадлежит движку или матрице верификации; вид имеет уровень MODELLED, если матрица не указывает иное (как заслуживается метка: раздел README «Evidence»).

Что делает#

Проектирование орбитальных группировок в большом масштабе: схемы Walker DELTA и Walker STAR в нотации i: T/P/F (узлы распределены по 360 или 180 deg, расстояние в плоскости 360P/T, сдвиг фаз между плоскостями 360F/T), явные списки элементов и многооболочечные проекты, несколько орбитальных группировок в одном прогоне, вокруг Земли, Луны, Марса или любой другой планеты, Плутона или крупного спутника с использованием констант из модуля body (тех же, что используют виды solar-system и body-pnt). ПРЕСЕТЫ по опубликованным номинальным элементам: gps-baseline и gps-expandable (24 слота и шесть расширяемых пар «впереди/позади» из GPS Standard Positioning Service Performance Standard, 5-е издание 2020, таблицы 3.2-1–3.2-3), galileo (Walker 24/3/1 на 29 599,801 km и 56 deg, Galileo Open Service Service Definition Document, выпуск 1,1, таблицы 1 и 23), beidou и beidou-meo (Walker 24/3/1 на 21 528 km и 55 deg плюс три геостационарных спутника на 80, 110,5 и 140 deg E и три наклонных геосинхронных спутника на 55 deg, BeiDou Open Service Performance Standard 3,0, раздел 4,1; фаза MEO и пересечение наклонной геосинхронной орбиты на 118 deg E смоделированы, потому что стандарт их не задаёт) и glonass (24/3/1 на 19 100 km и 64,8 deg по формуле слотов из GLONASS Interface Control Document, издание 5,1, раздел 5,2). ПОКРЫТИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ФАКТОР DOP: по сетке широт и долгот и выборочному окну с маской по углу места — число видимых спутников, GDOP, PDOP, HDOP и VDOP в каждой ячейке, доступность (решение с PDOP не выше порога, по умолчанию 6) в каждой ячейке, глобально (с весом по площади) и на худшей площадке, с одними часами приёмника на каждую орбитальную группировку, если не задано clock = "common". Метод масштабируется до тысяч спутников: видимость вычисляется как скалярное произведение с половинным углом покрытия каждого спутника, а спутники в каждую эпоху разбиваются на полосы по широте подспутниковой точки, так что строка сетки проверяет лишь те, что могут быть в зоне видимости; отчёт подсчитывает сэкономленные проверки пар. JSON содержит карты сетки и прореженные трассы спутников на поверхности. VALIDATED: генератор Walker по таблице 23 из Galileo OS SDD и формуле слотов из GLONASS ICD, пресет GPS по опубликованному столбцу экваториальных пересечений из таблицы 3.2-1 SPS PS, а глобальное распределение HDOP для базового GPS по приложению B SPS PS (медиана 0,94, 95% 1,25, среднее 0,96, допуск 0,03). MODELLED: двухтельные орбиты с необязательным вековым J2, сферическое тело, только геометрическая видимость (без мощности сигнала, исправности и рельефа) и относительная фаза между разными системами, которая не является снимком какой-либо реальной даты.

Один прогон scenarios/leo-pnt-mega-shell.toml сводится к следующему: constellation-design: 5000 satellites (LEO-PNT) around the Earth; availability 99,22% (PDOP <= 3 at 20 deg mask), worst site 0,00%, median PDOP 1,11, mean 39,4 in view; 648 grid points x 12 epochs (MODELLED)

Входные параметры#

Из схемы (kshana kinds --json):

• Обязательные поля: нет
• Необязательные поля: body, duration_s, step_s, mask_deg, pdop_threshold, grid_step_deg, lat_min_deg, lat_max_deg, lon_min_deg, lon_max_deg, clock, j2, track_points, max_tracks, constellation

Пример scenarios/leo-pnt-mega-shell.toml задаёт, среди прочего:

Запустите#

kshana scenarios/leo-pnt-mega-shell.toml

3 входящих в поставку сценария используют этот вид; остальные находятся в scenarios/.

Что он даёт#

Скалярные результаты этого прогона с единицами, которые указывает движок:

Метка результата (самого движка): MODELLED - двухтельные кеплеровы орбиты (с необязательным вековым J2) вокруг сферического тела, геометрическая видимость выше маски по углу места, геометрический фактор DOP по всем видимым спутникам с одними часами приёмника на каждую орбитальную группировку, если не задано clock = "common"; без мощности сигнала, исправности и рельефа. Геометрия Walker и опубликованные

Доказательства#

MODELLED 1 · VALIDATED 2: строки матрицы верификации, называющие этот вид.

• VALIDATED Генераторы вида constellation-design: схемы Walker delta и star в нотации T/P/F (расстояние между узлами 360/P или 180/P, расстояние в плоскости 360·P/T, сдвиг фаз между плоскостями 360·F/T), а также базовая и расширяемая 24-слотовые схемы GPS, Gal
• VALIDATED Механизм покрытия вида constellation-design на базовом 24-слотовом пресете GPS в условиях приложения B GPS Standard Positioning Service Performance Standard (SPS PS) (одни звёздные сутки, 287 пятиминутных шагов, глобальная сетка 4 x 4 deg с
• MODELLED Вид constellation-design за пределами двух зафиксированных случаев: явные и многооболочечные проекты, несколько орбитальных группировок за прогон с одними часами приёмника на каждую, Земля, Луна и Марс по константам тел, пресет BeiDou Тесты: coverage_dop_gnss_lib_py_oracle.rs.

Строки, которые задействовал сам прогон, с оракулом, который указывает им матрица (публичные источники названы там):

• MODELLED Детерминированные, хешируемые по сценарию, SBOM и кроссплатформенные эталонные проверки (golden). Оракул (ExternalDataset): соответствие SBOM официальной схеме JSON CycloneDX 1,5 (плюс допустимые идентификаторы SPDX) — внешний опубликованный стандарт, ноль ошибок валидации на всём графе зависимостей; часть о детерминизме FoM и побайтной воспроизводимости остаётся закреплённой проверкой внутренней согласованности, поэтому строка остаётся MODELLED
• VALIDATED Генераторы вида constellation-design: схемы Walker delta и star в нотации T/P/F (расстояние между узлами 360/P или 180/P, расстояние в плоскости 360·P/T, int. Oracle (ExternalDataset): Опубликованные документы агентств: Galileo Open Service Service Definition Document, выпуск 1,1 (European GNSS Service Centre), таблицы 1 и 23, опорная группировка на 2016-11-21 00:00 UTC; GLONASS Interface Control Document, издание 5,1 (2008), раздел 5,2, формула слотов для долготы узла и аргумента широты; GPS Standard Positioning Service Performance Standard, 5-е издание (April 2020), таблицы 3.2-1, 3.2-2 и
• VALIDATED Механизм покрытия вида constellation-design на базовом 24-слотовом пресете GPS в условиях приложения B GPS Standard Positioning Service Performance Standard (SPS PS) . Oracle (ExternalDataset): GPS SPS PS, 5-е издание (April 2020), приложение B, разделы B.3.2.2 и B.3.2.3, опубликованное глобальное среднее распределение HDOP для полностью занятой базовой 24-слотовой группировки (медиана 0,94, 90 % 1,16, 95 % 1,25, 98 % 1,37, среднее 0,96), таблица 3.8-1 (доступность по PDOP) и таблица B.3-1 (ансамблевый PDOP деградировавшей группировки, используемый только как верхняя граница), а также выведенная вручную замкнутая форма для одной эпохи. VDOP и PD
• MODELLED Вид constellation-design за пределами двух зафиксированных случаев: явные и многооболочечные проекты, несколько орбитальных группировок за прогон с одними часами приёмника на каждую. Oracle (InternalConsistency): Внутренняя согласованность: полный перебор по углу места, вычисленные вручную и по orbit::dop сведения и замкнутая геометрия Walker и геосинхронных орбит. Двухтельные орбиты с необязательным вековым J2, сферическое тело с местной вертикалью вдоль радиуса, только геометрическая видимость (без мощности сигнала, исправности спутников, рельефа и возмущений от третьего тела) и относительная фаза между системами, взятая из разных

Ограничения#

Что отчёт самого прогона называет не смоделированным или не проверенным:

• MODELLED - двухтельные кеплеровы орбиты (с необязательным вековым J2) вокруг сферического тела, геометрическая видимость выше маски по углу места, геометрический фактор DOP по всем видимым спутникам с одними часами приёмника на каждую орбитальную группировку, если не задано clock = "common"; без мощности сигнала, исправности и рельефа. Геометрия Walker и опубликованные пресеты проверены по таблицам слотов Galileo OS SDD, GLONASS ICD и GPS SPS Performance Standard, a (result label)
• MODELLED: двухтельные орбиты с необязательным вековым J2, сферическое тело, только геометрическая видимость (без мощности сигнала, исправности и рельефа) и относительная фаза между разными системами, которая не является снимком какой-либо реальной даты. (каталог видов (kshana kinds --json))
• На что отвечает прогон: число видимых спутников, PDOP/HDOP/VDOP/GDOP в каждой ячейке 10 deg и доля времени с PDOP не выше 3 при маске 20 deg за два часа. Слабое место, которое показывает карта, — полярные шапки: ни одна оболочка не поднимается выше широты около 82 deg, поэтому пользователь у полюса видит все спутники с одной стороны неба, и вертикальная геометрия ухудшается. MODELLED: иллюстративный проект, двухтельные орбиты с J2, сфер (комментарий в файле сценария, строки 17–21)
• Воспроизводимость и гарантии качества ПО — MODELLED, а не validated: одно из частных утверждений проверено извне, но вся возможность составлена из смоделированных частей, поэтому возможность остаётся Modelled. (матрица верификации (docs/MODELLED-RATIONALE.md))
• Карты покрытия и геометрического фактора DOP для произвольных многосистемных орбитальных группировок в большом масштабе вокруг любого центрального тела — MODELLED, а не validated: они проверены по собственному замкнутому или аналитическому тождеству, что выявляет ошибки переписывания и коэффициентов, но не является внешним оракулом. (матрица верификации (docs/MODELLED-RATIONALE.md))

См. также#

• Страница семейства: Орбитальные группировки, покрытие и геометрия
• Все виды: KINDS.md
• Тематическая страница: LEO-PNT.md
• Тематическая страница: SOLAR-SYSTEM.md