Орбитальные группировки, покрытие и геометрия (семейство видов сценариев)

Видов сценариев движка v0.40.0: 7. 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 — метка движка или матрицы верификации; вид относится к MODELLED, если матрица не говорит иного (как заслуживается метка: раздел Evidence в README).

Тематические страницы: CONSTELLATION-DESIGN, COVERAGE, SOLAR-SYSTEM, SKYLINE. Запустить один: kshana scenarios/orbit-gnss-challenged.toml. Все семейства: KINDS.md.

orbit#

Доступность GNSS и DOP по орбитальной группировке (Walker / TLE / RINEX).

Обязательные поля: seed, threshold_ns, mask_deg, time, user|user_site, constellation, clock_quantum, clock_classical. Необязательные: sigma_uere_m, constellations, epoch, export_sp3, export_omm, export_oem, skyline.

Реестр: MODELLED 4 · VALIDATED 4. Полная страница со входными данными, результатами, доказательствами и ограничениями: orbit.

kshana scenarios/orbit-rinex.toml

ephemeris#

Эфемериды и трасса на поверхности: распространение орбиты одного спутника (TLE→SGP4 или аналитическая орбита) с выдачей его состояния TEME/GCRS (положение + скорость), положения в ITRF/ECEF, подспутниковых широты, долготы и высоты WGS-84 и азимута, угла места, дальности и скорости изменения дальности (Доплер) станции на каждом шаге. Спутник берётся из tle или из аналитической orbit с её epoch (tle имеет приоритет, если заданы обе); при наличии tle параметр epoch переопределяет собственную эпоху TLE как t = 0.

Обязательные поля: tle|orbit+epoch. Необязательные: step_s, duration_s, station, dut1_s, xp_arcsec, yp_arcsec, carrier_hz, eop_finals2000a.

Реестр: VALIDATED. Полная страница со входными данными, результатами, доказательствами и ограничениями: ephemeris.

kshana scenarios/ephemeris.toml

constellation-design#

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.

Обязательные поля: нет. Необязательные: 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.

Реестр: MODELLED 1 · VALIDATED 2. Полная страница со входными данными, результатами, доказательствами и ограничениями: constellation-design.

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

solar-system#

Вся Солнечная система на одну эпоху, для PNT (позиционирование, навигация и время) вокруг любого тела. Для Солнца, восьми планет, Плутона, Луны, Фобоса, Деймоса, Ио, Европы, Ганимеда, Каллисто и Титана выводятся гелиоцентрическое положение и скорость в ICRF (Международная небесная система отсчёта, экваториальная J2000), гелиоцентрическое расстояние и эклиптические долгота и широта J2000, гравитационный параметр, экваториальный и средний радиус, J2 там, где он опубликован, и его опорный радиус, сидерический период вращения, полюс по IAU и начальный меридиан на эпоху, трек орбиты, дискретизированный на одном обороте (гелиоцентрический для планет, относительно родительского тела для спутников), а также время распространения света, односторонняя и двусторонняя дальность, солнечная задержка Шапиро и угловое расстояние от Солнца относительно тела-наблюдателя (по умолчанию Земля); дополнительные связи from/to обрабатываются так же. Положения: кеплеровы элементы JPL по Standish и Williams (таблица 1 для 1800 г. н. э. – 2050 г. н. э., таблицы 2a/2b для 3000 г. до н. э. – 3000 г. н. э.) с номинальной ошибкой каждой планеты, лунный ряд Montenbruck & Gill для разделения Земли и Луны, средние элементы JPL с синхронной скоростью вращения по IAU для марсианских и галилеевых спутников и модель вращения IAU для Титана. Время распространения света: радиометрическое решение методом неподвижной точки, передатчик в запаздывающем положении; ньютоновское, с задержкой Шапиро, приводимой отдельно. VALIDATED по JPL Horizons (DE441) в пределах удвоенной номинальной ошибки: от Меркурия до Сатурна и Земля по таблице 1 (наихудший случай 1,87 номинальной) и все восемь планет по таблицам 2a/2b (наихудший случай 1,71 номинальной), а также время распространения света от Земли до Марса и Юпитера. MODELLED, каждая строка помечена: Уран и Нептун по таблице 1 (2,0 и 5,2 номинальной ошибки относительно DE441), Плутон (строка 1992; ошибка не указана), Луна и семь спутников (измерено относительно Horizons, опубликованной границы нет).

Обязательные поля: нет. Необязательные: epoch, epoch_jd_tdb, bodies, observer, track_points, table, links.

Реестр: MODELLED 2 · VALIDATED 3. Полная страница со входными данными, результатами, доказательствами и ограничениями: solar-system.

kshana scenarios/solar-system-tour.toml

body-pnt#

Позиционирование вокруг любого тела Солнечной системы: орбитальный аппарат или посадочный модуль на поверхности вокруг центрального тела, выбираемого по названию (Марс, Луна, Европа, Ганимед, Титан и остальной каталог тел Солнечной системы), с навигацией по односторонним псевдодальностям от небольшой навигационной группировки Уокера вокруг тела (двухтельные орбиты с вековым дрейфом J2 самого тела, неизвестные часы пользователя) и, по выбору, по не зависящей от часов двусторонней дальности в дальнем космосе от Земли, направление и расстояние до которой на каждую эпоху берутся из аналитических эфемерид Солнечной системы. Линии визирования перекрываются средней сферой тела, а пользователю на поверхности нужна ещё и маска возвышения. На каждую эпоху: ретрансляторы в зоне видимости, находится ли Земля над лимбом, GDOP и PDOP только по группировке (геометрический фактор и фактор положения), формальная неопределённость положения (одна сигма) с учётом строки Земли и без неё, а также ошибка решения методом наименьших квадратов Гаусса–Ньютона с заданным начальным значением в каждом из двух вариантов; за прогон: доступность, видимость Земли, медианный PDOP, СКО ошибки и медианная формальная сигма, а также время распространения света от Земли до тела, двойной пробег, задержка Шапиро и угловое расстояние до Солнца на эпоху. MODELLED: орбиты ретрансляторов, уровни шума и мгновенная модель измерений — это выбор моделирования, а не результат проверки по навигационным данным какой-либо миссии; константы тел — опубликованные значения, процитированные в body.rs, а геометрия Земли наследует метки эфемерид Солнечной системы.

Обязательные поля: нет. Необязательные: body, epoch, epoch_jd_tdb, duration_s, step_s, seed, table, user, constellation, earth_link.

Реестр: MODELLED 1 · VALIDATED 1. Полная страница со входными данными, результатами, доказательствами и ограничениями: body-pnt.

kshana scenarios/mars-orbit-pnt.toml

mars-pnt#

PNT на Марсе в дальнем космосе: симулированная ретрансляционная орбитальная группировка MARCONI (ареостационарные и наклонные ретрансляторы, ведущие одностороннее вещание и ретранслирующие двусторонний обмен со станцией дальнего космоса) осуществляет навигацию опорного пользователя (transfer | lmo | surface) через совместный оценщик слияния односторонних и двусторонних радиометрических данных. Сообщает геометрию и видимость по эпохам, достигнутое СКО относительно истины и формальную ковариацию (положение 1σ / 3σ) — честный симулированный показатель качества, а НЕ сертифицированный уровень защиты.

Обязательные поля: нет. Необязательные: user, clock_class, step_s, duration_s, nmax, range_sigma_m, doppler_sigma_mps, dynamic_tightness, two_way_period_s, seed.

Реестр: MODELLED. Полная страница со входными данными, результатами, доказательствами и ограничениями: mars-pnt.

kshana scenarios/mars-pnt-lmo.toml

passes#

Предсказание пролётов над наземной станцией: пролёты видимости во временной области (AOS/TCA/LOS, максимальное видимое возвышение, длительность) круговой орбиты, заданной средними элементами SGP4 на начало окна, над станцией выше маски возвышения в пределах окна, с общим временем доступа. Распространение SGP4/SDP4 в связанной с Землёй системе IAU 2006/2000A (необязательно UT1 − UTC и движение полюса), тропосферная рефракция ITU-R P.834-9 и время распространения света нисходящей линии (оба включены по умолчанию), пересечения решаются до 1e-7 с, а кульминация — поиском золотого сечения. Геометрия пролёта VALIDATED по Orekit 13.1.8 на станциях на уровне моря; орбита и станция сценария — иллюстративные входные данные.

Обязательные поля: нет. Необязательные: altitude_km, inclination_deg, raan_deg, arg_lat_deg, station_lat_deg, station_lon_deg, station_alt_m, epoch, mask_deg, duration_hours, step_s, refraction, light_time, ut1_minus_utc_s, xp_arcsec, yp_arcsec.

Реестр: MODELLED 2 · VALIDATED 2. Полная страница со входными данными, результатами, доказательствами и ограничениями: passes.

kshana scenarios/passes.toml