Машинный перевод, не проверенный носителем языка. Эталоном служит английская версия.

ОрбитыПравить на GitHubИсточник: docs/SSV.md

GNSS за пределами группировки: вид gnss-ssv

Носит консультативный характер. Модельные результаты по заданным входным данным и смоделированной истине; это не сертификация, не величина, прошедшая лётную квалификацию, и не утверждение об объёме обслуживания какой-либо системы. Kshana ничего не передаёт.

Вид gnss-ssv отвечает на вопрос: сколько сигналов GNSS может использовать космический аппарат над орбитами GNSS, вокруг них или далеко за ними, насколько они сильны, какова геометрия и что может сделать с ними бортовой фильтр? У него три режима, выбираемые тем, какая таблица есть в сценарии: [shell], [trajectory] или [navigation] (с необязательной [formation]).

Статус: MODELLED. Перебор доступности сравнивается с буклетом ICG Space Service Volume при предварительной регистрации; прежде чем полагаться на какое-либо число, см. что показывает сравнение.

Общедоступные источники#

  • The Interoperable Global Navigation Satellite Systems Space Service Volume, Управление ООН по вопросам космического пространства, ST/SPACE/75 (1 ноября 2018), подготовлено Международным комитетом по GNSS (ICG), рабочая группа B: метод (приложение B), орбитальные элементы каждой группировки (приложение C), ширина луча и мощности передачи (таблицы B2, B6, B8, 4,2), антенны пользователей (таблица B10) и опубликованные таблицы доступности. Это само по себе моделирование. Загружается скриптом xval/gnss-ssv/fetch.sh (закреплённый SHA-256), никогда не включается в репозиторий.
  • Навигационный центр Береговой охраны США, диаграммы направленности панелей антенн GPS Block IIR и IIR-M (Marquis, 2014): измеренные диаграммы панелей L1, используемые только для оценки параметрической замены (порог S7). Загружаются, никогда не включаются в репозиторий, данные диаграмм не фиксируются.
  • Постоянные модели (гравитация, вращение Земли, потери в свободном пространстве, спектральная плотность шума) стандартные; закон плотности плазмосферы Галлахера, слой Чепмена и профиль радиорефракции — опубликованные формы, используемые с заданными простыми параметрами (см. src/ssv/limb.rs).

Режим оболочки: глобальная метрика из буклета#

[shell] помещает пользователя на сферу (по умолчанию высота 36 000 км с надирной полусферической антенной, верхний SSV; или 8 000 км с всенаправленной антенной, нижний SSV) на сетке икосферы из 2,562 точек и подсчитывает за 14 суток с шагом в 1 минуту долю пар (пользователь, эпоха) как минимум с одним и как минимум с четырьмя сигналами, по группировкам и в совокупности, а также наибольший перерыв у наихудшего пользователя. Перебор использует замкнутый интервал видимости по центральному углу (конус луча, перекрытие Землёй — сфера 6378 км плюс 50 км, полусфера пользователя и предел дальности РЧ) и работает за секунды в релизной сборке; тест свойств проверяет его по общему геометрическому предикату.

Доступность сигналов для пользователя на сфере на высоте 36000 км с полусферической антенной по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-shell.toml (сокращённый прогон: 162 пользователей, 3 суток, шаг 10 мин) при пороге 20 дБ-Гц. Для каждой орбитальной группировки и диапазона по две полосы: доля пар (пользователь, эпоха) как минимум с одним сигналом и как минимум с четырьмя. В сумме, L1: 99,4 % как минимум с одним, 73,2 % как минимум с четырьмя, самый долгий перерыв с менее чем четырьмя сигналами 160 мин. В сумме, L5: 100,0 % как минимум с одним, 99,9 % как минимум с четырьмя, самый долгий перерыв с менее чем четырьмя сигналами 20 мин. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Сокращённый размер не является сравнением с буклетом. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.Доступность сигналов для пользователя на сфере на высоте 36000 км с полусферической антенной по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-shell.toml (сокращённый прогон: 162 пользователей, 3 суток, шаг 10 мин) при пороге 20 дБ-Гц. Для каждой орбитальной группировки и диапазона по две полосы: доля пар (пользователь, эпоха) как минимум с одним сигналом и как минимум с четырьмя. В сумме, L1: 99,4 % как минимум с одним, 73,2 % как минимум с четырьмя, самый долгий перерыв с менее чем четырьмя сигналами 160 мин. В сумме, L5: 100,0 % как минимум с одним, 99,9 % как минимум с четырьмя, самый долгий перерыв с менее чем четырьмя сигналами 20 мин. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Сокращённый размер не является сравнением с буклетом. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.

Режим траектории: вдоль орбиты#

[trajectory] ведёт пользователя по кеплеровой орбите (предустановка: leo, meo, geo, heo (таблица 5,10 буклета) или lunar-transfer, либо элементы) и сообщает по каждому диапазону и группировке доступность одного и четырёх сигналов, длительности перерывов, сигналы в зоне видимости, наилучшее C/N0, геометрический фактор ухудшения точности (медиана, 95-й процентиль, наихудшее), линии, принятые через главный лепесток и через боковые лепестки, а также необязательный временной ряд и CSV.

  • Диаграмма передачи ([transmit] pattern): booklet (постоянная мощность внутри опорного угла от оси), parametric (помеченная замена: 3 дБ на градус за опорным углом до пола на 25 дБ ниже главного лепестка; это не измеренная диаграмма какой-либо системы) или table (измеренная диаграмма, которую вы предоставляете: pattern_csv или встроенный pattern_text; диаграммы панелей Block IIR/IIR-M можно извлечь с помощью xval/gnss-ssv/extract_patterns.py).
  • Приёмные антенны: всенаправленная, полусфера или высокоусиливающие и патч-антенны из таблицы B10 буклета, в надир или в зенит; каждая линия использует антенну с большим усилением.
  • Среда лимбового луча ([atmosphere]): ионосфера Чепмена, плазмосфера (форма Галлахера 1988, плазмопауза при L = 4,5, сужающаяся ниже 1 500 км) и нейтральная атмосфера (изгиб около 1,33 градуса у поверхности, поглощение кислородом, дефокусировка), интегрируемые вдоль прямого луча. Сообщает наклонное TEC, плазмосферную часть, избыточную задержку, высоту касания и линии, потерянные из-за скольжения. Интегрирование вдоль прямого луча: изгиб сообщается, но не итерируется.
  • Приёмник слабых сигналов ([receiver] weak_signal): когерентное и некогерентное накопление, предел по биту данных, поддержка и пилотные каналы, поиск по Доплеру; порог захвата при заданных вероятностях обнаружения и ложной тревоги и пороги слежения за несущей и кодом заменяют фиксированный порог C/N0 (диапазон от 10 до 25 дБ-Гц). Повторно использует модели захвата и петель слежения движка.
Сигналы вдоль одной высокой околоземной орбиты (перигей 497 км, апогей 58622 км, период 18,8 ч) по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-heo.toml, диапазон L1. Сверху: наилучшая плотность отношения несущей к шуму среди сигналов в зоне видимости на фоне порога 20 дБ-Гц. В середине: число сигналов в зоне видимости от всех орбитальных группировок, от 4 до 55 вдоль выбранных точек. Из принятых линий связи 2252 пришли через главный лепесток и 696 через боковые лепестки, при использовании помеченной параметрической диаграммы-заменителя, а не измеренной диаграммы какой-либо системы. Медианный PDOP 67, 95-й процентиль 358. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.Сигналы вдоль одной высокой околоземной орбиты (перигей 497 км, апогей 58622 км, период 18,8 ч) по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-heo.toml, диапазон L1. Сверху: наилучшая плотность отношения несущей к шуму среди сигналов в зоне видимости на фоне порога 20 дБ-Гц. В середине: число сигналов в зоне видимости от всех орбитальных группировок, от 4 до 55 вдоль выбранных точек. Из принятых линий связи 2252 пришли через главный лепесток и 696 через боковые лепестки, при использовании помеченной параметрической диаграммы-заменителя, а не измеренной диаграммы какой-либо системы. Медианный PDOP 67, 95-й процентиль 358. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.

[navigation] ведёт аппарат на высокой орбите или на лунной трансферной траектории и запускает расширенный фильтр Калмана с девятью состояниями (положение, скорость, смещение и дрейф часов приёмника, масштаб давления солнечного излучения) по псевдодальностям. Истина интегрируется с гравитацией точечной массы, J2, возмущениями от Солнца и Луны как третьих тел и давлением излучения с цилиндрической тенью Земли; фильтр моделирует гравитацию, J2 и третьи тела и оценивает давление излучения. Псевдодальности получаются из той же геометрии линий и порога C/N0, что и в переборах; их шум растёт при падении C/N0; избыточная задержка среды (с [atmosphere]) добавляется и фильтром не моделируется. Отчёт разделяет часть прогона внутри орбит GNSS (ниже высоты 20 000 км) и часть выше, даёт наибольший промежуток без измерений и средний нормированный квадрат ошибки оценивания (около 3 для согласованного блока положения). Солнце и Луна — грубые круговые замены низкой точности.

Бортовой девятисостоятельный фильтр на перелёте с низкой орбиты к Луне по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml (289 эпох, нанесено 13 точек). В логарифмической шкале показаны истинная ошибка положения и собственная граница одной сигмы фильтра в зависимости от времени с начала. Внутри орбит ГНСС СКО положения равно 1,4 м; выше них — 90 м, с итоговой ошибкой 184 м на высоте 193 330 км при 1 измерении. Среднее значение нормированного квадрата ошибки оценивания за весь прогон равно 4,4 (около 3 для согласованного блока положения). Истина и фильтр используют одни и те же заменители Солнца и Луны. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.Бортовой девятисостоятельный фильтр на перелёте с низкой орбиты к Луне по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml (289 эпох, нанесено 13 точек). В логарифмической шкале показаны истинная ошибка положения и собственная граница одной сигмы фильтра в зависимости от времени с начала. Внутри орбит ГНСС СКО положения равно 1,4 м; выше них — 90 м, с итоговой ошибкой 184 м на высоте 193 330 км при 1 измерении. Среднее значение нормированного квадрата ошибки оценивания за весь прогон равно 4,4 (около 3 для согласованного блока положения). Истина и фильтр используют одни и те же заменители Солнца и Луны. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.

Режим построения: относительная навигация#

[formation] (для ведущего аппарата нужна [navigation]) добавляет ведомые аппараты, смещённые по истинной аномалии. Каждый аппарат запускает абсолютный фильтр; положение ведомого относительно ведущего оценивается вычитанием независимых абсолютных оценок и относительным фильтром по однократно разностным псевдодальностям сигналов, которые отслеживают оба аппарата. Отчёт даёт обе оценки, базу и число сигналов, отслеживаемых совместно.

Относительная навигация 2 подчинённых аппаратов вокруг главного на высокой орбите по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml (401 эпоха). Для каждого подчинённого аппарата по две полосы: СКО относительного положения при вычитании двух независимых абсолютных оценок и по относительному фильтру на однократно разностных псевдодальностях. Базовая линия 0,8 км: 5,1 м и 1,2 м. Базовая линия 2,0 км: 4,1 м и 2,1 м. Абсолютный фильтр здесь не согласован: среднее значение нормированного квадрата ошибки оценивания 187 против около 3 для согласованного фильтра, поэтому заявленная им неопределённость слишком мала. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.Относительная навигация 2 подчинённых аппаратов вокруг главного на высокой орбите по реальному прогону движка v0.40.0 на scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml (401 эпоха). Для каждого подчинённого аппарата по две полосы: СКО относительного положения при вычитании двух независимых абсолютных оценок и по относительному фильтру на однократно разностных псевдодальностях. Базовая линия 0,8 км: 5,1 м и 1,2 м. Базовая линия 2,0 км: 4,1 м и 2,1 м. Абсолютный фильтр здесь не согласован: среднее значение нормированного квадрата ошибки оценивания 187 против около 3 для согласованного фильтра, поэтому заявленная им неопределённость слишком мала. MODELLED: модельное исследование по заданным исходным данным, не измерение и не утверждение о космической зоне обслуживания какой-либо системы. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.

Что показывает сравнение с буклетом#

Пороги были зарегистрированы заранее (xval/gnss-ssv/PREREGISTRATION.md, дополнения с 1 по 5) до полноразмерного прогона; результаты в xval/gnss-ssv/RESULTS.md, ячейки в results-*.json, закреплены тестом tests/ssv_booklet_results.rs, включая промахи.

порог что прогон 1 (предварительно зарегистрированная трактовка) вариант с углом GLONASS (диагностика)
S0 минимальная излучаемая мощность, 13 сигналов, в пределах 0,1 дБ MET MET
S1 геометрия верхнего SSV (таблица B4) NOT MET (43 из 52 ячеек) все 52 ячеек в пределах допуска
S2 нижний SSV (таблица 5,2) NOT MET (48 из 52) все 52
S3 верхний SSV при 15/20/25 дБ-Гц (таблица B9) NOT MET (122 из 155) 153 из 155
S4 шесть миссий на GEO NOT MET (132 из 156) все 156
S5 миссия на HEO NOT MET (18 из 26) 21 из 26
S6 лунная миссия MET NOT MET (23 из 26)
S7 параметрическая диаграмма против измеренных диаграмм панелей GPS L1 NOT MET (СКО от 6,3 до 8,8 дБ при пороге 3 дБ) n/a

Буклет внутренне противоречив относительно опорного угла от оси для GLONASS: таблицы B2 и B6 печатают 20 и 28 градусов, таблица 4,2 — 26 и 34. Прогон 1 использовал первое (то, что назвала предварительная регистрация); почти каждый промах в S1–S5 приходится на GLONASS. Вариант, который до запуска был зафиксирован как диагностический, использует второе, и тогда миссии верхнего SSV, нижнего SSV и GEO совпадают ячейка в ячейку, включая перерывы. Вариант не заменяет прогон 1. Ни одна строка не имеет статуса VALIDATED: буклет — это моделирование, правило вердикта требует S0–S3 при предварительно зарегистрированной трактовке, а остальные промахи (GPS L1 при 20 дБ-Гц, Galileo на HEO, QZSS и NavIC, строки GLONASS для Луны) не объяснены.

Зафиксированное сравнение модели доступности сигналов для пользователей в космосе с публичным буклетом по космической зоне обслуживания по закоммиченным результатам заранее зарегистрированного прогона (xval/gnss-ssv/results-run1.json, записан примером ssv_booklet_check движка v0.40.0). По порогам, число ячеек в пределах допуска: S0 13 из 13 (MET); S1 43 из 52 (NOT MET); S2 48 из 52 (NOT MET); S3 122 из 155 (NOT MET); S4 132 из 156 (NOT MET); S5 18 из 26 (NOT MET); S6 26 из 26 (MET); S7 0 из 20 диаграмм панелей (NOT MET). При заранее зарегистрированном прочтении выполнены только S0 и S6. Диагностический вариант с другими углами ГЛОНАСС из буклета доводит S1, S2 и S4 до всех ячеек, но не заменяет зафиксированный прогон. Ни одна строка реестра не VALIDATED. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.Зафиксированное сравнение модели доступности сигналов для пользователей в космосе с публичным буклетом по космической зоне обслуживания по закоммиченным результатам заранее зарегистрированного прогона (xval/gnss-ssv/results-run1.json, записан примером ssv_booklet_check движка v0.40.0). По порогам, число ячеек в пределах допуска: S0 13 из 13 (MET); S1 43 из 52 (NOT MET); S2 48 из 52 (NOT MET); S3 122 из 155 (NOT MET); S4 132 из 156 (NOT MET); S5 18 из 26 (NOT MET); S6 26 из 26 (MET); S7 0 из 20 диаграмм панелей (NOT MET). При заранее зарегистрированном прочтении выполнены только S0 и S6. Диагностический вариант с другими углами ГЛОНАСС из буклета доводит S1, S2 и S4 до всех ячеек, но не заменяет зафиксированный прогон. Ни одна строка реестра не VALIDATED. Носит консультативный характер: результат анализа исследовательского и инженерного инструмента; это не навигационное оборудование с утверждённым типом и не служба обеспечения безопасности жизни.

Запуск#

kshana scenarios/gnss-ssv-shell.toml            # the upper SSV, reduced size
kshana scenarios/gnss-ssv-heo.toml              # a HEO, parametric sidelobes, limb medium
kshana scenarios/gnss-ssv-lunar-weak.toml       # lunar transfer, weak-signal receiver design
kshana scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml        # onboard EKF on the way to the Moon
kshana scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml    # formation relative navigation
cargo run --release --example ssv_booklet_check # the full pre-registered comparison (about 12 minutes)

Каждый встроенный сценарий сокращён, чтобы выполняться за секунды; полноразмерное сравнение — пример выше. Тот же вид запускается из Python (kshana.run), браузера (WebAssembly), сервера MCP (run_scenario, только встроенный текст: pattern_csv — файловый источник и отклоняется, используйте pattern_text) и плагинов.

Ограничения#

  • MODELLED: ничто здесь не сравнивалось с измеренным приёмом GNSS на орбите. Буклет — это моделирование.
  • Кеплеровы двухтельные орбиты для группировок GNSS и для пользователя в переборах; лунный перелёт — двухтельный эллипс, а не распространённая траектория.
  • Среда — заданная простая модель с интегрированием вдоль прямого луча; это не прогноз космической погоды.
  • Навигационный фильтр — это проектное исследование: без манёвров, ориентации и многолучевости, причём истина разделяет с фильтром эфемериды Солнца и Луны.