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.
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) илиtable(измеренная диаграмма, которую вы предоставляете:pattern_csvили встроенныйpattern_text; диаграммы панелей Block IIR/IIR-M можно извлечь с помощьюxval/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.
Режим навигации: бортовой фильтр#
[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.
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.
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.
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.