Konstellationsutformning

Sorten constellation-design bygger en eller flera satellitkonstellationer kring jorden, månen, Mars eller någon annan kropp i solsystemskatalogen (src/body.rs: de åtta planeterna, Pluto, månen, Phobos, Deimos, de fyra galileiska månarna och Titan, med samma konstanter som sorterna solar-system och body-pnt använder; se SOLAR-SYSTEM.md) och kartlägger deras täckning och geometriska försämring av precisionen (DOP) över ett latitud-/longitudrutnät. Källa: src/constellation.rs.

kshana scenarios/constellation-multi-gnss-coverage.toml
# constellation-design: 102 satellites (GPS, Galileo, BeiDou, GLONASS) around the Earth;
#   availability 100.00% (PDOP <= 6 at 10 deg mask), worst site 100.00%, median PDOP 0.95,
#   mean 31.0 in view; 648 grid points x 95 epochs (MODELLED)

Kroppen väljs med body (standard earth). Körningen spänner över duration_s (standard ett siderealt dygn, 86 164 s) i steg om step_s (standard 600 s), över mask_deg (standard 5 deg), på ett rutnät med grid_step_deg (standard 10 deg) som lat_min_deg, lat_max_deg, lon_min_deg och lon_max_deg kan begränsa; j2 = true lägger till den sekulära driften från J2, den andra zonala harmoniska komponenten i kroppens gravitationsfält.

Vad som går in#

• Walker-skal i konventionen T/P/F: T satelliter i P likformigt fördelade plan med fasning F. Ett delta-mönster sprider de uppstigande noderna över 360 deg, ett star-mönster över 180 deg. Plan k ligger vid nod raan0 + k·ΔΩ och satellit j i det vid medelanomali m0 + j·360·P/T + k·360·F/T.
• Explicita elementuppsättningar: halv storaxel eller höjd, excentricitet, inklination, rektascension för den uppstigande noden (RAAN), perigeumargument och medelanomali.
• Förinställningar från publicerade nominella element (endast jorden; en förinställning kring en annan kropp är ett fel):

GPS-tabellens RAAN är tröghetsbaserad vid sin epok; förinställningen omvandlar den till en jordfast nodlongitud med den Greenwich-timvinkel som tabellen anger (100,765 deg). GLONASS anger absoluta (Greenwich) nodlongituder direkt. Galileo-dokumentet anger ingen timvinkel, så dess RAAN används som nodlongitud. BeiDou-standarden anger inte MEO-fasen eller IGSO-noderna; förinställningen startar MEO-mönstret vid nod 0 och medelanomali 0 och lägger de tre IGSO-satelliterna på ett gemensamt markspår som korsar ekvatorn vid 118 deg E. Dessa två val är modelled.

Flera konstellationer kan dela en körning. Med clock = "per-constellation" (standard) skattar mottagaren en klocka per system i sikte, som en multi-GNSS-mottagare (Global Navigation Satellite System) gör; clock = "common" delar en klocka.

Vad som kommer ut#

Per rutcell: medelvärde, minsta och största antal satelliter över masken; andelen epoker med positionsbestämning och med positions-DOP (PDOP) på eller under pdop_threshold; genomsnittlig geometrisk, positions-, horisontell och vertikal DOP (GDOP, PDOP, HDOP, VDOP); största PDOP. Globalt, viktat med cosinus för latituden så att varje cell räknas efter sin yta: tillgänglighet, tillgänglighet på den sämsta platsen, samt medelvärde, median, 90:e, 95:e och 99:e percentilen och maximum för varje DOP. Per satellit: ett nedsamplat markspår (track_points prov, standard 24, för högst max_tracks satelliter, standard 120). Diagrammet består av två kartor, tillgänglighet och genomsnittlig PDOP.

Hur det skalar#

En satellit på radie r ligger över en elevationsmask ε exakt när dess centralvinkel från användaren är högst λ = arccos((R/r)·cos ε) − ε, så siktprovet är en skalärprodukt mot cos λ. Varje epok sorteras satelliterna också efter latitud för punkten under satelliten, och en rutnätsrad vid latitud φ provar bara de satelliter som ligger inom λ_max från φ. Båda är exakta på en sfärisk kropp, och ett enhetstest håller varje karta mot en uttömmande genomsökning med det direkta elevationsprovet. Blocket work redovisar de parprov som en uttömmande genomsökning skulle göra och de som gjordes. Enhetstestets design med 5 000 satelliter på ett rutnät om 10 deg (648 punkter, 6 epoker) behåller 9,9 % av de 19 440 000 parproven i den uttömmande genomsökningen; det medföljande scenariot leo-pnt-mega-shell (5 000 satelliter, 648 punkter, 12 epoker) körs på cirka 0,14 s med kommandoradsbinären för release på en bärbar dator med Apple-silicon. Väggklocketider varierar med maskinen och dess belastning. Motorn använder inga trådar, klocka eller filsystem, så den körs oförändrad som WebAssembly.

Vad som kontrolleras, och mot vad#

VALIDATED, mot publicerade dokument:

• Walker-generatorn återger alla 24 rader i Galileo OS SDD Table 23, och GLONASS ICD:s positionsformel är samma uppsättning om 24 positioner som en Walker 24/3/1;
• GPS-förinställningen återger kolumnen för markspårets ekvatorkorsning i SPS PS Tables 3.2-1 och 3.2-2: 35 av 36 platser inom 0,0108 deg mot en avrundningströskel på 0,015 deg. E3F hålls mot en lösare tröskel på 0,06 deg, eftersom tabellens egen rad för E3F är inkonsekvent med dess RAAN och latitudargument: dess latitudargument ligger 14,60 deg före E3:s, vilket flyttar korsningen 7,30 deg, medan tabellen flyttar den 7,36 deg;
• GPS-baslinjen under villkoren i SPS PS Appendix B (ett siderealt dygn, 287 steg om fem minuter, ett rutnät på 4 deg, alla i sikte, mask på 5 deg) ger en global HDOP-median på 0,940, 90 % 1,165, 95 % 1,255, 98 % 1,370 och medelvärde 0,965, mot de publicerade 0,94, 1,16, 1,25, 1,37 och 0,96 (tröskel 0,03, fastställd före den första körningen). PDOP-medianen 1,795 ligger under 1,815 i Table B.3-1, som beskriver en försämrad blandning av 20–24 satelliter. PDOP på 6 eller lägre gäller 100 % av tiden, mot 98 % globalt och 88 % på den sämsta platsen i Table 3.8-1.

Kontrollerat mot en handräkning, inte mot ett externt dokument: en DOP för en enda epok stämmer med den slutna formen för en zenitsatellit och tre på 30 deg elevation (PDOP 8/3, GDOP 3,0732).

MODELLED: tvåkroppsbanor med valfri sekulär J2-drift; en sfärisk kropp; endast geometrisk sikt (ingen signaleffekt, satellithälsa eller terräng); ingen tredjekroppsstörning, som en verklig frusen månbana är beroende av. Den sämsta enskilda punkten i tid och rum beror på rutnätet: HDOP 2,40 och VDOP 5,22 här mot 2,49 och 5,43 publicerade; dessa redovisas, de fastställs inte. De fyra systemens förinställningar kommer från olika referensepoker, så deras relativa fas i en körning är inte en ögonblicksbild av något datum.

Medföljande scenarier#

Varje rad anger vad körningen skriver ut med kshana 0.40.0.

• scenarios/constellation-multi-gnss-coverage.toml: GPS, Galileo, BeiDou och GLONASS (102 satelliter) under ett dygn över en mask på 10 deg, en klocka per system. Tillgänglighet (PDOP 6 eller lägre) 100 % globalt och på den sämsta platsen, median-PDOP 0,95, i genomsnitt 31,0 satelliter i sikte.
• scenarios/leo-pnt-mega-shell.toml: 5 000 satelliter i fyra skal i låg jordbana (LEO) för positionering, navigering och tidssynkronisering (PNT), med J2, över en mask på 20 deg. Tillgänglighet (PDOP 3 eller lägre) 99,22 % globalt och 0 % på den sämsta platsen, median-PDOP 1,11, i genomsnitt 39,4 satelliter i sikte.
• scenarios/lunar-relay-constellation.toml: 8 satelliter i elliptiska frusna månbanor och ett cirkulärt skal med 6 satelliter kring månen. Tillgänglighet (PDOP 6 eller lägre) 21,33 % globalt och 0 % på den sämsta platsen, median-PDOP 5,22, i genomsnitt 3,2 satelliter i sikte.

LEO-PNT-täckning för användare vid polerna och i Arktis, jämfört med GNSS i medelhög jordbana, är sorten leo-pvt med dess polarläge (scenarios/polar-arctic-leo-coverage.toml; se LEO-PNT.md).