Maskinöversättning, inte granskad av en modersmålstalare. Engelska är referensen.

Navigering i låg omloppsbana (LEO)Redigera på GitHubKälla: docs/LEO-SIGNAL.md

Utformningar av LEO-PNT-signaler och flerbandsspektrumet

Scenariotypen leo-signal analyserar signaler för positionering, navigering och tidssynkronisering (PNT) i låg jordbana (LEO). Den är inte knuten till ett enda system. En signal är en parametriserad utformning (data, inte kod), så samma typ analyserar en publicerad kommersiell signal, en representativ utformning för ett band som ingen har publicerat, eller vilken utformning som helst som ett scenario skriver in direkt. Scenariotypen spectrum ritar också dessa utformningar, i vilket band som helst från ultrahög frekvens (UHF) till C, varje band med sina egna jammers, och ett band av typen leo-pass eller en körning av typen leo-pnt-chain kan bära vilken som helst av dem (se Var utformningarna används).

Kör de medföljande exemplen:

  • kshana example leo-band-trade: en bandavvägning från UHF till brett C på representativa utformningar;
  • kshana example xona-pulsar-signals: de publicerade signalerna Xona Pulsar X1 och X5;
  • kshana example multi-band-jamming-waterfall: paneler för UHF, L, S och C under jammers per band (ett scenario av typen spectrum);
  • kshana scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml, från en utcheckning av repositoriet (medföljer inte): frekvensbanden och signalkonfigurationen för Celeste In-Orbit Demonstration (IOD) som presenterades vid LEO-PNT-workshopen inom Europeiska rymdorganisationen ESA:s Navigation Innovation and Support Programme (NAVISP), 2026 (se Workshopparametrar nedan).

Kod: src/leo_signal.rs (signalutformningar, scenariotypen), src/navsignal.rs (de slutna formerna), src/spectrum.rs (flerbandsvattenfallet), förinställningsfiler under data/leo-signals/.

En signalutformning#

Del Vad det innehåller
Band mittfrekvens, sändningsbandbredd (spektrumet är noll utanför den) och tilldelning enligt International Telecommunication Union (ITU): Radio Navigation Satellite Service (RNSS), Radio Determination Satellite Service (RDSS), Mobile Satellite Service (MSS), Earth Exploration-Satellite Service (EESS), ett band som inte är RNSS, eller annat
Komponenter valfri delmängd av en infångningskomponent (kort och med låg datatakt, lätt att hitta), en datakomponent (navigationsmeddelandet) och en pilotkomponent (utan data, för avståndsmätning)
Per komponent modulation: binär fasskiftsmodulering BPSK(n) vid n × 1,023 Mchip/s (n kan vara ett bråktal, BPSK(1/3) är 341 kchip/s), binary offset carrier BOC(m,n), multiplexad BOC, eller FLAT(<MHz>) för en beacon med orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM); andel av effekten; förskjutningar av delbärvågor för frequency-division multiple access (FDMA); kodlängd; datatakt
Valfritt referens och maximal mottagen effekt, banhöjd, ranging = false för en signal med enbart Doppler, anmärkningar om vad som är publicerat och vad som antas

Ett scenario hämtar signaler från presets = [...] och från infogade tabeller av typen [[signals]]. Utan någotdera analyserar det förinställningen generic-bands.

Förinställningar#

En fil vardera under data/leo-signals/, inkompilerade, var och en med sin käll-URL. Ett värde som källan inte publicerar märks REPRESENTATIVE i filen och i rapporten.

Förinställning Signaler Källa Angivna approximationer
xona-pulsar xona-x1 (1593,3225 MHz, 1,023 Mchip/s), xona-x5 (1190,51625 MHz, 10,23 Mchip/s); lägsta och högsta mottagna effekt; 1080 km PUBLIC, arXiv 2509,19551 enhanced Feher quadrature phase-shift keying (EFQPSK) ritad med BPSK-höljet för rektangulära chip; code shift keying och överlagringskoder är inte modellerade; sändningsbandbredd = huvudlob (inte publicerad)
iridium-stl iridium-stl Satellite Time and Location (STL)-skurar, quadrature phase-shift keying (QPSK) med 25 ksymbol/s, 780 km, enbart Doppler och tidmätning PUBLIC, rapport från Resilient Navigation and Timing Foundation (RNTF) bärvåg i mitten av 1616 till 1626 MHz; mottagen effekt härledd ur de publicerade 300 till 2400 gångerna Global Positioning System (GPS)
starlink-soo starlink-ku-beacon, en OFDM-beacon på 240 MHz, enbart Doppler PUBLIC, NAVIGATION 72(1) platt spektrum; kanalmitt och skalhöjd REPRESENTATIVE; det publicerade förhållandet mellan bärvåg och brustäthet (C/N₀) på cirka 57 dB-Hz ställs in via mottagaren
centispace centispace-l1, centispace-l5, BPSK med 2,046 Mchip/s PUBLIC, PubMed Central PMC10301026 bärvågor placerade vid GPS L1- och L5-bärvågorna ("nära" i källan); kodlängd REPRESENTATIVE
generic-c-band generic-c-band-leo, 5020 MHz, BPSK(10) i 20 MHz REPRESENTATIVE, för system i C-band vars parametrar inte är offentliga (till exempel TrustPoint) hela utformningen
generic-bands generic-uhf, generic-l, generic-s, generic-c, generic-c-wide REPRESENTATIVE, tilldelningar från ITU Radio Regulations; UHF-bärvågen på 465 MHz från den offentliga openRECEIVER-genomgången av LEO-PNT-signaler hela utformningen (även UHF-bandbredden och modulationen)

Den polynomiska efemeriden "zero-clock" från ATOMIC är en modell för navigationsmeddelanden, inte en signalutformning, och hör hemma i arbetet med navigationsmeddelanden, inte här.

Vad som beräknas per signal#

  • Bandbegränsad effektspektraltäthet (PSD) och, per komponent, den andel av dess effekt som sändningsbandet släpper igenom. För en BPSK-komponent i mitten finns den slutna formen η = (2/π)[Si(πBT_c) − sin²(πBT_c/2)/(πBT_c/2)] bredvid det numeriska värdet (90,3 % för huvudloben).
  • Rotmedelkvadratbandbredd (RMS, Gabor) för den spårade komponenten inom bandet, med den slutna BPSK-formen β² = [B/2 − sin(πBT_c)/(2πT_c)] / (π² T_c η).
  • Termiskt brusjitter vid kodspårning för en fördröjningslåsslinga (DLL) mot C/N₀ och avståndet mellan tidig och sen korrelator, enligt den bandbegränsade early-late-formeln av Betz och Kolodziejski (2009): σ² = B_L(1 − ½B_L T) ∫ G sin²(πfΔ) df / [(2π)² (C/N₀) (∫ f G sin(πfΔ) df)²], koherent som standard, med den icke-koherenta kvadreringsförlusten på begäran. Rapporten lägger till läroboksformen för obegränsat band (Kaplan och Hegarty) och gränsen för försvinnande avstånd som sätts av Gabor-bandbredden. Avståndsnoggrannheten är den jittern i meter vid referens-C/N₀ och referensavstånd.
  • Infångning: den största satellit-Dopplern på en överflygning rakt över huvudet vid elevationsmasken (f v R_E cos(el) / ((R_E + h) c), cirkulär bana, ingen jordrotation) plus oscillator- och användartermerna; Doppler-bin om 2/(3T); kodbin över en period; detektionssannolikheten för en kvadratisk detektor (generaliserad Marcum Q) vid en falsklarmsannolikhet per cell, centrerad och vid sämsta fallets mellanläge; samt medeltiden för infångning vid en seriell och en kodparallell sökning med en enda uppehållstid (Holmes).
  • Kompatibilitet: spektralseparationskoefficienten (SSC) för den bandbegränsade signalen in i GPS L1 coarse/acquisition (C/A), Galileo E1, GPS L5, Galileo E5a, E5b och signalen Galileo E5 alternative BOC (AltBOC) över varje mottagarband för globala satellitnavigeringssystem (GNSS), den C/N₀-förlust den orsakar vid sin mottagna effekt, samt SSC och C/N₀-förlust för varje GNSS-signal in i den spårade LEO-komponenten.
  • Tolerans mot jammer: kvoten mellan jammer- och signaleffekt (J/S) för en kontinuerlig ton (CW) vid bärvågen, platt brus över sändningsbandet och brus anpassat till den spårade komponenten som för den spårade komponenten till spårningströskeln, enligt den SSC-kod som scenariotypen spectrum själv har (spectrum::Jammer::ssc).

Konvention för C/N₀: svepet och referensen är den totala C/N₀ i bandet. En komponents andel går in i spårnings- och jammerformlerna som 10 log₁₀(s/η) (dess andel av den ofiltrerade effekten delat med andelen i bandet), samma konvention som scenariotypen spectrum använder för ett vanligt band, där modulationens effekt utanför mottagarbandet förloras på samma sätt.

Bandavvägningen#

[trade] ställer varje signal bredvid en referenssignal: jonosfärisk gruppfördröjning av första ordningen 40.3·TEC/f² för ett totalt elektroninnehåll längs sikten (TEC) som du anger (1 TEC-enhet, TECU, = 10¹⁶ elektroner/m²), fri rymdförlust (FSPL) vid ett visst snedavstånd, avståndsnoggrannhet vid lika C/N₀ och vid lika effektiv isotrop utstrålad effekt (EIRP) (C/N₀ minus skillnaden i fri rymdförlust, isotropa antenner i båda ändar), samt tolerans mot jammer vid C/N₀ för lika EIRP.

scenarios/leo-band-trade.toml (50 TECU, 1000 km, 45 dB-Hz, 0.5-chip koherent avstånd, 1 Hz slinga, 20 ms):

Signal Band Jonosfärsfördröjning ΔFSPL jämfört med L Avståndsmätning, lika C/N₀ C/N₀, lika EIRP Avståndsmätning, lika EIRP CW-tolerans för J/S
generic-uhf 465 MHz, BPSK(5) 93,19 m (×6,57) −8,17 dB 0,221 m 53,17 dB-Hz 0,086 m 42,1 dB
generic-l 1191,795 MHz, BPSK(10) 14,19 m 0 0,111 m 45,00 dB-Hz 0,111 m 45,0 dB
generic-s 2492,028 MHz, BPSK(5) 3,24 m (×0,229) +6,41 dB 0,185 m 38,59 dB-Hz 0,388 m 41,7 dB
generic-c 5020 MHz, BPSK(10) 0,80 m (×0,056) +12,49 dB 0,111 m 32,51 dB-Hz 0,465 m 43,4 dB
generic-c-wide 5100 MHz, BPSK(50) 0,77 m (×0,055) +12,63 dB 0,022 m 32,37 dB-Hz 0,093 m 50,3 dB

Avvägningen går åt båda håll. Vid lika C/N₀ bestäms avståndsnoggrannheten av chiptakten och bandet (brett C mäter avstånd fem gånger finare än L). Vid lika utstrålad effekt tar den fria rymdförlusten fullt betalt av de högre banden: C-bandet förlorar 12,5 dB av C/N₀ och mäter avstånd fyra gånger sämre än L, UHF vinner 8,2 dB men har samtidigt 6,6 gånger så stor jonosfärisk fördröjning. Brett C köper tillbaka sin noggrannhet med bandbredd. Detta bygger på de representativa utformningarna och på isotropa antenner; en riktad användarantenn i C-band ändrar kolumnerna för lika EIRP.

Xona Pulsar#

scenarios/xona-pulsar-signals.toml vid de publicerade lägsta mottagna effekterna mot en antenn på 290 K och ett brusmått på 2 dB (golv −201,98 dBW/Hz):

X1 X5
Referens-C/N₀ 53,78 dB-Hz 57,08 dB-Hz
Avståndsnoggrannhet (0,5 chip, koherent, 1 Hz) 0,402 m 0,028 m
Största satellit-Doppler, 1080 km 33,2 kHz 24,8 kHz
Doppler × kodbin (1 ms, 0,5 chip) 104 × 2046 78 × 20 460
Medeltid för kodparallell infångning 0,15 s 0,37 s

X5 ligger på 1190,51625 MHz, inom Galileo E5-bandet: dess SSC är −91,2 dB/Hz in i Galileo E5a och GPS L5, −103,2 dB/Hz in i E5b och −86,2 dB/Hz in i AltBOC-signalen, och en X5-satellit vid sin lägsta effekt höjer en GNSS-mottagares brustäthet med 0,0001 till 0,005 dB. X1-Dopplern, 33,2 kHz, ligger inom de 32 till 34 kHz som artikeln redovisar (raden med VALIDATED Doppler nedan).

Flerbandsspektrumet#

Scenariotypen spectrum accepterar i sina [[bands]], förutom de fem namngivna GNSS-banden (gps-l1ca, galileo-e1, gps-l2c, gps-l5, galileo-e5a):

  • signal = "<preset signal>": en förinställd utformning, ritad med varje komponent, bandbegränsad till sin sändningsbandbredd, mottagen vid förinställningens referenseffekt eller signal_power_dbw. C/N₀ och J/S avser den spårade komponenten (tracked_power_dbw i rapporten);
  • centre_mhz med modulation och signal_power_dbw: vilket eget band som helst.

[[panels]] lägger till vattenfall över andra frekvensområden på samma tidslinje och färgskala, och en jammer av typen wideband (barrage) ansluter till CW, smalband, chirp och anpassat brus. Ett vanligt band beter sig precis som förut: det medföljande exemplet l-band-waterfall-jamming ger fortfarande 43,48 dB-Hz nominellt och 3,23 dB-Hz minimum för L1 C/A (fastlåst i tests/leo_signal_reference.rs).

scenarios/multi-band-jamming-waterfall.toml (60 s, en rad per sekund):

Band Nominell C/N₀ Efter sin egen jammer Jammer
generic-uhf (465 MHz) 49,41 dB-Hz 34,38 dB-Hz från 10 s CW vid bärvågen, −120 dBW
gps-l1ca 43,48 dB-Hz 3,38 dB-Hz från 20 s (förlorad) 16 MHz chirp, 50 mW vid 100 m
galileo-e5a 46,73 dB-Hz 38,51 dB-Hz från 30 s 40 MHz barrage vid 1185 MHz, −118 dBW
xona-x5 54,51 dB-Hz 46,29 dB-Hz från 30 s samma barrage
generic-s (2492,028 MHz) 49,23 dB-Hz 41,69 dB-Hz från 40 s 2 MHz brus, −128 dBW
generic-c-band-leo (5020 MHz) 47,41 dB-Hz 40,35 dB-Hz från 50 s anpassat brus, −124 dBW

Varje jammer påverkar bara sitt eget band; testet håller varje annat band vid sin nominella C/N₀ tills dess egen jammer startar.

Var utformningarna används#

En utformning slås upp med namn överallt där ett band kan ange en:

  • ett band av typen spectrum (signal = "<design>", ovan): multi-band-jamming-waterfall, leo-resilience-js-margin samt kampanjerna leo-resilience-multiband-diversity och leo-resilience-gnss-jammed-leo-carries;
  • ett band av typen leo-pass (signal = "<design>"): bandet övertar utformningens mittfrekvens (om inte frequency_mhz anges), sändningsbandbredd och spårade chiptakt, fördelar sin EIRP på komponenterna efter deras effektandelar och rapporterar den spårade komponentens C/N₀ och bandbegränsade kodspårningsjitter vid varje epok (LEO-PASS.md);
  • scenariotypen leo-pnt-chain, som lämnar en utformnings effektfördelning och chiptakt till överflygningen och dess bärvåg och chiptakt till den fusionerade positionsbestämningen (leo-pnt-end-to-end, xona-pulsar-end-to-end; LEO-PNT.md).

Workshopparametrar#

scenarios/celeste-iod-classical-pilot-signals.toml innehåller frekvensbanden för Celeste IOD och signalkonfigurationen "Classical Pilot" #1 såsom de presenterades vid ESA NAVISP:s LEO-PNT-workshop, 2026, med en formkontroll av en utformning mot det uppmätta spektrum som visades där. Den är en av filerna i förinställningen Celeste IOD (de andra är src/celeste_iod.rs och de övriga scenarios/*celeste-iod*.toml); ingen specifikation av Celeste-signalen är offentlig. Dess komponenter bär sina antaganden (effektfördelningar, kodlängder, FDMA-förskjutningar och en representativ modulation för de band vars modulation inte presenterades). Formkontrollen är MODELLED samstämmighet: den jämför former, inte kalibrerade nivåer.

Den undanhålls tillsammans med resten av förinställningen: ta bort src/celeste_iod.rs och filerna scenarios/*celeste-iod*.toml. Ingenting kompilerar in scenariot: kommandoradsgränssnittet listar det som ett scenario som bara finns i repositoriet (kshana example namnger det och förklarar, i stället för att skriva ut det), och ett test avvisar varje include_str! av det. Alla andra scenarier, test och oberoende referenser körs utan det; testet som läser det går igenom med en anmärkning när det saknas, och antalet scenariofiler i README räknar det ändå.

Evidens#

Påstående Etikett Oberoende referens
BPSK-effekt i bandet (90,3 % i huvudloben); bandbegränsad early-late-jitter som reduceras till de koherenta och icke-koherenta lärobokformerna och till sin Gabor-gräns; BPSK-själv-SSC 2/(3 R_c) VALIDATED Kaplan & Hegarty, Betz & Kolodziejski 2009, Betz 2001, Abramowitz & Stegun Tabell 5,1
Sluten form för bandbegränsad Gabor-bandbredd; SSC för förskjuten BPSK vid förskjutning skild från noll; AltBOC med enhetsarea (alla inom raden ovan, som korskontroller) intern samstämmighet härlett här, kontrollerat mot kvadratur
Största LEO-Doppler VALIDATED Xona Pulsar X1 32 till 34 kHz (arXiv 2509,19551); Iridium ±36 kHz (RNTF)
leo-signal utformningar, infångning, kompatibilitet, tolerans mot jammer, avvägning, formkontroller MODELLED de validerade slutna formerna, detektoridentiteten P_d(0) = P_fa, Holmes medeltid, spektrumtypens egen SSC-kedja
Flerbandsspektrum MODELLED reduktion till de oförändrade spektrum- och jammingkedjorna

Inte modellerat#

  • De exakta spektra för EFQPSK, code shift keying och OFDM.
  • Spridningskodens linjestruktur och korskorrelation vid fleråtkomst.
  • Sändar- och mottagarfilter bortom ett idealt tegelväggsfilter: ingen emission utanför bandet.
  • Flervägsutbredning, kvantisering och automatisk förstärkningsreglering.
  • Jordrotation i Dopplergränsen (upp till cirka 0,46 km/s avståndshastighet).
  • Jonosfärisk fördröjning bortom första ordningen, och fördelningen av elektroninnehåll ovanför och under en LEO-satellit: TEC längs sikten är en indata.
  • Atmosfärs-, regn- och polarisationsförluster.
  • Infångningslogik med flera uppehållstider.
  • Aggregerad störning utöver ett antal per satellit.

Referenser#