Optisk PNT genom atmosfären

Scenariotypen optical-atmosphere besvarar hur ofta en optisk länk till marken fungerar, varför den fallerar, vilken marginal eller teknik som skulle hjälpa, och vad en klocka gör medan den är nere.

Kshana är bara analyssidan. Den kör inget experiment med optisk markstation och namnger ingen mätpartner. Typen är MODELLED: dess numerik kontrolleras mot ett oberoende program, men ingen uppmätt tillgänglighetsregistrering har jämförts, och varje väder-, teknik- och klockindata är ett antagande. Det är en rådgivande analys, inte en certifierad tillgänglighets-, integritets- eller navigeringsprodukt.

kshana scenarios/optical-atmosphere-network.toml
kshana scenarios/optical-atmosphere-techniques.toml

Båda medföljande scenarierna bär ILLUSTRATIVE molnklimat. De är indata, inte mätningar och inte värden från någon datamängd.

Vad som beräknas#

1. Förlust i klar luft vid våglängden och elevationen: aerosolextinktion enligt Kim, McArthur och Korevaars siktlag, exponentiell i höjd, plus Rayleigh-spridning och en angiven indata för gasabsorption. Detta ersätter den enda sammanslagna atmospheric_loss_db i optical_linkbudget när en atmosfär anges. Utan någon är länkbudgeten bitidentisk med 0,36 (förhandsregistrerad tröskel A5).
2. Turbulens. En Hufnagel–Valley-profil för Cn² (HV 5/7 som standard) integrerad längs den sneda vägen ger plan- eller sfärisk-vågs Rytov-varians, uppåt- eller nedåtlänk. Därur kommer Andrews–Phillips scintillationsindex, gamma-gamma-parametrarna, aperturmedelvärdesfaktorn för svag turbulens (Churnside) samt gamma-gamma-sannolikheten för fädning och fädningsmarginalen. Aperturmedelvärdesbildning tillämpas genom momentanpassning: scintillationsindexet skalas med medelvärdesfaktorn och båda logaritmiska varianserna skalas om så att det uppnås exakt.
3. Moln. En plats molnklimat har formen enligt ITU-R P.840: en sannolikhet för moln och, givet moln, en lognormal vätskevattenkolonn. P.840 anger mängden moln. Dämpningen är den geometriskt optiska optiska djupet τ = 3L/(2 ρ_w r_e), eftersom P.840:s egen dämpningslag är en mikrovågslag och inte gäller vid 0,85 till 1,55 µm, där droppar är mycket större än våglängden.
4. Tillgänglighet för en plats: länken är uppe så länge moln- och turbulensfädningen tillsammans håller sig inom den marginal som finns kvar efter förlusten i klar luft. Moln och turbulens antas vara oberoende. Rapporten anger tillgängligheten, tillgängligheten vid klar himmel, det tak som ingen marginal kan lyfta (en optisk länk kan inte passera tjockt moln), och den extra marginal som behövs för varje måltillgänglighet, eller null om målet ligger över taket.
5. Avbrott. Varaktigheterna är lognormala med ett angivet medelvärde och en angiven spridning. Rapporten anger avbrott per år, varaktigheten vid medianen, 90:e och 99:e percentilen, samt sannolikheten och andelen av avbrottstiden bortom 1, 6, 24 och 72 timmar.
6. Platsdiversitet. De bästa N platserna kombinerade med oberoende väder (1 − Π(1−a_i)) och med avståndskorrelerat väder: parkorrelation exp(−d/d₀), kombinerad i en enfaktors gaussisk copula. Vid d₀ → 0 är det den oberoende unionen, och vid full korrelation den bästa enskilda platsen.
7. Tekniker. Varje [[technique]] är ett vad-händer-om: en ny våglängd (budgeten för klar himmel, förlusten i klar luft och aperturmedelvärdesbildningen beräknas om), en ny mottagaraperture, en angiven bråkdelsminskning av scintillation (adaptiv optik) och extra marginal. Resultatet är tillgänglighetsvinsten jämfört med baslinjen på samma plats. Kshana modellerar ingen adaptiv optikslinga, så vinsterna är indata.
8. Tidssynkronisering och avståndsmätning genom ett avbrott. Varje avbrotts varaktighet avbildas genom den slutna formen av klockans coast-varians i holdover-modellen, för de klockor som anges i [clock]. Rapporten anger fel i tidssynkronisering och avståndsmätning vid angivna avbrottslängder, holdover fram till tidströskeln, andelen avbrott inom den, och tidstillgängligheten A + U·E[min(D, T_h)]/E[D]. Klassernas potenslagsgolv är holdover-modulens syntetiserade, så en snäv tröskel styrs av det antagna golvet, som holdover.rs anger.

Länkmarginal mot tid (0,38)#

En [timeseries]-tabell (duration_h upp till 8760, step_s, seed) lägger till ett frösatt utfall av modellen ovan för varje plats: siktlinjen växlar mellan klara perioder (exponentiella, medelvärdet satt så att andelen tid i moln är det angivna p_cloud) och molnavbrott (lognormala, angivet medelvärde och angiven spridning); varje avbrott drar en vätskevattenkolonn ur det angivna klimatet och behåller den; varje steg drar ett gamma-gamma-scintillationsprov (oberoende från steg till steg, en angiven förenkling) och terminalen är riktad mot målet med den angivna pekningstillgängligheten. Stegets marginal är fädningsbudgeten minus moln- och scintillationsfädningen, och länken är uppe när marginalen inte är negativ och terminalen är riktad mot målet, det villkor som tillgänglighetsintegralen använder.

Det är ett utfall, inte klimatet: dess tillgänglighet skiljer sig från den statistiska med utfallets samplingsfel, och den första episoden dras hel. Resultatet innehåller margin_db, cloud_db, scint_db och up per steg samt ett realised-block (tillgänglighet, molnandel, antal avbrott, längsta avbrott). MODELLED; kontrollerna (tests/optical_atmosphere_timeseries.rs, trösklar fastställda i xval/optical-atmosphere/PREREGISTRATION-timeseries.md före första körningen) är determinism och konsistens med de angivna siffrorna, inte en extern oberoende referens. Utan tabellen skrivs ingenting och resultatet är dokumentet 0,37.

Scenariofält#

Alla fält på översta nivån är valfria. Ett bart kind = "optical-atmosphere" kör tre illustrativa platser. Se de två medföljande filerna för varje nyckel: wavelength_nm, elevation_deg, availability_targets_pct, [link], [atmosphere], [network], [clock], [[site]], [[technique]].

Verifieringsstatus#

Den oberoende referensen kontrollerar implementeringen av de angivna formlerna, inte atmosfären, så ingen rad är VALIDATED. Valideringsvärden från ITU-R används inte och hålls utanför arkivet.

Data#

Ingen väderdatamängd medföljer. Molnklimatindata för en verklig plats skulle komma från en offentlig datamängd (Copernicus ERA5, NASA MODIS eller ISCCP); varje datamängds licens måste läsas och registreras före användning, och rådata hämtas vid testtillfället med en fastlåst SHA-256. Den enda klimatologi som redan finns i arkivet är Cavazzani m.fl:s tabell för klara nätter som används av optical_availability.

Referenser#

• Andrews och Phillips, Laser Beam Propagation through Random Media, 2:a uppl. (Rytov-varians, scintillationsindex, gamma-gamma-parametrar).
• Kim, McArthur och Korevaar, Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications, Proc. SPIE 4214 (2001) (siktlag).
• Churnside, Aperture averaging of optical scintillations in the turbulent atmosphere, Appl. Opt. 30 (1991) (aperturmedelvärdesfaktor).
• ITU-R P.840 (statistik för molnens vätskevatten), P.1814 och P.1817 (metoder för optik i fritt rum).