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

BanorRedigera på GitHubKälla: docs/SSV.md

GNSS bortom konstellationen: typen gnss-ssv

Endast rådgivande. Modellerade resultat från angivna indata och en simulerad referens; inte en certifiering, en flygkvalificerad siffra eller ett påstående om servicevolym för något system. Kshana sänder ingenting.

Typen gnss-ssv besvarar: för en rymdfarkost ovanför, kring eller långt bortom GNSS-banorna, hur många GNSS-signaler kan den använda, hur starka är de, hur bra är geometrin, och vad kan ett filter ombord göra med dem? Den har tre lägen, valda efter vilken tabell scenariot har: [shell], [trajectory] eller [navigation] (med en valfri [formation]).

Status: MODELLED. Tillgänglighetssvepen jämförs med ICG:s Space Service Volume-häfte under en förhandsregistrering; se vad jämförelsen visar innan du förlitar dig på något tal.

Offentliga källor#

  • The Interoperable Global Navigation Satellite Systems Space Service Volume, United Nations Office for Outer Space Affairs, ST/SPACE/75 (1 november 2018), utarbetad av International Committee on GNSS (ICG), arbetsgrupp B: metoden (bilaga B), omloppselementen för varje konstellation (bilaga C), sändarnas strålbredder och effekter (tabellerna B2, B6, B8, 4,2), användarantennerna (tabell B10) och de publicerade tillgänglighetstabellerna. Det är i sig en simulering. Hämtas av xval/gnss-ssv/fetch.sh (låst SHA-256), ingår aldrig i repot.
  • U.S. Coast Guard Navigation Center, GPS Block IIR- och IIR-M-antennpanelmönster (Marquis, 2014): de uppmätta L1-panelmönstren används bara för att bedöma den parametriska ersättaren (tröskel S7). Hämtas, ingår aldrig i repot, inga mönsterdata incheckade.
  • Modellens konstanter (gravitation, jordrotation, frisiktsdämpning, brustäthet) är standard; Gallaghers plasmasfärtäthetslag, Chapman-skiktet och refraktivitetsprofilen för radio är publicerade former, använda med angivna enkla parametrar (se src/ssv/limb.rs).

Skalläge: häftets globala mått#

[shell] placerar en användare på en sfär (standard 36 000 km höjd med en nadirriktad halvsfärisk antenn, den övre SSV; eller 8 000 km med en rundstrålande antenn, den nedre SSV) på ett ikosfärsraster med 2,562 punkter och räknar, över 14 dagar med steg om 1 minut, andelen (användare, epok)-par med minst en och minst fyra signaler, per konstellation och kombinerat, samt det längsta avbrottet hos den sämsta användaren. Svepet använder det slutna synlighetsintervallet i centralvinkel (en strålkägla, jordblockering av sfären på 6378 km plus 50 km, användarhalvsfären och RF-räckviddsgränsen) och körs på sekunder i ett release-bygge; ett egenskapstest kontrollerar det mot det allmänna geometriska predikatet.

Signaltillgänglighet för en användare på en sfär på 36000 km höjd med en halvsfärsantenn, från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-shell.toml (en reducerad körning: 162 användare, 3 dagar, 10 min steg), vid en tröskel på 20 dB-Hz. För varje konstellation och band två staplar: andelen (användare, epok)-par med minst en signal och med minst fyra. Kombinerat, L1: 99,4 % minst en, 73,2 % minst fyra, längsta avbrott under fyra signaler 160 min. Kombinerat, L5: 100,0 % minst en, 99,9 % minst fyra, längsta avbrott under fyra signaler 20 min. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Den reducerade storleken är inte jämförelsen med häftet. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.Signaltillgänglighet för en användare på en sfär på 36000 km höjd med en halvsfärsantenn, från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-shell.toml (en reducerad körning: 162 användare, 3 dagar, 10 min steg), vid en tröskel på 20 dB-Hz. För varje konstellation och band två staplar: andelen (användare, epok)-par med minst en signal och med minst fyra. Kombinerat, L1: 99,4 % minst en, 73,2 % minst fyra, längsta avbrott under fyra signaler 160 min. Kombinerat, L5: 100,0 % minst en, 99,9 % minst fyra, längsta avbrott under fyra signaler 20 min. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Den reducerade storleken är inte jämförelsen med häftet. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.

Banläge: längs en bana#

[trajectory] flyger användaren på en keplersk bana (en förinställning: leo, meo, geo, heo (häftets tabell 5,10) eller lunar-transfer, eller element) och redovisar, per band och konstellation, tillgänglighet för en och fyra signaler, avbrottstider, signaler i sikte, bästa C/N0, utspädningstal (median, 95:e percentilen, sämsta), länkar mottagna genom huvudloben och genom sidoloberna, och en valfri tidsserie och CSV.

  • Sändarmönster ([transmit] pattern): booklet (konstant effekt innanför referensvinkeln utanför boresight), parametric (en märkt ersättare: 3 dB per grad bortom referensvinkeln ned till ett golv 25 dB under huvudloben; inte något systems uppmätta mönster) eller table (ett uppmätt mönster du tillhandahåller: pattern_csv eller infogat pattern_text; mönstren för Block IIR/IIR-M-paneler kan extraheras med xval/gnss-ssv/extract_patterns.py).
  • Mottagarantenner: rundstrålande, halvsfärisk eller häftets högförstärknings- och patchantenner i tabell B10, mot nadir eller zenit; varje länk använder den antenn som har högre förstärkning.
  • Medium för limbstrålar ([atmosphere]): en Chapman-jonosfär, en plasmasfär (Gallaghers form från 1988, plasmapaus vid L = 4,5, avsmalnande under 1 500 km) och en neutral atmosfär (brytning cirka 1,33 grader vid ytan, syreabsorption, defokusering) integrerade längs den raka strålen. Redovisar sned TEC, den plasmasfäriska delen, överskottsfördröjning, tangenthöjd och länkar förlorade till strykande sikt. Integration längs rak stråle: brytningen redovisas, itereras inte.
  • Mottagare för svag signal ([receiver] weak_signal): koherent och icke-koherent integrering, databitgräns, assisterande kanaler och pilotkanaler, dopplersökning; förvärvströskeln vid angivna detektions- och falsklarmssannolikheter och tröskeln för bärvågs- och kodspårning ersätter den fasta C/N0-tröskeln (intervallet 10 till 25 dB-Hz). Återanvänder motorns modeller för förvärv och spårningsslinga.
Signaler längs en hög jordbana (perigeum 497 km, apogeum 58622 km, omloppstid 18,8 h), från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-heo.toml, band L1. Överst: den bästa bärvågs-brusdensiteten bland signalerna i sikte, mot tröskeln på 20 dB-Hz. Mitten: antalet signaler i sikte från alla konstellationer, från 4 till 55 längs de samplade punkterna. Av de mottagna länkarna kom 2252 genom en huvudlob och 696 genom sidolober, med ett märkt parametriskt ersättningsdiagram, inte något systems uppmätta diagram. Median-PDOP 67, 95:e percentilen 358. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.Signaler längs en hög jordbana (perigeum 497 km, apogeum 58622 km, omloppstid 18,8 h), från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-heo.toml, band L1. Överst: den bästa bärvågs-brusdensiteten bland signalerna i sikte, mot tröskeln på 20 dB-Hz. Mitten: antalet signaler i sikte från alla konstellationer, från 4 till 55 längs de samplade punkterna. Av de mottagna länkarna kom 2252 genom en huvudlob och 696 genom sidolober, med ett märkt parametriskt ersättningsdiagram, inte något systems uppmätta diagram. Median-PDOP 67, 95:e percentilen 358. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.

[navigation] flyger en farkost i hög bana eller månöverföring och kör ett extended Kalman-filter med nio tillstånd (position, hastighet, mottagarklockans bias och drift, en skala för solstrålningstryck) på pseudoavstånd. Referensen integreras med punktmassegravitation, J2, tredjekroppsinverkan från Sol och Måne och strålningstryck med en cylindrisk jordskugga; filtret modellerar gravitation, J2 och tredjekropparna och skattar strålningstrycket. Pseudoavstånden kommer från samma länkgeometri och C/N0-tröskel som svepen; deras brus växer när C/N0 faller; mediets överskottsfördröjning (med [atmosphere]) läggs till och modelleras inte av filtret. Rapporten skiljer den del av körningen som ligger innanför GNSS-banorna (under 20 000 km höjd) från delen ovanför, anger det längsta glappet utan mätning och det genomsnittliga normaliserade skattningsfelet i kvadrat (cirka 3 för ett konsistent positionsblock). Solen och Månen är lågprecisionsersättare i cirkelbanor.

Ett nio-tillståndsfilter ombord på en överföring från låg bana mot månen, från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml (289 epoker, 13 punkter ritade). På en logaritmisk axel, det sanna positionsfelet och filtrets egen ett-sigma-gräns mot tid sedan start. Innanför GNSS-banorna är positions-RMS 1,4 m; ovanför dem är det 90 m, med slutfelet 184 m på 193 330 km höjd med 1 mätning. Genomsnittligt normaliserat estimeringsfel i kvadrat över hela körningen är 4,4 (omkring 3 för ett konsistent positionsblock). Referens och filter delar sina ersättningar för solen och månen. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.Ett nio-tillståndsfilter ombord på en överföring från låg bana mot månen, från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-nav-lunar.toml (289 epoker, 13 punkter ritade). På en logaritmisk axel, det sanna positionsfelet och filtrets egen ett-sigma-gräns mot tid sedan start. Innanför GNSS-banorna är positions-RMS 1,4 m; ovanför dem är det 90 m, med slutfelet 184 m på 193 330 km höjd med 1 mätning. Genomsnittligt normaliserat estimeringsfel i kvadrat över hela körningen är 4,4 (omkring 3 för ett konsistent positionsblock). Referens och filter delar sina ersättningar för solen och månen. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.

Formationsläge: relativ navigering#

[formation] (kräver [navigation] för chief) lägger till deputy-farkoster förskjutna i sann anomali. Varje farkost kör det absoluta filtret; deputy-farkostens position relativt chief skattas genom att subtrahera de oberoende absoluta skattningarna och med ett relativt filter på enkeldifferentierade pseudoavstånd för de signaler som båda farkosterna spårar. Rapporten anger båda, baslinjen och antalet signaler som spåras gemensamt.

Relativ navigering av 2 deputies kring en chief på en hög bana, från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml (401 epoker). För varje deputy två staplar: den relativa positions-RMS från att subtrahera de två oberoende absoluta skattningarna, och från det relativa filtret på enkeldifferentierade pseudoavstånd. Baslinje 0,8 km: 5,1 m och 1,2 m. Baslinje 2,0 km: 4,1 m och 2,1 m. Det absoluta filtret är inte konsistent här: genomsnittligt normaliserat estimeringsfel i kvadrat 187 mot omkring 3 för ett konsistent filter, så dess angivna osäkerhet är alldeles för liten. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.Relativ navigering av 2 deputies kring en chief på en hög bana, från en verklig körning av motor v0.40.0 på scenarios/gnss-ssv-formation-heo.toml (401 epoker). För varje deputy två staplar: den relativa positions-RMS från att subtrahera de två oberoende absoluta skattningarna, och från det relativa filtret på enkeldifferentierade pseudoavstånd. Baslinje 0,8 km: 5,1 m och 1,2 m. Baslinje 2,0 km: 4,1 m och 2,1 m. Det absoluta filtret är inte konsistent här: genomsnittligt normaliserat estimeringsfel i kvadrat 187 mot omkring 3 för ett konsistent filter, så dess angivna osäkerhet är alldeles för liten. MODELLED: en modellerad studie från angivna indata, inte en mätning och inte ett anspråk på tjänstevolym för något system. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.

Vad jämförelsen med häftet visar#

Trösklarna förhandsregistrerades (xval/gnss-ssv/PREREGISTRATION.md, tillägg 1 till 5) före körningen i full storlek; resultat i xval/gnss-ssv/RESULTS.md, celler i results-*.json, fastlåsta av tests/ssv_booklet_results.rs, missar inkluderade.

tröskel vad körning 1 (förhandsregistrerad tolkning) variant med GLONASS-vinkel (diagnostik)
S0 minsta utstrålad effekt, 13 signaler, inom 0,1 dB MET MET
S1 geometri för övre SSV (tabell B4) NOT MET (43 av 52 celler) alla 52 celler inom toleransen
S2 nedre SSV (tabell 5,2) NOT MET (48 av 52) alla 52
S3 övre SSV med 15/20/25 dB-Hz (tabell B9) NOT MET (122 av 155) 153 av 155
S4 sex GEO-uppdrag NOT MET (132 av 156) alla 156
S5 HEO-uppdrag NOT MET (18 av 26) 21 av 26
S6 månuppdrag MET NOT MET (23 av 26)
S7 parametriskt mönster mot uppmätta GPS L1-panelmönster NOT MET (RMS 6,3 till 8,8 dB mot 3 dB) n/a

Häftet är internt inkonsekvent om GLONASS referensvinkel utanför boresight: tabellerna B2 och B6 anger 20 och 28 grader, tabell 4,2 anger 26 och 34. Körning 1 använde den första (det förhandsregistreringen angav); nästan varje miss i S1 till S5 gäller GLONASS. Varianten, som åtogs som diagnostik innan den kördes, använder den andra, och då stämmer övre SSV, nedre SSV och GEO-uppdragen överens cell för cell, avbrott inkluderade. Varianten ersätter inte körning 1. Ingen rad är VALIDATED: häftet är en simulering, utfallsregeln kräver S0 till S3 under den förhandsregistrerade tolkningen, och de återstående missarna (GPS L1 vid 20 dB-Hz, HEO Galileo, QZSS och NavIC, GLONASS-raderna för månen) är inte förklarade.

Den registrerade jämförelsen av tillgänglighetsmodellen för rymdanvändare med det offentliga häftet Space Service Volume, från de incheckade resultaten av den förhandsregistrerade körningen (xval/gnss-ssv/results-run1.json, skriven av exemplet ssv_booklet_check i motor v0.40.0). Tröskel för tröskel, cellerna inom tolerans: S0 13 av 13 (MET); S1 43 av 52 (NOT MET); S2 48 av 52 (NOT MET); S3 122 av 155 (NOT MET); S4 132 av 156 (NOT MET); S5 18 av 26 (NOT MET); S6 26 av 26 (MET); S7 0 av 20 panelmönster (NOT MET). Bara S0 och S6 är uppnådda under den förhandsregistrerade läsningen. En diagnostisk variant som använder häftets andra GLONASS-vinklar ger S1, S2 och S4 alla celler, men ersätter inte den registrerade körningen. Ingen registerrad är VALIDATED. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.Den registrerade jämförelsen av tillgänglighetsmodellen för rymdanvändare med det offentliga häftet Space Service Volume, från de incheckade resultaten av den förhandsregistrerade körningen (xval/gnss-ssv/results-run1.json, skriven av exemplet ssv_booklet_check i motor v0.40.0). Tröskel för tröskel, cellerna inom tolerans: S0 13 av 13 (MET); S1 43 av 52 (NOT MET); S2 48 av 52 (NOT MET); S3 122 av 155 (NOT MET); S4 132 av 156 (NOT MET); S5 18 av 26 (NOT MET); S6 26 av 26 (MET); S7 0 av 20 panelmönster (NOT MET). Bara S0 och S6 är uppnådda under den förhandsregistrerade läsningen. En diagnostisk variant som använder häftets andra GLONASS-vinklar ger S1, S2 och S4 alla celler, men ersätter inte den registrerade körningen. Ingen registerrad är VALIDATED. Rådgivande: analysutdata från ett forsknings- och teknikverktyg, inte typgodkänd navigationsutrustning och inte en safety-of-life-tjänst.

Att köra det#

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)

Varje medföljande scenario är nedskuret för att köras på sekunder; jämförelsen i full storlek är exemplet ovan. Samma typ körs från Python (kshana.run), webbläsaren (WebAssembly), MCP-servern (run_scenario, bara infogad text: pattern_csv är en filkälla och avvisas, använd pattern_text) och insticksmodulerna.

Begränsningar#

  • MODELLED: ingenting här jämfördes med uppmätt GNSS-mottagning i omloppsbana. Häftet är en simulering.
  • Keplerska tvåkroppsbanor för GNSS-konstellationerna och för användaren i svepen; månöverföringen är en tvåkroppsellips, inte en propagerad bana.
  • Mediet är en angiven enkel modell med integrering längs rak stråle; det är ingen rymdvädersprognos.
  • Navigationsfiltret är en designstudie: inga manövrar, ingen attityd, ingen flervägsutbredning, och referensen delar sina Sol- och Måneefemerider med filtret.