Орбітальні угруповання, покриття та геометрія (родина видів сценаріїв)

7 видів сценаріїв рушія v0.40.0. Лише консультативно: результат аналізу від дослідницького та інженерного інструмента; це не навігаційне обладнання із затвердженням типу і не послуга забезпечення безпеки життя. Усі позначки тут належать рушієві або матриці верифікації; вид має рівень MODELLED, якщо матриця не каже іншого (як заробляється позначка: розділ «Докази» у README).

Тематичні сторінки: CONSTELLATION-DESIGN, COVERAGE, SOLAR-SYSTEM, SKYLINE. Запустити один: kshana scenarios/orbit-gnss-challenged.toml. Усі родини: KINDS.md.

orbit#

Доступність GNSS і DOP для орбітального угруповання (Walker / TLE / RINEX).

Обов'язкові поля: seed, threshold_ns, mask_deg, time, user|user_site, constellation, clock_quantum, clock_classical. Необов'язкові: sigma_uere_m, constellations, epoch, export_sp3, export_omm, export_oem, skyline.

Реєстр: MODELLED 4 · VALIDATED 4. Повна сторінка з вхідними даними, результатами, доказами та обмеженнями: orbit.

kshana scenarios/orbit-rinex.toml

ephemeris#

Ефемериди та траса на поверхні: поширення одного супутника (TLE→SGP4 або аналітична орбіта) із видачею його стану TEME/GCRS (позиція + швидкість), позиції ITRF/ECEF, підсупутникових широти/довготи/висоти WGS-84 та, на кожному кроці, азимута/кута місця/дальності станції і швидкості зміни дальності (Доплер). Супутник береться з tle або з аналітичної orbit із її epoch (tle має перевагу, коли задано обидва); за наявності tle параметр epoch перевизначає власну епоху TLE як t = 0.

Обов'язкові поля: tle|orbit+epoch. Необов'язкові: step_s, duration_s, station, dut1_s, xp_arcsec, yp_arcsec, carrier_hz, eop_finals2000a.

Реєстр: VALIDATED. Повна сторінка з вхідними даними, результатами, доказами та обмеженнями: ephemeris.

kshana scenarios/ephemeris.toml

constellation-design#

Проєктування орбітальних угруповань у масштабі: патерни Волкера DELTA і STAR за конвенцією i: T/P/F (вузли розподілені на 360 або 180 град, міжорбітальний інтервал у площині 360P/T, зсув фаз між площинами 360F/T), явні списки елементів і багатошарові проєкти, кілька орбітальних угруповань в одному прогоні, навколо Землі, Місяця, Марса чи будь-якої іншої планети, Плутона або великого супутника за константами з модуля body (тими самими, що використовують типи solar-system і body-pnt). PRESETS із опублікованих номінальних елементів: gps-baseline і gps-expandable (24 слотів і шість передніх/задніх розширюваних пар зі Стандарту характеристик стандартної служби позиціонування GPS, 5-те видання 2020, Tables 3.2-1–3.2-3), galileo (Walker 24/3/1 на 29 599,801 км і 56 град, Galileo Open Service Service Definition Document, випуск 1,1, Tables 1 і 23), beidou і beidou-meo (Walker 24/3/1 на 21 528 км і 55 град плюс три геостаціонарні супутники на 80, 110,5 і 140 град сх. д. і три похилі геосинхронні супутники на 55 град, BeiDou Open Service Performance Standard 3,0, розділ 4,1; фаза MEO та перетин похилої геосинхронної орбіти на 118 град сх. д. змодельовані, бо стандарт їх не наводить) і glonass (24/3/1 на 19 100 км і 64,8 град за формулою слотів з Interface Control Document GLONASS, видання 5,1, розділ 5,2). ПОКРИТТЯ ТА ПОГІРШЕННЯ ТОЧНОСТІ: за сіткою широта/довгота і вибіркове вікно з маскою висоти — кількість супутників у видимості, GDOP, PDOP, HDOP і VDOP на комірку, доступність (виправлення з PDOP не вище порога, за замовчуванням 6) на комірку, глобально (зважено за площею) та на найгіршому майданчику, з одним годинником приймача на орбітальне угруповання, якщо не clock = "common". Воно масштабується до тисяч супутників: видимість — це скалярний добуток із половинним кутом покриття кожного супутника, а супутники на кожну епоху розбиваються на смуги за широтою підсупутникової точки, тож рядок сітки перевіряє лише тих, що можуть бути у видимості; звіт підраховує заощаджені перевірки пар. JSON містить карти сітки та проріджені траси на поверхні для кожного супутника. VALIDATED: генератор Волкера проти Galileo OS SDD Table 23 і формули слотів GLONASS ICD, пресет GPS проти опублікованого стовпця екваторіальних перетинів SPS PS Table 3.2-1, а глобальний розподіл HDOP для бази GPS проти SPS PS Appendix B (медіана 0,94, 95% 1,25, середнє 0,96, допуск 0,03). MODELLED: двотільні орбіти з необов'язковим віковим J2, сферичне тіло, лише геометрична видимість (без потужності сигналу, справності чи рельєфу) та відносна фаза між різними системами, яка не є знімком жодної реальної дати.

Обов'язкові поля: немає. Необов'язкові: body, duration_s, step_s, mask_deg, pdop_threshold, grid_step_deg, lat_min_deg, lat_max_deg, lon_min_deg, lon_max_deg, clock, j2, track_points, max_tracks, constellation.

Реєстр: MODELLED 1 · VALIDATED 2. Повна сторінка з вхідними даними, результатами, доказами та обмеженнями: constellation-design.

kshana scenarios/leo-pnt-mega-shell.toml

solar-system#

Уся Сонячна система на одну епоху для PNT (позиціонування, навігація та час) навколо будь-якого тіла. Для Сонця, восьми планет, Плутона, Місяця, Фобоса, Деймоса, Іо, Європи, Ганімеда, Каллісто і Титана вона подає геліоцентричне положення та швидкість в ICRF (Міжнародна небесна система відліку, екваторіальна J2000), геліоцентричну відстань і еклиптичні довготу та широту J2000, гравітаційний параметр, екваторіальний і середній радіус, J2, де його опубліковано, і його опорний радіус, сидеричний період обертання, полюс IAU і початковий меридіан на епоху, трек орбіти, дискретизований за один оберт (геліоцентричний для планет, відносно батьківського тіла для супутників), а також світловий час, односторонню та двосторонню дальність, сонячну затримку Шапіро й кутову відстань до Сонця від тіла-спостерігача (типово Земля); додаткові зв'язки from/to обробляються так само. Положення: кеплерові елементи JPL від Standish і Williams (Table 1 для 1800 AD до 2050 AD, Tables 2a/2b для 3000 BC до 3000 AD) із номінальною похибкою кожної планети, місячний ряд Montenbruck & Gill для розділення Земля–Місяць, середні елементи JPL із синхронною швидкістю обертання IAU для марсіанських і галілеєвих супутників та модель обертання IAU для Титана. Світловий час: радіометричний розв'язок із нерухомою точкою, передавач у своєму запізнілому положенні; ньютонівський, із затримкою Шапіро, що подається окремо. VALIDATED щодо JPL Horizons (DE441) у межах подвійної номінальної похибки: від Меркурія до Сатурна та Земля з Table 1 (найгірше 1,87 номінальної) і всі вісім планет з Tables 2a/2b (найгірше 1,71 рази), а також світловий час від Землі до Марса та Юпітера. MODELLED, кожен рядок позначено: Уран і Нептун з Table 1 (2,0 і 5,2 номінальної похибки щодо DE441), Плутон (рядок 1992; похибку не вказано), Місяць і сім супутників (виміряно щодо Horizons, опублікованої межі немає).

Обов'язкові поля: немає. Необов'язкові: epoch, epoch_jd_tdb, bodies, observer, track_points, table, links.

Реєстр: MODELLED 2 · VALIDATED 3. Повна сторінка з вхідними даними, результатами, доказами та обмеженнями: solar-system.

kshana scenarios/solar-system-tour.toml

body-pnt#

Позиціонування навколо будь-якого тіла Сонячної системи: орбітальний апарат або посадковий модуль на поверхні навколо центрального тіла, обраного за назвою (Марс, Місяць, Європа, Ганімед, Титан та решта каталогу Сонячної системи), що навігується за односторонніми псевдодальностями від невеликого навігаційного орбітального угруповання Волкера навколо цього тіла (двотільні орбіти з власним вековим дрейфом J2 тіла, невідомий годинник користувача) і, за потреби, за безгодинниковою двосторонньою далекометрією далекого космосу від Землі, напрям і відстань до якої береться з аналітичної ефемериди Сонячної системи на кожну епоху. Лінії візування блокуються середньою сферою тіла, а поверхневому користувачеві потрібна ще й маска висоти. На кожну епоху: ретранслятори у видимості, чи є Земля над лімбом, GDOP і PDOP лише за орбітальним угрупованням (геометричний чинник і чинник позиції погіршення точності), формальна одно-сигмова невизначеність позиції з рядком Землі та без нього, а також похибка розв'язку Гаусса–Ньютона методом найменших квадратів із зерном у кожному з двох випадків; за прогін: доступність, видимість Землі, медіанний PDOP, середньоквадратична похибка та медіанна формальна сигма, а також світловий час Земля–тіло, подвійний пробіг, затримка Шапіро і кут до Сонця на цю епоху. MODELLED: орбіти ретрансляторів, рівні шуму та миттєва модель вимірювань є модельними виборами, не перевіреними за навігаційними даними місії; константи тіла є опублікованими значеннями, наведеними в body.rs, а геометрія Землі успадковує позначки ефемериди Сонячної системи.

Обов'язкові поля: немає. Необов'язкові: body, epoch, epoch_jd_tdb, duration_s, step_s, seed, table, user, constellation, earth_link.

Реєстр: MODELLED 1 · VALIDATED 1. Повна сторінка з вхідними даними, результатами, доказами та обмеженнями: body-pnt.

kshana scenarios/mars-orbit-pnt.toml

mars-pnt#

PNT у далекому космосі на Марсі: симульоване орбітальне угруповання ретрансляторів MARCONI (ареостаціонарні та похилі ретранслятори, що передають в один бік + ретранслюють у два боки до станції далекого космосу) навігує опорного користувача (transfer | lmo | surface) через спільний оцінювач злиття радіометричних вимірювань в один і два боки. Звітує про геометрію/видимість для кожної епохи, досягнуту СКВ відносно істини та формальну коваріацію (1σ / 3σ положення) — чесний симульований показник якості, а НЕ сертифікований рівень захисту.

Обов'язкові поля: немає. Необов'язкові: user, clock_class, step_s, duration_s, nmax, range_sigma_m, doppler_sigma_mps, dynamic_tightness, two_way_period_s, seed.

Реєстр: MODELLED. Повна сторінка з вхідними даними, результатами, доказами та обмеженнями: mars-pnt.

kshana scenarios/mars-pnt-lmo.toml

passes#

Передбачення проходів над наземною станцією: проходи видимості в часовій області (AOS/TCA/LOS, максимальний видимий кут місця, тривалість) колової орбіти, заданої середніми елементами SGP4 на початок вікна, над станцією вище маски кута місця протягом вікна, із загальним часом доступу. Поширення SGP4/SDP4 у земній системі координат IAU 2006/2000A (необов'язково UT1 - UTC і рух полюса), тропосферна рефракція ITU-R P.834-9 і світлове запізнення низхідної лінії (обидва ввімкнені за замовчуванням), перетини розв'язано до 1e-7 s, а кульмінацію — пошуком золотого перерізу. Геометрію проходів VALIDATED щодо Orekit 13.1.8 для станцій на рівні моря; орбіта та станція сценарію — ілюстративні вхідні дані.

Обов'язкові поля: немає. Необов'язкові: altitude_km, inclination_deg, raan_deg, arg_lat_deg, station_lat_deg, station_lon_deg, station_alt_m, epoch, mask_deg, duration_hours, step_s, refraction, light_time, ut1_minus_utc_s, xp_arcsec, yp_arcsec.

Реєстр: MODELLED 2 · VALIDATED 2. Повна сторінка з вхідними даними, результатами, доказами та обмеженнями: passes.

kshana scenarios/passes.toml