# Pārskats

Starlink skatītājs attēlo reāllaika 3D globusu ar visiem ~10 000 Starlink satelītiem, kas animēti reāllaikā, jūsu antenas atrašanās vietu un izsecināto savienojumu ar satelītu, kurš visticamāk apkalpo jūsu termināli.

Ideāls Starlink monitoringa rīks parādītu tieši to, ar kuru satelītu jūsu antena sazinās jebkurā brīdī, kad tā pārslēdzas uz jaunu satelītu, un signāla ceļu no jūsu antenas caur satelītu līdz zemes stacijai. Tam būtu nepieciešams, lai antena atklātu apkalpojošā satelīta identitāti un elektroniskā stara virzīšanas virzienu. SpaceX neatklāj ne vienu, ne otru, tāpēc Nexus izsecina apkalpojošo satelītu no pieejamajiem datiem.

# Kāpēc ir nepieciešama izsecināšana

SpaceX bloķē satelītu identifikācijas datus aiz autentificētiem gRPC galapunktiem, kas nav pieejami patērētāju programmaparatūrā.

• dish_get_context satur lauku initial_satellite_id, bet patērētāju aparatūrā kopš programmaparatūras 9f4d05a4 (2021. gada jūnijs) atgriež PermissionDenied.
• transceiver_get_telemetry atklāj lmac_satellite_id un target_satellite_id, bet visos patērētāju termināļos atgriež UNIMPLEMENTED.
• PKI izaicinājuma-atbildes autentifikācija ar SpaceX kontrolētām atslēgām nozīmē, ka kopienas apiešanas iespēja nepastāv.
• Elektroniskā stara virzīšanas virziens: kas tieši identificētu apkalpojošo satelītu; nav atklāts nevienā galapunktā.
• Antenas fāzētā masīva antena elektroniskiski virza savu staru līdz ±50° no boresight ass, bet šis virzīšanas leņķis ir pilnībā neredzams ārējiem API lietotājiem.

# Pieejamie dati

# Mērīti no antenas

# Ārējie avoti

# Kas nav pieejams

# Kā darbojas saskaņošana

# Satelītu saskaņošana

Skatītājs veic šādu aprēķinu ar frekvenci 1 Hz:

1. Novērotāja pozīcija: antenas GPS koordinātas no get_location nosaka jūsu atrašanās vietu uz Zemes.

2. Satelītu pozīcijas: izmantojot SGP4 orbitālo propagāciju ar TLE datiem no CelesTrak, skatītājs aprēķina katra Starlink satelīta azimutu, augstumu un slīpo attālumu, kā redzams no jūsu antenas atrašanās vietas.

3. Redzamības lauka filtrēšana: tiek ņemti vērā tikai satelīti, kas atrodas virs 10° augstuma. Antenas fiziskais boresight virziens (no alignment_stats) nosaka fāzētā masīva ~100° redzamības lauka konusa centru.

4. Tuvākā kandidāta atlase: satelīts ar mazāko leņķisko attālumu no fiziskā boresight centra tiek izvēlēts kā visticamākais apkalpojošais satelīts.

# Boresight krustiņš

Krustiņš uz polārā debesu grafika atspoguļo antenas korpusa fizisko orientāciju, nevis elektroniskā stara virzienu. Starlink fāzētā masīva antena pēc sākotnējās izlīdzināšanas lielākoties ir nekustīga; boresight vērtības stundu laikā mainās par dažām grāda daļām vēja vai termisko efektu dēļ. Antena fiziski nekustas, lai izsekotu atsevišķus satelītus.

Faktiskā stara virzīšana notiek elektroniski fāzētajā masīvā RF līmenī, skenējot līdz ±50° no fiziskā boresight, lai izsekotu apkalpojošo satelītu. Šis elektroniskā stara virziens nav atklāts caur nevienu patērētāju API galapunktu.

# Satelīta maiņas noteikšana

Kad tuvākā satelīta kandidāts mainās (cits NORAD ID kļūst par ģeometriski tuvāko), tas tiek novērots kā izsecināta satelīta maiņa. Šīs maiņas korelē ar faktiskajām antenas pārslēgšanām, bet neapstiprina tās. Tās atspoguļo orbitālo mehāniku; satelītiem pārlidojot ar ātrumu ~7,5 km/s, antenas boresight centram ģeometriski tuvākais satelīts dabiski mainās ik pēc dažām minūtēm.

Reālās satelītu pārslēgšanas Starlink tīklā ir projektētas kā nemanāmas (make-before-break), neradot nekādu izmērāmu latentuma vai caurlaidspējas pārtraukumu, ko varētu izmantot kā uzticamu noteikšanas signālu pašreizējā programmaparatūrā.

# Ticamības novērtējums

Ticamības novērtējums atspoguļo ģeometrisko iespējamību, ka saskaņotais satelīts ir faktiskais apkalpojošais:

Šīs robežvērtības ir kalibrētas fiziskajam boresight (antenas korpusa virzienam), nevis elektroniskajam staram. Tā kā fāzētais masīvs var virzīt staru ±50° no antenas virsmas, apkalpojošais satelīts parasti atradīsies 10–40° no fiziskā boresight centra. “Augsta” ticamības atbilstība nozīmē, ka ir viens spēcīgs ģeometrisks kandidāts; tā nenozīmē, ka identifikācija ir apstiprināta.

# Precizitātes pakāpe

# Kam var uzticēties

Satelītu pozīcijas uz globusa ir precīzas. TLE dati no CelesTrak ir autoritatīvi (iegūti no ASV Kosmosa spēku 18. Kosmosa aizsardzības eskadriļas), un SGP4 propagācija ir standarta metode, ko izmanto kosmosa izsekošanas kopiena. Pozīcijas precizitāte parasti ir dažu kilometru robežās nesen atjauninātiem TLE.

Jūsu antenas atrašanās vieta ir precīza. Tā nāk tieši no antenas iebūvētā GPS.

Fiziskā boresight virziens ir precīzs. To mēra antenas IMU (inerciālais mērvienības bloks) ar nenoteiktību ~0,6°.

Redzamo satelītu kopa ir precīza. Aprēķinātie skatīšanās leņķi no jūsu pozīcijas uz katru satelītu ir ģeometriski precīzi, tāpēc polārais grafiks pareizi parāda, kuri satelīti atrodas virs galvas un kur tie ir debesīs.

# Kas ir izsecināts

Identificētais satelīts ir pamatots minējums. Boresight centram tuvākais satelīts ir labākais ģeometriskais kandidāts, bet antena var sazināties ar jebkuru satelītu savā ±50° elektroniskās virzīšanas diapazonā. Jebkurā brīdī desmitiem satelītu var būt redzamības laukā.

Satelītu maiņas ir novērotā ģeometrija, nevis apstiprinātas pārslēgšanas. Kad tuvākais kandidāts mainās, tas atspoguļo orbitālo novirzi; cits satelīts kļūst ģeometriski tuvākais. Reālās antenas pārslēgšanas var sakrist vai nesakrist ar šīm ģeometriskajām maiņām. Dažas reālās pārslēgšanas būs neredzamas izsecināšanai (antena pārslēdzas uz citu satelītu, bet ģeometriski tuvākais nemainās), un dažas novērotās maiņas būs tīra orbitālā novirze (ģeometriski tuvākais mainījās, bet antena faktiski nepārslēdzās).

Ticamības novērtējumi ir ģeometriski, nevis signāla bāzēti. “Augsta” ticamības atbilstība nozīmē labu ģeometriju, nevis apstiprinātu savienojumu. Bez piekļuves elektroniskā stara virzienam vai apkalpojošā satelīta ID neviens patērētāju programmaparatūras rīks nevar apstiprināt, kuru satelītu antena faktiski izmanto.

# Signāli, kurus izmeklējām

Izstrādes laikā tika novērtēti vairāki signāli pārslēgšanas noteikšanai. Visi tika testēti uz reālas aparatūras (rev3_proto2, programmaparatūra 2026.02.16.cr74084 un 2026.04.07.mr77639.1).

# Obstruction Map and Satellite Tracking

# Priekšvēsture

SatInView pētījums, ko veica Ahangarpour, Zhao, and Pan (ACM MobiCom '24 LEO-NET Workshop), demonstrēja, ka apkalpojošo satelītu var identificēt, atiestatot antenas šķēršļu karti 15 sekunžu pārslēgšanas robežās, aptaujājot to ar 1 Hz un XOR-ojot blakus esošos kadrus, lai iegūtu satelīta trajektoriju, kad tas pārvietojas caur redzamības lauku. Novērotā trajektorija pēc tam tiek saskaņota ar TLE-propagētām satelītu pozīcijām, lai panāktu gandrīz nepārprotamu identifikāciju.

Sākotnējās Starlink skatītāja izstrādes laikā mēs testējām šķēršļu karti, neveicot atiestatīšanu. Uz neaizsegtas antenas karte izskatījās statiska — pilnībā piesātināta skaidrā debesu maska bez kadru savstarpējas variācijas. Mēs secinājām, ka dati nesatur reāllaika satelīta signāla informāciju. Šis secinājums bija precīzs neatiestatītajai kartei, bet nepilnīgs: karte izskatījās statiska, jo katrs pikselis, ko pašreizējais satelīts varēja iekrāsot, jau bija iedegts no iepriekšējiem satelītu pārgājieniem. Neattīrot iepriekš uzkrātos datus, XOR nebija nekā jauna, ko atklāt.

# Atjauninātie atklājumi

Pēc sarakstes ar SatInView pētniecības komandu mēs testējām pilnu uz atiestatīšanu balstītu pieeju rev3_proto2 aparatūrā, kas darbojās ar programmaparatūru 2026.04.07.mr77639.1 (2026. gada aprīlis). Rezultāti apstiprina, ka tehnika darbojas uz pašreizējās aparatūras un programmaparatūras:

• dish_clear_obstruction_map ir pieejams un funkcionāls. Tā izsaukšana attīra uzkrātos SNR datus (377 aktīvie pikseļi testēšanā tika samazināti līdz 1).
• Pēc atiestatīšanas karte atjaunojas aptuveni ar vienu jaunu pikseli sekundē, kad apkalpojošais satelīts pārvietojas caur redzamības lauku.
• Blakus kadru XOR-ošana ar 1 Hz rada tīrus viena pikseļa trajektorijas punktus ar gandrīz nulles izkliedi.
• 15 sekunžu pārslēgšanas laiks (katras minūtes 12., 27., 42. un 57. sekunde, globāli sinhronizēts) tika apstiprināts mūsu aparatūrā. Secīgie intervāli izsekoja vienu un to pašu satelītu nepārtraukti, ar skaidru trajektorijas lēcienu, kad notika reāla pārslēgšana.
• Karte ziņo FRAME_EARTH uz stacionārām aktīvām antenām, kas nozīmē, ka režģis ir orientēts ar augšējo centrālo pikseli, kas atbilst patiesajiem ziemeļiem. Mobilas vai neaktīvas antenas var ziņot FRAME_UT, kur apakšējais centrālais pikselis atbilst boresight virzienam.

# Kompromiss: kāpēc Nexus pēc noklusējuma neatiestatа karti

Izsaukums dish_clear_obstruction_map ir destruktīvs, tas dzēš antenas uzkrāto šķēršļu profilu. Lietotājiem ar aizsegtām instalācijām (koki, ēkas vai citas struktūras) šie dati ir vērtīgi signāla problēmu diagnostikai un tiek veidoti laika gaitā daudzos satelītu pārgājienos. Tā atiestatīšana ik pēc 15 sekundēm neļauj antenai uzkrāt nekādus šķēršļu datus, un Starlink mobilā aplikācija rādīs tukšu vai daļēju karti.

Nexus pašlaik izmanto ģeometrisko izsecināšanu (boresight virziens + TLE saskaņošanu) kā savu noklusējuma satelīta identifikācijas metodi. Šī pieeja ir nedestruktīva, tā neizsauc nevienu rakstīšanas galapunktu antenā un tai nav blakusefektu uz lietotāja šķēršļu datiem.

Mēs izmantojam uz trajektoriju balstītu pieeju kā kalibrēšanas rīku, lai validētu un uzlabotu mūsu ģeometriskā izsecinājuma precizitāti. Mēs arī izvērtējam, vai piedāvāt trajektorijas izsekošanu kā izvēles režīmu pieredzējušiem lietotājiem un pētniekiem ar skaidru informāciju par kartes atiestatīšanas kompromisu.

# Kas to varētu mainīt

Nākotnes programmaparatūras atjauninājumi vai aparatūras pārskatījumi varētu atklāt papildu telemetriju, kas uzlabotu izsecināšanas precizitāti:

• Funkcionāls seconds_to_first_nonempty_slot: ja šis lauks tiek aizpildīts jaunākā programmaparatūrā vai aparatūrā, tas nodrošinātu uzticamu pārslēgšanas laika signālu.
• Elektroniskā stara virzīšanas leņķi: jebkura fāzētā masīva faktiskā stara virziena atklāšana ļautu tieši identificēt satelītu.
• Atvieglota autentifikācija uz dish_get_context: ja SpaceX atkārtoti iespējotu lauku initial_satellite_id, problēma tiktu pilnībā atrisināta.
• Nedestruktīvi reāllaika signāla dati: ja nākotnes programmaparatūra atklāj katra satelīta signāla informāciju caur atsevišķu galapunktu vai nedestruktīvu šķēršļu kartes variantu, trajektoriju saskaņošanas pieeju varētu izmantot bez lietotāja šķēršļu datu atiestatīšanas.
• Jaunas aparatūras paaudzes: SpaceX izvieto V3 satelītus un jaunu termināļu aparatūru. Citiem programmaparatūras vai aparatūras pārskatījumiem var aizpildīt pašlaik neaktīvos laukus vai atklāt jaunu telemetriju.

# Iepriekšējie darbi

Nexus izmanto ģeometrisko izsecināšanu (boresight virziens + TLE-propagētas satelītu pozīcijas), lai novērtētu, kurš satelīts apkalpo antenu. Tā ir heiristiska pieeja, efektīva un nedestruktīva, bet ierobežota precizitātē.

Augstākas precizitātes identifikācijai SatInView metode, ko izstrādāja Ahangarpour, Zhao, and Pan University of Victoria (ACM MobiCom 2024, LEO-NET Workshop), panāk gandrīz nepārprotamu satelīta identifikāciju, korelējot šķēršļu kartes trajektorijas ar TLE datiem. Viņu pieeja prasa šķēršļu kartes atiestatīšanu pārslēgšanas robežās, ko mēs esam apstiprinājuši, ka darbojas uz pašreizējās aparatūras un programmaparatūras (skatīt Obstruction Map and Satellite Tracking). Viņu implementācija ir pieejama vietnē github.com/aliahan/SatInView.

Mēs izmantojam viņu uz trajektoriju balstīto tehniku kā atsauci, lai kalibrētu un uzlabotu Starlink skatītājā izmantotās ģeometriskās izsecināšanas precizitāti.

# Orbitālie dati

Satelītu pozīcijas tiek iegūtas no CelesTrak papildu GP galapunkta, kas nodrošina SpaceX iesniegtas efemērīdes, apvienotas ar standarta 18. Kosmosa aizsardzības eskadriļas kataloga datiem. Dati tiek lokāli kešoti Rust aizmugursistēmā un atjaunināti ik pēc 6 stundām, ar 48 stundu novecojušas kešatmiņas rezerves mehānismu, ja CelesTrak nav sasniedzams. Statusa josla parāda pašreizējo satelītu skaitu un datu vecumu.

# Antenas atrašanās vieta

Skatītājs izmanto GPS koordinātas no antenas get_location galapunkta, ja tās ir pieejamas. Ja GPS dati nav pieejami, jūs varat manuāli ievadīt savu platumu un garumu konfigurācijas panelī.