Global Positioning System Doç.Dr. Gültekin KAVUŞAN

İçindekiler Tarihçe GPS nedir GPS elemanları nelerdir GPS nasıl çalışır GPS sinyalleri ve frekansları Uygulamalar

TARİHÇE Yer bulma eskiden beri yıldızlar ve güneş sisteminden yaralanılarak bulunmuştur. Açık bir gökyüzü ve çok iyi ölçüm gereklidir. GPS projeksiyon sistemi 1973 yılında geliştirilmiştir. ABD savunma bakanlığı, 24 uydu üzerinden bu sistemi geliştirmiştir. Günümüzdeki bu sistemin sistemin keşfinde emek verenler ve bulucuları; “Bradford Parkinson”, “Roger L. Easton”, ve “Ivan A. Getting”dir.

GPS nedir? Uzaydaki uydu navigasyon sistemine dayanan her türlü hava koşullarında yer ve zaman bilgisini sağlayan bir navigasyon sistemidir. ABD tarafından yönetilen ve bir yer yüzünde GPS alıcısı olan herkes tarafından serbestçe erişilebilir olan bir sistemdir.

GENEL BAKIŞ • Resmi adı: “Navigational Satellite Timing And Ranging Global Positioning System” (NAVSTAR GPS)’dır. Türkçe olarak "Seyrüsefer Uydu Zamanlaması ve kısmi Küresel Konumlandırma Sistem “ olarak söylenebilir. • Ortalama Dünya yörüngesinde dolaşan (2000km - 35.000 km) 30+ GPS uydulardan oluşur. • Birbiri ile eş zamanlı çalışan 24 uydudan oluşur • Genellikle navigasyon (yer bulma), harita yapma ve ölçme için kullanılır.

GPS elemanları Üç tanedir: Uzaydaki bölüm Kontrol bölümü Kullanıcı bölümü

UZAY UYDU ELEMANLARI GPS uyduları 20,200 km yükseklikte ve 12 saatlik bir döngüde dairesel yörüngede uzayda uçar. • Enerjilerini Güneş pilleri ile sağlarlar. • Uydular, güneş panellerini güneşe, antenlerini yeryüzüne doğru yönlendirecek biçimde kendilerini sürekli yönlendirirler. • Yörünge düzlemleri yeryüzüne odaklanmıştır. • Yörüngeler, en azından altı uydunun gezegendeki herhangi bir yerden daima görüş hattında olacak şekilde belirlenmiştir.

KONTROL BÖLÜMLERİ Kontrol sistemleri 3 ögeden oluşur: • Ana Kontrol Sistemi • Monitör İstasyonları • Yeryüzü Antenleri

ANA KONTROL İSTASYONU ANA KONTROL İSTASYONU Colorado Springs'deki Falcon Hava Üssünde bulunan ana kontrol istasyonudur. Uzaktan izleme ve iletim alanlarının genel yönetiminden sorumludur. Her bir 6 istasyonun günde iki kez kontrolü gerçekleştirilir, çünkü uydular yeryüzündeki dönüşlerini her 12 saatte bir tamamlarlar. Optimum GPS takım uydularının uyumluluklarını sağlamak için yeniden için uyduları yeniden konumlandırabilir.

GÖZLEM İSTASYONLARI Tam irtifayı, konumunu, hızını ve genelini kontrol eder. Yörüngedeki uyduların sağlıklı çalışıp çalışmadıkları ve fonksiyonlarını tam performans ile yapıp yapmadığını yani sağlığını kontrol ederler. • Kontrol bölümü, GPS uydu yörüngelerinin ve saatlerinin kabul edilebilir sınırlar içinde olup olmadığını bakar. • Bir istasyon, bir seferde en fazla 11 uyduyu izleyebilir. • Bu "kontrol" günde iki defa, her istasyon tarafından gerçekleştirilir.

YER ANTENLERİ Yeryüzü antenleri ufuktan ufka uyduların yörünge izlerini izler ve gözler. • Düzeltme bilgilerini her bir uyduya ayrı ayrı iletir. • Komuta ve kontrol amaçlı olarak GPS uyduları ile iletişim kurar.

KULLANICI BÖLÜMLERİ GPS alıcıları genel olarak: 1. (uydular tarafından iletilen frekanslara göre ayarlanmış) bir anten, 2. alıcı-işlemcileri ve 3. çok hassas ve kararlı bir saati (genelde bir kristal osilatör) olan cihazlardır. • Ayrıca kullanıcıya konum ve hız bilgilerini göstermek için bir alt programları da içerebilirler. • Bir alıcı genellikle kanal sayısıyla tanımlanır (bu aynı anda kaç tane uydunun izlenebileceğini gösterir). • Son zamanlarda, alıcılar genellikle 12ve 20 kanallı olarak üretilmektedir.

ÇALIŞMA PRENSİBİ

ÇALIŞMA PRENSİBİ Geometrik Prensip: Bilinen bir yerden, bir diğer yere olan uzaklığı biliyorsanız, o yerin konumunu bulabilirsiniz. • Bunun içinde belirlenmesi gereken şeyler: • Mevcut GPS Uydu Konumları. • Alıcının Konumu ve GPS Uyduları Arasındaki Mesafedir.

GPS UYGULAMALARININ GÜNCEL KONUMU • GPS uyduları, 11.000 mil yükseklikte yeryüzünde yörüngede geziniyor. • Yörüngeler ve uyduların yerleri ve ilerlemeleri bilinmektedir. • GPS alıcısı; tüm GPS uydularının ALMANAC* 'da bulunan uydular için, yörünge bilgilerini depolar. * Almanac, tüm GPS uyduları için konum bilgisi içeren bir dosyadır.

B / W ALICININ KONUMU VE GPS UYDULARI UZAKLIKLARI Bir GPS alıcısı; 3 veya daha fazla GPS uydusu ile kendisine ulaşan konum verilerini kullanarak, kendi konumunu belirleyebilir ve bu verileri diğer verilerle karşılaştırır. Her bir uyduya mesafeyi hesaplamak için, • Uydudan alıcıya ulaşması için gelen mikrodalga sinyali (GPS sinyali) tarafından alınan süreyi ölçmek. • Mikrodalga sinyalleri ışık hızında, yani yaklaşık saniyede 186.000 mil (299.900n km) hızla ilerlemektedir. • Uydudan alıcıya olan uzaklık “yol(uzaklık) = hız x zaman" formülü ile belirlenebilir. • Dolayısıyla alıcı, konumunu trilaterasyon kullanılarak öğrenir.

• İki uydudan uzaklık ölçümleri, alıcının konumunu arakesiti bir daire olan iki kürenin kesişim olarak sınırlar.

• Üçüncü bir uydudan uzaklık ölçümü ve bunun diğerleri ile arakesiti, alıcı konumunu sadece iki noktaya yükseltir.

• Dördüncü bir uydudan gelen ölçüm, diğer iki noktadan hangisinin doğru ve gerçek konum olduğunu belirler.

DOĞRULUK-HASSASİYET • Bir GPS alıcısı tarafından hesaplanan konum üç doğru ölçüme dayanır: • Şimdiki zaman • Uydu pozisyonu • Sinyalin zaman gecikmesi • Uzaydaki GPS sinyali,% 95 güven düzeyinde 7.8 metre "en kötü durum" hassaslığını sağlayacaktır. • GPS süresi yaklaşık 14 nanosaniye kadar doğrudur. • Yüksek doğruluk, GPS'i büyütme (augmentation) sistemleri ile birlikte kullanarak bugün mevcuttur. Bunlar gerçek zamanlı konumlamayı birkaç santimetreye kadar sağlar.

GPS SİNYALLERİ • Kaba / Edinim kodu. • Hassasiyet kodu. • Navigasyon (konum) mesajı, verisi. • Almanak. • Veri güncellemeleri.

GPS FREKANSLARI GPS FREKANSLARI: • L1 (1575.42 MHz) • L2 (1227.60 MHz)

FREKANS İÇERİK BİLGİLERİ • C / A kodu L1 frekansında iletilir. • Hassasiyet kod, L1 ve L2 frekanslarında iletilir. • L3, Savunma Destek Programı tarafından, füze atışlarının, nükleer patlamaların ve diğer uygulamaların tespit edilmesinin sinyali vermek için kullanılır. • L4, güneş radyasyonu ile iyonize edilen atmosfere ek düzeltme yapmak için kullanılır. • L5, sivil yaşam güvenliği sinyali olarak kullanılır.

DÜNYA SAAT DİLİMLERİ Uydu sinyalleri zaman sinyali olduğundan yerel saat dilimleri ile uyumlu olarak düzeltilmesi gerekir. Bu nedenle tüm gps uygulamalarında yerel saat farkları gün dönüm meridyeni esas alınarak, Greenwich “0” meridyenine göre saat dilimi uygulanır.

Ülkelerden bağımsız olarak dünya saat dilimleri.

Ülke sınırlarına göre değiştirilmiş dünya saat dilimleri

GPS’İN UYGULAMA ALANLARI HARİTACILIK: Haritacılar mutlak konumları bulmak, haritalar hazırlamak, sınırları belirlemek ve haritalar için özel bilgileri ve varlıkları belirlemek için kullanılır. NAVİGASYON ve YÖNLENDİRME: Otomobil navigasyonunda, bilgisayarlar ve mobil iletişim teknolojisi ile entegre GPS teknolojisi  sistemleri, askeri ve sivil amaçlı havacılık navigasyonlarında kullanılır.

ARAZİDE YER BULMA GPS ile arazide yer bulma GPS koordinat sistemi ve Datum ayarları yapıldıktan sonra, cihaz uydulardan gelen zaman sinyali yardımıyla ayarlanmış olan koordinat sistemine göre (coğrafi veya UTM) olarak koordinat değerlerini verir. Bu değerler haritada yerine konularak yer bulunur.

ARAÇ KULLANIMLARI

ASKERİ AMAÇLI KULLANIMLARI Askeri birliklere, tankerlere, helikopterlere, gemilere, denizaltılara, tanklara, ciplere ve askerlerin ekipmanlarına GPS entegre edilmiştir. En yaygın kullanım alanı ise: • Hedef izleme. • Arama kurtarmadır.

SON