GPS (Global Positioning System) GPS Nedir? Amerikanaskeriyesinin yardımıyla dünya çapında işleyen bir uydu navigasyonsistemi kuruldu; GPS (Global Positioning System - Küresel KonumlandırmaSistemi). Sistem 20.000 metre yükseklikte dolaşan 24 uydudan oluşuyor.Veriler yüksek frekanslı radyo dalgalarıyla dünyaya iletiliyor. Buveriler askeri P-kodunda ve sivil kullanılan C/A-kodunda şifreli. ABDsavunma bakanlığı kriz durumlarında C/A verilerinin hassasiyetinibölgesel olarak +/- 100 metreye kadar yanıltabilir. Böylece çoksağlıksız pozisyon bilgileri yayabilir. Bu programa SelectiveAvailability (SA - seçimli kullanım) deniyor.
2Mayıs 2000 senesinden beri SA kapalı ve GPS hassasiyeti +/- 3 metredir.Sadece savaş ve kriz durumunda ABD SA'yı açabiliyor. Bu en son Iraksavaşında yapıldı.
Global PositioningSystem olarak açılımı olan uydu bazlı radyo navigasyon sistemineverilen addır. Amerikan Savunma Bakalığı'nın denetiminde ve idamesindeolan sistem 24 adet uydu takımından oluşur. Uyduların yörünge hareketi12 saat sürer. Ufuk çizgisi üzerinde erişilebilen maksimum uydu sayısıgünün saati ve konuma bağlı olarak 8-12 arasında değişir. 3 boyutlupozisyon elde edebilmek için en az 4 adet uydudan yayınlanan sinyalinişlenmesi gerekir. Normal şartlarda yani çevrede GPS sinyalleriniengelleyecek fiziksel engel yok ise en az 6-8 arası sayıda uydu ileiletişim kurulur.
GPS Kullanımı İçin Herhangi Bir Abonelik Gerekir mi? GPSbir radyo navigasyon sistemidir ve sürekli yayın yapar. GPS alıcısıolan herhangi bir kullanıcı, yayınlanan sinyalleri kullanarak herhangibir ücret ödemeksizin sistemden faydalanabilir. GPS alıcısı pasifyapıda olduğundan yani havada bulunan sinyali işlediğinden (FM radyosugibi) uydulara veya başka her hangi bir yere sinyal göndermez.
GPS alıcısından alınabilecek pozisyon hassasiyeti ne kadardır? GPSsistemi milimetreden metre hassasiyete bir çok seviyede sonuçüretebilecek kapasitede bir sistemdir. El tipi alıcılar ile ilave birdüzeltme olmaksızın elde edilebilecek sonuç şu an ±15 metredir fakat 1mayıs 2000 tarihinde kaldırılmış olan ve Selective Availability olarakadlandırılan kasti yanıltma sinyalleri ±100 metreye varan sapmalar ilesonuç elde edilmekte idi. Daha iyi sonuç için ilave düzeltmeyayınlarından faydalanmak gerekir. Bu düzeltme yayınları yersel veyauydu bazlı yapıda olabilmektedir. Yersel yayınlar yoğun olarak Amerikave kısmi olarak Avrupa kıyılarında yapılmaktadır fakat be düzeltmesinyallerini alabilmek ilave donanımlar ile mümkün olabilmektedir. Uydubazlı olarak yapılan yayınlar yeni nesil GPS alıcıları ile direkalınabilmekte ve böylelikle ±3 metreye varan hassasiyette pozisyon eldeedilebilmektedir. Uydu bazlı yayınların genel ismi SBAS (SatelliteBased Augmenting System) dir. SBAS'a örnek olarak Amerika için WAAS,Avrupa için EGNOS ve Japonya için MSAS verilebilir. Bu uydular sabityörüngeli uydulardır ve yine yayın erişimi için ilave bir ücret talepedilmemektedir. Aşağıdaki şekilde WAAS ve EGNOS uydularının dağılımı vekapsama alanları görülmektedir. Ülkemiz şekilden de görüleceği üzereiki uydunun kapsama alanındadır.
GPS alıcısını, Fish Finder, Auto Pilot gibi sistemlere nasıl bağlayabilirim? GPSalıcısı ürettiği konum, hız, doğrultu gibi bilgileri hem kendiekranında kullanır hem de seri (RS232 veya RS422) port vasıtası ileharici sensörlerin kullanımına açar. Üretilen bilgi NMEA 0183 olarakanılan formattadır ve ihtiyaca göre kullanılabilen farklı yapıdacümleciklerden oluşur. Örneğin GGA cümleciğinin açıklaması şuşekildedir.
GPGGA,hhmmss.ss,1111.11,a,yyyyy.yy,a,x,xx,x.x,x.x,M,x.x,
1: Zaman bilgisi (Greenwich zamanı)
2: Enlem
3: Enlem yarı küre bilgisi (N kuzey, S güney)
4: Boylam
5: Boylamın greenwich yönü (W batı, E doğu)
6: Çözüm durumu (0 çözüm yok, 1 mutlak pozisyon, 2 diferansiyel pozisyon)
7: Kullanılan uydu sayısı
8: HDOP (Yatay uydu geometrisi katsayısı)
9: Yükseklik
10: Yükseklik birimi (m, metre)
11: Jeoid yüksekliği
Yukarıdaaçıklanan mesaj cümleciği pozisyon ağırlıklıdır. İstenilen bilgiseyrüsefer için olduğunda (doğrultu, mesafe ve zaman bilgileri) GPRMBve GPSRMC mesajları kullanılabilir. Anlatılan bilgiler sistementegrasyonu içindir. GPS alıcısı bağlanabilen harici sensörler,alıcıdan akan bu bilgileri otomatik olarak ayırıp kullanırlar. Sadeceyapılması gereken, seri bağlantı kablosunun anılan sensörlerebağlanmasıdır.
GPS alıcısında şarjlı tipteki piller kullanılabilir mi? GPSalıcıları genelde Alkalin tip kalem piller kullanır. Şarjlı tip kalempiller den NiCd yapıdakilerin gücü Alkalin'lere göre çok düşükolduğundan tavsiye edilmez. Fakat yeni yeni yaygınlaşan NiMh yapıdakişarjlı pillerin 1500-2000 mAh civarında güçteki şarjlı piller oldukçaperformanslı olarak kullanılabilmektedir.
GPS alıcımı elektronik haritalar ile kullanabilir miyim? GPSalıcıları temelde koordinat çifti üretimi amaçlı yapılmışlardır.Kullanıcı arayüzü, alıcının gelişmişliğine bağlı olarak sadecekoordinat çifti ve seyrüsefer bilgilerini ekrana getirmektenhafızasında bulunan elektronik haritalar ile eşleştirmeye kadar bir çokfarklı çeşitte bulunabilir. Ayrıca haritalar alıcı üzerinde değil debilgisayar üzerinde de olabilir. Bu durumda yine alıcının NMEA çıktıözelliği kullanılarak bilgisayar üzerindeki haritalar kullanılabilir.
Kullanıcı kendi haritasını yapabilir mi? Ülkemizinkara ve denizler için oldukça detaylı haritalarının üretilip kullanımasunulmuş olmasına rağmen bazı durumlarda bu haritalar kullanımbölgesini kapsayamamakta veya geçici haritalara ihtiyaç duyulmaktadır.Bu tip haritaların üretimi sadece el tipi GPS alıcılarının veya elbilgisayarları ile beraber kullanımı ile mümkün olabilmektedir. SadeceGPS alıcısı kullanılmak istenirse alıcının TRACK özelliğindenfaydalanılabilir ve TRACK fonksiyonu sıklığı kullanıcı tarafındanbelirlenebilen noktaların oluşturduğu çizgisel bilgi anlamına gelir. SDtipi kart özelliğnden ötürü MERIDIAN modeli GPS alıcıları yüzlerceTRACK kaydı yapabilmektedirler ve bu tip işler için en uygun çözümüsunmaktadırlar.
Uydular normal evrensel bilgilerdışında diğer uyduların yörünge bilgilerini ve hassas saat sinyaliiletiyor. Bu bilgilerle uyduların pozisyonları hesaplanıyor. Modern GPSalıcıları 12 paralel kanalla çalışıyor. Bunun üçü pozisyon tespiti içinkullanılıyor (üçgenleme). Dördüncü uydu yüksekliği belirliyor. Diğersekiz kanalın aldığı uydu sinyalleriyle beraber GPS cihazı bu 12kanaldan aldığı verilerle güvenilir şekilde pozisyonunu belirliyor.
AçıkSA'da (seçimli kullanım) yinede 3 metrelik hassasiyeti sağlamak içinikinci bir GPS cihazı pozisyonu önceden şağlıklı şekilde belirlenmişbir noktaya monte ediliyor. Bu cihaz referans noktası olarak çalışıyor.Alınan uydu bilgileri ve bilinen referans noktası bilgileri birbiriylekarşılaştırılıyor. Aralarındaki fark mobil cihaza iletiliyor ve böylecesağlıklı bir pozisyon ölçümü sağlanıyor. Sinyalleri alan tüm GPScihazları bu bilgilerden kendi pozisyonlarını düzeltebiliyorlar. Buişleme DGPS (diferansiyel GPS) deniliyor.
PDGPS(precision DGPS - kesin DGPS) veya RTK (Real Time Kinematic - gerçekzamanlı devimsel) ise; uydu sinyallerinin taşıyıcı fazlarınıbelirleyerek hassasiyetin 1cm'ye kadar yükseltilebilmesidir. PDGPStaşıyıcı faz ölçümüyle ve çiftleme navigasyonla araçların yollarda tekbaşına seyirleri mümkün kılınabilir.
Uygulama Alanları Askeri: GPS
cruise
füzelerinde (kıtalar arası füzelerde) ve hassas güdümlü füzelerdekullanılmaktadır. Balistik füzelerede de fırlatma pozisyonunun dahadoğru olarak hesaplanması için kullanılmaktadır. Ayrıca AmerikanNükleer Patlama Gözlemleme Sisteminin büyük bir parçası olarak GPSuyduları nükleer patlama dedektörleri içerir.
TürkSilahlı Kuvvetleri'de izlediği savunma politikasına paralel olarak birçok alanda gps uygulamalarından yararlanmaktadır.Örnek olarak komandobirlikleri intikal, travers, arazide yön bulma gibi bir çok alandagpsten faydalanmaktadır.
Sivil GPS alıcılarına füze yapma amaçlı kullanılmamaları için 18 km yükseklik ve 450km/s hız gibi limitler getirilmiştir.
Araştırma:En pahalı GPS alıcıları haritacılar tarafından sınırların, yapıların,harita işaretlerinin konum tespiti ve yol yapım çalışmaları içinkullanılmaktadır.
Görselengelliler için: 1980'lerin sonlarına doğru uygulamaya giren GPS ilebirlikte "MoBIC, Drishti, Brunel Navigation System for the Blind,NOPPA, BrailleNote GPS and Trekker" isimli projeler yürütülmeyebaşlamıştır.
Havacılık: GPS
uçaklarda
da diğer yön bulma aygıtlarına ek olarak kullanılmaktadır. Bazıfirmalar yolcuların el tipi GPS alıcılarını kullanmalarına izinvermemektedir.
Referans saat: Birçok senkronizasyon sistemi referans saat kaynağı olarak GPS'i kullanmaktadır. GPS sistemi
UTC
ve
GMT
'den farklı olarak kendi uyduları üzerindeki atomik saatleri kullanmaktadır. Bunlar
6 Haziran
1980
'desıfırlanmışlar, ve artık saniyeleri düzeltmesi yapılmadığı için UTC'den14 saniye ileridedirler. Bu nedenle periyodik olarak GPS alıcılarınaUTC saat bilgisi gönderilir.
GPS Sistemi NAVSTAR
sistemi, uzay bölümü (uydular), kontrol bölümü (
yer istasyonları
) ve kullanıcı bölümünden (GPS alıcısı) oluşur.
Uzay Bölümü Uzaybölümü, en az 24 uydudan (21 aktif uydu ve 3 yedek) oluşur ve sisteminmerkezidir. Uydular, "Yüksek Yörünge" adı verilen ve dünya yüzeyinin20.200 km üzerindeki yörüngede bulunurlar. Bu kadar fazla yüksekliktebulunan uydular oldukça geniş bir görüş alanına sahiptirler ve dünyaüzerindeki bir GPS alıcısının her zaman en az 4 adet uyduyugörebileceği şekilde yerleştirilmişlerdir.
Uydular saatte 7.000 mil hızla hareket ederler ve 12 saatte, dünya çevresinde bir tur atarlar.
Güneş enerjisi
ile çalışırlar ve en az 10 yıl kullanılmak üzere tasarlanmışlardır. Ayrıca güneş enerjisi kesintilerine karşı (
güneş tutulması
vs.) yedek bataryaları ve yörünge düzeltmeleri için de küçük ateşleyici roketleri vardır.
GPSprojesi ilk uydunun 1978'de ateşlenmesiyle başlamıştır. 24 uyduluk ağ1994'de tamamlanmıştır. Projenin devamlılığı ve geliştirilmesi ileilgili bütçe ABD Savunma Bölümüne aittir.
Uydularınher biri, iki değişik frekansta ve düşük güçlü radyo sinyalleriyayınlamaktadır. (L1, L2) Sivil GPS alıcıları L1 frekansını (
UHF
bandında 1575,42
Mhz
),ABD Savunma bölümü alıcıları L2 (1227,60 Mhz) frekansınıdinlemektedirler. Bu sinyal "Görüş Hattında" Line of Sight ilerler.Yani bulutlardan, camdan ve plastikten geçebilir ancak duvar ve dağgibi katı cisimlerden geçemez.
GPSsinyalleri binalardan yansıdığı için şehir içlerinde araziye oranlahassasiyeti azalır. Yeraltına kazılan tünellerde ise sinyal eldeedilemez. Hatalı sinyallerin elde edilebileceği ya da hiç sinyal eldeedilemeyen bölgelerde kullanılmak üzere geliştirilen DiferansiyelGPS'ler tarafından bu hatalar en aza indirilerek daha hassas bir yerölçümü yapılabilir.
Daha rahat anlaşılması için, bildiğimiz radyo istasyonu sinyalleri ile L1 frekansını kıyaslamak istersek;
FM
radyo istasyonları 88 ile 108 Mhz arasında yayın yaparlar, L1 ise1575,42 Mhz'i kullanır. Ayrıca GPS'in uydu sinyalleri çok düşükgüçtedirler. FM radyo sinyalleri 100.000
watt
gücündeiken L1 sinyali 20-50 watt arasındadır. Bu yüzden GPS uydularındantemiz sinyal alabilmek için açık bir görüş alanı gereklidir.
GPSuyduları tarafından gönderilen elektromanyetik dalgalar atmosferdengeçerken bükülmeye uğrarlar. L1 ve L2 bantları farklı dalga boylarınasahip olduğundan farklı oranda bükülmeye uğradığından aradaki farklılıkhesaplanarak atmosferik bozulma engellenerek çok daha hassas bir yerbilgisi hesaplanabilir. Sadece L1 bandı kullanılarak (diferansiyel GPSile dahi) 98 m. hassasiyet elde edilebilirken, L1 ve L2 bantlarınınortak kullanımı ile 1 m.'nin altında hassasiyete ulaşmak mümkünolmaktadır.
Her uydu yerdekialıcının sinyalleri tanımlamasını sağlayan iki adet özel pseudo-random(şifrelenmiş rastgele kod) kodu yayınlar. Bunlar Korumalı (Protected Pcode) kod ve Coarse/Acquisition (C/A code) kodudur. P kodukarıştırılarak sivil izinsiz kullanımı engellenir, bu olaya
Anti-Spoofing
adı verilir. P koduna verilen başka bir isimde "P (Y)" ya da sadece "Y" kodudur.
Businyallerin ana amacı yerdeki alıcının, sinyalin geliş süresiniölçerek, uyduya olan mesafesini hesaplamayı mümkün kılmasıdır. Uyduyaolan mesafe, sinyalin geliş süresi ile hızının çarpımına eşittir.Sinyallerin kabul edilen hızı
ışık hızı
dır. Gelen bu sinyal, uydunun yörünge bilgileri ve saat bilgisi, genel sistem durum bilgisi ve
ionosferik
gecikme bilgisini içerir. Uydu sinyalleri çok güvenilir atom saatleri kullanılarak zamanlanır.
Kontrol Bölümü Adındananlaşılacağı gibi, Kontrol Bölümü, GPS uydularını sürekli izleyerek,doğru yörünge ve zaman bilgilerini sağlar. Dünya üzerinde 5 adetkontrol istasyonu bulunmaktadır.(Hawai,Kwajalein,Colorado Spring(Anamerkez),Ascension adaları ve Diego Garcia) Bunlardan dördü insansız,biri insanlı ana kontrol merkezidir. İnsansız kontrol merkezleri,topladıkları bilgileri ana merkeze yollarlar. Ana merkezde bu bilgilerdeğerlendirilerek gerekli düzeltmeler uydulara bildirilir.
Kullanıcı Bölümü Kullanıcıbölümü yerdeki alıcılardır. Çeşitli amaçlarla GPS kullanarak yerinibelirlemek isteyen herhangi bir kişi, sistemin kullanıcı bölümüne dahilolur. Genellikle intikal yapan komando birlikleri tarafindankullanılır..
Kaynaklar: http://www.gpsturk.net http://www.cepbul.com http://tr.wikipedia.org
