UYDU JEODEZİSİNDE TEMEL PROBLEMLER

Transkript

1 Jeodezi kısaca yeryüzünün ölçülmesi ve haritalanması bilimidir. Uydu Jeodezisi ise çoğunlukla yeryüzüne yakın yapay uydulara veya uydulardan veya uydular arası yapılan hassas ölçüleri kullanarak jeodezik problemlerin çözümüne imkan veren hesap ve gözlem tekniklerini içerir. UYDU JEODEZİSİNDE TEMEL PROBLEMLER Uydu jeodezisi global, bölgesel 3 boyutlu hassas koordinat belirlemede kullanılır. Dünyanın gravite alanını ve gravite alanının lineer fonksiyonlarını (hassas jeoid) belirlemede kullanılır. Yer dinamiği ile ilgili olayları ölçme ve modellemede kullanılır (Kutup gezinmesi parametre tayini, yerkabuğu deformasyonları vb. )

2 Duyarlık: Elde edilecek duyarlığa bağlı alet seçilmeli ve ölçme yöntemi belirlenmeli. (metre hassasiyetinde koordinat isteniyorsa cm. hassasiyetinde ölçü yapan alete gerek yoktur.) Harcanacak zaman, işgücü, çaba, Maliyet: Alet fiyatları, işin süresi, çalışan ücretleri, Hesaplama teknikleri, Gözlem zamanı.

3 Global Jeodezi: Dünyanın şeklinin ve gravite alanının belirlenmesi, Ortalama yer elipsoidinin belirlenmesi, Global yersel referans sisteminin kurulması, Kara ya da denizde referans elipsoidi belirleme, Farklı jeodezik datumların birleştirilmesi, Jeodezik Kontrol: Ulusal Ağlar için jeodezik kontrol ağlarının kurulması, 3 boyutlu homojen ağların kurulması, (yersel ölçü yöntemleriyle ağlar 2 boyutlu yatay ağlar (nirengi, poligon ağları) ve 1 boyutlu düşey ağlar (geometrik ve trigonometrik nivelman ağları) şeklinde kurulur. Mevcut yersel ağların analizi ve geliştirilmesi (kontrol amaçlı) Ana ve ara kara parçalarında jeodezik ağ kurulması, Mevcut ağların sıklaştırılması, Yer Dinamiği: Yerkabuğu hareketleri için kontrol noktaları oluşturmak, Gelgit olaylarını araştırmak, Kutup gezinmesi parametrelerinin ve yer dönüklüğünün belirlenmesi,

4 Uygulamalı ve Düzlem Jeodezi: Kadastro(kırsal alan ölçmeleri, şehir ölçmeleri vb. ) CBS için gerekli verilerin toplanması, şehirlerin planlanması, sınırların belirlenmesi, Mühendislik ölçmeleri için kontrol ağlarının oluşturulması, Kartoğrafik çalışmalar için kontrol noktası tayini, Fotogrametride kameraların konum ve dönüklüklerinin belirlenmesi, Navigasyon(Yön Bulmak) ve Deniz Jeodezisi: Kara, deniz ve hava araçları için hassas navigasyon, Hidrografik çalışmalar, Petrol ve maden çıkartma işlemleri, Deniz jeolojisi, Jeofizik, Yükseklik sistemlerinin birleştirilmesi İlgili Alanlar: Yer fiziği ile ilgili gözlemler için konum ve hız belirleme (manyetik ve sismik ölçü), Buzulların hareketlerinin incelenmesi, Askeri amaçlı çalışmalar, Turizm amaçlı çalışmalar,

5 Konumlama veya Konum Belirleme: Nokta konumlama(mutlak konum belirleme): Statik, kinematik Rölatif konum belirleme(bağıl konum belirleme): Statik, kinematik Jeodezik ağ oluşturarak konum belirleme Nokta konumlama(mutlak konum belirleme): Mutlak konum belirlemek için önce bir koordinat sistemi tanımlanmalıdır. Z P (X,Y,Z) Klasik Yersel Sistem h Greenwich Meridyeni C Yerin Ağırlık Merkezi Z X Y X Ekseni: Greenwich Meridyeni, Z Ekseni : Yerin Ortalama Dönme Ekseni, YEkseni : BuİkiekseneDik Eksen Y Ekvator P noktasının konumunu bulmak için C merkezli yer vektörünün bulunması gerekir. X

6 Yapılan yersel ölçülerle (φ, λ, H) (jeodezik enlem, boylam ve ortometrik yükseklik) yada (X, Y, H) hesaplanmaktadır. Seçilen bir koordinat sistemine (Örneğin Klasik Yersel koordinat Sistemi) göre bir noktanın konumunun belirlenmesine mutlak konum belirleme denir. Statik konum belirleme : Bir P noktasında alıcı sabit olduğu durumda konum belirlenir, Kinematik konum belirleme: Sistem hareketlidir. Hareket halindeyken konum belirlenir. Statik yöntemde noktada sabit olarak daha fazla ölçü yapılır ve daha hassas konum belirlenir.

7 Rölatif konum belirleme (Bağıl konum belirleme): Z P 1 Greenwich Meridyeni R 1 R 2 P 2 Bilinen veya sabit alınan bir noktaya göre diğer bir noktanın konumunun belirlenmesidir. Bu şekilde iki nokta arasındaki uzaklık (baz) belirlenir. C Y Statik konum belirleme: P 1 ve P 2 de bulunan 2 alıcının da sabit olması, X Ekvator Kinematik konum belirleme: Koordinatı bilinen noktadaki alıcının sabit, diğer noktadaki alıcının hareketli olması durumudur.

8 Jeodezik Ağ Oluşturarak Konum Belirleme: P 6 P 1 P 2 Şekildeki gibi luplar oluşturularak konum belirlenir. Bundaki amaç dengeleme yapılabilmesidir. Bu sayede kontrol yapılabilir ve ölçüdeki hatalar kolay belirlenir. Fazla ölçü yapıldığı için hassasiyet artar. P 3 P 5 P 4

9 Datum: Sabit alınan koordinat değerleri yada referans noktalarının oluşturduğu yüzeydir. Düşey Datum: Ortalama deniz seviyesi düşey datum olarak alınır. ED50 datumu ortalama deniz seviyesi ile çakışık jeoidi düşey datum olarak alırken, Global Positioning System (Global Konumlama Sistemi-GPS) ölçülerinde WGS84 elipsoidi düşey datum olarak alınmaktadır. ED50 Datumu yersel ölçülerle oluşturulan Ülke nirengi ağının datumu, WGS84, ITRF datumu ise uydu ölçüleri ile yapılan ölçülerde kullanılan datumdur. GRS-80 elipsoidini kullanır. Yatay Datum : Bir noktanın (φ, λ) ya da (X,Y) koordinatlarının oluşturulduğu sistemdir. ED50 datumu için Hayford elipsoididir. Uydu jeodezisi için yapılan çalışmalarda WGS84, ITRF, ITRFxx datumları (elipsoidleri) belirlenmişitir. Datumun belirlenmesi demek noktanın temel alacağı elipsoidin ve aynı zamanda koordinat sisteminin belirlemesi demektir. Yani ölçülerin değerlendirileceği elipsoid tanımlanırken aynı zamanda bir koordinat sistemi de tanımlanmaktadır. Uydu sistemleri koordinat belirlemede datum olarak seçilen elipsoide göre noktaların (φ, λ, h) değerlerini hesaplar. h elipsoid yüksekliğidir. Yersel ölçülerle bulunan H ortometrik yükseklikle h elipsoid yüksekliği arasında N jeoid ondülasyonu (yüksekliği) kadar farklılık vardır. Uydu sistemleri jeoid belirlemede kullanılabilir. Uydu ölçüleri ile bulunan elipsoid yüksekliği h ve yersel ölçülerden bulunan ortometrik yükseklik kullanılarak H yardımıyla da jeoid belirlenebilir. Yeryüzü H P h h = H+N Referans Elipsoidi N Jeoid

10 Uydu İle Konum Belirlemede Temel Prensipler P ρ U Uydu R P : (X p,y p,z p ) Bilinmesi istenenvektör, ρ: Ölçü, R P r Yörünge r : Uydu yörüngesini belirleyen yer merkezli vektör, R P =r ρ C Yerin Ağırlık Merkezi ρ ölçülür, r ölçü anında yörüngede uydunun yeridir ve yörünge parametreleri ile bilinir. Burada P(X p,y p,z p ) yibulabilmek için; bilinmeyen sayısı kadar ölçü yapmak gereklidir. Bilinmeyen sayısı 3 olduğu için 3 ölçü yapılırsa direk tek anlamlı çözüm, 3 den fazla ölçü yapılırsa dengelemeli çözüm yapılır. Burada bilinmeyen konum parametreleri 3 tane olmasına rağmen uydu ile konum belirlemede alıcının saat hatası (t) bilinmeyen olarak gelir ve bilinmeyen sayısı 4 olur. Bu şekilde (X p,y p,z p,t) bilinmeyenleri için 4 yada 4 den fazla ölçü yapılarak çözüm aranır. Konum belirlemede; Alıcı ile uydu arasındaki mesafe ρ ölçülmüşse P noktasının konumu belirlenir. Bu mesafe; elektronik, radyo dalgaları ile, lazer ışınları ile ölçülebilir. Uyduya olan mesafenin belirlenmesi için minimum 4 uyduya ihtiyaç vardır. Uyduya olan mesafe kinematik olarak belirleniyorsa aynı anda 4 uydunun olması gerekir, statik olarak belirleniyorsa minimum 2 uydunun farklı zamanlardaki 4 ölçüsü kullanılabilir. Farklı zamanlarda farklı uydu kullanılabilmesinin nedeni statik ölçü yönteminde yörünge hatalarının giderilmiş olmasıdır. Eğer 3 uydudan sinyal alınabiliyorsa (X p,y p, t) 2 boyutlu konum belirlenir. GPS deen az 4 uydudan sinyal alındığında 3 boyutlu konum belirlenir.

11

12 Uydu Jeodezisinde Kullanılan Sistemler Uzaydan konum belirleme sistemi; dünyanın etrafındaki bir yörüngede veya daha uzak mesafede bulunan bir cisimden yayılan veya yansıyan elektromanyetik dalgayı kullanarak, yeryüzündeki veya yeryüzüne yakın noktaların konumlarını belirleyen sistemdir. Bu sistemlerin sınıflandırılması; Eskiden Uydu Jeodezisinde Kullanılan Sistemler Optik sistemler Radyo dalgaları kullanarak mesafe ve doğrultu ölçümü yapan sistemler Transit (Doppler) Sistemi (Amerikan) Argos(Fransız-ABD) Yeni (Günümüzde Kullanılan Sistemler GPS (Amerikan) GlONASS( Rus) SLR (Satellite Laser Range) (Uyduya lazer Uzunluk Ölçüsü) LLR (Aya lazer Uzunluk Ölçüsü) VLBI (Çok uzun kenar İnterferometrisi) WAAS (GPS uydularının hassasiyetini artırmak için kullanılan sistem) Gelecekte Kullanılacak Sistemler Galileo (AB tarafından GPS e alternatif olarak oluşturulan sistem) Compass(Çin)

13 Uydu Jeodezisinde Kullanılan Sistemler SLR GPS GLONASS VLBI Transit LLR Fotografi Optik Sistemler

14 TRANSİT (DOPPLER) SİSTEMİ Transit sistemi DOPPLER prensibini kullanarak konum belirlemektedir. Temel prensip; sinyal gönderen kaynak ile alıcı kaynak arasındaki uzaklığın değişimi yada frekanstaki değişimin belirlenmesi ve bu sayede konum belirlemektir. Alıcı İle Kaynak (Sinyal Gönderici) Arasındaki İlişki : Gözlemci (alıcının bulunduğu yer) ile sinyal gönderilen kaynak birbirine yaklaşıyorsa alıcının saniyede aldığı salınım daha fazla olur. Yani frekans yükselir. Alıcı ile kaynak birbirinden uzaklaşıyorsa salınım azalır. Yani frekans düşer. Uydu ve Alıcıya Uzak Uydu ve Alıcıya Yakın f 1 ds f s 1 * c dt r +... f r : Alıcıda alınan frekans f s : Uydudan gönderilen frekans c : ışık hızı ds dt : Uzunluktaki değişim, s : Uydu ve alıcı arasındaki uzaklık

15 Transit Sisteminin 3 ana Bölümü vardır. Uydu İzleme ve Kontrol Birimi: Merkezi Kaliforniya dadır. 4 yerdeki istasyonlardan Dopplerdeğişimleri izlenmektedir. Bu bilgiler merkezde toplanıp uydu yörüngeleri belirlenmektedir. 4 istasyondan uydu yörünge bilgileri günde iki kez uyduya gönderilmektedir. Uydular: Sistemde 6 tane transit uydusu ve 1 tane bu uyduların yedeği olmak üzere 7 uydu bulunmaktadır. Uyduların yerden yüksekliği 1100 km. dir. Uydu yörüngelerinin düğüm noktaları ekvatorda birbirinden eşit uzaklıktadır. Uyduların yaklaşık peryodu 107 dakikadır. Uydular iyonosferiketkiyi belirleyebilmek ve/veya ortadan kaldırmak için iki farklı frekans (f1 = 400 MHz, f 2 =150 MHz) kullanır. Kullanıcılar: Sivil ve askeri amaçlı kullanılabilirler. Genellikle gemiciler yön bulmada ve çok hassasiyet istenmeyen haritacılık işlemlerinde kullanılmaktadır. Transit alıcıları ile Dopplerdeğişimi ölçülerek konum belirlenmektedir.

16 Ölçü Prensibi Uydudan alınan sinyal, alıcının içerisinde üretilen sinyalin frekansı ile karşılaştırılır ve Dopplerdeğişimi veya frekans farkı ölçülür. Dopplersayısı veya frekans farkı ve yörünge bilgileri kullanılarak noktanın konumu belirlenir. Dopplerdeğişimi (frekanstaki değişim) analiz edilerek uydunun yörüngesi belirlenebilir. Uydunun yörüngesi yani konumu biliniyorsa noktanın konumu belirlenebilir. (İstasyonların koordinatı biliniyor.) Bu istasyonlar ölçüleri toplar, ve frekanstaki değişimleri ölçer. İstasyonun koordinatı bilindiğinden merkezde toplanan bilgiler uydunun yörüngesini belirler. Yörünge belirlendikten sonra yörünge bilgileri ile nokta konumu belirlenebilir. Uydu Yörünge Bilgileri + Doppler = P( X,Y,Z) Uydu yörünge bilgileri ölçü sinyalleri ile bildirilir. Bu sinyallere Taşıyıcı Dalgalar denir. Merkezde hesaplanan uydu yörünge bilgileri istasyondan uyduya gönderilir. Noktalarda ölçü yapılırken Taşıyıcı dalgalarla uydudan kullanıcılara gönderilir.

17

18 Transit Doppler Ölçüleri Dopplerdeğişim frekansı ( f r f s = alınan frekans yayınlanan frekans) yaklaşık olarak uydu ile alıcı arasındaki uzunluk değişimi ile orantılıdır. Transit uydusunun en yüksek ve en alçak olduğu anda dopplerdeğişimi yayınlanan frekansın 25 ppm ineeşittir. Yani 400 Mhz den25 ppmyukarı yada aşağıdır. Bu ise uydunun bize en yakın ve en uzak olduğu frekans değişimini gösterir. Dopplerdeğişimi; alıcı içerisinde üretilen sabit (referans) frekanslardan, alınan frekansların farkı olarak ölçülür. Uydu frekansları yaklaşık olarak 80 ppmreferans frekansından düşüktür ve alıcı; dopplerdeğişiminin sıfıra gitmemesi için veya sıfır olmaması için f 0 f r yi hesaplar. Eğer alıcı f r f s yialmış olsa, belirli bir noktada dopplerdeğişimi sıfır olur. f 0 f r alındığında ise 80 ppm lik fark vardır. Doppleralıcılarının birçoğu anlık dopplerfrekansı yerine f 0 f r yi ölçer ve farkların toplamını sayar. 25 ppm 25 ppm t j 80 ppm f 0 f r f s T k ( f f ) D jk = 0 r dt Toplam Doppler Sayısı T j T = t k j = t T j rij + + Atmosferik Etki c k rik + + Atmosferik Etki c = rik tk + c D jk 0 rij t j + c ( f f ) r dt t k T k ve T j alıcı saatinde okunan değerlerle hesap yapılır r ij r ik i T j t k t j f dt = s rik tk + = T c k f dt r rij t j + = T j c Bu denklemde alınan ve yayınlanan devir sayısı (dalga boyu) birbirine eşittir. Aynı zaman dilimi arasında alınan devir sayısı, yayınlanan devir sayısına eşittir. D jk = f 0 ( f f )( t t ) + ( r r ) 0 Bir anlık ölçü s k j c ik ij

19 Transit Doppler Ölçü Denklemi D jk f ( f f )( t t ) + ( r r ) 0 = 0 s k j c ik ij Bu formülde konumla ilgili bilgiler vardır. (r ik ve r ij ) r = ( X X ) 2 + ( Y Y ) 2 + ( Z Z ) 2 2 ik i k i k i k r = ( X X ) 2 + ( Y Y ) 2 + ( Z Z ) 2 2 ij i j i j i j (X k, Y k, Z k ) uydu konum koordinatları, k k k Bilinmeyenler:Alıcı noktasının koordinatları (X i,y i,z i ), N tamsayı faz belirsizliği f ( ) Ölçüler: D jk (Ölçü süresi arttıkça ölçü sayısı da artacaktır.) 0 f s Duyarlık: Uydu yörüngesinin belirlenmesi için gerekli parametreler almanaklardan alınır. Standart almanak uydu tarafından yayınlanan almanaktır. Bu bilgiler 4 izleme istasyonu tarafından dopplerölçüleri ile elde edilir ve kontrol merkezinde hesaplanıp merkezden istasyona, istasyonlardan uydulara günde 2 kez gönderilir. Hassas almanak daha fazla yer istasyon noktası kullanılarak uydunun yörünge bilgilerinin belirlendiği almanaktır. Mutlak duyarlık; hassas uydu almanağı kullanılarak gözlemlerin iyileştirilmesi ve nokta üzerinde birkaç gün ölçü yapılırsa duyarlık ancak ±1m. olur. Rölatif duyarlık; standart almanak kullanılarak 6-8 gün ölçü yapılırsa ±0.2m. olur.

20 SLR (Satellite Laser Ranging) (Uydu Lazer Ölçüsü) SLR jeodezikamaçlar için kullanılır. Bu sistemde görünen dalgalar (lazer) kullanılır. Çalışma Prensibi : Lazer ışını, ayarlanabilen (yönlendirilebilen) bir teleskop yardımıyla uydunun yansıtıcı reflektörlerine gönderilir. Yansıyan fotonlar, teleskop ve dedektöryardımıyla toplanır. Lazer ışınının gönderilip alınması arasında geçen zaman atomik saatlerle çok hassas bir şekilde ölçülerek noktanın uyduya olan uzaklığı hesaplanır. Birçok SLR sistemi alıcı ve gönderici için ayrı teleskoplar kullanır. Bazıları ise tek teleskop kullanır. SLR sistemleri genelde sabit sistemler olmasına rağmen mobil olan sistemlerde vardır. SLR sistemlerinde teleskopun çapı 28 cm ile 1m arasında olabilir. Eski SLR sisteminde tek bir ölçü duyarlığı (ρ nun) : ± 2 cm. Yeni SLR sisteminde tek bir ölçü duyarlığı : ±1-3mm. dir. Kıtalar arası mesafeler SLR sistemiyle 3-5 cm incelikte belirlenebilir. SLR verileri; birçok istasyonda 5-30 gün süren ölçülerin kullanımı ile değerlendirilir. Bu değerlendirme sonucunda aynı anda yer merkezli istasyon koordinatları, gravitealanı katsayıları, kutup gezinmesi parametreleri, yer dönüklüğü, uydu yörüngesi için ek parametreler, gelgit olayları ve çok çeşitli hata kaynakları (iyonosferik etki gibi) belirlenebilir. Atomik Saat Uydu Zaman Aralığı Sayacı Alıcı Lazer Gönderici Teleskop Sinyal Dedektörü Reflektör Bilgisayar Verisi Kontrol Yörünge Belirleme Alıcı Teleskop

21 Verilerin değerlendirilmesinde geometrik ve dinamik metot kullanılır. Geometrik Metod:Aynı anda 4 istasyon noktasından bir uyduya mesafe ölçümlerini kullanmak suretiyle gerçekleştirilir. Ancak uygun olmayan hava şartları nedeniyle bu yöntem sık kullanılamaz. Dinamik Metod:Birçok yer istasyonundan farklı uydulara farklı zamanlarda yapılmış tüm gözlemler kullanılarak gerçekleştirilir. Dinamik yöntemin kullanıldığı durumlarda; yörünge modeli, gözlemlerin birbiriyle ilişkileri, uyduya etki eden kuvvetler hassas olarak modellenmelidir. Ayrıca uydunun yörünge düzlemine göre dünyanın dönüklüğü belirlenmelidir. Farklı uydular kullanıldığından her bir uydunun yörüngesi farklıdır ve maksimum korelasyon sağlanmalıdır. SLR Sisteminin Uyduları SLR sisteminin uyduları genelde pasif uydulardır. Pasif uydular sinyal üretmez, üzerlerinde atomik saat vb. donanımlar bulunmaz. Aktif uydular ise ayrıca sinyalde üretirler. SLR inen önemli avantajları:çok yüksek duyarlığa sahiptir ve uydular çok uzun süre yörüngede kalabilmektedir. SLR inen önemli dezavantajları:uygun hava koşullarına bağlı olması (yoğun yağmur, kar vb.), yer istasyonlarının yapımı ve devamlılığı için yüksek harcamalar gerektirmesi, Yer istasyonlarının hareketsiz olması. LLR (Aya Lazer Ölçüsü) Çalışma Prensibi :Çalışma prensibi SLR ile aynıdır. Tek farklılık SLR dekullanılan uydular yerine bu sistemde aya yerleştirilen reflektörler kullanılır. Amaç bulunulan istasyon noktası ile aydaki reflektör arasındaki mesafenin ölçümü ve bu ölçüden faydalanılarak istasyon noktasının konumunun belirlenmesidir.

22 VLBI (Very Long Baseline Interferometry- Çok uzun kenar İnterferometresi) VLBI sistemi uzaydan konum belirleme sistemleri arasında en duyarlıklı olandır. Çalışma Prensibi : İki yada daha fazla radyo teleskobukullanarak; Kuasarveya dünyanın çok uzağında bulunan kuasargibi rastgele parazit gibi radyo dalgası gönderen nesnelerden alınan sinyallerin değerlendirilmesi ile çok duyarlıklı konum belirlenmesidir. Alınan sinyaller önce güçlendirilir ve alçak frekanslara dönüştürülür. Sayısallaştırılan sinyaller üzerine zaman işaretleri (etiketleri) konulur ve manyetik banda kaydedilir. Daha sonra değerlendirme aşamasında merkezde bu kayıtlar tekrarlanır ve çapraz korelasyona tabi tutulur. Korelasyon sonucunda zaman farkı τ elde edilir. Kuasar BS τ = c S S B

23 Kuasarçok uzakta olduğu için iki ışın birbirine paralel kabul edilebilir. Asıl ölçü zaman farkıdır. Sistemin maliyeti çok fazladır. VLBI ile belirlenen noktalar jeodezikçalışmalar, tektonik hareketler vb. için kullanılır. VLBI deamaç; kuasarlarındanteleskopa ulaşan radyo sinyallerinin seyahat süresindeki farklarının bulunmasıdır. B: İki radyo teleskopu arasındaki mesafe vektörü, S: Radyo kaynağı (kuasar) yönündeki birim vektör, c: Işık hızı, τ: Zaman Farkı 12 veya daha fazla kuasardan24 saat oturum ile B nin3 konum parametresi B(B x,b y,b z ) hesaplanabilir. VLBI elektromanyetik spektrumun mikrodalga kısmını kullanır. 1 τ + c ( t) = B.S( t) + τ AB ( t) + τ Saat τ Atmosfer Herhangi bir (t) anı için sinyaldeki gecikme Dünyanın dönmesi düzeltmesi Saat Hataları Atmosferik Düzeltme ( t) = B xcosδ scosh s + B ycosδ ssinh s B zsinδ s BS + B x,b y,b z : B kenarının konum bileşenleri, α s,δ s : Kuasarınkoordinatları, h s : GST-α s Radyo kaynağının saat açısı α s : kuasarınaçılım açısı Bilinmeyenler : B x,b y,b z, α s,δ s, Bilinmeyen sayısı = (3+2*n) n: kuasarsayısı, Baz Uzunluğunu Belirleme duyarlığı 24 saatlik gözlemlerle km de 5mm-8mm, km de 20mm-35mm. dir.

24 GLONASS(Global Navigation Satellite System) GLONASS, Rusya tarafından geliştirilen ikinci kuşak bir sistemdir.sistemin tasarımına 1970 lerin ortalarında başlanmıştır. GLONASS danönce 1979 da 4 uydu ile işleyen ilk uydu destekli konum belirleme sistemi kurulmuştur. COSMOS adı verilen ilk GLONASS uydusu, 1982 yılında uzaya fırlatılmıştır. Sistem,denizcilerin koordinat ve zamana ilişkin gereksinimlerini karşılamak için tasarlanmış ve askeri gizliliğin kalkması nedeniyle 1992 yılında sivil kullanıma açılmıştır. GLONASS uydu sistemi Ocak 1996 da tamamlanmıştır. Sistem, GPS ebenzer sistemlerden oluşmaktadır. Buna ilişkin 8 adet Yer Kontrol İstasyonu,Rusya Federasyonu sınırları içerisinde bulunmaktadır.

25 Uydu yörüngeleri: Her iki sistem (GPS VE GLONASS) 3 ü yedek olmak üzere 24 uydu takımından oluşmaktadır.(21+3) GPS inaksine GLONASS uyduları 3 tane yörünge düzleminde yörüngelerin birbirine uzaklığı 110 o dir. Sistem, km yükseklikte, yaklaşık 65 o eğimli 3 dairesel yörüngede dönen 24 uydudan oluşmaktadır. Uydularda cesiumzaman standardı(saati), bilgisayar ve optik geri yansıtıcılar vardır. Uydulardaki sistemin enerjisi, GPS uydularında olduğu gibi Güneş panelleri yardımıyla sağlanmaktadır. Her iki sistem 24 uydu takımı için benzer tarama alanına sahiptir. Ortalama 6-10 arasında uydu sayısı dünya üzerinde herhangi bir yerden izlenebilmektedir. Bundan dolayı her iki sistem beraber dünyada verilen herhangi bir bölgede aynı zamanda ortalama uydunun taradığı görüş alanına imkan sağlamaktadır.

26 Uydu Navigasyon Bilgileri: GLONASS,GPS gibi tek yönlü bir ölçü sistemidir.her iki sistemin radyo sinyal yapısı çok benzerdir.glonass uyduları L-bandında 2 taşıyıcı sinyal kullanır.2 li kodda modüle olan bu sinyaller, GPS in aksine, her uydu için farklıdır. L1 bandı, 0,5625 MHz lik adımlarla büyüyerek 1602,5625 MHZ den 1615,5 MHz arasında değişir.l2 bandı ise 0,4375 MHz likadımlarla artarak 1246,4375 MHz den 1256,5 MHZ aralığında uzanır. Bu sinyallerin her ikisi de: 5,11 MHz lik bir sinyalle (P=incelikli)ve/veya 0,511 MHz lik bir sinyalle( C/A=Kaba) modüle edilir.taşıyıcı frekansların nominal değerleri, f L1 =f o1 +(k-1) f L1 k= 1,2,3,...,24 f L2 =f o2 +(k-1) f L2 formülleriyle belirlenir. f o1 =1602MHz, ve f L1 =0.5625MHz. f o2 =1246MHz, ve f L2 =0.4375MHz. ile L1 ve L2; f L1 /f L2 =9/7 ile birbirleriyle ilişkilidir. Bu prosedürde frekans bölmeli çoklu erişim(fdma)olarak adlandırılır. Uyduların tek uydu modülasyonu ile ayırt edilmesine gerek yoktur. Bu yüzden tüm GLONASS uyduları aynı kodu kullanır. Kod frekansı GPS deki değerinin yaklaşık yarısı kadardır.her iki sistemdeki frekans aralıkları yakındır.

27 GLONASS ve GPS Kıyaslaması Özellik GLONASS GPS Uydu Sayısı Fırlatma Araçları Proton K/DM-2 Delta Uydu Saati 3-cesium Rubidium ve cesium Yörünge bilgileri Yarım saatte bir güncelleştirme Saatte bir güncelleş. Fırlatma Bölgeleri Baikonur Cosmodrome, Kazakstan Cape Canaveral, USA Yörünge düzlemleri 3 6 Yörünge Eğimleri Yörünge Yükseklikleri 19,130 km 20,180 km SA etkisi yok var Dönme Periyotları 11h15m40s 11h58m00s Efemeris Bilgileri konum, hız ve dünya merkezli ivme, ECEF kartezyen sistemde Kepler parametreleri Datum PZ-90 WGS-84 Yerden izleme tekrarı Her yıldız günü Her 8 yıldız günü Zaman dayanağı GLONASS sistem zamanı GPS sistem zamanı Zaman Referansı UTC (SU) UTC(USNO) Uzunluğu 152 bits 120 bits Süre 2m30s 12m30s Almanak İçeriği Gün boyunca geçerli Kanal numarası eksentiriste eğim Ekvator zamanı Ekvatoral boylam Dönme periyodu hafta boyun. geçerli S/C identifier eksentiriste eğim Almanak zamanı Açılım açısı Büyük yarı eksenini karekökü Perige argümanı Perige argümanı - Gerçek anomali zaman offset zaman offset - frekans offset ve oranı sinyal FDMA CDMA Taşıyıcı L MHz MHz Frekansı L2 7/9 L1 60/77 L1 PRN kod türü ML GOLD Kod elementleri C/A P Kod oranı C/A Mbit/s Mbit/s P 5.11 Mbit/s Mbit/s Çapraz korelasyon ilişkisi -48 db db Oran 50 bit/s 50 bit/s Modülasyon BPSK Manchester BPSK NRZ Toplam Uzunluk 2m30s 12m30s Navigasyon Mesajı Alt çerçeve Uzunluğu 30s 6s

28 Galileo nedir? Galileo sivil kontrolü altında, son derece hassas garantili bir küresel konumlandırma hizmetleri sağlayan Avrupa'nın kendi global navigasyonuydu sistemidir. Galileo diğer iki küresel uydu navigasyonsistemleri GPS ve GLONASS ile birlikte çalıştırılabilir. Çift frekans sistemde standart olarak sunulacaktır. Galileo metre seviyesinde gerçek zamanlı konumlandırma doğruluğuna sahip olacaktır. İlk deneysel uydu, Giove-A, 28 Aralık 2005 tarihinde uzaya yerleştirilmiştir. Bu uydunun amacı sistemin işleyişini test etmektir. İkinci deneysel uydu (Giove B) 2008 yılı Nisan ayında uzaya yerleştirilmiştir. Galileo sistemi 30 uydu dan(27 operasyonel + 3 aktif yedek) oluşur. Yörünge eğim açısı 56 derece olmak üzere yerden km yükseklikte üç yörünge (MEO) düzleminde yerleştirilmişlerdir. Bu sayede 75 derece kuzey enlemi ve ötesinde dahi navigasyon hizmeti verecektir. 2 Galileo kontrol merkezi Avrupa da kurulacak, bu merkezler uyduların kontrollerini sağlayacak ve navigasyon yönetimini gerçekleştireceklerdir. Uydular ve kontrol istasyonları arasında veri iletişimini sağlamak amacıyla 5 S-band up-link ve 10 C- band up-link istasyonu oluşturulmuştur. Kurtarma amacı için kurulmuş operasyonel COSPAS göre bir başka özellik olarak, Galileo, dünya çapında küresel bir Arama ve Kurtarma (SAR) fonksiyonu sağlamaktadır.

29 Koordinat Sistemleri Açılım (Rektesansiyon) Koordinat Sistemi Açılım koordinat sistemi heliosentrikyani orijini güneşin ağırlık merkezi olan bir sistemdir. Z RA ekseni, dünyanın dönme eksenine paralel olarak kuzey gök kutbu yönündedir. X RA ekseni, gök ekvatoru ile dünyanın üzerinde hareket ettiği ekliptiğinarakesit noktalarından γ-ilkbahar noktasına yöneliktir ve Z RA eksenine diktir. Y RA ekseni ise sağ el kuralına göre bu iki eksene dik olarak yer alır. Açılım koordinat sistemi yıldızların ve gezegenlerin koordinatları bu sistemde yayınlandığı için önemli bir koordinat sistemidir. Bu özelliğinden dolayı yersel, göksel ve yörüngesel koordinat sistemleri arasındaki geçişi sağlayan kilit bir koordinat sistemidir. İlkba har Nokt asının Saat Daire si X RA İlkbahar Noktası Güneş Z RA p α RA δ RA Gök Ekvatoru S Saat Dairesi Y RA Gök Kutbu P X RA (İlkbahar Noktası) Z RA Z δ O α N Y RA

30 Bir gök cisminin bu koordinat sistemindeki konumu, orijin noktasını cisme birleştiren doğrunun ekvator düzleminde γ- ilkbahar noktası ile yaptığı αrektesansiyonaçısı ve ekvator düzlemi ile yaptığı meridyen düzlemindeki δdeklinasyonaçısı ile tanımlanır. Koordinat parametreleri Rektesansiyon (açılım açısı) 0 0 < α < ve deklinasyon(yükselim açısı) 0 h < δ < 24 h arasında değer alır. Z AP Açılım koordinat sistemi çeşitli nedenlerle farklı başlangıç noktalarında tanımlanabilir. Bunlardan biri de 2. ekvator koordinat sistemidir. Bu koordinat sisteminin ağırlık merkezi dünyanın ağırlık merkezidir ve eksenler açılım koordinat sistemindeki eksenlere paralel olacak şekilde ötelenmiştir. Z AP ekseni kuzey gök kutbuna, X AP γ-ilkbahar noktasına yöneliktir ve Z AP eksenine diktir. Y AP ekseni ise sağ el kuralına göre bu iki eksene dik olur. Gö k M eri dy en i X AP Dünya δ RA α RA δ RA p Gök Ekvatoru S Saat Dairesi Y AP Açılım koordinat sistemi sabit yıldızlara göre yılda 1 dönüklüğe sahiptir. Bu dönüklükler presesyon ve nutasyonolarak bilinmektedir. Yerin güneş çevresinde ve ayında dünya çevresinde periyodik dönmesi sonucu presesyona benzeyen başka bir olay ortaya çıkar. Presesyona göre daha küçük olan bu harekete nutasyondenir. Presesyon ve nutasyonnedeni ile gök kutbu ve ekvator yer değiştirmektedir. Ekliptikleekvatorun kesişme noktaları olan ilkbahar ve sonbahar noktaları ve dolayısıyla rektesansiyon ve deklinasyon değerleri de değişir.

31 Açılım koordinat sisteminin orijini dünyanın ağırlık(gravite) merkezi olarak 2. ekvator koordinat sistemi elde edilir. Açılım koordinat sistemi sabit olmayışı nedeniyle yersel konumlama için uygun bir koordinat sistemi değildir. Fakat uydu yörünge koordinat sistemi ile açılım koordinat sisteminin bir alt sistemi olan 2. ekvator koordinat sistemi ile aynı orijine sahip olan sistemdir. Bu özellik kullanılarak uydu yörünge koordinat sistemi ve doğal yersel dik koordinat sistemi arasındaki dönüşüm yapılabilir. (x,y,z) 2. Ekvator koordinat sistemi ve (X,Y,Z) Doğal Yersel Dik Koordinat Sistemi kutup gezinmesi parametreleri (x p,y p ) ve Greenwich görünen yıldız zamanı (θ) ile ilişkilendirilir.

32 Doğal Dik Koordinat Sistemi (X,Y,Z) Doğal dik koordinat sisteminin orijini dünyanın ağırlık ya da gravitemerkezidir. Z ekseni dünyanın dönme eksenine, X ekseni Greenwichmeridyeni ile ekvator düzleminin ara kesit doğrultusuna ve Y ekseni X ve Z eksenlerinin kesişme noktasına dik olan ve sağ el kuralına göre uzanan doğrultuya çakışıktır. Doğal dik koordinat sistemi dünyanın hareketleri sonucu zamana bağımlı bir sistemdir ve sadece bir t 1 anı için tanımlanabilir. Zamana bağımlı olan bir koordinat sisteminde noktaların konumlarını belirlemek ve diğer sistemlere koordinat dönüşümü yapmak oldukça karmaşık ve zor bir işlemdir. Bu nedenle anlık doğal dik koordinat sistemlerinin özelliklerini yansıtan bunların yerine kullanılmak üzere; yıllarında yapılan astronomik gözlemlerden faydalanılarak tanımlanan ve otoriter çevrelerce de kabul edilen Conventional International Orijin (CIO) esas alınarak belli varsayımlarla dayalı düşünsel tek anlamlı bir koordinat sistemi tanımlanmıştır. Bu koordinat sistemi (X,Y,Z) Doğal ortak dik koordinat sistemi ya da konvensiyonel(klasik) doğal dik koordinat sistemi olarak bilinir. Bu koordinat sistemi zamandan bağımsızdır ve değişmemektedir. Anlık doğal dik koordinat sistemi ile bu sistem arasındaki fark kutup gezinmesi miktarı kadardır, aralarında bir kayıklık olmadığı kabul edilmektedir. 2. ekvator koordinat sistemi ve doğal ortak dik koordinat sistemi arasındaki ilişki matematiksel olarak; ( x ) R ( y ) R ( θ) r R = R 2 p 1 p 3 eşitliğiyle verilir. Burada; θ: Greenwichgörünen yıldız zamanı ( gerçek ilkbahar noktasının Greenwichmeridyenine göre saat açısı) (x p, y p ): Kutup gezinmesi parametreleri, R :Yersel sistemdeki koordinatlar, r: 2. ekvator sistemdeki koordinatlar, R i : Dönüklük matrisleridir.

33 Yörünge (Orbital) Koordinat Sistemi Bu koordinat sistemleri dünyanın etrafında belli bir yörüngede dolaşan uyduların koordinatlarının belirlenmesi için kullanılırlar. Dünya güneşin etrafında bir elips çizerek dolaşır. Aynı şekilde uydularda dünyanın etrafında bir elips çizerek dolaşırlar. Bu elipse yörünge elipsi denir ve odak noktalarından birinde merkezlenmiş çekim kuvveti bulunan cisimlerin izlediği yol olarak tanımlanır. Yörünge elipsinde uydunun dünyaya en yakın olduğu nokta perige, en uzak olduğu nokta ise apogenoktası olarak adlandırılır. Perigeve apogenoktaları yörünge elipsinin büyük ekseni üzerinde ve büyük yarı eksenin yörünge ile kesişim noktalarında bulunurlar. Perige ve apoge noktalarının belirlediği eksene apsideekseni denir. Uydunun dünya etrafındaki hareketi aşağıdaki gibidir. Yörünge Elipsi Y ORB Apoge a b a O a.e Geometrik C Merkez DÜNYA Perige X ORB Z ORB Uydu yörünge koordinat sisteminde, elips yörünge üzerinde hareket eden bir uydunun konumu, X r = Y Z ORB Cos f a = r = Sin f a 0 ( CosE - e) 2 ( 1- e ) 0 SinE

34 Uluslararası Yersel Referans Ağı Uluslararası Yersel Referans Sistemi (International Terrestrial Reference System; ITRS), Uluslararası Jeodezi ve Jeofizik Birliği nin (International Union of Geodesy and Geophysics; IUGG) 1991 yılında Viyana da kabul ettiği ilkeler doğrultusunda gerçekleştirilmektedir. Uluslararası Yersel Referans Ağı (International Terrestrial Reference Frame; ITRF) küresel ve yersel referans sistemlerinin (istasyonların konum ve hızları) bir kombinasyonunun sonucudur. Sistemin oluşturulmasında farklı uzay teknikleri (Çok Uzun Kenar Enterforometresi (VLBI), Ay ve Uydu Lazer Ölçmeleri (Lunar Laser Ranging; LLR ve SLR) GPS ve DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite)) kullanılmıştır; ITRS in tanımında Boucher (1990) da bulunan öneriler ile yukarıda söz edilen toplantıda alınan ilkeler dikkate alınmıştır. Bu ilkeler şunlardır (Geodesist s Handbook, 1992); ITRS, dönmeyen jeosentrik sistemden özel dönmelerle bir kartezyen sisteme geçişe yol gösterecek, sistemin dönmesindeki zaman değişimi yerkabuğuna göre küresel bir dönme hatası ortaya çıkarmayacak. Dönmeyen jeosentrik sistem, Uluslararası Astronomi Birliği nin (InternationalAstronomicalUnion; IAU) önerileri doğrultusunda bir Jeosentrik Referans Sistemi olacak (Geocentric Reference System, GRS), ITRS nin koordinat-zamanı hem GRS ve hem de Jeosentrik Koordinat Zamanı (TCG) olacak, Sistemin orijini okyanus ve atmosferi de içeren yerin kütle merkezi olacak, Sistem, yer yüzeyindeki yatay hareketlere göre global artık dönmelere sahip olmayacak, Sistemin ölçeği yerel dünya sistemi olup göreli çekim yasasına uygun olacak, Bu ilkeler ışığında tercihen ekvatoral X, Y, ve Z koordinatlarla belirli yersel referans sistemi, istasyonlardan oluşan ağ aracılığıyla gerçekleşebilir. Eğer coğrafi koordinatlara gereksinim var ise elipsoit olarak GRS-80 elipsoidi önerilmektedir (McCarthy, 1996). ITRS nin ideal gerçekleştirmesi, IERS (International Earth Rotation Service) noktalarının üç boyutlu kartezyen koordinatlarından ve hızlarından oluşan ITRF dir. ITRF in içeriği; İstasyonların kartezyen koordinatları ve hızları İstasyonların kataloğu DOMES istasyon kimlik numaraları Lokal bağlantılar Güncelleştirmeler: ITRF89, ITRF90, ITRF91, ITRF92, ITRF93, ITRF94, ITRF95, ITRF96, ITRF97, ITRF2000 ITRFxx dir.