GNSS e Giriş GPS, GLONASS, BeiDou ve diğer Global Navigasyon Uydu Sistemleri NaovAtel Inc. İkinci Baskı

Transkript

1 An Introduction to GNSS GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo and other Global Navigation Satellite Systemsd NaovAtel Inc. Second Edition Copyright 2015 NovAtel Inc. Published by NovAtel Inc th Avenue N.E. Calgary, Alberta, Canada T2E 8S5 GNSS e Giriş GPS, GLONASS, BeiDou ve diğer Global Navigasyon Uydu Sistemleri NaovAtel Inc. İkinci Baskı Çeviren : Doç Dr. Erol Yavuz Uşak Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Geomatik Mühendisliği Bölümü, Ekim 2017 I

2 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ... 8 BÖLÜM GNSS ye Genel Bakış GNSS Sistemleri GPS (Birleşik Devletler) GLONASS (Rusya) Galileo (Avrupa Birliği) BeiDou (Çin) IRNSS (Hindistan) QZSS (Japonya GNSS Mimarisi Uzay Segmenti Kontrol Segmenti Kullanıcı Segmenti GNSS Sinyalleri GNSS Konumlama GNSS Uygulamaları GNSS Kullanıcı Ekipmanı GNSS Antenleri GNSS Alıcıları GNSS Ağının Genişletilmesi Son Sözler BÖLÜM Temel GNSS Konsepti Adım 1- Uydular Uydu Yörüngeleri Uydu Sinyalleri Uydu Hataları Uydu Ömürleri Uydu Düzeltmeleri Adım 2-Yayılma Adım 3-Sinyal Alımı Anten Seçiminin Önemi II

3 Adım 4-Hesaplama GNSS Hata Kaynakları DOP (Dilution of Precision-Duyarlık Kaybı) ADIM 5-Uygulama Son Sözler BÖLÜM GNSS Uydu Sistemleri GPS (Global/Küresel Konumlama Sistemi-ABD) Uzay Bölümü Sinyaller Kontrol Bölümü GPS Modernizasyonu GLONASS (Küresel Navigasyon Uydu Sistemi-Rusya) GLONASS Sistem Tasarımı GLONASS Uzay Bölümü GLONASS Kontrol Bölümü GLONASS Sinyalleri GLONASS Modernizasyonu BeiDou Navigasyon Uydu Sistemi (Çin) BeiDeo Sinyalleri GALILEO (Avrupa Birliği) Sistem Tasarımı Galileo Sinyalleri Galileo Hizmetleri IRNSS (Hindistan Bölgesel Navigasyon Uydu Sistemi-Hindistan) QZSS (Quasi-Zenith Uydu Sistem-Japonya) GNSS Sinyal Özeti Son Sözler BÖLÜM GNSS Hata Kaynakları Uydu Saatleri YÖRÜNGE HATALARI İyonosferik Gecikme Troposferik Gecikme Alıcı Gürültüsü Çoklu Yol (Multipath) III

4 Son Sözler Hata Çözümleri Çoklu Uydu Sistemleri-Çoklu Frekans Çoklu Frekans GNSS Ölçümleri-Kod ve Taşıyıcı Faz Doğruluğu Diferansiyel GNSS Uydu Bazlı Çoğaltma Sistemleri Geniş alan güçlendirme artış sistemi(waas) Avrupa Sabit Navigasyon Yer Paylaşım Hizmeti (EGNOS) MTSAT Uydu Bazlı Güçlendirme Sistemi (MSAS) GPS Bazlı GEO (Konum) Geliştirme Navigasyon Sistemi (GAGAN) Diferansiyel Düzeltme ve Görüntüleme Sistemi (SDCM) Diğer SBAS Sistemleri Yer Bazlı Güçlendirme Sistemi Gerçek Zamanlı Kinematik (RTK) RTK Ağı Kesin Nokta Konumlama (PPP) İşlem Sonrası GNSS Verisi Hangi Düzeltme Metodu? DGNSS ve RTK SBAS ve PPP DGNSS ve SBAS RTK ve PPP Son Sözler BÖLÜM GNSS+INS GNSS-INS Sistemleri Yol Ölçerler(Odometreler) Görüş Destekli Navigasyon Sensör Füzyonu Son Sözler BÖLÜM GNSS Reddi Bozulma/Interference Anti-Jam Antenleri Çoklu Navigasyon Sistemleri IV

5 Sızdırma (Spoofıng) Sinyal Blokajı Uydu Sistemi Hatası Son Sözler BÖLÜM GNSS Uygulamaları Ve Ekipmanları Uygulamalar Müşteri/Tüketici Ulaşım Liman Otomasyonu Çin de Sürücü Testi Park Otomasyonu Makina Kontrolü Doğru Tarım İnşaat Yerüstü Madenciliği Otomatik Patlatma Delik Sondajı Ölçme (Survey) Sismik Ölçme/Ölçüm Sensörleri Hava Fotogrametrisi Yangın Haritalarının Yapılması Yüzey Haritalama Altyapı Görselleştirme Coğrafi Bilgi Sistemleri Zaman Uygulamaları Deniz Uygulamaları Gnss Ekipmanlı Radyolu Deniz Altı Şamandırası Deniz Tabanı Haritalama İnsansız Araçlar Kasırga Araştırma Orıon (Uzay Aracı) Paraşüt Denemesi İnsansız Helikopterin Gemiye İnmesi Savunma GNSS Ekipmanı Son Sözler V

6 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 1 Sınıfta GNSS Konumlandırma ile İlgili Yapılan Deney Şekil 2 GNSS Segmentleri Şekil 3 GNSS Uydu Yörüngeleri Şekil 4 Trilaterasyon Gösterimi- (Bir uzaklığın bilinmesi durumu) Şekil 5 Trilaterasyon Gösterimi- (İki uzaklığın bilinmesi durumu) Şekil 6 Trilaterasyon Gösterimi- (Üç uzaklığın bilinmesi durumu) Şekil 7 GNSS Kullanıcı Ekipmanı Şekil 8 GNSS Antenleri Şekil 9 GNSS Alıcıları Şekil 10 Genel İtibariyle GNSS Şekil 11 Blok IIR GPS Uydusu Şekil 12 GPS Frekans Şeması Şekil Numaralı U.S. Patenti Şekil 14 GPS Navigasyon Mesajı Şekil 15 GNSS Sinyal Yayılımı Şekil 16 GNSS Sinyal Alımı Şekil 17 Yayılma Zamanının Belirlenmesi Şekil 18 Yükseklik Açısına Göre İyi ve Kötü Anten Faz Merkezi Çeşitliliği Şekil 19 İlk Uyduya Olan Mesafe Şekil 20 İkinci Uyduya Olan Mesafe Şekil 21 Konum Hatası Şekil 22 Konum Hatasının Saptanması Şekil 23 Konumun Uydu Kesişimlerine Yakınsaklığı Şekil 24 Zayıf Uydu Geometrisindeki DOP Şekil 25 Düzeltilmiş Uydu Geometrisindeki DOP Şekil 26 Galileo Uydusunun Uzaya Gönderilmesi Şekil 27 GPS IIRM Uydusu Şekil 28 GPS Uydu Yörüngesi Şekil 29 GPS Kontrol Bölümü Şekil 30 GLONASS-M Uydusunun Son Üretim Aşaması Şekil 31 Dünya'nın Apollo 17'den Uzaydan Görünümü Şekil 32 GLONASS Çapraz Uydu Konumları Şekil 33 Çin BeiDou Uydu Sistemi Şekil 34 Galilei Galileo Şekil 35 Yörüngede Bulunun Galileo Uydusu Şekil 36 GNSS Sinyalleri Şekil 37 İyonosfer ve Troposfer Şekil 38 Multipath (Çoklu Yol) Şekil 39 Kod ve Taşıyıcı Faz Şekil 40 Diferansiyel GNSS Şekil 41 SBAS Siteminin Görünümü Şekil 42 RTK Düzeni Şekil 43 PPP Sisteminin Görünümü VI

7 Şekil 44 GNSS Datasına Ait Veri İşleme Şekil 45 GNSS Veri Düzeltme Metotlarının Karşılaştırması Şekil 46 Örnek IMU Ekseni Şekil 47 Eksenin Dünya'ya Göre Durumu Şekil 48 GNSS ve INS Sistemi Şekil 49 GNSS ve INS Kombinasyonu Şekil 50 Anti-Jam Antenin Jammer Koruması Sağlaması Şekil 51 Taşınabilir Navigasyon Cihazı Şekil 52 Limanda Bulunan Ayaklı Vinç Şekil 53 GNSS Doğruluğu İle Ekilmiş Mısır Tarlası Sütunları Şekil 54 Otomatik Olarak Yönlendirilen Delme Makinası Şekil 55 GNSS Tabanlı Ölçme Aleti Şekil 56 Niagara Şelalelerinin Havadan Görünümü Şekil 57 GIS Veri Çıkışı Şekil 58 GNSS ile Deniz Çalışmaları Şekil 59 İnsansız Hava Aracı Şekil 60 GNSS Ekipman Örneği Tablo 1 Uygulamalara Göre Anten Özellikleri Tablo 2 GPS Uydu Sistemi Tablo 3 GPS Sinyal Özellikleri Tablo 4 GLONASS Uydu Sistemi Tablo 5 GLONASS Sinyal Karakteristiği Tablo 6 BeiDou Bölgesel Uydu Sistemi Tablo 7 Planlanan BeiDou Global Uydu Sistemi Tablo 8 BeiDou Sinyal Karakteristiği Tablo 9 Galileo Uydu Sistemi Tablo 10 Galileo Sinyal Özellikleri Tablo 11 Galileo Hizmetleri Tablo 12 IRNSS Sinyal Özellikleri Tablo 13 GNSS Sistem Hataları VII

8 ÖNSÖZ Christopher Columbus dünyanın yuvarlak olduğunu söylediğinde ona gülmüşlerdi. Christopher Columbus dünyanın yuvarlak olduğunu öne süren ilk kişi değildi. Bilakis, M.Ö. 5. yüzyılda birçok yunan alimi dünyanın küresel şeklini kabul etmişlerdi. M.Ö. 240 civarlarında Yunan matematikçi, aynı zamanda şair, sporcu, coğrafyacı ve astronom Eratosthenes dahiyane bir şekilde dünyanın yarıçapını şaşkınlık verici doğrulukta hesapladı. Her ne kadar Columbus dünyanın yuvarlak olduğunu bilse de dünyanın boyutunu önemli ölçüde değerinin altında tahmin etmiş olması, belli ki Eratosthenes i okumamış olduğunu veya kendisiyle aynı fikirde olmadığını göstermektedir. Batı yönünde; Kanarya Adaları ndan Japonya ya olan uzaklığı km değil, 3700 km olarak göstermiştir. Eğer Columbus gerçek uzaklığı bilseydi, inancını kaybedebilirdi. Kesinlikle ilk seyahatine ödenek bulmakta veya kendiyle beraber yelken açmaları için çevresindekileri inandırmakta zorlanabilirdi. Columbus yeni dünyayı kaba kompas hesabı, yani bilinen bir konumdan mevcut konumun hesaplanması tekniği ile konumlandırırdı. Bilinen bir konumdan batıya 10km/sa hız ile gidilirken iki saat sonra başlangıç noktasının 20 km batısında olunacağı örneği gibi. Kaba kompas hesabındaki zorluk ise doğruluk, hız ve rotanın düzenli tahminiydi. Konum belirlemenin tam olarak bir bilim dalı sayılmadığı zamanlarda bazen yaşanan korkunç bir olay kapsamlı bir keşfin ortaya çıkmasına sebep olabiliyordu de Kraliyet donanmasının gemileri Cornwall ın güneybatısında Sicilya adalarının yakınında kayalara çarpası sonucunda 4 gemi ve 1400 insan kaybı yaşandı. Sebep, navigasyon hatası olarak gösterildi. Her ne kadar hatanın boylam veya enlem tespitinden dolayı olduğu kesin olmasa da, bu trajedi 1714 boylam kanununa ön ayak oldu. Bu kanunla İngiliz hükümeti 60 deniz mili, yaklaşık 111 km de boylamı doğru belirleyecek bir yöntem geliştirenlere sterlin para ödülü önermişti. Her ne kadar boylam yasasının sunduğu yüksek ödüllerden hiçbiri kazanılmamış olsa da bu girişim, bir çok navigasyon teknik ve ekipmanının, gemi kronometrelerindekiler de dahil olmak üzere, daha sonrasında da boylamın doğru tespit edilmesi konusunda önemli rol oynamıştır lerin başında telsizin gelişiyle birlikte sinyaller düzenli olarak kronometreleri düzeltmek için gemilere gönderildi larda LORAN (Long-Range Navigation System/ Uzun Mesafeli Navigason Sistemi) tanıtıldı. Bu sistem gemilere bilinen sahil tabanlı yerlerdeki Loran istasyonlarından radyo sinyalleri alıp üçgenleme yöntemiyle konumlarını belirleme imkanı tanıdı. İlk uydu Sputnik 1957 de piyasaya sürüldü ve bu, bilim adamlarının bilinen bir uydu yörüngesinden dünyadaki bir konumu belirlemesinden çok önce değildi. Daha önce navigatörlerin karşılaştığı birçok problem hızlıca tarihsel dipnotlar haline geliyordu. Navigasyon tekniklerini en fazla değiştiren şey ise 70 lerin sonunda GPS in piyasaya sürülmesi ile birlikte GNSS in ortaya çıkması oldu. GNSS in ilk uygulamaları askeri amaçlı yapılmışsa da kısa sürede ölçme ve haritacılık sektöründe genişleyerek yüksek doğruluk, verimlilik gibi muazzam ilerleme ile birlikte maliyeti de düşürmüştür. Şimdilerde arazide, denizde ya da havada bulunan araçların kesin konum bilgileri rutin olarak GNSS teknolojisi ile sağlanmaktadır. Aslında madencilikten insansızlığa, gelişen endüstriyel alanın her yerinde ve her zaman GNSS teknolojisini farklı varyasyon ve metotlarda görmek mümkündür. Bu yaygın yaklaşım uzun yıllar boyunca endüstriyel gelişimde var olacaktır. 8

9 Bu kitabın amacı karmaşık GNSS kavram ve uygulamalarını siz okuyucuları bunaltmadan anlatmaktır. Kitabın sonunda GNSS in temel kavramlarını anlayacaksınız ve bu kavramlar ilerdeki çalışmalarınız ve uygulamalarınızda sizler için bir temel teşkil edecektir. Keyifli okumalar Dünya nın muazzam hacmi gerçekten de göklerin hacmi ile kıyaslandığında anlamsız derecede küçüktür. (Nicolos Copernicus) 9

10 BÖLÜM 1 GNSS ye Genel Bakış Yeni fikirler 3 dönemden geçer: 1. Yapılamaz 2. Muhtemelen yapılabilir ancak buna değmez 3. İyi bir fikir olduğunu hep biliyordum Arthur C. Clarke (İngiliz yazar, Mucit, Fütürist) Çoğumuz için GNSS, üçüncü fikir dönemi olan iyi bir fikir olduğunu hep biliyordum seçeneğidir. Uydu konumlandırmanın temel kavramını anlamak oldukça kolaydır. O kadar düz mantıktır ki çalışanlarımızdan birinin 4. sınıfa giden kızının sınıfına anlatması istenmiştir. Ders başlamadan önce çalışanımız sicim kuramını kendince anlatmak için Şekil 1 de görüldüğü gibi üç uydunun karton figürlerini sınıfın tavanına ve duvarlarına iliştirdi. Her uyduyu bağlamak için boyunca ipler kullandı ve ipleri yerde hareket edebilen objeye doğru aşağı çekip objenin eriştiği yerler işaretlenebilecekti. İpler, obje ile uydu arasındaki mesafeyi gösteriyordu. Objenin yeri işaretlendi ve obje yerden kaldırıldı. Şekil 1 Sınıfta GNSS Konumlandırma ile İlgili Yapılan Deney Öğrenciler sınıfa geldiklerinde çalışanımız objenin yerini belirlemeleri için öğrencilerden ipleri kullanmalarını istedi ve bunun üzerine öğrenciler ipleri aşağıda tek bir noktada birleştirmek üzere aşağı doğru çektiler. Bu yeri işaretlediler ve daha önce işaretlenen yer ile karşılaştırdılar. Çok yakındı. Bu, şunu gösterdi; eğer 3 uydunun yerini ve onlara olan uzaklığınızı biliyorsanız konumunuzu hesaplayabilirsiniz. 10

11 Konum belirleme, belirli faktörlere bağlı olarak biraz daha karmaşıktır (Uyduların hareket ediyor olması, uydulardan gelen sinyallerin dünyaya ulaştığında çok zayıf olması, atmosferin radyo sinyallerini etkilemesi vb. nedenler). Ayrıca kullanıcı ekipmanları uydulardaki ekipmanlar kadar gelişmiş değildir. Bu konu ile hem fikiriz ve 2. bölümde bu konuyla ilgili daha detaylı açıklamalar yapacağız. GNSS Sistemleri Hali hazırda GPS terimine alışık olsanız da şimdilerde uygulanan veya uygulanması planlanmış uydu konumlandırma sistemi olan GNSS terimini duymamış olabilirsiniz. GPS (Birleşik Devletler) GPS, ilk GNSS sistemidir. İlk defa Birleşmiş Devletler Savunma Departmanı tarafından 1970 lerde kullanılmıştır. 27 uydudan oluşan bir yörünge sistemi kullanmakta ve global bir kapsama alanı sağlamaktadır. GLONASS (Rusya) Glonass, Rus hükümeti tarafından işletilmektedir. Glonass uydu sistemi, 24 uydudan oluşur ve global bir kapsama alanı sağlar. Galileo (Avrupa Birliği) Galileo, Avrupa Global Navigasyon Uydu Sistemi Ajansı (GSA) tarafından işletilen sivil bir GNSS sistemidir. Galileo nun, 2014 yılından itibaren 27 uydusuyla ilk kapsamlı çalışmasına başladı. Sistemin 2020 yılının sonunda tamamlanması planlanmaktadır. BeiDou (Çin) BeiDou, Çin Navigasyon Uydu Sistemidir. Sistem 35 uydudan oluşacaktır. Bölgesel servis, Aralık 2012 de faaliyete geçmiştir. BeiDou, 2020 sonuna kadar global kapsama alanı sağlayacaktır. 11

12 IRNSS (Hindistan) Hindistan Bölgesel Navigasyon Sistemi (IRNSS), Hindistan ve çevresine servis sağlamaktadır. 7 uydudan oluşan sistemin 2015 de tamamlanması planlanmaktadır. QZSS (Japonya) QZSS, Japonya ve Asya-Okyanusya çevresine hizmet veren bölgesel bir navigasyon uydu sistemidir de QZSS sisteminin yayılması planlanmaktadır. Bölüm 3 de bu sistemler ile ilgili olarak ilave bilgiler sunulacaktır. GNSS sistemi ve uyduları eklendikçe daha çok koordinatın daha çok yerde ve daha doğru bir şekilde hesaplanabilmesi mümkün olacaktır. GNSS Mimarisi Gelecek, eskiden olduğu gibi olmayacak (Yogi Berra- Eski beyzbol oyuncusu ve yönetici) Yogi Berra haklıydı, çünkü GNSS uydu sistemleri uygulamaları gerçekten bazı şeyleri değiştirdi. GNSS uydu sistemleri 3 ana bileşen veya segmentten oluşur; Uzay segmenti, kontrol segmenti ve kullanıcı segmenti. Bunlar Şekil 2 de gösterilmiştir. Uzay Segmenti Şekil 2 GNSS Segmentleri Uzay segmenti, Dünya nın km üzerinde bir yörüngede dönen GNSS uydularından oluşmaktadır. Şekil 3 de gösterildiği gibi her bir GNSS in kapsama alanını sağlamak için yörüngede sıralanmış kendi uyduları vardır. 12

13 Şekil 3 GNSS Uydu Yörüngeleri GNSS sistemindeki her bir uydu, tanımlı zamanı yörüngesi ve yeri belli olan bir sinyal yayar. Bu durum şöyle açıklanabilir: Şehrin merkezindesiniz ve arkadaşınızı arıyorsunuz. Arkadaşınız evde değil ve dolayısıyla bir mesaj bırakıyorsunuz; Ben Lori (kimlik), Saat 01:35 pm (zaman). Şu an 1. Cadde ve 2. Sokağın kuzeydoğu konumundayım ve senin yanına doğru geliyorum (yörünge). İyiyim ancak biraz susadım (durum). Arkadaşınız birkaç saat sonra dönüyor, mesajınızı dinliyor, mesajı işliyor sonrasında sizi geri arıyor ve biraz değişik yoldan gelmenizi tavsiye ediyor. Böylelikle arkadaşınız size bir yörünge düzeltmesinde bulundu. Kontrol Segmenti Kontrol segmenti, ana kontrol istasyonlarının yer bazlı ağlarını, veri yükleme istasyonlarını ve görüntüleme istasyonlarını kapsamakla beraber GPS bu durumda iki büyük kontrol istasyonu (1 ana, 1 yedekleme), 4 tane veri yükleme istasyonunu ve 16 tane görüntüleme istasyonu ile dünyanın geneline konumlanmıştır. Her bir GNSS sisteminde ana kontrol istasyonu uydu yörünge parametrelerini ve yüksek doğruluklu saatleri, gerektiğinde gerçek doğruluğu elde etmek için düzenler. Görüntüleme istasyonları genellikle geniş bir alana yayılmış olup uydu sinyallerini ve durumlarını izler. Bu bilgileri de ana kontrol istasyonuna iletir. Ana kontrol istasyonu, sinyalleri analiz ettikten sonra yörünge boyunca zaman düzeltmelerini yaparak veri yükleme istasyonuna iletir. 13

14 Kullanıcı Segmenti Kullanıcı segmenti GNSS uydularından alınan sinyalleri işleyen ve bu sinyalleri yer ve zaman bilgisi için değerlendiren ve kullanan ekipmanlardan oluşmaktadır. Ekipmanlar, akıllı telefonlardan, portatif alıcılara, yüksek duyarlılıkta ölçme ve harita uygulamaları için kullanılan gelişmiş ve özel alıcılara kadar çeşitlilik göstermektedir. GNSS Sinyalleri GNSS radyo sinyalleri oldukça karmaşıktır. Frekansı saniyede 1,5 Ghz döngü ile 1,5 milyar Ghz arasındadır. GNSS, fm radyo frekansından daha yüksek olup mikrodalga fırından daha alçakta çalışmaktadır. GNSS sinyalleri yere ulaştığında çok zayıftır. 2. bölümde kullanıcı segmenti ile ilgili daha geniş bilgilere yer verilecektir. GNSS Konumlama Hiç kaybolmadım ama itiraf ediyorum birkaç haftalığına kafamın karıştığı oldu. (Daniel Boone- Amerikalı kaşif ve avcı) Eğer bir GNSS alıcınız varsa bir daha kaybolmanız mümkün değildir. GNSS konumlandırmanın temeli trilaterasyon adı verilen yönteme dayanır. Eğer sadece konumunuzu bilmiyorsanız ancak bilinen 3 noktaya olan uzaklığınızı biliyorsanız konumunuzu saptayabilirsiniz. Diyelim ki A kişisine 3 km uzaklıkta bulunuyorsunuz. Tek bildiğiniz, Şekil 4 te gösterildiği gibi A kişisinin evinden 3 km uzaklıkta bir çemberin üzerinde olduğunuz. Şekil 4 Trilaterasyon Gösterimi- (Bir uzaklığın bilinmesi durumu) 14

15 Fakat aynı zamanda B kişisinin evinden 4 km uzaklıkta olduğunuzu biliyorsunuz. Sadece her iki çemberdeki iki yeri bilerek bile şekil 5 deki gibi yataydaki konumunuzu kestirebilirsiniz. Şekil 5 Trilaterasyon Gösterimi- (İki uzaklığın bilinmesi durumu) Üçüncü bir uzaklık ile sadece tek bir konumda olduğunuzu saptayabilirsiniz. Eğer C kişisinin evine 6 km uzaklıktaysanız, sadece 3 tane çemberin birleştiği x konumunda olmalısınız. Şekil 6 Trilaterasyon Gösterimi- (Üç uzaklığın bilinmesi durumu) 15

16 İkinci bölümde, trilaterasyon tekniğinin GNSS yi nasıl kapsadığı anlatılacaktır. Kavramsal olarak, evler ile uyduların yerleri değiştirilerek yukarıdaki örnek genişletilebilir ve değinilecek bazı nedenlerden dolayı 3 tane evin yerini 4 tane uydunun alması gerekmektedir. GNSS Uygulamaları GNSS teknolojisinin askeri olmayan alanda ilk uygulamaları ölçme ve haritacılık alanlarındadır. Bugün, GNSS tarımda, ticari uygulamalarda, ulaşımda, insansız araçlarda, makine kontrolünde, gemi navigasyonlarında ve verimliliğin sürekli alınan konum ve zaman bilgilerine dayalı olduğu diğer endüstrilerde kullanılmaktadır. GNSS ayrıca, mobil iletişim araç navigasyonu, eğlence ve atletizmin de içerisinde olduğu geniş bir yelpazade kullanılmaktadır. GNSS teknolojisi geliştikçe ve daha az pahalı oldukça çok daha fazla uygulama tasarlanacak ve geliştirilecektir. Konuma ilaveten, GNSS alıcıları kullanıcıların saatlerini uydulardaki yüksek doğruluktaki saatler ile senkronize ederek doğru zamanı gösterir. Bu, güç şebekesinin senkronizasyonuna hücresel sistemlere, internet ve finansal ağlar gibi teknoloji ve uygulamalara imkan vermiştir. GNSS uygulamalarına Bölüm 8 de değinilecektir. GNSS Kullanıcı Ekipmanı GNSS kullanıcı segmentinin ana bileşenleri, Şekil 7 de gösterildiği gibi antenler ve alıcılardır. Uygulamaya göre antenler ve alıcılar fiziksel olarak ayrı olabildiği gibi, bir araya gelerek birleşebilirler. Şekil 7 GNSS Kullanıcı Ekipmanı 16

17 GNSS Antenleri GNSS antenleri, GNSS uydularına ulaştırılan radyon sinyallerini alır ve bu sinyalleri alıcılara gönderir. GNSS antenleri değişik şekil, boy ve performansta olabilmektedir. Anten, ugulamaya bağlı olarak seçilir. Büyük anten baz istasyonları için uygun olabilirken, hafif düşük profilli aerodinamik anten, uçaklar veya insansız hava aracı kurulumları için uygun olabilirler. Şekil 8 de GNSS anten örnekleri gösterilmektedir. GNSS Alıcıları Şekil 8 GNSS Antenleri Alıcılar, anten tarafından alınan uydu sinyallerini konum ve zaman hesabını yapabilmek için işler. Alıcılar, bir tane GNSS uydu sisteminden ya da birden fazla uydu sisteminden gelecek olan sinyalleri kullanmak üzere tasarlanabilirler. Şekil 9'da gösterildiği üzere alıcılar, GNSS in çeşitli uygulamalarının ihtiyaçlarını karşılamak için çeşitli biçim ve yapıda olabilmektedir. GNSS ekipmanlarından Bölüm 8 de daha ayrıntılı bir şekilde bahsedilecektir. Şekil 9 GNSS Alıcıları 17

18 GNSS Ağının Genişletilmesi Bağımsız bir GNSS servisine bağlı konumlama yapıldığında doğruluk birkaç metre hassasiyetinde olmaktadır. Bağımsız tek bir GNSS in doğruluğu ve uydu sayıları bazı kullanıcıların ihtiyaçları için yeterli olmayabilir. GNSS konumlandırma ve zaman bilgisinin doğruluğunu ve kullanılabilirliğini ilerletmek için teknikler ve ekipmanlar geliştirilmiştir. Bu tekniklerden bazılarına Bölüm 4 de değinilecektir. Son Sözler Bölüm 1 de, GNSS in temel kavram ve elemanlarına geniş bir bakış açısı sunuldu. Bölüm 2 de GNSS kavramına daha detaylı bir şekilde göz atıldığında GNSS nin daha iyi anlaşılması sağlanacaktır. Bana göre bilimdeki gelişmelerle ilgili olmaktan daha yüksek bir dünyevi onur ve şan yoktur (Isaac Newton). BÖLÜM 2 Her hangi bir gelişmiş teknoloji, sihirden ayırt edilemez (Arthur C. Clarke- İngiliz yazar, kaşif, fütürist) Bu bölümde temel GNSS kavramları sunulacaktır. Daha gelişmiş kavramlar ise sonraki bölümlerde irdelenecektir. Temel GNSS Konsepti GNSS ilk bakışta sihir gibi gelebilir ancak hakkında daha fazla çalışıp öğrendikçe, daha basit ve daha anlaşılır olmaktadır. Şekil 10 da gösterilmekte olan temel GNSS kavramı, uygulama sonuna kadar olan aşamaları GNSS yi kullanarak zaman ve konumu belirlemeyi adım adım açıklamaktadır. 18

19 Şekil 10 Genel İtibariyle GNSS GNSS uyduları Dünya nın yörüngesinde olup kendi efemerislerini (uydu yörünge bilgilerini) çok yüksek doğrulukta bilmektedirler. Yer kontrol istasyonlarında bu yörünge bilgileri gerektiğinde düzeltilebilmektedir. İKİNCİ ADIM- YAYINLAMA/ YAYILMA GNSS uyduları düzenli olarak efemerislerini ve zamanı konumlarıyla beraber yayınlarlar. GNSS radyo sinyalleri atmosferin katmanlarını geçerek kullanıcı cihazına ulaşır. ÜÇÜNCÜ ADIM- VERİ ALMA GNSS kullanıcı cihazı, çeşitli GNSS uydularından gelen sinyalleri alır ve her bir uydu için iletilen bilgiyi ve yayılma zamanını belirleyerek geri gönderir. DÖRDÜNCÜ ADIM- HESAPLAMA GNSS kullanıcı cihazı, geri gelen veriyi zamanı ve konumu hesaplamak için kullanır. BEŞİNCİ ADIM- UYGULAMA GNSS kullanıcı cihazı, hesaplanan konum ve zamanı son kullanıcı uygulaması için sunmaktadır. Örneğin, navigasyon, ölçme ve haritacılık işlerinde bu veriler kullanılır. İlerki bölümlerde yukarıdaki adımlar ayrıntılı bir şekilde anlatılacaktır. 19

20 Adım 1- Uydular Dünya nın yörüngesinde birçok GNSS uydu sistemi bulunmaktadır. Düzenli olarak gruplandırılmış uydular, tipik olarak adet olup istenen alanı kapsayan bölgesel veya global uydulardır. GNSS uydu sistemi ile ilgili olarak daha kapsamlı bilgi, Bölüm 3 de sunulacaktır. GNSS uyduları, dünya yüzeyinin yaklaşık km üzerinde olup, yörüngelerinde çok hızlı hareket etmektedirler. (Saniyede birkaç kilometre) GNSS uyduları tahmin edildiği kadar küçük değildir. Son jenerasyon GPS uyduları (BLOK IIF) 1400 kg nin üzerinde, Volkswagen Beetle dan biraz daha fazla ağırlıktadır. Bu uyduların gövdeleri 2,5m x 2,0m x 2,2m ebatındadır. Şekil 11, bu uyduların ne kadar büyük olduğu hakkında biraz fikir vermektedir. BLOK IIR GPS uydusu, uyduların ne kadar büyük olduklarıyla ilgili bir fikir vermektedir. Şekil 11 Blok IIR GPS Uydusu Uzay boşluğunda, uydu yörüngeleri çok istikrarlı ve öngörülebilir durumdadır. Bahsedildiği üzere, GNSS uydularının yörünge efemerisleri ve zaman bilgileri çok büyük doğrulukla bilinmektedir. Eğer bir GPS uydusuna zamanı soracak olursanız size şu şekilde cevap verecektir; 8:31, En yeni GPS uyduları de +/- 5 birim hassasiyetli rubidyum saatleri kullanmaktadır. Bu saatler, doğruluğu daha fazla olan yer bazlı sezyum saatler tarafından senkronize edilmiştir. Bu sezyum saatlerin tek bir saniye kaçırdığını görmeniz için yıl boyunca izlemeniz gerekmektedir. Kıyas yapmak adına, eğer quartz saatiniz varsa bu saatin yaklaşık doğruluk payı da +/- 5 olup iki günde bir saniye kaçırmaktadır. Bu arada eğer bütün GNSS alıcıları rubidyum standartına ihtiyaç duysaydı, GNSS in uygulanabilirliği çabucak çökerdi. Daha sonraki bölümlerde GNSS sistemlerinin uydu saat doğruluğunu GNSS alıcılarına nasıl kusursuz bir şekilde transfer ettiği anlatılacaktır. 20

21 GNSS sistemlerinde zaman kavramının neden bu kadar önemli olduğunu merak ediyor olabilirsiniz. Çünkü GNSS sinyalinin uydudan alıcıya gidene kadar geçen zaman, bir anlamda alıcının uyduya olan uzaklığını ifade etmektedir. Bu konuda da doğruluk gereklidir çünkü radyo dalgaları ışık hızında hareket etmektedir. Bir mikro saniyede (saniyenin milyonda biri), ışık hızı 300m yol alır. Her nano saniyede (saniyenin milyarda biri), ışık hızı 30 cm yol alır. Dolayısıyla zaman meydana gelen ufak hatalar, konum belirlemede büyük hatalara neden olabilir. GPS, piyasaya sürülen ilk uydu sistemi idi. 12 milyar dolarlık değeriyle dünyadaki en hatasız navigasyon sistemidir. Rus GLONASS uydu sistemi yine piyasaya sürülmüş ve çalışan durumda olan bir uydu sistemidir. Kullanıcılar için birden fazla uydu sistemine erişebilmenin avantajı, daha fazla veri ve daha kolay edinimdir. Eğer herhangi bir sebeple bir sistem çökerse ve GNSS sistemlerindeki diğer uydulara erişim imkanı var ise, kullanıcılar diğer uydu sistemlerinden gelen verileri kullanabilirler. Sistemin çökmesi çok karşılaşılan bir durum değildir ancak böyle bir durumda alternatiflerin olduğunu bilmek iyi bir şeydir. Birçok uydu sistemine erişim imkanının olması kayda değer fayda sağlasa da bazı kentsel alanlarda ve çevrelerinde uydu görüş alanları sınırlıdır. Uydu Yörüngeleri GNSS uydu yörüngesi dünya atmosferinin hemen üzerindedir. GPS ve GLONASS uydu yörüngeleri yaklaşık km yüksekliğindedir. BeiDou ve GALILEO uyduları biraz daha yüksek yörüngededir. BeiDou uyduları yaklaşık km yüksekte iken, GALILEO uyduları ise yaklaşık km yüksekte konumlanmıştır km de fazla sürtünme yoktur ancak yer çekimi etkileri ve güneş ışını radyasyonundan kaynaklanan basınç GNSS yörüngelerini az da olsa etkilemektedir ve dolayısıyla yörüngelerin bazen düzeltilmesi gerekmektedir. Yörüngesi düzeltilirken GNSS uydusunun durumu servis dışı olarak gösterilir. Dolayısıyla kullanıcı cihazı, bu uyduyu kullanmayacağını bilir. Uydu Sinyalleri Herşey mümkün olduğunca sadeleştirilmeli fakat basitleştirilmemelidir. ( Albert Einstein) GNSS uydu sinyalleri karmaşıktır. Bu sinyalleri tanımlamak için sözde-rastlantısal, korelasyon ve kod bölmeli çoklu erişim (code division multiple acces-cdma) gibi karmaşık kelimeler kullanılmaktadır. Bu GNSS kavramlarının açıklanabilmesi için ilk önce GPS uydu sinyallerini tartışmak gerekir. İlk ve öncelikli olarak, GPS, ABD Savunma Bakanlığı için konumlama sistemi olarak tasarlanmıştı. Askeri uygulamalar için yüksek doğruluklu konum bilgisini sağlamak için diğer istasyonlardan gelen gürültüye ve müdahaleye karşı sistemi daha güçlü ve geçilmez kılmak adına sistem karmaşıklaştı. Her ne kadar GPS in askeri ve sivil kısımları ayrı olsa da askeri amaçlı kullanılan bazı teknolojiler sivil amaçlı olarak da uygulandı Aralık ayında GPS, konumlama, maliyet ve bu gibi servisler için sivil kullanıma açılmıştır. Her bir GNSS sistemi için olan frekans planları frekansın genliği ve genişliği açısından birbirleriyle farklılık göstermektedir. Bu frekans planları 3. Bölüm de daha detaylı incelenecektir. GNSS kavramlarının 21

22 açıklanabilmesi için kısaca Şekil 12 de gösterilen sinyal taslağına bakılabilir. Bu konsept, kablolu veya radyolu yayın kanallarından çok da farklı değildir. Şekil 12 de görüldüğü üzere GPS uydu bilgileri L1,L2 ve L5 frekansları boyunca iletilir. Peki nasıl oluyor da tüm GPS uyduları aynı frekansta yayın yapabiliyor? GPS, CMDA adı verilen bir transmisyon sistemi kullandığı için sistem bu şekilde işlemektedir. Şekil 12 GPS Frekans Şeması CDMA, dağınık spektrumun bir formudur. GPS uydu sinyalleri aynı frekansta olsalar bile eşsiz, sözde rastlantısal dijital diziler ya da kodlar tarafından değiştirilirler. Her uydu, değişik bir sözde rastlantısal kod kullanır. Sözde rastlantısal sinyalin sadece rastgele yayınlanması aslında sinyalin belli bir zaman sonrasında tekrarlanmasıdır. Alıcılar her bir uydu için sözde rastlantısal kodu bilirler. Bu, alıcıların uyduya özel bir CDMA sinyali ile bağlantı kurmasını sağlar. CDMA sinyalleri çok düşük bir seviyede olmasına rağmen kod korelasyonları ile alıcılar sinyal ve verileri düzeltme imkanı bulur. Bu olayı canlandırmak için, sesli bir odada birini dinlediğinizi düşünün. Birçok diyaloğun farklı dilde geçtiği bir odada konuştuğunuz kişiyi anlayabiliyorsunuz. Çünkü konuşulan dili biliyorsunuz. Eğer diğer dilleri de biliyor olsaydınız, konuşulan diğer diyalogları da anlamış olurdunuz. CDMA da bunun gibidir. Avusturya doğumlu Amerikalı bilim insanı ve aktris Hedy Lamarr ın dağınık spektrumlu iletişim teknolojisinin ilk halini yarattığını duymak ilginizi çekebilir. 11 Ağustos 1942 de o ve iş arkadaşı George Anthell, nolu U.S. patentini aldı. İnanılmaz şekilde Lamarr kariyerinde yükselişe geçti ve yılları arasında 18 film yaptı. Patentli kavramları da bugünün dağınık spektrum iletişimlerinin gelişmesine katkı sağladı. GPS, L- Bandı olarak belirtilen frekans bandında radyo spektrumunun 1 ve 20 Hz lık kısmında aşağıdaki durumlarda çalışmaktadır: Anten tasarımının sadeliği; Eğer frekanslar daha yüksek olsaydı, kullanıcı antenleri daha karmaşık olmak zorundaydı. İyonosferik gecikme, düşük frekanslarda daha belirgindir. İyonosferik gecikme ile ilgili olarak (Yayınlanama/yayılma adımında ) konuşacağız. 22

23 Hava boşluğu hariç, ışık hızı düşük frekanslarda daha düşüktür. Işıkta renklerin prizmadan ayrılması, buna örnek olarak gösterilebilir. Işık hızının saniyede metre olduğunu düşünmüş olabilirsiniz. Aslında boşlukta m/sn dir. Havada başka bir ortamda daha azdır. Kodlama sistemi şeması her frekans bandında mevcut olmayan yüksek band genişliğine ihtiyaç duyar. Frekans bandı havanın GPS in yol yayılmalarındaki etkisini minimize etmek için seçilmiştir. L1 bir navigasyon mesajını iletir, kaba alım C/A kodu (halka açıktır) ve şifreli olan P(Y) kodu sınırlı erişim kodu olarak da adlandırılır. Navigasyon mesajı aşağıdaki bilgileri içeren düşük bit li bir mesajdır. GPS veri ve zamanı Uydu konumu ve durumu. Eğer uyduda bir problem varsa, ya da yörüngesi düzeltilmişse, kullanılabilir değildir ve böyle bir durumda uydu servis dışı mesajını verecektir. Uydu efemeris verisi, alıcının uydunun konumunu hesaplamasına izin verir. Bu bilgi ondalık hanesine kadar doğrudur. Alıcılar, uydunun gönderildiği zamanda tam olarak nerede olduğunu belirleyebilir. Almanak, bütün GPS uyduları için bilgi ve durum verilerini içerir, dolayısıyla alıcılar hangi uyduların izlenebileceğini bilir. Başlangıçta bir alıcı bu almanak ı iyileştirir. Almanak uydu sistemindeki her bir uydu için kaba yörünge ve durum bilgisini içermektedir. P (Y) kodu askeri kullanım içindir. Bu kod, C/A koduna göre daha korunaklıdır ki bu da askeri GPS i sivil GPS e göre daha sağlam yapar. L2 frekansı (P) Y kodunu iletir bu frekansın yeni GPS uydularında aynı zamanda C/A kodunu da içermesi halka açık sivil kullanıma da ulaşılabilirlik sağlamaktadır. Her ne kadar P (Y) kodu herkes için ulaşılabilir olmasa da, akıllı insanlar nasıl kodlandığını bilmeden de L2 taşıyıcı ve kodunu kullanabilmenin yollarını bulmuşlardır. GPS transmisyon planı kompleks olmasının yanında birçok iyi sebeple seçilmiştir. GPS alıcıları çok zayıf sinyalleri küçük antenler kullanarak iyileştirebilirler. Bu da alıcı maliyetini düşük tutar. Çoklu frekans durumu, iyonosferik gecikme nedeninden kaynaklanan düzeltmelerin yapılmasını sağlamaktadır. GPS sistemi radyo sinyallerini engellemeye gürültüye ve normal akışa engel olmaya karşı direnç gösterir. Askeri güvenlik tarafından kullanılan sinyaller ve uygulamalar sivillerin kullanımına açık değildir. 23

24 Şekil Numaralı U.S. Patenti Diğer GNSS sistemleri konsept olarak GPS e benzemekle beraber bazı farklılıklar da mevcuttur. Bu farklara ilişkin detaylar 3. Bölüm de daha detaylı anlatılacaktır. Uydu Hataları Uydu hataları efemeris ve saat hatalarını kapsar. Bu uydu hataları çok çok küçüktür, fakat akılda tutulmalıdır ki, bir nano saniyede ışık 30 cm yol alır. Şekil 14 GPS Navigasyon Mesajı 24

25 Uydu Ömürleri GNSS uyduları sonsuza dek dayanmazlar. Bazen, yeni sinyalleri olan ve zaman ayarı geliştirilmiş modellerde modifiye edilirler. Bazen GNSS uyduları bozulur ve tamir edilemezse servis dışı kalırlar. Uydu Düzeltmeleri Yeryüzündeki istasyonlar sürekli olarak uyduları gözetleyip kendi zaman ayarlarında ve uydu yörünge bilgilerinde düzeltmeler yaparlar. Bu durum, yüksek doğruluklu sinyal alımını da beraberinde getirir. Eğer bir uydunun yörüngesi sınırdan çıkarsa servis dışına çıkartılabilir ve küçük roket motorlarıyla yörüngesi düzeltilir. GNSS nin adım adım gösteriminde, radyo sinyalleri uydu antenini terk etmiştir ve yeryüzüne ışık hızıyla ulaşmıştır. Adım 2-Yayılma GNSS sinyalleri yakın uzay boşluğu boyunca ve sonrasında atmosferin çeşitli tabakalarından geçerek dünyaya ulaşır (Şekil 15 te gösterildiği gibi). Doğru konumu ve zamanı elde edebilmek için, uydu ile kullanıcı cihazı arasındaki yolun uzunluğunu bilmemiz gerekmektedir (Uydu bölgesi olarak tanımlayabiliriz). Şekil 15 te görüldüğü üzere radyo dalgaları düz bir yol izlemez. Bir bardak sudaki zerre gibi eğrisel bir şekilde radyo sinyalleri dünya atmosferini geçer. Bu bükülme, sinyal uydudan alıcıya gelene kadar artar. Adım 4 te açıklanacağı gibi uyduya olan uzaklık yayılma hızının ışık hızıyla çarpımıyla hesaplanır (Hatırlanacak olursa bu sinyalin uydudan alıcıya gittiği zamandır). Yayılma zamanındaki hatalar uyduya olan hesaplanmış açı değerini arttırır ya da azaltır. Tesadüfen hesaplanmış açı hata içerdiğinde veya asıl açıya eşit olmadığında buna Sözde bölge (pseudorange) denir. GPS (ve diğer GNSS) sinyalinin en fazla etkiye maruz kaldığı atmosfer katmanı iyonosferdir. Güneşten gelen ultraviole ışınlar, bu katmanda serbest elektron yayarak gaz moleküllerini iyonize ederler. Bu elektronlar, GPS uydu sinyal yayınını da içererek elektromanyetik dalga yayılımını etkilerler. İyonosferik gecikmeler sık sık yaşandığından hem L1 hem L2 de hesaplanırken iyonosferin etkisi alıcı tarafından hemen hemen elimine edilir. GPS sinyallerini etkileyen bir diğer katman ise, Dünya nın en alçak katmanı olan troposferdir. Kalınlığı orta enlemlerde yaklaşık 17 km, kutuplara yakın yerlerde 20 km ye kadar, kutuplarda ise daha incedir. Troposferik gecikme yerel sıcaklığın, basıncın ve bağıl nemin bir fonksiyonudur. L1 ve L2 eşit düzeyde geciktiğinden, troposferik gecikme iyonosferik gecikmede olduğu gibi elimine edilememektedir. Aslında gecikmenin büyük kısmını dengelemek ve modellemek mümkündür. Uydu tarafından gönderilen bazı sinyaller alıcıya giderken yansımaya maruz kalır. Bu olay çoklu yol sinyal yayılması olarak bilinir. Bu yansıyan sinyaller direkt yansıyan sinyalden daha geç gelir ve eğer güçlü sinyaller ise, tercih edilen sinyallere zarar verebilirler. Alıcının erken gelen sinyalleri göz önüne aldığı sonra gelenleri almadığı durumlar için teknikler geliştirilmiştir. GPS in erken dönemlerinde çoğu hata iyonosfer ve troposfer gecikmelerine bağlı yaşanmaktaydı fakat şimdilerde gelişmiş GNSS teknolojisinde çoklu yol hatalarının etkileri üzerinde durulmaktadır. 25

26 Şekil 15 GNSS Sinyal Yayılımı Adım 3-Sinyal Alımı Belirtmiş olduğumuz gibi alıcılar konum elde edebilmek için en az 4 tane uyduya ihtiyaç duyar. Her ne kadar alıcının kapasitesi ilave uyduları kullanabilmek için sınırlı olsa da eğer ulaşılabilirse daha çok uyduyu kullanabilmek, konum çözümünü geliştirecektir. Alıcının sinyal alım gücü biraz da üreticinin zihninde tasarladığı alan kadardır. Konum belirlemenin tamamlanması için kullanıcı cihazı GNSS uydu sisteminde bulunan çoklu uydu sisteminden gelen sinyalleri iyileştirir. Düzeltilmiş konum ve zamanı hesaplamak için, GNSS alıcıları en az 4 uyduyu izleyebilmelidir. Bu da demektir ki alıcı anteni ile 4 uydu arasında bir görüş alanı olmalıdır. Alıcılar hangi uydu sistemini ya da aynı anda kaç tane uyduyu takip ettiğine bağlı olarak çeşitlilik gösterir. İzlenilen her bir uydu için alıcı yayılma zamanını belirler. Bu sinyalin sözde rastlantısal sinyal yapısı nedeniyle yapar. Açıklamak için Şekil 17 de sıfır ve bir kodlarından oluşan sözde rastlantısal kodların iletimi gösterilmektedir. Alıcı her bir uydunun sözde rastlantısal kodunu bildiğinden dolayı her bir özel uydudan kodu aldığı zamanı bilir. Bu şekilde yayılma zamanı belirlenmektedir. 26

27 Şekil 16 GNSS Sinyal Alımı Şekil 17 Yayılma Zamanının Belirlenmesi 27

28 Anten Seçiminin Önemi Anten hem uzamsal hem de frekans filtresi gibi davranır. Bu yüzden, GNSS anteninin seçimi performansı iyileştirmek için kritik öneme sahiptir. Bir anten alıcısının kapasitesi ve şartları ile beraber boyutu, ağırlığı uygulama için çevresel şartlarla da uyuşmalıdır. GNSS Anteni Seçerken Dikkate Alınacak Faktörler 1. Uydu Sistemi ve Sinyaller Her GNSS uydu sisteminin kendi sinyal frekansı ve bant genişliği vardır. Bir anten GNSS alıcısı tarafından desteklenen uydu ve bant sistemi tarafından iletilen sinyali alabilmelidir. 2. Anten Kazanımı GNSS anteninin anahtar performansı rolündedir. Farklı yönlerden gelen veya ayrı parça parça gelen sinyalleri toplama özelliği de denebilir. Anten kazanımı, uyduların takip edilmesiyle doğrudan ilişkilidir. Anten kazancı doğrudan GNSS navigasyon alıcılarının genel C/No ları ile ilgilidir. Dolayısıyla anten kazancı sistemin izleme kabiliyetini tanımlamaya yardımcı olur. 3. Sinyal (Sinyal Elemanı) Kazanımı Böylesi bir kazanım, antenin sinyalleri almada ne denli etkili olduğunu göstermektedir. Herhangi bir sinyal zincirinde bu kazanım ile zayıf sinyaller güçlendirilebilir. Tablo 1 Uygulamalara Göre Anten Özellikleri 28

29 4. Anten Yayını Dalga Boyu ve Roll-Off Kazanımı Roll off kazanımı dalga boyunun bir bileşenidir ve antenin yükseklik açısı boyunca kazanımın ne kadar değiştiğini belirtir. Antenin görüşünden uydular ufuktan yataydan tepeye doğru doğar ve ufuk ardından batar. Tepe ve yatay arasındaki kazanımdaki çeşitlilikteki kazanım, Roll-Off kazanımı olarak bilinir. Değişik anten teknolojilerinin değişik Roll-Off kazanım karakteristikleri vardır. 5. Faz Merkezli Stabilite Antenin faz merkezi sinyallerin uydudan toplandığı ve iletildiği noktasıdır. Alıcı, konum düzeltme bildirimi yaptığı zaman aslında o konum antenin faz merkezidir. Herhangi bir antenin elektriksel faz merkezi iletilen sinyalin konumu ile birlikte sinyal alınırken birkaç milimetre farklılık gösterir. GNSS uyduları gökyüzünde hareket ederken elektriksel faz merkezi anten dikkatli bir şekilde PCO (Faz Merkezi Ofseti) ve PCV (Faz Merkez Çeşitliliği) yi minimize etmek için tasarlanmadıysa tipik bir şekilde uydu konumu ile hareket eder. PCO, anten referans noktasının (ARP) yanında anten rotasyonunun mekanik merkezi ve elektriksel faz merkez konumu arasındaki farktır. PCO de ayrıca frekansa bağlıdır. Bu da demek oluyor ki her bir sinyal frekansı için değişik bir öteleme olabilmektedir. PCV, faz merkezli hareketlerin uydu yükseklik açıları ile ne kadar uyumlu hareket ettiğini belirtir. Çoğu kullanıcı bir metreden az doğrulukları kabul etmekte ve bundan dolayı bu küçük faz varyasyonlarında ihmal edilebilir konum hataları olmaktadır. Fakat RTK alıcıları gibi 2-4 cm konum doğruluğu gibi yüksek doğruluğa ihtiyacınız varsa birkaç mm lik faz merkezi hatası bildirilmiş konumda % lik bir hataya sebep olmaktadır. RTK harita uygulamaları için jeodezik antenler üstün PCO/PCV performansı sağlar. Şekil 18 Yükseklik Açısına Göre İyi ve Kötü Anten Faz Merkezi Çeşitliliği 29

30 Uygulama Bir anten ilgili uygulamanın performansı çevresel, mekanik ve operasyonel ihtiyaçları ile uyuşmak durumundadır. Örneğin, GNSS antenleri, TSO/FAA sertifikalı ve çok yüksek ısı ve titreşim profilleri ile başa çıkabilecek şekilde askeri uçak uygulamalarında kullanılmıştır. Hareketli ölçme antenlerinin haritacıya kolaylık sağlaması için dikkatsiz kullanımlara da dayanıklı olması gerekmektedir. Tablo 1, GNSS anteninin kullanıcı uygulamalarında kendisinden beklenen özellikleri göstermektedir. Adım 4-Hesaplama Eğer üç uydunun tam konumunu ve açıklığını bilirsek, geometrik olarak konumumuzu hesaplayabiliriz. Bize tavsiye edilen konum belirlemek için dört uyduya ait açıklığı bilmek gerektiğidir. Bu bölümde bunun nedenini ve GNSS konumlandırmanın aslında nasıl çalıştığını açıklayacağız. İzlenen her bir uydu için alıcı, uydu sinyalinin ne kadar zamanda ulaştığını hesaplar. Yayılma Zamanı = Sinyalin alıcıya ulaştığı zaman- sinyalin uyduyu terk ettiği zaman Işık hızı ile yayılma zamanının çarpımı, uyduya olan uzaklığı verir. İzlenen her bir uydu için, alıcı uydunun yayılma zamanı sırasında nerede olduğunu bilir (çünkü uydu, yörünge efemerisi yayını yapar) ve uyduya olan uzaklığı oradayken hesaplar. Bir objenin konumunu belirleyen geometrik bir yöntem olan trilaterasyon ile üçgenleme yöntemine benzer bir geometrik hesap ile alıcı, uydu konumunu hesaplar. Trilaterasyonu anlayabilmek için, bu tekniği iki boyut üzerinde açıklayacağız. Alıcı, A uydusuna olan açıklığını hesaplar. Daha önce belirttiğimiz gibi, bunu sinyalin A uydusundan alıcıya gelene kadar ki zamanı belirleyerek yapar ve bunu ışık hızıyla çarpar. A uydusu, yayın efemerisi ile konumunu bildirir. Dolayısıyla alıcı, Şekil 19 da gösterildiği gibi, çemberin içinde yarıçapa eşit bir uzaklıkta ve Uydu A nın merkezinde olduğunu bilir. 3 boyutta açıklıkları, çember olarak değil küre olarak göstermemiz gerekir. Şekil 19 İlk Uyduya Olan Mesafe 30

31 Alıcı aynı zamanda, ikinci bir uyduya (B) olan açıklığı da saptar. Şimdi alıcı iki çemberin kesişim noktasında konum 1 ya da 2 de olduğunu bilir (Şekil 20 de gösterildiği gibi). Üçüncü bir uyduyu sıralamak konum 1 ve konum 2 ye göre konumunu belirlemek için gerekli görülebilir. Fakat konumlardan biri çoğunlukla, uzayda olmasından ya da dünyanın ortasında bulunmasından ötürü elverişli olmadığından elemine edilebilir. Ayrıca bu gösterim 3 boyutta yapılabilir ve sadece 3 açıklığın konumlama için yeterli olduğunu önerilebilir. Şekil 20 İkinci Uyduya Olan Mesafe Fakat daha önce tartıştığımız üzere, konumun doğru belirlenmesi için 4 tane açıklık gereklidir. Peki neden? Alıcı saatlerin uydu üzerinde bulunan saatler kadar doğruluğu yoktur. Çoğu quartz kristal camlıdır. Hatırlatmak gerekirse, bu saatler milyonda 5 birim kadar doğruluktadır. Eğer bunu ışık hızı ile çarparsak, 1500 metre doğrulukla sonuçlanır. İki uyduya olan açıklığı saptadığımızda, hesaplanmış konumumuz, Şekil 21 de gözüktüğü üzere alıcı saatimizle orantılı bir miktarda yanlış çıkar. Şekil 21 Konum Hatası 31

32 Asıl konumumuzu hesaplamak istiyoruz ancak, Şekil 21 de gösterildiği gibi, alıcı saatinin yanlış olması açıklık hatasına ve bu da dolayısıyla konum hatasına sebebiyet verir. Alıcı bir hata olduğunu bilir, ancak hatanın boyutunu bilemez. Eğer şimdi üçüncü uyduya olan açıklığı hesaplarsak, Şekil 22 de gözüktüğü üzere hesaplanmış konumla kesişmeyecektir. Şekil 22 Konum Hatasının Saptanması Şimdi GNSS konumlamada dahice teknikler kullanılmaktadır. Alıcı üç uyduya olan açısal uzaklığın tek bir noktaya varıncaya kadar saatini ayarlamaya programlanmıştır. (Şekil 23 te gösterildiği gibi) Çok iyi doğruluktaki uydu saati şimdi alıcı saatine, konum belirlemedeki alıcı saati hatalarını elimine ederek transfer olmuştur. Şimdi alıcı hem çok doğru konuma hem de çok doğru zamana sahip olmuştur. Bu da konuşacağımız üzere geniş bir uygulama alanı sunmaktadır. Yukarıdaki teknik bize, iki boyutlu kavramlarda, alıcı zamanı hatasının nasıl elimine edildiği ve üç uyduya olan uzaklığa bağlı konum belirlemeyi göstermiştir. Bu tekniği 3 boyuta taşıdığımızda, 4. Bir uydu eklememiz gerekmektedir. Bu da konum belirlemek için neden görüş hattında minimum 4 uyduya gerek olduğunun sebebidir. Şekil 23 Konumun Uydu Kesişimlerine Yakınsaklığı 32

33 GNSS Hata Kaynakları Bir GNSS alıcısı konumunu uydudan aldığı verilere göre hesaplar. Hatanın düzeltilmemesi, konum hesabının yanlış yapılacağı anlamına gelir. Bu hatalardan bazıları sinyalin iyonosfer ve troposferi geçerken kırılmasıyla, doğal nedenlerden ötürü olabilir. Hatanın cinsi ve tam konumu hesaplamak için hatanın nasıl indirgendiğinin bilinmesi aynı zamanda veri güvenirliğini sağlar. Bu kitap bu önemli konuya 3 bölüm ayırmıştır. Bölüm 4 GNSS in önemli hata kaynaklarını sunarken Bölüm 5 hata çözüm yöntemleri ve doğruluk ile diğer performans faktörlerine odaklanmıştır. Bölüm 8 ise doğru veriyi elde etmek için ekipmanlar ve ağ altyapısını anlatmaktadır. DOP (Dilution of Precision-Duyarlık Kaybı) Uyduların alıcıya doğru olan geometrik sıralamaları, konum doğruluğunu ve zaman hesaplamalarını etkilemektedir. Alıcılar, uydulardan alınan sinyalleri kullanacak şekilde tasarlanmıştır ve bu sinyallerin minimum olma durumunda duyarlık kaybı gerçekleşmektedir. DOP u ifade etmek adına, Şekil 24 e bakıldığında kümelenmiş uyduların gökyüzünün bir bölümünde olduğu gözükmektedir. Görüldüğü gibi, açıların nerede kesiştiğini belirlemek zordur. Kesişim yerinde konum yayılmış tır ve bu alanda açı/açıklık yanlışlığı sebebiyle genişlemiştir. (Çizgilerin kalınlaştığı yerde bu durum gözlenebilir) Şekil 24 Zayıf Uydu Geometrisindeki DOP Şekil 25 te gösterildiği gibi, uyduya kümeden ayrılmış açısal ölçü daha kesin bir şekilde konum tespitine olanak sağlar. Her ne kadar karmaşık statik metotlarla hesaplanmış olsa da, şu şekilde söyleyebiliriz DOP: uydu geometrisinin sayısal bir ifadesi olup, alıcı tarafından görülebilen uyduların yerleşimlerine bağlıdır. 33

34 Şekil 25 Düzeltilmiş Uydu Geometrisindeki DOP DOP değeri ne kadar küçük olursa, zaman ya da konum hesabı o kadar kesin olmaktadır. Aşağıdaki şekilde formüle edilmiştir. Konum Ölçme Hatası= DOP x Açı/Açıklık ölçümü Yani, DOP yüksekse, konum ölçme hatası açı ölçümü hatasından çok daha büyük olacaktır. Uydu konumları DOP a etki ettiğinden, DOP faktörü konumlandırmada baz alınabilir. Uyduların seçilebilmesi durumu, DOP faktöründen kaynaklanan hatayı minimize eder. 6 dan yüksek olan DOP sonucu genellikle DGNSS ve RTK uygulamaları için kabul edilemez. DOP günün farklı zamanlarına ve coğrafi konuma göre değişiklik gösterir, fakat iyileştirilmiş konum için, uyduların geometrik konumları GNSS te her gün tekrar eder. DOP, açıyı saptamadan hesaplanabilir. Tek gerekli olan şey, uydu konumları ve yaklaşık alıcı konumlarıdır. DOP un kendi içinde farklı tanımlamaları vardır. HDOP, VDOP ve PDOP gibi. Bu faktörler matematiksel olarak birbirleriyle ilgilidir. Bazı durumlarda, örneğin; uydular gökyüzünde biraz aşağıdayken, HDOP düşüktür ve böylece mükemmel bir dikey konum yakalamak mümkün olmaktadır. Bunun yanında VDOP sadece makul yükseklik hesaplamalarında elverişlidir. Benzer şekilde, uydular gökyüzünde kümeleştiğinde, VDOP, HDOP tan daha iyidir. Kanada ve yüksek enlemdeki diğer ülkelerde, GNSS uyduları gökyüzünde alçaktadır ve bazı uygulamalarda uygun DOP un elde edilmesi, bazen iyi bir VDOP un elde edilmesine bağlıdır. Uyduların ufukta alçakta olduğu ve kümelendiği durumlarda kent çevrelerinde ya da derin maden alanlarında kullanıcılar bazen DOP un azizliğine maruz kalır. Böylesi durumlarda uygun DOP için ideal zamanın planlanması gereklidir. 34

35 ADIM 5-Uygulama Bir kere hatalar GNSS denkleminde hesaplandığı zaman, alıcı konum ve zamanını hesaplayabilir ve bu bilgiyi son kullanıcı uygulamasına kadar hesabın dışında tutar. GNSS teknoloji pazarı hazır ve multimilyar dolarlık bir endüstridir. Uygulamaları basit portatif navigasyon desteklilerden haritacılık için santimetre seviyeli konumlama çözümlerine, insansız ve askeri amaçlı çalışmalara kadar uzanır. Zorlu çevresel koşullarda çalışan ve hassas bir GNSS konumlama isteyen kullanıcılar için GNSS teknolojisi, konumlama kapasitesini ve güvenilirliğini yükselten eylemsiz teknolojileri ile karma bir hale getirilmiştir. Sensör çeşitlerine Bölüm 6 da değinilecektir. Uygulamalar daha karmaşık hale geldikçe ve her yerde görülmeye başlanınca, GNSS imkanları çeşitli senaryolarınca kasıtlı ya da kasıtsız reddedildi. Bölüm 7 de GNSS nin sinyal bozulma IP sorununun nedenlerine değinilecek ve son bölüm olan, 8. Bölümde en heyecan verici müşteri uygulamaları anlatılacaktır. Son Sözler Bu bölüm zorlu oldu ancak GNSS konumlandırma ile ilgili anlatılanları bölüm boyunca azimle takip ettiğiniz için minnettarız. Bölüm 3 tamamlanan ya da planlanan GNSS uydu sistemleriyle ilgili tamamlayıcı bilgilerini sundu. Bölüm 4, 5, 6, 7 de GNSS kavramlarına, bölüm 8 de ise ekipman ve uygulamalara değineceğiz. Doğaya daha derinden bak, herşeyi daha iyi anlayacaksın. Albert Einstein 35

36 BÖLÜM 3 GNSS Uydu Sistemleri Dinozorların soyu tükendi çünkü bir uzay programına sahip değillerdi. Larry Niven Amerikalı bilim kurgu yazarı Larry Niven, asteroidinin dünyaya çarpıp, dinozorların neslinin tükenmesine sebep olduğu düşüncesi için, o zamanlar dinozorların bir uzay programının olması halinde dinozorların asteroidi durdurup yolundan saptırabileceklerini söylemiştir. Dinozorların aksine, birçok ülkenin şu anda ulusal ya da bölgesel global navigasyon uydu sistemlerini içeren hali hazırda var olan ya da planlanmış uzay programları vardır. Bu bölümde bu sistemlere genel bir bakış sunacağız. Aşağıdaki GNSS sistemleri kullanılır durumdadır. GPS (ABD) Glonass (Rusya) BelDou (Çin) Bu kitap basıldığında, aşağıdaki navigasyon sistemleri kullanılabilecek kapasiteye gelecektir. Galileo GNSS sistem (Avrupa Birliği) IRNSS bölgesel navigasyon uydu sistemi (Hindistan) QZSS bölgesel navigasyon uydu sistemi (Japonya) Şekil 26 Galileo Uydusunun Uzaya Gönderilmesi 36

37 GPS (Global/Küresel Konumlama Sistemi-ABD) GPS ilk GNSS sistemidir. GPS (ya da Navstar, resmi adı) uyduları ilk defa 1970 lerde piyasaya sürüldü ve erken 1980 lerde ABD Savunma Bakanlığı nda kullanılmaya başlandı. O zamandan beri birçok GPS çeşidi piyasaya sürüldü. İlk önce GPS sadece askeri kullanım içindi fakat 1983 te bir kararla GPS sivil kullanıma açıldı. Şekil 27 de GPS in fotoğrafı gözükmektedir. Uzay Bölümü Şekil 27 GPS IIRM Uydusu Tablo 2 de Uzay Bölümü özet şekilde gösterilmiştir. Her bir uydunun yörünge peryodu yaklaşık olarak 12 saattir, dolayısıyla bu GPS alıcısına dünya üzerinde herhangi bir noktadan açık gökyüzü altında en az 6 uyduyu görmeyi sağlamaktadır. Bir GPS uydu yörüngesi Şekil 28 de gösterilmiştir. GPS uyduları zaman zaman kimliğini yayınlar, sinyalleri ve uydu durumunu sıralar ve efemerisi (yörünge parametreleri) düzeltir. Uydular aynı zamanda, sözde rastlantısal ses kodu üzerinde bulunan uzay araç numarası (SVN) ile de adlandırılırlar. 37

38 Tablo 2 GPS Uydu Sistemi Şekil 28 GPS Uydu Yörüngesi Ad Frekans Açıklama L1 1575,42 L1 bütün kullanıcılara açık olan C/A koduna, askeri ve diğer kullanıcılara şifrelenmiş olan P code a göre değişir. L2 1227,60 L2, P kodundan, Block IIR-M uydularından başlamak üzere L2 C (Sivil) koduna modüle edilir. L2C adı altında sivil navigasyon amaçlı mesaj yayınına başlanmıştır ve ileride, bu bölümde GPS modernizasyonu adı altında bu konu açıklanacaktır. 38

39 L5 1176,45 L5 Block IIF uyduları ile sivil navigasyon için mesaj yayınına başlamıştır. Yine bu bölümde GPS modernizasyonu adı altında bu konu açıklanacaktır. Tablo 3 GPS Sinyal Özellikleri Sinyaller Tablo 3 GPS sinyalleri hakkında bilgi sunmaktadır. GPS sinyalleri CDMA teknolojisine (Çoklu bölünmüş kod erişimi) dayanmaktadır ve bu konu ikinci bölümde tartışılmıştır. Şekil 29 GPS Kontrol Bölümü 39

40 Kontrol Bölümü GPS kontrol bölümü, Şekil 29 da gösterildiği üzere ana kontrol istasyonu, yedek ana kontrol istasyonu, izleme istasyonları, yer antenleri ve uzaktan izleme istasyonlarından oluşmaktadır. Dünya da 16 tane izleme istasyonu konumlandırılmıştır. Bunların 6 sı ABD Hava Kuvvetlerine 10 u ise NGA ya (Ulusal Geo-uzamsal İstihbarat Ajansı- ABD Savunma Bakanlığı) aittir. İzleme istasyonları uyduları yayınlanan sinyaller üzerinden izler. Bu sinyaller, uydu efemerisini, sinyal alanını, saat ve almanak verilerini içerir. Bu sinyaller ana kontrol istasyonuna, yani efemerislerin tekrar hesaplandığı yere ulaştırılır. Sonuç efemerisleri ve zaman düzeltmeleri kontrol istasyonlarınca yapılır. Yer antenleri izleme istasyonları ile beraber konumlandırılmış ve ana kontrol istasyonu tarafından iletişim ve GPS uydularını kontrol edebilmek için kullanılmaktadır. Uzaktan uydu izleme istasyonları olan Hava Kuvvetleri Uydu Kontrol Ağı(AFSCN) ana kontrol istasyonuna geliştirilebilir ölçüm ve iletişimin yanında izleme ve kontrol için ilave uydu bilgileri sağlar. GPS Modernizasyonu GPS tamamen kullanıma hazır kapasiteye (FOC-Full Operational Capability) 1995 te ulaşmıştır yılında yeni teknolojilerin avantajlarından ve kullanıcı ihtiyaçlarından faydalanmak için GPS uzay ve yer bölümünü modernize edecek bir proje kabul edildi. Uzay bölümünün modernleştirilmesi yeni sinyallerle beraber iyileştirilmiş atomik saat doğruluğu, uydu sinyal gücü ve güvenilirliği içermektedir. Kontrol bölümünün modernleştirilmesi ise iyileştirilmiş iyonosferik ve toposferik modelleme, yörüngesel doğruluk ve ilave görüntüleme istasyonlarını içerir. Kullanıcı cihazı da aynı şekilde uzay ve kontrol bölümü gelişmelerinin avantajlarından yararlanabilmek için geliştirilmiştir. L2C Geliştirilmiş GPS uyduları (Block IIR-M ve sonrası) ile sivil L2C olarak belirlenen sinyal sayesinde kullanıcılara iki sivil koda birden erişim imkanı sunulmuştur. L2C nin kullanıcı açısından izlenmesi kolaydır ve bu sinyal, gelişmiş navigasyon doğruluğu içerir. Aynı zamanda sivil kullanıma açık L1 ve L2 sinyalini taşıması sayesinde her bir uydudan gelen sinyaldeki iyonesferik gecikme gözlemlenebilir ve düzeltme yapılabilir. L2C sinyalinin 2018 yılında 24 uydudan temin edilmesi beklenmektedir. L5 Birleşik Devletler, üçüncü bir sivil GPS frekansı olan L5 i 1176,45 MHz de sağlamıştır. Yenilenmiş GPS uyduları (Block II-F ve sonrası) L5 sinyalini sağlamaktadır. 40

41 L5 sinyali, önemli yaşam güvenliği uygulamalarına fayda sağlamakla beraber geliştirilmiş iyonosferik düzeltmeyi, sinyal bolluğunu, gelişmiş ve müdahalesiz sinyal doğruluğunu da beraberinde getirir. L5 sinyalinin 24 uyduyla 2021 yılı itibariyle kullanılabilir olması beklenmektedir. L1C Dördüncü sivil GPS sinyali olan L1C, GPS uydularının bir sonraki jenerasyonu için planlanmaktadır. (Block III) L1C geriye doğru L1 ile uyumlu bir çalışma imkanı bulacaktır ve Galileo ile birlikte sivil kullanımda daha kullanışlı bir hal alacaktır. Japon QZSS, Hint IRNSS ve Çin Bel Dou da aynı şekilde L1C yayını yapmayı planlayarak birlikte çalışmak için uluslararası bir işbirliği yaratmaya çalışmaktadır. L1C yeni bir modülasyon taslağı sunmaktadır. Bu da GPS in şehirlerde ve diğer zorlu çevre koşullarında gelişmesini sağlayacaktır. İlk Block III uydularının 2016 da sunulacağı ve 2026 da 24 uydu ile yayın yapılabileceği öngörülmektedir. Diğer L1C, L2C ve L5 sinyallerine ilave olarak GPS sisteminin bu mmodernizasyonu, yeni askeri sinyalleri de beraberinde getirmektedir. GLONASS (Küresel Navigasyon Uydu Sistemi-Rusya) Glonass, Rusya tarafından deneysel askeri iletişim sistemi olarak 1970 lerde geliştirildi. Soğuk savaş bittiğinde, Rusya, GLONASS ı hava tahminlerinde, iletişim ağlarında, navigasyon uygulamalarında ve arazi verilerinin sağlanması gibi işlerde kullanabileceğinin farkına vardı. İlk Glonass uydusu 1982 de piyasaya sürüldü ve sistem, 1993 te tam işler hale geldi. Bir süre sonra, Glonass ın performansının yeterli olmadığı görülünce, Rusya bu sistemi 18 uyduya yükseltti. Şimdilerde, Glonass ın uydu sisteminde dizilmiş 24 uydusu bulunmaktadır. Glonass, ilk piyasaya sürüldüğünden beri geliştirilmektedir. Şekil 30 da görülen son jenerasyon uydu GLONASS-M piyasaya sürülmek üzere hazırdır. 41

42 Şekil 30 GLONASS-M Uydusunun Son Üretim Aşaması GLONASS Sistem Tasarımı Glonass, konumunuza göre değişik sayıda uydu görünürlüğü sağlamaktadır. Minimum 4 uyduyu görmek, Glonass alıcısı için 3 boyutta konumu hesaplamaya ve sistem zamanı ile senkronize olabilmeye olanak sağlar. GLONASS Uzay Bölümü Tablo 4 GLONASS Uydu Sistemi Glonass Uzay Bölümü Tablo 4 te gösterilmektedir. Glonass uzay bölümü, 3 yörüngesel uçakla ve her uçağa 8 uydu düşecek şekilde 24 uydudan oluşmaktadır. Glonass uydu sistemi geometrisi her 8 günde bir kendini tekrarlar. 42

43 Tablo 5 GLONASS Sinyal Karakteristiği L1, HP( yüksek doğrulukta) ve SP( standart doğrulukta) sinyalleri tarafından modüle edilmiştir. L2 HP ve SP sinyalleri tarafından modüle edilmiştir. SP kodu L1 e iletilen ile özdeştir. Her bir uydunun yörüngesel periyodu yaklaşık olarak yıldız gününün 8/17 si kadardır. Dolayısıyla 8 yıldız günü sonrası Glonass uyduları 17 yörüngesel devri tamamlamış olur. Her bir yörüngesel uçak eşit aralıklı 8 uydudan oluşmaktadır. Uydulardan bir tanesi, her gün gökyüzünde aynı yerde aynı yıldız gün zamanında bulunur. Uydular dairesel yörüngede 64,8 derece açıyla ve 19,140 km yörüngesel yarıçapta GPS uydusundan yaklaşık km daha alçakta sıralanmışlardır. Glonass uydu sinyali, uydu ile özdeşleşir ve şunları içerir: Uydu yerini hesaplamak için konumlanma, hız ve ivme verisi Uydu durum verileri UTC den hesaplanan Glonass zamanı (Konumlandırılmış Evrensel Rusya Zamanı) Diğer bütün Glonass uydularının almanağı 43

44 Şekil 31 Dünya'nın Apollo 17'den Uzaydan Görünümü Dünya kesinlikle yuvarlaktı... Dünyayı uzaydan görene kadar gerçekten yuvarlak kelimesinin ne anlama geldiğini bilmiyordum. Alexel Leonov Sovyet Astronot 1985 teki uzay yürüyüşü hakkında konuşmasından GLONASS Kontrol Bölümü Glonass kontrol bölümü Rusya hattında sistem kontrol merkezini ve komuta edilen izleme istasyonlarını içermektedir. Glonass Kontrol Bölümü, GPS e benzer şekilde uydunun durumunu gösterir, efemeris düzeltmelerini belirler. Ayrıca Glonass zamanı ve UTC ye sadık kalarak zaman ayarlamalarını yapar. Günde 2 kez uydulara gerekli düzeltmeleri yükler. GLONASS Sinyalleri Tablo 5. Glonass sinyallerini özetler. Her Glonass uydusu biraz farklı, L1 ve L2 frekansında yayın yapar; P1 koduyla (HP) hem L1 ve L2 de ve C/A (SP Gde) koduyla ise L1 de (bütün uydular), L2 de (çoğu uydular)yayın yaparlar. Glonass uyduları aynı kodu farklı frekanslarda iletir. Bunu FDMA olarak bilinen (Frekans Bölmeli Çoklu Erişim) tekniği ile yapar. Bunun, GPS tarafından kullanılan teknikten farklı olduğu dikkate alınmalıdır. Glonass sinyalleri de GPS sinyalleri gibi aynı polarizasyona sahiptir (elektromanyetik dalgaların yönlendirilmesi) ve denk sinyal gücüne sahiptir. 44

45 Glonass sisteminin temeli 12 frekansı kullanan 24 uyduya dayanır. Uydular, aynı frekansta olan zıt uydu yayınlarına sahip olsalar da frekansı paylaşabilirler. Çapraz uydular aynı yörüngesel uçakta olup 180⁰ ile ayrılmışlardır. Bu eşli uydular aynı frekansta yayın yapabilir çünkü hiçbir zaman dünya yüzeyinden alıcı tarafından aynı anda görülemezler. Şekil 32 de gösterilmiştir. GLONASS Modernizasyonu Şekil 32 GLONASS Çapraz Uydu Konumları Şu anki Glonass-M uyduları servis ömürlerinin sonuna gelmiştir ve yeni jenerasyon Glonoss-K uyduları ile yer değiştireceklerdir. Yeni uydular, Glonass sistemini yeni sinyaller ile sağlayacaktır. L3 Glonass-K uydularının (Glonoss-K1) ilk bloğu olup, belirlenmiş L3 sinyali de 1202,02 MHz de yeni sivil yayınını yapacaktır. Mevcuttaki Glonass sinyallerinin aksine L3, GPS ve Galileo ile kolaylıklı çalışan CDMA ya dayanmaktadır. İlk Glonass-K1 uydusu Şubat 2011 de piyasaya sürülmüştür. L1 ve L2 CDMA Glonass-K uydularının ikinci bloğu, iki tane CDMA bazlı L1 ve L2 frekanslarında yayın yapan sinyal yayını ekler. Mevcut FDMA L1 ve L2 sinyalleri yayın yapmaya ve eski alıcıları desteklemeye devam edecektir. Glonass-K2 uydularının 2015 ten başlayarak piyasaya sürülmesi planlanmaktadır. L5 Glonass-K uydularının üçüncü bloğu (Glonass-KM), Glonass sistemine L5 sinyalini ekleyecektir. 45

46 BeiDou Navigasyon Uydu Sistemi (Çin) Çin, BeiDou (BDS) - BeiDou Navigasyon Uydu Sistemi adı verilen GNSS sistemini tamamlamaya başlamıştır. Sistem iki aşamada tamamlanmaktadır: Başlangıç evresi bölgesel kapsama sağlarken, ikinci evre, global kapsama sağlamaktadır. BeiDou sisteminin ilk evresi, resmi olarak Aralık 2012 de Asya pasifik bölgesini kapsayacak şekilde başlamıştır. Bölgesel BeiDou Uzay Bölümü nün 5 tane ekvatoral Dünya yörünge uydusu(geo), 3 tane eğik ekvatoral yörünge(igso) uydusu ve 4 tane orta dünya yörünge (MEO) uydusu olup, bu uydular Tablo 6 da gösterilmiştir. BeiDeo Sinyalleri Tablo 6 BeiDou Bölgesel Uydu Sistemi Tablo 7 Planlanan BeiDou Global Uydu Sistemi BeiDou sisteminin ikinci evresinin ise, 2020 nin sonlarında tamamlanması planlanmıştır ve geliştirilmiş bölgesel kapsama ile küresel kapsama alanı sağlayacağı öngörülmektedir. Bu uzay bölümü, 5 GEO, 3 IGS ve 27 MEO uydusundan oluşacaktır.( Tablo 7 de gösterilmiştir) 46

47 Şekil 33 Çin BeiDou Uydu Sistemi Tablo 8 BeiDou Sinyal Karakteristiği BeiDou sinyalleri, Tablo 8 de gösterildiği üzere CDMA teknolojisine dayanmaktadır. Aşağıda belirtildiği gibi 3 aşamalı servis sağlanacaktır: Sivil kullanım için ve kullanıcılara ücretsiz genel servis 10 mt lik konum doğruluğu, saniyede 0,2 mt lik hız doğruluğu ve 10 nano saniyelik zamanlama doğruluğu sağlamaktadır. Lisanslı servis sadece abonelik almış kullanıcılara açıktır. Bu lisanslı servis 2 mt lik konum doğruluğu sağlamaktadır. Bu servis aynı zamanda, çift yönlü kısa mesajlar(120 çin karakteri) ile sistem durumu ile ilgili bilgiyi de sağlamaktadır. Gizli askeri servis, kamu hizmeti genel servisine göre daha yüksek doğruluktadır. Ayrıca sistem durum bilgilerini ve askeri iletişim işlevini sağlar. Ölçülebileni ölç, ölçülemeyeni ise ölçülen yap. Galilei Galileo (İtalyan fizikçi, matematikçi, astronom ve filozof) 47

48 Şekil 34 Galilei Galileo GALILEO (Avrupa Birliği) Mayıs 1999 da, bir dağcılık seferinde GPS alıcısını Everest Dağı nın tepesine çıkardılar, bu da onlara 8850 m yüksekliğinde ölçüm yapma şansı verdi. İşte bu duruma Galileo çok sevinirdi. Galileo, Avrupa nın planlanan küresel navigasyon uydu sistemi olup yüksek doğruluk sağlamaktadır ve bu global konumlama sisteminin sivil kontrolde bulunacağını garanti eder. ABD ve Avrupa Birliği 2004 den beri işbirliği yaparak GPS ve Galileo nun kullanıcı seviyesinde uygun çalışabilmesini sağlamaktadır. İkili frekansları standart olarak, Galileo, gerçek zamanlı konumlama doğruluğunu metre seviyesine indirmiştir ki daha önce böyle ulaşılabilir bir kamusal/genel sistem yoktu. Galileo bütün olağan üstü durumlar altında bile servis ulaşılabilirliğini bütün kullanıcılara garanti etmektedir ve kullanıcıları veri hatasında saniyeler içinde uyaracaktır. Bu da güvenliğin çok önemli olduğu hava ve yer taşımacılığı için uygun olmaktadır. İlk deneysel Galileo uydusu, Galileo sisteminin test bölümü, GSTB nin parçası olarak Aralık 2005 te piyasaya sürüldü. Bu deneysel uydunun amacı, Avrupa uzay ajansı tarafından (ESA) halen geliştirilen kritik Galileo teknolojilerini karakterize etmekti. 4 tane kullanılabilir durumdaki uydu piyasaya basit Galileo uzay ve yer bölümünü onaylamak için sürüldü. Bunların ikisi Ekim 2011 de, kalan 2 uydu ise Ekim 2012 de piyasaya tanıtıldı ve ilerleyen yıllarda geri kalan uydular da GALILEO-FOC uydu sistemine katılmak için 2020 sonrası piyasaya sürülecek. 48

49 Şekil 35 Yörüngede Bulunun Galileo Uydusu Tablo 9 Galileo Uydu Sistemi Sistem Tasarımı Galileo uzay bölümü Tablo 9 da özetlenmiştir. Uydu sistemi bir kere kullanılabilir olduğu zaman, Galileo navigasyon sinyalleri, bütün enlemlerde kapsayıcılık sağlayacaktır. Uydu sistemlerinin iyileştirilmesi ve aktif 3 ayrı uydunun kullanılabilirliği ile beraber çok büyük sayıdaki uydular, bir uydunun kaybının kullanıcı bölümü üzerindeki etkisini elemine ederler. Avrupa da konumlanmış 2 Galileo kontrol merkezi (GCC), Galileo uydularını kontrol eder. 30 adet Galileo Sensor istasyonu (GSS) tarafından iyileştirilmiş veriler, iletişim ağı boyunca GCC ye gönderilir. GCC ler, sensör istasyonlarından gelen verileri doğru bilgileri hesaplamak için ve uydu zamanı ile yer istasyonu saatleri arasında senkronizasyonu sağlamak için kullanır. Kontrol merkezleri, yukarı istasyonlara doğru dünyanın çevresine yerleşecek uydularla iletişim kurar. Galileo küresel bir araştırma ve şuan kullanımda olan ve kurtarma Caspas- Sarsat sistemine dayanan kurtarma fonksiyonu (SAR) sağlar. Bunu yapmak için, üzerlerinde bulunan radyo vericileri ile her bir Galileo uydusu düzenli bir şekilde tehlike altında bulunan sinyalleri kurtarma koordinasyon merkezine(rcc) göndererek, kurtarma işlemini başlatır. 49

50 Tablo 10 Galileo Sinyal Özellikleri Tablo 11 Galileo Hizmetleri 50

51 Serbest Açık Servis (OS): Konumlama, navigasyon ve kesin zamanlama servisini sağlar. Galileo alıcısına sahip herhangi birine ulaşılabilir olacak. Bu servise erişebilmek için herhangi bir izne gerek yoktur. Yüksek Güvenirlikli Ticari Servis (TS): Servis sağlayıcıları, katma-değer hizmeti sağlayabilir ve bunun için gümrük ücreti alabilirler. CS sinyali yüksek veri çıkışını ve bu ek olarak ticari servislere onaylı verileri sağlar. Yaşam Güvenliği Servisi (SOL): Kesin doğruluk değerlerinin elde edilemediği zamanlarda kullanıcıları zamanında uyaran açık bir servistir. Bu servis için garanti sunulmaktadır. Hükümetçe şifrelenmiş kamusal servis (PES): Yüksek doğruluklu ve şifrelenmiş navigasyon verilerini kamu kurumlarına sunar. Aynı zamanda bu sistem kullanıcıya, saptanan konumunu yardım gelirken bildirme seçeneğini sağlar. Bu husus yeni olmakla beraber daha önce var olan sistemlerin (daha önce hiçbir sistem kullanıcıya geri dönüş yapmamaktaydı) geliştirilmesinin bir sonucudur. Galileo Sinyalleri Tablo 10, Galileo sinyalleri hakkında geniş bilgi sunulmaktadır. Galileo Hizmetleri Tablo 11 de Galileo hizmeti gösterilmiş olup, yukarıda bu hizmetlere ait açıklamalara değinilmiştir. NOT: Cospas-Sarsat, uluslararası ve uydu tabanlı bir araştırma ve kurtarma(sar), tehlike alarmını yakalama ve bilgi dağıtım sistemidir da Kanada, Fransa, ABD, Eski Sovyetler Birliği tarafından kurulmuştur. IRNSS (Hindistan Bölgesel Navigasyon Uydu Sistemi-Hindistan) Hindistan, kendi bölgesel navigasyon uydu sistemini (Hindistan ve çevre bölgeleri kapsayacak şekilde) piyasaya sürmeye hazırlanmaktadır. IRNSS sistemi 7 uydudan oluşacaktır. 3 tanesi ekvatoral uydu yörüngesinde 4 tanesi ise eğik ekvatoral uydu yörüngesin içerisinde yer almaktadır. Sistem Hindistan içinde 10 mt den daha iyi bir konum doğruluğu sağlarken, Hindistan için çevresi içinse (1500 km ye kadar) 20 mt ye kadar konum doğruluğu vermektedir. IRNSS iki hizmet sunacaktır. Standart konumlama sistemi bütün kullanıcılara açık olacaktır ve sınırlı servis(rs) ise sadece izin alan kullanıcılara açık olacaktır. Tablo 12 de IRNSS sinyal özellikleri verilmiştir. İlk IRNSS uydusu Temmuz 2013 te ikincisi ise Nisan 2014 te piyasaya sürüldü. Toplam 7 uydunun 2015 te tamamlanması planlanmaktadır. 51

52 Tablo 12 IRNSS Sinyal Özellikleri QZSS (Quasi-Zenith Uydu Sistem-Japonya) 4 uydulu QZSS sistemi bölgesel iletişim hizmeti ve mobil çevre için konumlama bilgileri sağlayacaktır. 4 uydudan bir tanesi 2010 yılında piyasaya sürüldü. Bu sistemin odak noktası Japonya bölgesidir fakat Asya-Okyanusya bölgesi içinde hizmet sunacaktır. QZSS tek başına sınırlı doğruluk sağlayacaktır dolayısıyla ek bir GPS hizmeti olarak görülmüştür. QZSS uyduları GPS ile aynı frekansları kullanır ve GPS zamanı ile senkronize olan saatleri vardır. QZSS uyduları aynı zamanda SBAS ta uygun sinyalle yayın yapar ve E6 da yüksek doğruluklu sinyal yayını yapar. Üç tane QZSS uydusu periyodik Quasi-Zenit yörüngesinde (QSO) yer bulacaktır. Bu yörüngeler, uydulara Japonya çevresinde günde 12 saatten fazla 70 derecelik açıyla (bu da demektir ki neredeyse her zaman tepedeler) durmalarına olanak sağlar. Gelecekte Japonya, QZSS sistemini 7 uyduluk sisteme genişletme niyetindedir. Ekvatoral uydu yörüngesinin, Dünya nın ay-günü rotasyon periyodu ile uyan bir yörüngesel periyodu vardır. Bu senkronizasyon şu anlama gelir, gözlemleyene göre Dünya da belirlenmiş bir konumdan gözlem yapıldığında gözlemci için ekvatoral uydu yörüngesindeki uydu her gün aynı saatte gökyüzünde aynı yerde olmaktadır. Ekvatoral uydu terimi dairesel olan yörüngeye işaret etmektedir(yaklaşık dairesel) ve sıfır (ya da sıfıra yakın) eğimde (eğik düzlemde) tam olarak ekvatorun üzerindedir. Ekvatoral yörüngedeki uydular tek bir konumda bütün zaman boyunca sabittir. GNSS Sinyal Özeti Daha fazla GNSS uydu sistemleri ve sinyalleri ulaşılabilir oldukça, ENSS spektrumu daha karmaşık hale gelmektedir. Şekil 36 da 4 tane küresel GNSS sistemi için sinyaller gösterilmektedir. 52

53 Şekil 36 GNSS Sinyalleri Son Sözler Şimdi, global (küresel) navigasyon sistemleri hakkında daha fazla bilgiye sahipsiniz, sonraki bölümler de gelişmiş GNSS kavramlarını tartışacağız. Azimli salyangoz gemiye ulaştı. Charles Haddon Spurgeon (İngiliz Vaiz) BÖLÜM 4 Doğa fenomeninin çeşitliliği çok büyüktür ve cennette saklanmış hazineler öyle zengindir ki insan aklı taze besinden hiçbir zaman yoksun kalmaz. Thomas KEPLER 2.Bölümde, GNSS hata kaynakları kavramlarını sunduk. Bu faktörler bir GNSS alıcısı için kesin konumu hesaplanmasını zorlaştıran sebeplerdir. Bu bölümde bu hata kaynaklarına daha derinden bakacağız. GNSS Hata Kaynakları Tablo 13 GNSS Sistem Hataları 53

54 Uydu Saatleri GNSS uydularındaki atomik saatler yüksek doğruluktadır, fakat ufak bir miktar kadar saparlar. Ne yazık ki uydu saatlerindeki küçük yanlışlık; alıcı tarafından hesaplanan konumda ciddi bir hata olarak sonuçlanır. Örneğin, saatteki 10 nano saniyelik hata 3 mt lik konum hatası vermektedir. Uydudaki saat GNSS yer kontrol sistemi tarafından izlenir ve yine yer kontrol sistemi tarafından kullanılan saat ile karşılaştırılır. Aşağıdaki veride uydu kullanıcıya, saati tahmini sapma miktarı ile birlikte sağlar. Her ne kadar iki GNSS sisteminde doğruluk açısından farklılıklar olsa da tipik olarak, kestirimin +/- 2 metre doğruluğu vardır. Doğru bir konum elde etmek için, GNSS alıcısının saat hatası için dengeleme yapması gerekmektedir. Saat hatası için dengeleme yapmanın bir yolu, uzay tabanlı ek sistem(sbas) ya da kesin nokta konumlama (PPP) hizmet sağlayıcıdan kesin saat verilerini almaktır. SBAS ve PPP ile ilgili daha fazla bilgiye Bölüm 5 te değineceğiz. YÖRÜNGE HATALARI GNSS uyduları çok kesin ve iyi bilinen yörüngelerde gezerler. Ancak uydu saati gibi yörüngelerde de ufak bir miktar farklılık görülebilir. Bununla birlikte, uydu saatleri gibi yörüngedeki ufak bir varyasyon konum hesabında ciddi hata vermektedir. GNSS yer kontrol sistemleri düzenli olarak uydu yörüngelerini görüntülerler. Uydu yörüngesi değiştiğinde, yer kontrol merkezi sistemi uydulara düzeltme gönderir ve uydu efemirisi güncellenir. Hatta GNSS yer kontrol sisteminden gelen düzeltmeler ile birlikte bile hala ufak tefek hatalara yörüngede rastlanabilir. Bu da +/-2.5 mt ye kadar konum hatasına sebep olabilir. Uydu yörünge hatasını dengelemek için bir yol kesin efemeris verilerini SBAS sisteminden ya da PPP hizmet sağlayıcısından alınmasıdır. SBAS ve PPP daha sonra Bölüm 5 te anlatılacaktır. Uydu yörünge hatasını dengelemenin bir başka yolu ise, diferansiyel GNSS yi kullanmak ya da RTK alıcı konfigürasyonudur. Diferansiyel GNSS ve RTK hakkında daha geniş bilgi Bölüm 5 te anlatılacaktır. İyonosferik Gecikme İyonosfer, dünya yüzeyinin üzerinde 80km ile 600 km arasında olan atmosfer katmanıdır. Bu katman iyon adın verilen elektrik yüklü partiküllerden oluşur. Bu iyonlar uydu sinyallerini geciktirir ve bu da ciddi bir uydu konum hatasına sebebiyet verir.(genel olarak +/-5 mt, fakat yüksek iyonosferik aktivite periyodu sırasında daha fazla olabilir.) 54

55 İyonosferik gecikme, güneş aktivitesine bağlı olarak, yılın belirli zamanına, mevsime, günün belirli zamanına ve konuma göre çeşitlilik gösterir. Bu durumda iyonosferik gecikmenin hesaplanmış konumu ne kadar etkilediğini söylemek zor olmaktadır. İyonosferik gecikme ayrıca, İyonosfer den geçmekte olan sinyalin radyo frekansına da bağlıdır. Birden fazla GNSS sinyali alabilen örneğin L1 ve L2 GNSS alıcıları, bunu avantajlarını kullanabilirler. L1 için olan ölçülerle, L2 için olan ölçüleri karşılaştırarak, alıcı iyonosferik gecikmenin miktarını belirleyebilir ve hesaplanmış konumundan bu hatayı silebilir. Sadece tek bir GNSS frekansı izleyebilen alıcılar için, iyonosferik modeller, iyonosferik gecikme hesabını küçültmekteydi. İyonosferik gecikmenin çeşitliliğinden dolayı, modeller çoklu frekanslarda iyonosferik gecikmeyi kaldırmak kadar etkili değillerdir. İyonosferik koşullar yöresel alanlarda genelde çok benzerdir, dolayısıyla ana istasyon ve hareketli alıcılar çok yakın gecikme değeri alırlar. Bu da diferansiyel GNSS ve RTK sistemlerinin iyonosferik gecikme için dengeleme yapmasına olanak sağlar. Troposferik Gecikme Şekil 37 İyonosfer ve Troposfer Troposfer, Dünya yüzeyine en yakın olan atmosfer katmanıdır. Troposferik gecikmedeki varyasyonlar, değişen nem, sıcaklık ve troposferdeki atmosferik basınç nedeniyle olur. Yerel alanlarda troposferik koşullar çok benzerdir. Ana istasyon ve gezici alıcılarda çok benzer troposferik gecikme kaydedilir.bu Diferansiyel GNSS ve RTK sistemleri, troposferik gecikmeyi dengelemeye imkan sağlar. GNSS alıcıları, ayrıca troposferik modeli ve troposferik gecikme nedeniyle oluşan hata miktarını da hesaplayabilir. 55

56 Alıcı Gürültüsü Alıcı gürültüsü, GNSS alıcısından kaynaklanan donanım ya da yazılım sebebiyle oluşmuş konum hatalarını ifade eder. Üst düzey GNSS alıcılarında daha düşük maliyetli GNSS alıcılarına göre daha az alıcı gürültüsünün olması beklenir. Çoklu Yol (Multipath) Çoklu yol (Multipath), bir GNSS sinyalinin, bir cisimden yansıması, örneğin binanın duvarı gibi, sonra da GNSS antenine gitmesidir. Burada yansıyan sinyal antene ulaşmak için daha uzun yol alır ve yansıyan sinyal alıcıya belirgin şekilde geç gelir. Bu geciken sinyal, alıcının konumu yanlış hesaplamasına neden olur. Multipath hatalarından kaçınmanın en kolay yolu, GNSS anteninin yansıtıcı yüzeylerden uzak bir yere konmasıyla olur. Bunun mümkün olmadığı durumlarda, GNSS alıcısı ve anten Multipath sinyallerle başa çıkmak zorundadır. Uzun gecikmeli Multipath hataları tipik olarak GNSS alıcısı tarafından ele alınırken, kısa gecikmeli multipath hataları GNSS anteni tarafından alınır. Multipath ile başa çıkabilmek için ilave teknolojiye ihtiyaç olduğundan, yüksek GNSS alıcı ve antenlerinin multipath hatalarını reddetmede daha iyi olması beklenir. Son Sözler Bu bölümde konum hesaplama hatalarına neden olan hata kaynaklarını anlattık. Bölüm 5 te GNSS alıcılarının bu hatalarını azaltmak için ve daha doğru bir konum elde etmek için kullandığı metotlara değineceğiz. 56

57 Şekil 38 Multipath (Çoklu Yol) Mantık sizi A dan B ye götürür. Hayal gücü sizi heryere götürür. Albert Einstein Hata Çözümleri Hataları çözmek, bir GNSS alıcısının performansının temelini oluşturur. Üretici hem tasarım hem yazılımı ile beraber nasıl bir alıcıyı geliştiriyorsa bu doğrudan hata çözümüne etki etmektedir. Alıcı ne kadar hatayı elimine ederse o kadar konumlama doğruluğu derecesi ve güvenilirlik elde eder. Hataları düzeltmek için ideal teknik nedir? Aslında gerçekten de en iyi yol diye bir şey yoktur. Kullanıcı uygulamasındaki konumlama performansı da bu konuda bir etkendir. Yeni bir restoranı bulmak için telefonunuzdaki GNSS alıcısını kullanmak, insansız helikopterin hareketli platform bulması ile aynı şey değildir. GNSS sinyallerindeki farklı hatalar, farklı metotlar ile giderilmektedir. Metotlar her bir uygulamanın ihtiyacına göre, örneğin doğruluk, sistem karmaşıklığı, çözüm varlığı, güvenilirlik ve maliyet gibi belirlenir. 57

58 Bölüm 2 de, GNSS konumlamada temel kavramları belirtmiş ve özellikle tek nokta konumlamada GNSS alıcısının ayrı ya da tek başına, konum ve zamanı belirtmek için çalıştığı durumları incelemiştik. Bu bölümde, GNSS alıcılarının daha ileri teknikler kullanarak, performansının arttığı, konum hesaplamada hataları elemine ettiği ve hafiflettiği metotları inceleyeceğiz. Esasen GNSS konumlama basit bir matematik formül hesabı ile başlar. Hız=uzaklık/zaman Öyleyse; uyduya olan uzaklığa etki eden faktörler ya da sinyalin uydudan antene kadar geldiği zamanın, bilinmesi gerekir. Şanslıyız ki bazı akıllı insanlar, hataları çözmek için bazı teknikler geliştirmişlerdir. Genelde bu teknikler şu şekilde sıralanırlar: A. Aynı konumda yapılan tekrarlanmış gözlemlerin ortalaması(en az etkili metot) B. Hataya sebep olan olayları modellemek ve düzeltilmiş değerleri söylemek C. Diferansiyel Düzeltmeler(DGNSS) Bu bölümde, birkaç tane düzeltme tekniğini incelerken, her bir metodun faydalarına ve zorluklarına değineceğiz. Fakat önce, çoklu uydu sistemi/çoklu frekans ve kod taşıyıcı faz GNSS ölçülerine, onların hata çözümleri ve konumlama performansı üzerindeki etkilerine bakalım. Çoklu Uydu Sistemleri-Çoklu Frekans GNSS alıcısının çoklu uydu sistemlerinden, çoklu frekansları alabilme kabiliyeti istenen hata çözümü için konum hesaplarken zorunludur. Çoklu Frekans Çoklu frekanslı alıcıları kullanmak, konum hesaplamasında iyonosferik hatayı gidermenin en etkili yoludur. İyonosferik hata, frekansa göre çeşitlilik gösterir ve dolayısıyla çeşitli GNSS sinyallerini değişik şekillerde etkiler. Örneğin, iki tane GNSS sinyal gecikmesini L1 ve L2 yi karşılaştırmak için alıcı iyonosferik hataların etkisini düzeltebilir. Yeni ve modernize edilmiş, L5/E5a bandındaki geniş bantlı sinyaller, doğal ses ve çoklu azaltma kapasitesini sağlar. Alıcılar L5/E5a kapasitelerini, çift frekansı kullanarak iyonosferik hata giderme ile birleştirdiğinde, hem ölçümde hem de konum doğruluğunda muazzam gelişmeler gözlemlenebilmektedir. Çoklu Frekanslı alıcılar aynı zamanda müdahaleye karşı daha fazla direnç sağlamaktadır. Eğer 1227 Mhz de 2 frekans bandında bir müdahale olursa, bir çoklu frekans alıcısı halen L1 ve L5 sinyallerini konumlamanın devam etmesi için izler. 58

59 Çoklu Uydu Sistemi Daha önce anlatıldığı üzere, çoklu uydu sistemi alıcısı, bir çok uydu sisteminden sinyal almaktadır. GPS, Glonass, BeiDou ve Galileo. GPS e ek olarak diğer uydu sistemlerinin kullanımı bu alanda izlenecek daha fazla sayıda uydu olmasına sağladı ki bununda yararları aşağıdaki gibidir: Sinyal alım zamanında tasarruf Geliştirilmiş konum ve zaman doğruluğu Binalar ve yeşil alanlar gibi engel probleminin azaltılması Görünür uyduların mekansal dağılımının geliştirilmesi, hassasiyetin artmasını sağlar. Alıcı çeşitli uydu sistemlerinden gelen sinyalleri kullandığında, çözümde fazlalık olur. Eğer çalışma koşullarından ötürü sinyal bloke olursa, çok büyük olasılıkla, alıcı çabucak bir başka uydu sisteminden sinyal alıp çözüme devam eder. Çok nadir de olsa eğer bir GNSS sistemi çökerse, başka sistemler de mevcuttur. GPS de konum belirlemek için, alıcı en az 4 uyduyu görmelidir. Çoklu uydu sistemi modunda, en azından bir uydu başka bir uydu sisteminden olmalıdır ki alıcı uydu sistemleri arasında ki zaman farkını hesaplayabilsin. GNSS Ölçümleri-Kod ve Taşıyıcı Faz Doğruluğu Konumlama tekniği bölüm 2 de kod bazlı tekniğe göre açıklanmıştır. Çünkü; alıcı 4 uydudan gelen sözde rastlantısal (PRN) kodlar ile konumu ve zamanını hesaplamak için beraber çalışır. Bu çalışmalardan sonraki konum doğruluğu birkaç metredir. Haritacılık gibi uygulamalarda daha yüksek doğruluklar gereklidir. Gerçek zamanlı kinematik (RTK) ve Kesin nokta konumlama (PPP) gibi gezici bazlı teknikler, kod bazlı GNSS ye göre daha önemli doğruluk gerektiren konumları sağlayacak şekilde gelişmişlerdir. A. PRN kodunu kullanan taşıyıcı dalganın faz modülasyonu uydu sinyallerini seçmek ve uzaklık ölçümleri için sinyal zamanlama verilerini vermek için kullanılıyordu. B. PRN modülasyonuna dayalı ölçüler kesindir fakat doğruluk metre altı ile sınırlıdır. C. GNSS sinyali için taşıyıcı dalga (daha kesin ölçülen için ), 1 mt den daha az bir periyodda sinüs dalgalıdır. (L1 için 19 cm ) D. Taşıyıcı dalganın faz ölçümleri milimetre doğruluğunda yapılabilir. Ancak ölçümler belirsizdir çünkü uydu ile alıcı arasındaki toplam dönme sayısı bilinmemektedir. Taşıyıcı faz belirsizliklerini çözmek ya da hesaplamada RTK veya PPP ile kesin konumu belirlemek için anahtardır. İki metot da bunu elde etmek için farklı teknikler kullanır fakat ikisi de şunları kullanılır: Pseudorange (sözde bölge) konum kestirimleri veya hesapları İlişkili olduğu konumlama dayalı veri düzeltmesi Konumlama hatalarını azaltma Çoklu uydu sinyal gözlemlerinde belirsiz dönemleri bulmak için en çok ölçülmüş veriyi kullanma 59

60 Bu yüzden, alıcı tarafından uygulanan bu metot alıcı kod veya taşıyıcı bazlı ölçümlerin konumlama üzerindeki etkisini ortaya çıkarır. Şekil 39 Kod ve Taşıyıcı Faz Diferansiyel GNSS Genelde GNSS performansını arttırmak için kullanılan genel teknik Şekil 40 da da gösterildiği üzere diferansiyel GNSS dir. Şekil 40 Diferansiyel GNSS 60

61 Diferansiyel GNSS de 1 sabit GNSS alıcısının konumu, geleneksel haritacılık ölçme tekniklerini kullanarak yüksek derece doğruluk ile hesaplanır. Sonrasında ana istasyonun GNSS ye olan uzaklığı aşağıda gibi hesaplanır: Bölüm 2 de anlatılan kod bazlı konumlama tekniği Kesin bilinen yörünge efemeris ve uydu zamanından hesaplanan uyduların konumu Ana istasyon, ölçülmüş konumu, uydu uzaklığından hesaplanan konum ile karşılaştırılır. Konumlardaki farklılıklar, uydu efemeris ve saat hataları ve de çoğunlukla atmosferik gecikme ile alakalıdır. Ana istasyon hataları diğer alıcılara, kendi konum hesapları ile birleştirilmek üzere gönderir. Diferansiyel konumlama ana istasyon ile gezici arasında bir veri bağına ihtiyaç duyar. Eğer düzeltmenin o an yapılması gerekiyorsa, en az 4 GNSS uydusunun hem ana istasyon hem de gezici tarafından görülmesi gerekir. Gezici alıcının hesaplanmış konumunun tam doğruluğu, ana istasyonun tam doğru konumuna bağlıdır. GNSS uydu yörüngeleri, dünyadan yüksekte olduğundan, uydulardan ana istasyona ve gezici araçlara gelen yayılım yolu benzer atmosferik koşullardan geçer. Diferansiyel GNSS baz istasyonu-gezici istasyon arasındaki mesafe 10 km ye kadar gayet iyi çalışır. Uydu Bazlı Çoğaltma Sistemleri Diferansiyel GNSS sisteminin çok makul olmadığı ya da gezici aracın çok uzak olduğu uygulamalarda, uydu bazlı çoğaltma sistemi (SBAS), konum doğruluğunu yükseltmek için daha uygun olabilir. SBAS sistemleri, doğruluğu arttıran hizmeti sunan ve temel GNSS sinyalleri için doğruluk ve ulaşılabilirlik sağlayan ekvatoral uydu sistemleridir. GNSS uzaklık/açı hataları için, geniş bölgeler boyunca gönderilen düzeltmeler geliştirmiştir SBAS ağı tarafından sinyal hataları çabucak seçilerek ve alıcıya uyarı göndererek hatalı uyduların izlenmemeleri sağlanır ve doğruluk payı böylece arttırılmış olur. Eğer SBAS tarafından uydulardan aralıklı sinyaller gönderirse, sinyal verimliliği artar. SBAS sistemleri referans istasyonlarını, ana istasyonları, üst istasyonları ve ekvatoral istasyonları Şekil 41 de gösterildiği gibi içerir. Şekil 41 SBAS Siteminin Görünümü 61

62 SBAS hizmet alanları boyunca coğrafi olarak dağılmış referans istasyonları, GNSS sinyallerini alır ve ana istasyona gönderir. Referans istasyonlarının konumları doğru olarak bilindiğinden ana istasyon geniş alan düzeltmelerini doğru bir şekilde hesaplayabilir. Düzeltmeler yukarıda SBAS uydusuna, sonra da GNSS alıcısına, SBAS kapsama alanı boyunca yayınlanır. Kullanıcı cihazı düzeltmeleri alır ve uzaklığı hesaplamak için uygulama yapar. İleriki bölümlerde, dünyanın çevresindeki bazı SBAS hizmetlerine ki bunların bir kısmı tamamlanmış bir kısmı ise planlanmaktadır, değinilecektir. Geniş alan güçlendirme artış sistemi(waas) ABD Federal Havacılık Kurumu(FAA) tarafından geliştirilen geniş alan güçlendirme sistemi (WAAS), GPS düzeltmelerini yapar ve uçakların hava alanına gelirken kesin durumlarını belirlemeye olanak sağlar. Bu düzeltmeler aynı zamanda Kuzey Amerika daki kullanıcılara ücretsizdir. Geniş alan istasyonu(wms) GPS verisini, Amerika boyunca konumlanmış geniş alan referans istasyonlarından alır. WMS diferansiyel düzeltmeleri hesaplar ve sonra bunları 2 tane WAAS ekvatoral uyduya Amerika boyunca yayınlaması için gönderir. Aynı düzeltmeler iyonosferik gecikme, uydu zamanlaması ve uydu yörüngeleri için hesaplanır ki bu da kullanıcı uygulaması uygunsa hata düzeltmelerinin ayrı ayrı işlenmesine olanak sağlar. WAAS düzeltilmiş verileri GPS ile aynı frekansta yayınlar ve bu da GPS için kullanılan aynı alıcının ve anten ekipmanların kullanılabilmesine olanak tanır. Düzeltilmiş veriyi elde etmek için, kullanıcı ekipmanının WAAS uydularından birinin görüş alanında olması gerekir. Avrupa Sabit Navigasyon Yer Paylaşım Hizmeti (EGNOS) Avrupa Uzay Ajansı, Avrupa Komisyonu (EC) ve Euro-control (Avrupa hava navigasyon emniyet teşkilatı) ile birlikte EGNOS u geliştirmişlerdir. Bu sistem, GPS sinyallerinden konum doğruluğunu geliştirerek oluşturulmuş kullanıcılara alarm vererek GPS sinyallerinin doğruluğunu sağlayan güçlendirilmiş bir sistemdir. Avrupa birliği üyelerini ve çevresindeki diğer Avrupa ülkelerini kapsayan 3 EGNOS uydusu vardır. EGNOS, diferansiyel düzeltmeyi kamu kullanımına sunar ve uygulamaları ömür boyu garantilidir. EGNOS uyduları aynı zamanda doğu Atlantik okyanusu, Hint okyanusu ve orta Afrika kıtasında da konumlandırılmıştır. MTSAT Uydu Bazlı Güçlendirme Sistemi (MSAS) MSAS, Japonya ya güçlendirme hizmeti sunan bir SBAS tır. İki tane çoklu fonksiyonel iletişim taşıma uyduları ve yer istasyonları ağını Japonya da ki GPS sinyallerini güçlendirmek için sunar. 62

63 GPS Bazlı GEO (Konum) Geliştirme Navigasyon Sistemi (GAGAN) GAGAN Hindistan hava sahasındaki uçuş navigasyonunu destekleyen bir SBAS tır. Bu sistem Hindistan boyunca 5 referans istasyonu, 3 üst istasyon ve 2 kontrol merkezi alanı ekvatoral uyduya dayanır. GAGAN diğer WAAS, EGNOS ve MSAS gibi SBAS sistemine uyumludur. Diferansiyel Düzeltme ve Görüntüleme Sistemi (SDCM) Rusya federasyonu, SDCM yi Rusya ya hem Glonass hem GPS uydu sistemleri için doğru düzeltme ve görüntüleme sağlaması için geliştirmektedir yılında, Rusya federasyonu bütün Rusya için L1 SBAS kapsama alanını, 2018 de de bütün Rusya ülkelerinde L1/L5 kapsama alanını sağlamayı planlamaktadır. SDCM aynı zamanda kesin nokta konumlama (PPP) hizmetlerini de L1/L3 Glonass için 2018 de sağlayacaktır. Diğer SBAS Sistemleri Çin, Çin bölgesi için WAAS tarzı bir SBAS (uydu navigasyon güçlendirme sistemi ) hizmeti planlamaktadır. Yer Bazlı Güçlendirme Sistemi Yer bazlı güçlendirme sistemi (GBAS),kullanıcılara VHF radyo dalgası kullanarak, diferansiyel doğruluk ve görüntüleme sağlamaktadır. Aynı zamanda Yerel Bölge Güçlendirme Sistemi (LAAS) olarak da bilinen GBAS, bilinen noktalara konumlanmış GNSS anteninden merkezi kontrol sisteminden ve VHF radyo verisinden oluşmaktadır. GBAS oldukça küçük bir bölgeyi kapsamaktadır (GNSS standartlarına göre) ve yüksek doğruluk, bütünlük ve ulaşılabilirlik gerektiren uygulamalar için kullanılır. Havaalanları GBAS uygulamalarına bir örnektir. Gerçek Zamanlı Kinematik (RTK) Bölüm 2 de tanımladığımız konumlama tekniği kod bazlı konumlama tekniğidir, çünkü alıcı sözde rastlantısal kodlarını hem ilişkilendirip hem de kullanarak uydulara olan uzaklığı hesaplar. Bu uzaklığın ve uyduların nerede olduklarının bilinmesi ile alıcı konumunu birkaç metre doğrulukla bulabilir. Daha fazla doğruluk isteyen uygulamalar için, RTK taşıyıcı bazlı ölçümü kullanır ve kod bazlı sisteme göre daha doğru bir konuma ulaşır. 63

64 RTK sistemleri karmaşıktır. Esas kavramı ana istasyon ve hareketli ikili için hataları azaltmak ve gidermektir. Şekil 42 de gösterilmiştir. Çok temel kavramsal seviyede, uzaklık uydu ve hareketli istasyon arasında olan döngü sayısını belirleyerek hesaplar, sonra bu sayıyı taşıyıcı dalga uzunluğu ile çarpar. Şekil 42 RTK Düzeni Hesaplanan uzaklıklar halen, uydu saati ve efemeristen gelen, iyonosferik ve troposferik hataları içermektedir. Bu hataları azaltmak ve taşıyıcı bazlı sistemin avantajlarını kullanmak için, RTK ana istasyonundan taşıyıcı istasyona gelen ölçümlere ihtiyaç duyar. Tamamlanmış işlem, tamsayı belirsizliği olarak adlandırılır ve bütünlük sayısına ihtiyaç duyar. Karmaşık bir işlem olmasına karşın yüksek doğrulukla GNSS alıcıları belirsizliği anında çözülmektedir. Belirsizliğin kısa bir özetine göz atmak için GNSS ölçüm-kod ve taşıyıcı faz kesinliği kısmına göz atabilirsiniz. Kitabın arkasındaki referanslara bakınız. Geziciler konumu tamsayı belirsizliği ve diferansiyel düzeltmeyi de içine alan bir algoritmayı kullanarak belirler. DGNSS gibi, gezici aracın konum doğruluğu elde edebilmesi başka faktörlere de bağlıdır. (Ana istasyona olan uzaklığın referans alınarak ve diferansiyel düzeltme doğruluğu gibi) Düzeltmeler, baz istasyonun bilinen konumu ve baz istasyonun uydu gözlemine bağlı olarak değişir. Yer seçimi, çevresel engeller ve çoklu yol gibi etmenleri minimize etmek için önemlidir. Aynı zamanda, baz istasyonunun ve hareketli alıcı ve antenlerin kalitesi de önem arz eder. RTK Ağı RTK ağının temeli çoğu geniş aralıklı değişmez istasyonların kullanımına dayanır. Uygulama ana işlem yer istasyonu ile iletişim halinde olan değişmez istasyonlardan gelen verilere ihtiyaç duyar. RTK kullanıcı istasyonundan istendiğinde merkez istasyona yaklaşık konumu iletir. Merkezi istasyonda hesaplanıp düzenlenmiş veriyi ya da düzeltilmiş konumu RTK kullanıcı istasyonuna gönderir. Bu yaklaşım ile gerekli 64

65 RTK baz istasyonlarının sayısının azalmasını sağlanır. Uygulamaya bağlı olarak, veri gözlü radyoya da kablosuz ortam üzerinden iletilir. Kesin Nokta Konumlama (PPP) PPP, hataları gideren ya da GNSS sistem hatalarını modelleyerek bir alıcıdan yüksek düzey kenar doğruluğunu sağlayan konumlama tekniğidir. PPP çözümü GNSS uydu saatine ve yörünge düzenlenmesine bağlıdır ve küresel referans istasyonlarının ağından meydana gelmiştir. Düzeltmeler hesaplandığında, son kullanıcıya, uydu ya da internet üzerinden ulaştırır. Bu düzeltmeler alıcı tarafından kullanılarak desimetre seviyesinde ya da daha iyi konumlamayı baz istasyonuna gerek olmadan yapar. Tipik bir PPP çözümü yöntemi, desimetre doğruluğuna yaklaşmak adına atmosferik durumlar, çok yönlü çevre ve uydu geometrisi gibi bölgesel yanlışlıkları çözmek için belirli bir zamana ihtiyaç duyar. Yakınsama zamanı düzeltmelerin kalitesine ve alıcıya nasıl uygulandığına bağlı olarak 3 cm doğruluğa kadar ulaşmak mümkündür. Yapıda SBAS sismetine benzer şekilde, PPP sistemi alıcıya konum doğruluğunu arttırmak için düzeltme sunar. Her ne kadar PPP sistemi tipik olarak daha yüksek derecede doğruluk ve düzeltmelere serbest erişim verse de ve PPP sistemleri aynı zamanda bir düzeltilmiş akımın, dünyanın her yerinde kullanmasına izin verirken SBAS sistemleri bölgeseldir. Şekil 43 de tipik bir PPP sistemi gösterilmiştir. Şekil 43 PPP Sisteminin Görünümü PPP için ana hata kaynakları aşağıdaki yollarla azaltılır: Çift frekans sistemi: ilk gelen iyonosferik gecikme, taşıyıcı dalga frekansıyla orantılıdır. Bu sebepten, ilk gelen iyonosferik gecikme çift frekans GNSS ölçümleriyle tamamen elimine edilebilir. Çevresel Hata Düzeltme Verileri: Bu, uydu saatini ve saat düzeltmelerini içermektedir. TerraStar hizmeti ile, düzeltmeler elde edilip son kullanıcı için Inmarsat telekomünikasyon uyduları tarafından yayın yapılır. Modelleme: Troposferik gecikme New Brunswick üniversitesi tarafından geliştirilen UNB modelini kullanarak düzeltir. Bununa birlikte troposferik gecikmenin ıslak kısmı çok değişken ve yeterli doğrulukta modellemeye uygun değildir. Bu şekilde fazla olan troposferik gecikme, konum belirlerken ve diğer 65

66 bilinmeyenler için tahmin edilir. Modelleme aynı zamanda PPP alıcısının katı toprak gelgit etkisini düzeltirken de kullanılır. PPP Filtre Algoritmaları: Genişletilmiş katman filtresi PPP tahmini için kullanılmaktadır. Konum alıcı saat hatası, troposferik gecikme ve taşıyıcı faz belirsizlikleri tahminine EKF durumu denir. EKF, sistemdeki sesi minimize eder ve konumun santimetre seviyesinde doğrulukla tahmin edilmesine olanak sağlar. EKF durumları için tahminler başarılı GNSS ölçümlerine bağlı olarak dengeli yaklaşımlar ve doğru değerlerle oldukça artar. PPP nin tipik yakınsama zamanı dk arasında 10 cm yatay hatadır, fakat bu mevcuttaki yeterli uydu sayısına, uydu geometrisine, düzeltme elemanlarının kalitesine, alıcı çok yönlü çevresine ve atmosferik koşullara bağlıdır. VERIPOS, TerraStar, OmniStar ve StarFire gibi birçok PPP hizmeti sağlayan yerler vardır. PPP hizmet sağlayıcıları düzeltilmiş veriyi toplamak için yer referanslı istasyon ağını, her bir uydudan yayılan farklı sinyalleri alır. Bu verilerden hesaplanan düzeltmeler ekvatoral uydulardan abone kullanıcıların alıcılarına yayın yapılır. PPP hakkında daha fazla bilgi ayrıca 2014 de Velocity magazinde ileri GNSS konumlama çözümü başlığı ile yayınlanmıştır. Bu magazin online olarak mevcuttur. İşlem Sonrası GNSS Verisi Çoğu uygulama için, havacılık ölçümü gibi, düzeltilmiş GNSS konumları gerçek zamanda gerekmektedir. Bu uygulamalar için, GNSS uydu ölçümleri toplanır ve görev sonrası işlem için depolanır. RTK GNSS konumlamanın aksine, işlem sonrası düzenlemede gerçek zamanlı diferansiyel düzeltme mesajlarına ihtiyaç duyulmaz. Bu, donanım düzenini iyi bir biçimde sadeleştirir. İşlem süresi boyunca, ana istasyon verisi, bir ya da daha fazla GNSS alıcısı tarafından kullanılabilir. Çok tabanlı işlem, büyük proje alanlarında yüksek doğruluğu devam ettirmeye yardım eder ki bu da hava uygulamaları için ortak bir oluşumdur. Projenin kalıcı olarak çalışan GNSS ağına olan yakınlığına bağlı olarak, ana istasyon verisi yeni baz istasyonlarının kurulumu için gerekli olan düzeltme ihtiyacını azaltma imkanıyla genelde serbestçe indirilebilir. Dahası, PPP boyunca baz istasyonu olmadan alınmış kesin saat efemeris verisinden faydalanmak mümkündür. İşlem sonrası uygulamalar, iyi bir esneklik sunar. Uygulamalar sabit ya da hareketli baz istasyonlarını içerebilir ve bazı müşteri yada üçüncü taraf yazılım modüllerinin entegrasyonunu içerir. İşlem sonrası uygulamalar, kişisel bilgisayarlarda çalışan çok şekilde tasarlanabilir ve kullanımı kolay ulaşılabilir grafiksel kullanıcı ara yüzüne erişilebilir. Şekil 44 deki örnekte görüldüğü üzere, araç tarafından alınan rota ekranın solunda gösterilmektedir ve görev boyunca kaydedilen tarafta gösterilmiştir. Gerçek zamanda mümkün olandan işlem sonrası genellikle daha doğru, geniş kapsamlı çözüm sunar. 66

67 Şekil 44 GNSS Datasına Ait Veri İşleme Hangi Düzeltme Metodu? Bu bölümün başında tartışıldığı üzere, en iyi bir GNSS düzeltme metodu bulunmamaktadır. En iyi metot, istenen uygulamaya göre değişmektedir. Şekil 45 te bu bölümde tartışılan her bir metot için doğruluk ve metot için pratik kullanım aralığını karşılaştırılmıştır. Şekil 45 GNSS Veri Düzeltme Metotlarının Karşılaştırması Aşağıdaki bölümlerde düzeltme yöntemleri arasında karşılaştırmalar yapılmaktadır. DGNSS ve RTK Diferansiyel GNSS (DGNSS) ile RTK sistemlerinin diferansiyel konfigürasyonu benzerdir. İki metotta baz istasyon alıcısı, bilinen bir konuma konulur, gezici alıcı baz istasyondan düzeltmeleri ve iki alıcı arasındaki iletişim bağlantısını alır. Aradaki fark ise RTK nın DGNSS den belirgin şekilde daha doğru olmasıdır. DGNSS nin avantajı, uzun baz hattında (baz istasyonu ile gezici alıcı arasındaki mesafe) daha kullanışlı olmasıdır ve bir DGNSS sisteminin daha ekonomiktir. Daha yüksek doğruluk gerektiren RTK performanslı ve RTK özellikli alıcının DGNSS deki karşılığına göre daha maliyetli olması beklenir 67

68 SBAS ve PPP SBAS ve PPP sistemleri benzerdir. İki sistem de düzeltmeleri uydulardan alır ancak PPP sistemi belirgin şekilde SBAS sistemine göre daha doğrudur. Doğruluk avantajının bir parçası düzeltilmiş metottur. PPP sistemleri taşıyıcı faz metodunu ve SBAS sistemi kod metodunu kullanır. Doğruluk avantajının bir başka bölümü olan özel düzeltme hizmetleri, tipik olarak daha yüksek kalitede düzeltme, çoklu frekans ve çoklu uydu sistemi PPP sistemleri tarafından kullanılır. SBAS sistemlerinin avantajı, düzeltme hizmetlerinin herkese açık olmasıdır. Özel hizmetler daha kaliteli ve yüksek doğruluk sağlasa ve dünya genelinde olsa da sinyallere erişebilmek için ücretli abonelik gerektirir. Aynı zamanda SBAS kod bazlı metot olduğundan, çözülmesi gereken belirsizlik yoktur ve tüm SBAS doğruluğu neredeyse hemen ulaşılabilir durumdadır. PPP sistemlerinde belirsizliğin çözülebilmesi için zamana ihtiyaç vardır. DGNSS ve SBAS DGNSS ve SBAS ın doğrulukları benzer olmasına rağmen, sistemlerde gereken ekipmanlar farklıdır. SBAS sistemi sadece, SBAS uyumlu alıcı ve GNSS antenine ihtiyaç duyarken, DGNSS sistemi ana istasyon alıcısı ve anteni, gezici alıcı ve anten ve ana istasyon ve gezici araç arasında iletişim verisine ihtiyaç duyar. Aynı zamanda DGNSS sistemi ilave sistem kurulumu ve baz istasyonun bilinen bir konumda olmasına ihtiyaç duyar. RTK ve PPP DGNSS ve SBAS ta olduğu gibi, RTK ve PPP de benzer doğruluk sunarlar. Fakat ekipman ve kurulum ihtiyaçları farklıdır. Bir RTK sistemi yüksek doğruluk ve çabuk sıfırlama sunmakla birlikte kurması çok karmaşık ve daha pahalıdır. RTK sistemi en az iki RTK uyumlu alıcı ( bir baz istasyonu bir yada daha çok gezici araç), bir GNSSS anteni, her bir alıcı için ve alıcılar arasında iletişim verisine ihtiyaç duyar. Aynı zamanda, yüksek doğruluk elde etmek için baz istasyonunun konumu bilinen kesin bir konumda olmalıdır. Bir PPP sisteminin ise sade bir düzeni vardır. Tek bir PPP ye uygun alıcı, GNSS yi görebilecek bir anten ve L bandı frekansı, düzeltme hizmeti veren sağlayıcıya abonelik. Bir başka farklılık ise, baz hattı uzunluğudur. Ana istasyon ile gezici araç (baz hattı uzunluğu) arasındaki mesafe, RTK sisteminde direkt sistem doğruluğunu etkiler. Kısa baz hattı uzunluklarında, birkaç km de RTK çok doğrudur. Ancak baz hattı uzunluğu arttıkça, doğruluk ve çözümleme kabiliyeti azalmaktadır. 68

69 Uzun baz hattı uzunluklarında, RTK artık kullanılamaz. Ancak PPP de bir baz istasyonu kullanır ve baz hattı uzunluğundan etkilenmez. Dünyanın her yerinde tam doğruluk verir. Son Sözler Bu bölümde, yüksek derecede karmaşık GNSS kavramlarına değinildi. Eğer daha fazlasını öğrenmek istiyorsanız, kitap sonunda referans kısmına bakabilirsiniz. Bilim bilginin bir parçasından ziyade, düşünmenin bir yoludur Carl SAGAN BÖLÜM 6 GNSS+INS Bölüm 5 de GNSS doğruluğunu arttırmak için GNSS hata kaynaklarının etkilerini azaltan tekniklerden bahsettik. Bu bölümde GNSS koşulları kötü olduğunda GNSS alıcılarının başka sensörler ile çalışarak konum ve navigasyon sağladığı sistemleri anlatacağız. GNSS-INS Sistemleri Bahsedildiği üzere GNSS uydularından yörüngesel sinyaller alınarak konum, zaman ve hız saptaması yapılabilir. GNSS navigasyonu, antenin en az 4 uyduyu gördüğü durumlarda mükemmel bir doğruluk sağlamaktadır. Uydulara olan görüş hattı, ağaçlar ya da bina gibi yapılar nedeniyle engellendiğinde navigasyon güvenilmez ya da imkansız hale gelir. Bir eylemsizlik güdüm sistemi olan INS, IMU dan (eylemsizlik ölçüm birimi) aldığı rotasyon ve ivme verilerini zaman boyunca ilgili konumu hesaplamak için kullanır. Bir IMU, 6 adet sensörün 3 ortogonal eksen üzerinde sıralanmasıyla yapılır. Her 3 eksenden biri, bir ivme ölçer ve bir jiroskop ile eşleşir. İvme ölçerler lineer ivmeyi, jiroskop da rasyonel ivmeyi ölçer. Bu sensörlerle beraber bir IMU, kendi kesin hareketini de 3 boyutta ölçer. INS, bu ölçümleri konum ve hızı hesaplamak için kullanır. IMU ölçümlerinin ek bir avantajı da 3 eksen hakkında açısal bir çözüm sağlamasıdır. INS bu açısal çözümü bölgesel bir konuma çevirir ve bu da konum ve hızın saptanmasında ek bir çözüm sağlar. 69

70 Şekil 46 Örnek IMU Ekseni INS nin konum belirleme özelliği havacılık ve hidrografi gibi alanlardaki ölçümler için öenmli bir katkıdır. Örneğin havacılık ölçümlerinde sadece resim çektiği anda kameranın nerede olduğu değil, aynı zamanda kameranın yer ile olan açısı da önemlidir. Bir IMU, INS sistemine bu ivme ve rotasyonları spesifik bir frekansta iletir. Tipik olarak INS sistemleri Hz aralığında çalışırlar. Tabi ki bütün bu sistemler, IMU ve dahası ve hatta INS de dahil olmak üzere hepsinin geri çekilmeleri vardır. İlk olarak INS, ön başlangıç noktasından sadece ilgili bir çözüm sağlar. Bu ön başlangıç noktası INS de sağlanmaktadır. Sonrasında ve daha kritik olarak IMU tarafından sağlanan yüksek frekanslı ölçümler bazı hata kaynaklarını da içerir. IMU nun kalitesine bağlı olarak bu hatalar, kaydedilen asıl ölçümlere kıyasla oldukça büyük olabilirler. Şekil 47 Eksenin Dünya'ya Göre Durumu Bu da şunu gösterir ki, düzeltilmemiş INS sistemi, gerçek konumundan dış bir referans olmadan sürüklenir. INS ye dış bir referans sağlamak, IMU ölçümlerindeki hataları matematiksel bir filtre kullanarak hesaplamasına ve etkisini hafifletmesine olanak sağlar. 70

71 Şekil 48 GNSS ve INS Sistemi GNSS tarafından sağlanan bu dış referans oldukça etkili olabilir. GNSS, ön başlangıç noktası olarak kullanılabilecek mutlak koordinat sistemini sağlar. Aynı zamanda, GNSS INS alternatiflerini güncellemek için sonrasında kullanılacak olan devamlı konumları ve hızları sağlar. GNSS sinyal engelleriyle karşı karşıya kaldığında, INS sistemi uzun bir zaman boyunca ölçüm yapmaya devam edebilir. INS hatalarını belirlemek için GNSS konum ve hızlarını kullanmaya gevşek bağlı (losely pupled) sistem adı verilmiştir. Öyle ki GNSS+INS kombine sitemi bundan daha komplike (detaylı) olabilmektedir. Sıkı bağlı veya Derin bağlı gibi çeşitlilik gösteren terimler bu ikisi arasında daha açık bir sembolik ilişki belirtir. Bu sistemlerde, GNSS ölçümleri doğrudan INS ye yardımcı olmakta ve INS, GNSS de kayıp sinyalleri daha çabuk elde etmede veya kötü sinyalleri reddetmede kullanılabilmektedir. Şekil 48 de sıkı bağlı sistemler hakkında sadeleştirilmiş bir diyagram gösterilmektedir. Böylece, GNSS ve INS kombine olduklarında, iki teknik birbirlerini daha güçlü bir navigasyon çözümü konusunda şekil 49 da gösterildiği gibi güçlendirmektedir. GNSS koşulları iyi olduğu zaman (çeşitli uydulara olan görüş), GNSS alıcısı navigasyon sisteminde doğru konum ve zamanı sağlar. GNSS koşulları zayıfladığında (kötüleştiğinde), INS konum ve navigasyonu, GNSS koşulları iyileşene kadar sağlar. 71

72 Şekil 49 GNSS ve INS Kombinasyonu Yol Ölçerler(Odometreler) GNSS sadece başlangıç navigasyonuna yardımcı giriş için faydalı değildir. Değişik çevreler için, değişik sensörler çözüme yardımcı olmak için eklenebilir. Zemin (yer) için ortak dış sensörler yol ölçerin bir uzantısıdır (ekidir). Burada başka bir bağımsız ölçümdeki yer değişimi ve hız, GNSS+INS navigayon çözümüne katkı sağlar. Bu da çoğunlukla GNSS sinyallerinin ulaşılamadığı örneğin tünel boyunca seyahat gibi durumlarda kullanılır. Görüş Destekli Navigasyon Bir başka potansiyel yardımcı kaynak da fotogrametri ya da görüş destekli navigasyon kullanımıdır. Görüş destekli navigasyon, imge navigasyon sistemine konum verilerini sağlamak için kullanılır. Kameradan gelen görüntüler, navigasyon sistemi tarafından işlenerek çevredeki objeleri tanımlamaya ve izlemeye olanak sağlar. Bu şekilde kullanılabilmesinin iki yolu vardır. Bilinen ölçülmüş kamera hedefleri belirli bir çevrede kesin konumu belirleyebilir ya da sistem tarafından tanımlanan objeleri kontrol noktaları olarak kullanılabilir. 72

73 Başarılı görüntülerdeki ilgili değişiklikler, 3D uzaydaki ilgili konum değişikliğini meydana getirmek için kullanılabilir. Bu da demektir ki, görüş destekli sistem, GNSS+INS sistemiyle kombine olarak, GNSS güncellemeleri ulaşılabilir olmadığı zamanlarda INS ye konum ve durum güncellemeleri sağlar. Görüş destekli navigasyon sistemine örnek bir uygulama, depolardan ambarlara yük taşıyan insansız araçlardır. İnsansız araç dışarıda olduğunda GNSS+INS araç için navigasyonu sağlar. Ambarın içinde, görüş destekli sistemi binadaki (içindeki) bilinen özellikler INS de konum güncellemesi sağlamak için kullanılır. Sensör Füzyonu Bu konudaki popülaritesi artan bir terimdir sensör füzyonu. Gittikçe artan şekilde sadece GNSS e, hatta GNSS+INS değil, tüm durumlarda en sağlam ve kesin çözümleri yaratmak için olan bütün ulaşılabilir bilgilerin karışımıdır. Bütün veri giriş teknolojileri, GNSS, INS, kameralar odometreler, digital yükseklik modelleri, menzil sensörleri vb. dikkate alınmaktadır. Son Sözler Eğer bu bölümdeki konu hakkında daha fazla bilgiye sahip olmak istiyorsanız kitabın sonunda referans listesini yayınladık. Bütün zamanımı yüksek kavramlı şeyler için piskoposluk yaparak geçirmiyorum. Zamanımı mühendislik ve üretim problemlerini çözerek geçiriyorum. Elon Musk 73

74 BÖLÜM 7 GNSS Reddi Alıcının konumu, navigasyonu ya da zamanı, GNSS sinyallerinin bozulma, sızdırma, sinyal blokajı ya da uydu sistemi hataları nedeniyle alamadığı durumlara GNSS reddi denmektedir. İlerleyen bölümlerde, GNSS reddinin nedenlerini ve bunları azaltmak için kullanılan metotlardan bahsedeceğiz. Bozulma/Interference GNSS sinyallerinin uydulardan alıcılara geldiği zaman boyunca sinyaller çok düşük güç seviyesindedir. Bu, düşük güç seviyesi sinyallerin, GNSS frekans aralığındaki diğer iletilen sinyaller sebebiyle bozulmaya yatkın olmasına neden olur. Eğer müdahale eden sinyal yeteri kadar güçlüyse, alıcı için düşük GNSS sinyalini seçmeyi imkansız hale getirir. Örnek olarak odada stereo çalıcı ile iletişim kurmaya çalıştığınızı düşünün. Eğer stereo çalıcının sesi çok yüksek ise müzikten dolayı konuşmayı duymak imkansızlaşır. Eğer sinyal bozulmuş radyo ekipmanı gibi kasıtsız bir kaynaktan geliyorsa, buna bozulma denmektedir. Eğer sinyal kasten GNSS frekans aralığında iletiyor ise, buna jamming (radyo yayınını bozmak için başka istasyondan yayılan gürültü) denir. GNSS alıcılarının bozulmaması ve Jamming e karşı korunması için çeşitli metotlar kullanmaktadır. Anti-Jam Antenleri Anti-jam anten sistemleri, kontrollü alım model antenlerini (CRPA) ve gelişmiş elektronik ekipmanları içermektedir. Çoklu anten elemanları, özel bir yönden alınmış sinyalleri kontrol etmek için kullanılır. Antijam sistemi bir yönde bir bozulma algıladığında, o yöndeki sinyal alım gücünü azaltır. Bu, alınan bozulma miktarını azaltır. Dolayısıyla GNSS sinyallerinin diğer yönlerden de alınmasına olanak sağlanmış olur. Şekil 50 de GNSS bozucu yörüngesindeki iki araç gözükmektedir. Sağdaki araçta standart bir anten bulunmaktadır ve GNSS sinyalleri jammer tarafından etkisiz hale getirilmiştir. Soldaki araçta jamming sinyallerini bloklayan anti-jam anteni bulunmaktadır ki böylece GNSS sinyalleri alınabilmektedir. 74

75 Şekil 50 Anti-Jam Antenin Jammer Koruması Sağlaması Eğer müdahale edilen sinyalin dar bir bant genişliği varsa, GNSS alıcıları çoklu frekans izleme ve çoklu uydu sistemleri ile bozulmuş olan sinyale karşı koruma sağlayabilmektedir. Örneğin, bozulma 1550 ile 1600Mhz aralığındaysa, GPS-L1, bloklanacaktır. Buna rağmen alıcı yine de konumu ve navigasyonu belirleyebilir. Alıcı GPS L2 ve L5 i, GLONASS L2 yi ve Galileo E5 i izleyebilir. Mevcut GNSS sinyallerinin tanımları Bölüm 3 te verilmiştir. Çoklu Navigasyon Sistemleri Kısa dönemdeki bozulmalarda, eylemsiz ölçüm üniteleri (IMU) odometreler ve altimetre gibi ek navigasyon sensörleri, kısa süreli GNSS kesintilerinde alıcıya yardımcı olurlar. GNSS alıcılarını ve IMU ları kullanan GNSS eylemsiz navigasyon sistemleri (INS) adı verilen sistemler Bölüm 6 da anlatılmıştır. Sızdırma (Spoofıng) GNSS sinyali tarafından reddedildiği bozulmanın aksine, sızdırma alıcının yanlış konum ve zamanı raporlamasına sebebiyet verir. Bu da jeneratörden gelen veya gerçek yayın yapan GNSS sinyalinin yanlış olmasıyla olur. Ayrıca, bozulmanın aksine sızdırma, her zaman kasti bir saldırıdır. 75

76 GNSS sinyalini sabote etmek için saldırgan, GNSS sinyali ile aynı yapı ve frekansta sinyal yayını yapar. Sızan sinyal iletilen güç seviyesini kontrol eder. Dolayısıyla alıcı, gerçek GNSS sinyali yerine sızan sinyale kilitlenir. Sızan sinyalde, mesaj farklıdır. Dolayısıyla alıcı yanlış konum ve yanlış zamanı hesaplayacaktır. Sızan sinyale karşı korumak için etkili yol, birkaç GNSS uydu sistemi tarafından yayınlanan şifrelenmiş sinyali izlemektir. GPS L1 ve L2 deki Y kodlu sinyal gibi şifrelenmiş sinyallere erişim sınırlıdır ve tüm kullanıcılara açık değildir. Ancak yine de açık sinyal alıcıları ile kullanılabilen hata azaltma metotları mevcuttur. Sızan GNSS sinyalleri karmaşıktır ve gelişmiş ekipmanlara ihtiyaç duyar. Aynı zamanda genellikle hedefin hızı hakkında veriye ihtiyaç duyar. Sızan sinyal eğer saldırgan aynı anda birden fazla GNSS frekansı ve uydu sisteminden yayın yapıyorsa daha da karmaşıklaşır. Yani, birçok frekansı ya da uydu sistemini takip edebilen bir alıcı sızdırma çabasını meydana çıkarabilir ve önleyebilir. Aynı zamanda, GNSS+INS diğer navigasyon sensörleri IMU dan gelen sinyaller gibi sinyalleri bulur ve bu sorunun üstesinden gelmek için kullanılırlar. IMU dan gelen sinyaller sızdırılamaz. Sinyal Blokajı Bir GNSS alıcısı izlediği uydu için açık bir görüş hattına ihtiyaç duymaktadır. Eğer uyduya olan görüş alanı, binalar, ağaçlar, köprüler gibi objelerce engellendiyse, alıcı uydudan gelen sinyalleri alamaz. Büyük şehirlerdeki, geniş şehir merkezleri gibi engelleri bulunan yerlerde yapılaşma sonucu alıcı konum ve zamanı hesaplayamaz. Sinyal blokajı konusunda alıcı için çözüm birden fazla uydu sisteminin izlenmesidir. Birden fazla uydu sistemini izleyerek, daha fazla uydu müsait olacak ve konum-zaman hesaplayabilmek için yeterli sayıda uydu bulma şansı artacaktır. IMU gibi çoklu navigasyon sensörlerinin kullanımı, sadece sinyal blokajına bağlı servis dışı kalma durumuna yardım etmekle kalmaz, aynı zamanda servis dışı kalma sonrası GNSS sinyallerinin ediniminde yardımcı etkendir. Uydu Sistemi Hatası Her ne kadar bütün uydu sisteminin çökmesi çok mümkün olmasa da, birden fazla uydu sistemini izleyen alıcılar bu muhtemel olmayan senaryoya karşı koruma sağlarlar. Son Sözler GNSS e bağlı konum, navigasyon ve zaman sağlayan bir çok teknoloji ve uygulamalarla birlikte GNSS yadsıma başlığı büyük önem taşımaktadır. Eğer bu konu hakkında daha çok bilgi edinmek istiyorsanız kitabın arkasındaki referans listesine bakınız. İnsanoğlu beş duyusuyla evreni keşfeder ve bu maceraya bilim adını verir. Edwin Powell Hubble 76

77 BÖLÜM 8 GNSS Uygulamaları Ve Ekipmanları Her jenerasyon yeni bir devrime ihtiyaç duyar. Thomas Jefferson (Etkin düşünür ve ABD üçüncü başkanı) GNSS uygulamasının devrim yaşadığını ve halen gelişmeye devam ettiğini, iş hayatında, devlet yönetiminde ve sosyal hayatımızda etkili olduğunu söylemek abartı olmaz. Bu bölüm şu an yürürlükte olan bazı inanılmaz GNSS uygulamaları ve ekipmanları ile ilgili önemli noktalara değinecektir. Uygulamalar Kısa bir kitapta tüm uygulamalara değinmek mümkün olmadığından, aşağıda bazı ticari uygulamalar örnek olarak gösterilmiştir: Müşteri/tüketici Ulaşım Makine kontrol Doğru/tam tanım Yapı Madencilik Yer ölçümü (Surveying) Hava fotogrametrisi Yersel haritalama GIS Liman otomasyonu Zamanlama İnsansız araçlar Savunma Müşteri/Tüketici GNSS teknolojisi tüketici pazarında sürekli artan ürün yelpazesiyle benimsenmiştir. GNSS alıcıları şimdi rutin bir şekilde akıllı telefonlara dahil edilmiş olup en iyi mağazaların ve restoranların yerini haritada gösteren uygulamaları desteklemektedir. 77

78 Şekil 51 Taşınabilir Navigasyon Cihazı Taşınabilir navigasyon cihazları sürücülere yol veya yol dışında yönlerini göstermektedir.(şekil 51 de gösterilmiştir.) Kargo takibi, dünya çapındaki kullanıcıların kargo durumlarını takip edebildiği bir uygulamadır. Şimdilerde, çoğu GNSS müşteri ürünleri GPS tabanlıdır. Fakat bu da daha sonra GNSS uydu sistemi tamamlandıkça değişecektir. Ulaşım Yanlış trene bineceğimi biliyordum o yüzden erken çıktım. Yogi Berra Demir yolu taşımacılığında GNSS kullanımı vagon ve lokomotiflerin yanı sıra bakımda olan araçların bir merkez tarafından izlenmesine imkan verir. Bu bilgilere ulaşılabilir olmak, kazaların önüne geçilmesini, gecikmelerin yaşanmamasını, iş maliyetlerinin azaltılmasını sağlayabilmektedir. GNSS, havacılık navigasyonunda, uçağın kalkışından aprona inişine kadar kullanılmaktadır. GNSS, yer bazlı navigasyon aletleri ile iyi servis yapılamayan ücra yerlerde havacılık navigasyonunu kolaylaştırır. Çarpışma önleyici ve hava yolu pistine yaklaşım sistemlerinin de önemli bir parçasıdır. Bölüm 5 de Geniş Alan Güçlendirme Sistemi ile ilgili GPS düzeltmeleri yapıldığı, ABD Havacılık Endüstrisi nin, uçağın hava alanındaki kesin konumunu belirleyecek onaylı veriler sağladığını belirtmiştik. Denizcilik ulaşımında, GNSS gemilerin açık denizdeyken ve yoğun limanlarda manevra yaparken kesin konumunu belirlemek için kullanılır. GNSS, denizaltı sökümlerinde, şamandıra konumlandırmada, tehlike konumu belirlemede, deniz altı tarama ve haritalamalarda da kullanılmaktadır. Karayolu taşımacılığında, araç konumu ve araç içi konum navigasyon sistemleri artık dünya genelinde kullanılmaktadır. Çoğu araç, konum ve durumu harita üzerinde gösteren navigasyon sistemleriyle donanmıştır. GNSS, taşıma hareketlerini izleyen, tahmin eden ve yol ağlarını görüntüleyen, böylece verimliliği artıran ve sürücü güvenliğini de sağlayan sistemler için de kullanılır. 78

79 Liman Otomasyonu GNSS in kullanılmasıyla, nakliye işlerinin, konteynerlerin hareketlerinin ve yerlerinin izlenebilmesi, çalışma verimliliğini artırılabilir. Şekil 52 Limanda Bulunan Ayaklı Vinç Şekil 52 de gösterildiği gibi ayaklı köprü vinçler, konteynerleri kaldırmak için kullanılmaktadır. Bu vinçler büyük olup, bazen kalabalık rıhtımda konteynerleri doğru yönlendirmek zordur. Çoğu vinç; GNSS tabanlı yönlendirme cihazıyla, konumunun hesaplanabilmesi ve istenen yolda devam etmesini sağlamak için donatılmıştır. Doğruluk ve verimlilik arttıkça sahadaki operatör ve işçilerin de iş güvenliği artmaktadır. Limandaki konteynerlerin hızlı hareketinin önemli bir faydası da gıda bozulmasının azaltılması ve ticari malların zamanında teslim edilmesidir. Çin de Sürücü Testi Çin deki otomotiv pazarında patlama yaşanmaktadır de Çin yollarında seyahat eden 5 milyon araba vardı yılı sonunda bu sayı 120 milyona ulaştı. Arabalardaki bu büyük artış, aynı zamanda yeni sürücü sayısındaki artışa tekabül etmektedir. Bütün bu yeni sürücülerin testini yönetebilmek için Çin hükümeti otomatikleştirilmiş bir testi, sürücü ehliyet sınavının bir parçası olarak başlatmıştır. Bu testte yeni sürücülerin birkaç standart sürücü görevini (park etme, dönme, durdurma) gibi denetim ekibi gözetimi altında yapmaları gerekiyor. Bu test için ehliyet kursları, sürücüyü görebilen bir GNSS sistemini araçlara yerleştirmiştir. Bu GNSS sistemi, çift anten kullanır. Dolayısıyla GNSS sistemi sadece arabanın konumu ve hızını göstermekle kalmaz, aynı zamanda arabanın gittiği yönü de algılar. GNSS nin sürücü testinde nasıl kullanıldığına dair bir makale, 2013 Velocity dergisinde görülebilir. ( 79

80 Park Otomasyonu Kanada nın Calgary şehrinde, sokak ve caddelerde yapılan parklanmaların ücretlerinin ödenmesi otomatik hale getirilmiştir. Müşteriler cadde kenarında bulunan ofislerde ya da GNSS alıcısı ve kameralar ile cep telefonlarından görüntüleyebildiği araçlarının park ücretlerini ödeyebilmektedir. Park için ödeme yapılırken, arabanın plakası uygulamaya girilir, arabanın konumu ve park süresi uygulama tarafından kullanıcıya gösterilir. Bu bilgi, veri tabanına gönderilir. Araç kameraları ile sokak boyunca park etmiş araçların plakaları görüntülenirken, konumları da GNSS alıcıları tarafından hesaplanır. Araç plakası ile birlikte GNSS alıcısı tarafından sağlanan zaman ve konum, ödenmiş park ile karşılaştırılır. Eğer araç veri tabanında yoksa fotoğraf Calgary parklanma yetkili çalışanına gönderilir ve yetkilice olası sebepler araştırılır. Örneğin aracın park etmemiş olması, sadece birilerinin inmesi amacıyla durmuş olma ihtimali veya plakanın yanlış okunmuş olabileceği ya da park yasağının olup olmadığı durumları incelenir. Calgary şehir merkezindeki dar kentsel koridorlar nedeniyle, GNSS tarafından bildirilen konumlardan, her gün % 6-7 oranında aracın (yaklaşık 1400 araç) yanlış parklandığı görülmekteydi. Ayrıca araçlar 600 metreye kadar yanlış parklanmış olabilirdi. Bu yanlış yerleşim Calgary parklanma çalışanları için her gün ekstra çalışma demekti. Çünkü parklanma yasağı olup olmadığını belirlemeden önce manuel olarak araç konumlarını düzeltmek zorundalardı. Sadece GNSS sistemini, GNSS+INS sistemi ile değiştirmek, görüntüleme aracı GNSS veri zorluklarının üstesinden gelebilecek ve Calgary şehir merkezinden daha güvenilir konumlar sağlayabilecektir. GNSS+INS sistemi yanlış yerdeki araçların sayısını % 1 e kadar (300 den az) indirdi ve Calgary parklanma yetkililerine GNSS+INS sistemine yapılan ödemenin de 2 yıldan az bir süre içerisinde çalışma saatlerinin azalmış olmasıyla geri kazanılması mümkün olmuştur. Calgary parklanma yönetimine yardımcı olan GNSS+INS sisteminin anlatıldığı makale (Calgary Parkplus Programı, Şehir Boyunca Konumsal Doğruluk), 2014 Velocity dergisinde yayınlandı. Makina Kontrolü GNSS teknolojisi, buldozer, ekskavatör, paver gibi iş makinalarına ve tarım araçlarına entegre olmuş, bir yandan çalışma verimliliğini artırırken, öte yandan da operatörlere durum bilgisini sağlamaktadır. GNSS teknolojisi, bu ekipmanın gerçek zamanlı üretkenliğini artırmak için ve operatörüne durumsal farkındalık bilgisi sağlamak için buldozerler, ekskavatörler, greyderler, poverler ve tarım makinelerine entegre olmuştur. GNSS teknolojisinin makinelerde kabul edilişi daha önceki zamanlarda faydalarından bahsedilen hidrolik sisteminin kabul edilişi ile benzerlik göstermektedir. GNSS temelli makine kontrolün faydalarından bazıları aşağıda özetlenmiştir: 80

81 Etkinlik: Operatöre istenilen aşamaya daha hızlı gelmesi konusunda yardımcı olurken, bu hızlanma, operasyonel ve parasal açıdan kazanım sağlar. Doğruluk: GNSS tabanlı çözümler ile elde edilen kesin doğruluk sayesinde çalışmaların saha ölçümleri gibi nedenlerden dolayı durmasını minimize eder. İş yönetimi: Yöneticiler ve müteahhitler iş hakkında doğru bilgilere erişebilir ve bu bilgileri uzaktan görebilirler. Veri yönetimi: Kullanıcılar durum bilgilerinin çıktısını alabilir, önemli verileri kaydedebilir ve dosyaları ana ofise transfer edebilir. Kaçak koruma: GNSS kullanıcılara ekipmanın kaybolması veya yerinin değişmesi durumunda otomatik olarak alarm bildirimi ve sonrasında da yetkili kişilere ekipmanları izleme olanağı sunar. Sabanın kalem ise, mısır tarlasından binlerce mil uzakta olduğunda bile çiftçilik oldukça kolaydır Dwight D. Eisenhower (Otuz dördüncü ABD Başkanı) Doğru Tarım Doğru tarımda, GNSS tabanlı uygulamalar, çiftlik planlamasında, arazinin haritalanmasında, toprak örneklemede, traktör yolu göstermede ve ürün değerlendirmesinde etkilidir. Daha etkili uygulamalar olan gübreler, tarım ilaçları ve ot kıranlar maliyeti azaltır ve çevresel etmenleri azaltır. GNSS uygulamaları, tarım işlerini otomatik olarak yönlendirirken, yükseklik eğrileri boyunca tarım uygulamalarını takip eder ve erozyon gibi öngörülemeyen doğa olaylarının da önüne geçer. Çiftlik makineleri, gece, gündüz yüksek bir doğrulukla ve daha yüksek hızlarda çalıştırılabilir. Bu yüksek doğruluk, zamandan ve yakıttan tasarruf sağlar ve çalışmanın etkisini en üst düzeye çıkarır. Operatör güvenliği de, yorgunluğun azalmasına bağlı olarak artmaktadır. Şekil 53 GNSS Doğruluğu İle Ekilmiş Mısır Tarlası Sütunları 81

82 İnşaat GNSS verileri bıçağın keskin kenarını (örneğin buldozer ya da greyder üzerindeki) ya da eskavatörü konumlandırarak ve bu konumu 3D dijital tasarımla karşılaştırarak kazı-dolgu miktarlarını hesaplamak için kullanılır. Gerekli Sistemler operatöre, bir ekran ya da ışık çubuğu aracılığıyla görünen kazı dolgu bilgilerini sağlar ve operatör manuel olarak makinenin bıçağını ya da kepçeyi zemin düzeyine indirmek için hareket ettirir. Buldozer/greyderler için olan otomatik sistemler, kazı dolgu verilerini kullanıp makinenin hidrolik kontrolünü sağlayarak makinenin bıçağını zemine doğru hareket ettirir. 3D makine kontrolünün kullanımı şaşırtıcı şekilde işyerindeki gerekli ölçme sayısını, zamanı ve maliyeti de azaltır. Verimlilik çalışmaları göstermiştir ki, 3D makine kontrol kullanımı işin daha hızlı tamamlanmasını, daha doğrulukla ve bunu geleneksel inşaat yöntemlerine göre belirgin şekilde az işle yapmaktadır. Yerüstü Madenciliği GNSS verileri verimli bir şekilde mineral cisimlerin çıkarılması ve atık maddelerin hareketinde kullanılmaktadır. Kepçe ve kamyonlara monte edilmiş olan GNSS ekipmanları bilgisayar kontrollü haberci sisteme bilgi sağlayarak kamyona ve kepçeye en uygun yolu gösterir. Konum bilgisi aynı zamanda, çıkarılan her malzemeyi izlemek ve madendeki doğru yere (kırıcı, atık, boşaltma, süzgeç) gittiğinden emin olmak için kullanılır. Konum bilgisi delme matkabı tarafından kaya maddenin kırılmasını arttırmak ve delme seviyesini sağlamak için,her bir deliğin derinliği kontrol edilerek yapılır. Çoklu uydu sistemi GNSS, madencilik yüzeyinde madenin duvarlarının neden olduğu engellere bağlı olarak kısmen daha avantajlıdır. Ne kadar çok uydu o kadar çok sinyal mevcudiyeti demektir. Şekil 54 Otomatik Olarak Yönlendirilen Delme Makinası 82

83 Otomatik Patlatma Delik Sondajı Otomatik sondajlar, yüzey madenciliğinde güvenliği ve verimliliği arttırmak amacıyla kullanılırlar. Tek bir operatör, güvenli bir kontrol odasında 5 taneye kadar sondajı yönetebilir ve görüntüleyebilir. Otomatik patlama deliği matkabı hem yatayda hem düşeyde çok kesin olmak zorundadır. Deliklerin konumları (yatay doğruluk ) kayanın parçalanması için kritik önem taşır. Önceden maddeyi işleyen çok geniş ya da küçük olan kaya parçaları aşınmayı arttırabilir. Delik derinliği (dikey doğruluk), düz bir yüzey yaratmak açısından önemlidir. Otomatik matkaplarda (sondajlarda) üç tane GNSS teknolojisi, RTK, yön ve çoklu uydu sistemleri kullanılmaktadır. RTK, patlama deliğinin yerini belirlemek için gerekli olan kesin konumu sağlamaktadır. Yön, deliklerin dikey olarak sıralandığından emin olmak için sondajları ayarlar. Çoklu uydu sistemi alıcıları tipik maden yüzeylerinde yüksek duvarlı ortak olan çevrelerde sinyal blokajlarını dengeler. Bu makale (çukur, delgi ve fayda), GNSS nin otomatik sondajda nasıl kullanıldığının anlatıldığı 2013 yılında yayınlanan velocity dergisinde şu adreste mevcuttur: ( Ölçme (Survey) GNSS tabanlı ölçme, önceki diğer ölçüm teknikleriyle karşılaştırıldığında, gerekli ekipman ve iş gücünü azaltarak dünya yüzeyindeki noktaların konumlarını hesaplar. GNSS yi kullanılmasıyla, tek bir haritacı normalde 3 kişilik bir ekibin bir haftada tamamladığı işi, bir günde yapabilir. Ölçülmüş uzaklıklarla yeni bir ölçme konumu belirlemek ve bilinen bir ölçüm noktasından yeni bir noktaya taşımak koşuluyla açısal farklılıkları ölçmek için teodolitleri kullanmanın ve metal ölçme zincirlerinin (uzun ağır şerit ölçü) kırılmayı minimize ettiği ve uzaklıkları doğru ölçtüğü düşünüldü. Eğer yeni ve mevcut ölçüm noktaları geniş bir uzaklık ile ayrılmışsa işlem çoklu teodolit kullanımlarını ve sonrasında da çoklu açısal ve uzaklık ölçümlerini içerecekti. GNSS kullanımı ile haritacılar DGNSS veya RTK baz istasyonlarını koordinatı bilinen noktaları kullanarak oluşturabilir ve DGNSS veya RTK gezicileri ile yeni noktaları okuyup geziciye kaydedebilirler. Böylesi bir kolaylık GNSS teknolojisinin ölçme endüstrisinde kolaylıkla kabul edilmesini sağlamaktadır. 83

84 Sismik Ölçme/Ölçüm Sensörleri Şekil 55 GNSS Tabanlı Ölçme Aleti Sismik ölçümde, ses dalgaları bir kaynaktan (patlayıcılar ya da tampon kamyonlar) zemin boyunca sensörler dizisine gönderilir (jeofon). Jeofonların tam konumunu ve yönünü bilmek başarılı bir ölçüm için kritik öneme sahiptir. Geleneksel jeofonları kullanmak, jeofonların yeri için iki aşamalı işlem gerektiriyordu. İlki, bir takım alanı ve işaretli yerleri her bir jeofon için ölçer, sonrasında ikinci bir takım işaretli yerlerde jeofonları konumlandırır ve pusula gibi bir yön belirleme cihazı kullanarak jeofonları yönlendirirler. GNSS erişimli jeofonları kullanmak, ilk olarak alanı ölçme ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır. GNSS erişimli jeofonların GNSS alıcısı ve jeofona entegre olan çift anteni vardır. Alıcı ve çift(ikiz)antenler jeofona sadece tam konumunu hesaplamayı değil aynı zamanda yönünü de belirleme imkanı verir. Jeofon un yerini sadeleştirmek için nasıl kullanıldığını anlatan (daha iyi bir jeofon inşaa etmek) isimli makale 2013 yılında velocity dergisinde mevcuttur: Hava Fotogrametrisi Hava fotogrametrisi, yerin görüntülerinin (fotoğraflar örneğin) daha yüksek bir konumdan (örn, uçak ) kaydedilmesidir. Bu çeşit sistemler artık görüntülerin uçaktan ya da uydudan çekilmesiyle beraber genel olarak uzaktan algılama adını almıştır. 84

85 Geçmişte, görüntülerin oryantasyonu, perspektif kameranın yüksekliği ve konumu için manuel olarak düzeltmeler yapılır ve yine manuel olarak birleştirilirdi. Manuel olarak yapılan bu işlem bitişik resimlerdeki bilinen noktaların doğru sıralanmasına bağlı olmaktaydı. Kamerayı GNSS ve INS ile bütünleştirerek süreci otomatikleştirmek, gerçek zamanda ya da görev sonrası uçağın GNSS den hesaplanan doğru konumunu görüntüye iletmek mümkün olmaktadır. Şekil 56 Niagara Şelalelerinin Havadan Görünümü Hava fotogrametrisi, Google earth gibi online harita sistemlerinde kullanılmaktadır. Çoğumuz evlerimizi hatta arabalarımızı bu uygulamalar ile bulmuşuzdur. GNSS teknolojisi aynı zamanda uzak hedeflere olan alanı ölçen optik uzaktan algılama teknolojisi Lidar ile ( ışık algılama ve sıralama) entegre olmuştur. Lidar frekanslarının bir metrenin milyonda birinden daha az olduğu bir noktada, bir cismi ya da öğeyi dalga boyunda görüntülemek mümkündür. Yangın Haritalarının Yapılması Yangınlarla mücadele etmek için, itfaiyecilerin yangınların ve sıcak noktaların yerlerini bilmeleri gerekmektedir. Kızılötesi görüntüleme sensörü ve GNSS+INS sitem ekipmanlı bir uçağı kullanarak, yangınların yeri ve sıcak noktalar topografik ve 3 boyutlu arazi haritalarında gösterilir. GNSS nin hava haritacılığında nasıl kullanıldığı ile ilgili olan bir makale (müşteri, hava haritacılığı çözümleri) online mevcuttur : Yüzey Haritalama Bilgisayar ekranındaki görüntülerin sunumunun geometrik olarak düzeltilmesini destekleyen, 360 panaromik fotoğraflar çeken ürünler geliştirilmiştir. Bu görüntüler devamlı ve kesin olarak konumlandırılmıştır. GNSS ve IMU verileri panoramik fotoğraflar çekilmeden önce kaydedilmiştir. Konum ve eğim verileri kameralarda programlanmıştır ve bu da fotoğraftaki objelerin konumlarının ya da diğer objeler arasındaki ölçülerin ekranda hesaplanmasına izin verir. 85

86 Altyapı Görselleştirme GNSS+INS sistemi ile kombine edilmiş bir Lidar ı kullanarak, kullanıcı altyapının önemli görsel bilgilerini (örneğin petrol ve gaz boru hattı gibi ) yakalayabilir. Bu görsel bilgiler altyapı ve çevresi ile ilgili durum, yer ve konumlama verilerini sağlamaktadır. Aynı zamanda sürdürülebilirliğin planlanmasına ve değişikliklerin yapılmasına da katkı sağlamaktadır. GNSS ve Lidar ın altyapı görselleştirmede nasıl kullanıldığı ile ilgili bir makale (görmek inanmaktır) 2014 Velocity dergisinde mevcuttur : Coğrafi Bilgi Sistemleri Coğrafi bilgi sitemi, konuma bağlı olarak verileri depolar, analiz eder yönetir ve sunar. Veriler şunları içerebilir: Örneğin çevresel ya da kaynak verileri, GIS haritasal verileri aynı zamanda sigorta şirketleri, belediye planlamaları, kamu hizmet kurumları ve diğerleri için kullanılır. Veriler ile birleştirilmiş konumlar GNSS alıcısından alınabilir. Şekil 57 GIS Veri Çıkışı GIS uygulamaları verilerden ayrıntılı kontur haritaları oluşturabilir ve bu haritaları Şekil 57 de gösterildiği gibi dijital form da sunabilir. Buhar makinası değil, saat modern endüstriyel çağın kilit makinasıdır. Zaman Uygulamaları Lewis Mumford, Amerikalı teknoloji ve bilim tarihçisi Daha önceki bölümlerde belirttiğimiz gibi, zaman doğruluğu/hassasiyeti GNSS konum belirleme için kritik önem taşımaktadır. İşte bu yüzden GNSS uyduları nano saniye doğruluklu atomik saatler ile donatılmıştır. Konum belirleme sürecinin bir parçası olarak GNSS alıcılarını, yerel saati çok doğru olan uydu zamanı ile senkronize etmek gerekir. 86

87 Bu zaman bilgisinin, tek başına başta iletişim sistemlerinin senkronizasyonu, elektrik yüklü teller ve finansal ağlar da dahil olmak üzere birçok uygulaması mevcuttur. GNSS den edinilmiş zaman, geniş alanlarda cihazlarca kesin zamanlamanın gerekli olduğu uygulamalarda iyi çalışmaktadır. Deniz Uygulamaları Önsözde, eski kaşiflerin denizde konumlarını belirlerken karşılaştıkları zorluklara değinmiştik. GNSS nin gelişiyle birlikte bu problemler büyük ölçüde sona ermiştir. Deniz navigasyonunun mükemmel bir şekilde gelişmesine ek olarak, GNSS ayrıca petrol hattı konumlandırma, su altı kablo ve boru gibi uygulamalarına kurtarma ve geri dönüşümde, liman ile su yollarının taranmasında tatbik edilmiştir. Gnss Ekipmanlı Radyolu Deniz Altı Şamandırası Bir diğer ilginç GNSS uygulaması da deniz altı sonar sistemlerindeki GNSS ekipmanlı radyolu deniz altı şamandırasının kullanımıdır. Radyolu deniz şamandıraları uçaktan geniş bir alana düşürülerek bağımsız şekilde deniz üzerine bırakılırlar. Deniz şamandıraları, deniz boyunca ses dalgalarını ileterek yaklaşan gemi ve tehlikeleri meydana çıkarır ve tekne ile cisimlerden gelen yansımalara göre, eko için gerekli zamanı tespit eder. Veriler önce şamandıranın salına gelir, sonra GNSS konumlama verisiyle radyo sinyali boyunca ölçme gemisine iletilir. Ölçme gemisi çok sayıda radyo denizaltı şamandırasından gelen verileri toplar ve analiz eder; sonra geminin konumunu ve çevredeki objelerin konumunu gösterir. Şekil 58 GNSS ile Deniz Çalışmaları 87

88 Deniz Tabanı Haritalama Limanlardaki ve navigasyon kanal yollarındaki deniz tabanının derinliğini bilmek deniz navigasyon güvenliği için kritik öneme sahiptir. Liman ve kanalların haritaları batimetrik sonar sistemi kullanılarak oluşturulmuştur. Deniz aracına yerleştirilmiş batimetrik sonar sistemleri, suyun derinliğini hesaplamak için ses dalgalarını deniz tabanından yansıtır. Bu derinlik ölçümlerini kullanarak, deniz tabanı haritası oluşturulur. Deniz tabanı haritalarının doğru olabilmesi için, su yüzeyindeki aracın konumunun tam olarak bilinebilmesi gerekir. Sonar sistemle organize olmuş bir GNSS+INS sistemi her bir sonar ölçümü için aracın kesin konumunu sağlar. GNSS+INS sistemi ayrıca dalgaları dengelemek için aracın dikey konumunu da sağlar. GNSS nin batimetrik sonar ile nasıl çalıştığını anlatan bir makale (derinlik sondajı) 2014 yılı velocity dergisinde mevcuttur : İnsansız Araçlar İnsansız araçlar gerek radyo kontrolüyle olsun gerek otomatik GNSS bazlı uygulamalarla olsun, boş ama insan kontrolünde olan araçlardır. Birçok çeşit insansız araç vardır. İnsansız saha aracı (UGV), insansız hava aracı (UAV), insansız yüzey aracı (USV) ve insansız su altı aracı (UUV). Önceleri insansız araçlar öncelikli olarak savunma endüstrisinde kullanıldı. Her ne kadar, insansız araç piyasası büyüse ve çeşitlense de insansız araçların ticari kullanımı da aynı şekilde büyümüş ve çeşitlenmiştir. Sivil kullanıma açık olan bazı insansız araçlar şunlardır: Arama-kurtarma, bitki izleme, yabani hayatı koruma, hava fotografisi, çevresel araştırma, batimetri, mayın tespiti ve imhası, tehlikeli madde denetleme ve afet yönetimi. Sivil insansız araç piyasası marketi genişledikçe sivillerin insansız araç kullanımı da artmaktadır. 88

89 Şekil 59 İnsansız Hava Aracı Kasırga Araştırma Kasırganın nereye düşeceği ve ne kadar güçlü olacağı, fırtınaya hazırlanmak açısından önem arz etmektedir. Meteorolojistler, kasırganın potansiyel yolunu önceden tahmin etmede iyi olsalar da, fırtına geldiği zaman ne kadar güçlü olacağını tahmin etmek çok daha zordur. Kasırganın şiddetinin hızlı şekilde artmasına ya da azalmasına nelerin sebep olduğu hakkında daha fazla bilgiye sahip olmak için NASA, fırtına daha denizden halen uzaktayken iki alanlı/açılı UAV leri kullanır. Araç üstü UAV ler, fırtınadaki çevresel durumları görüntüleyen meteorolojik araçlardır. UAV ler aynı zamanda meteorolojik araç tarafından alınan her bir ölçüm için UAV konum ve iniş konumunu kaydeden GNSS+INS sistemine sahiptir. Kullanılabilir olması için UAV konum ve iniş konumu gereklidir. Kasırga güçlendirme ile ilgili NASA nın çalışmasına (avlanmaya katılma) 2014 yılı velocity dergisinde mevcuttur : Orıon (Uzay Aracı) Paraşüt Denemesi Orion uzay aracının insanlı uzay görevlerinde kullanılmasından önce, NASA nın Orion un güvenli bir şekilde dünyaya ineceğinden emin olması gerekiyordu. Astronotları dünyaya güvenli bir şekilde getirebilmek için, Orion un inanılmaz seviyedeki hızını 32,000 km/h 36 km /h a kadar yavaşlattılar. Bu kapsül paraşüt derleme sisteminin (CPAS) işidir. CPAS ı test etmek için NASA iki adet insansız test aracı yaptı. Bu test araçları ft rakımdan C-17 hava aracından bırakıldı. Test araçlarına yerleştirilen GNSS+INS sistemi, paraşüt sisteminin etkinliğini test etmek için aracın dikey hızını ölçtü. 89

90 Orion CPAS testi hakkında bir makale (test edin) 2014 Velocity dergisinde mevcuttur: ( ) İnsansız Helikopterin Gemiye İnmesi İnsansız helikopterin bağımsız olarak inişi zaten navigasyon sistemi için rüzgar nedeniyle helikopterin hareketleri ile mücadele ediyorken zorludur. Bu mücadele denizdeki bir gemiye inmek istendiğinde iyice artar. Sadece helikopterin konumu hareketlerine bağlı olarak değişmez, rüzgarın da etkisiyle gemi bağımsız olarak hem denize hem rüzgara bağlı olarak hareket eder. Helikopter gemiye ineceği zaman, helikopter iniş takımı ile uçuş güvertesi arasındaki ilgili uzaklık, helikopter ve geminin kesin konumundan daha önemlidir. Hem gemiye hem de helikoptere yerleştirilmiş GNSS+INS sistemleri bu ilgili uzaklığı hesaplamada kullanılırlar. Gemideki GNSS+INS sistemi konumunu hesaplayıp, bunu helikopterdeki GNSS+INS sistemine gönderir. Helikopterdeki GNSS+INS sistemi gemiden gönderilen konumu kendi konumu ile beraber, gemi ve helikopter arasındaki ilgili uzaklık ve yönü hesaplamak için kullanır. Bu ilgili uzaklık ve yönü kullanarak helikopter bağımsız bir şekilde yaklaşarak geminin uçuş güvertesine iniş yapabilir. İnsansız küçük kuş helikopterin hareket eden gemiye inişi hakkındaki makale (küçük kuştan uçuşa); 2013 Velocity dergisinde mevcuttur. Savunma Savunma sektörü,gnss teknolojisini geniş alanlarda kullanmaktadır: Navigasyon: GNSS alıcılarını kullanarak, askerler ve pilotlar bilinmeyen arazilere gidebilmekte ve gece operasyonlarını yönetebilmektedir. Çoğu asker şimdi el GNSS alıcıları taşımaktadır. Arama ve kurtarma: Eğer bir uçak kaza yaparsa ve uçakta GNSS alıcısı ile ekipmanlandırılmış bir kurtarma işareti varsa, yerini saptamak mümkün olmaktadır. Askeri Keşif ve Harita Yapma: Ordu, henüz keşfedilmemiş ya da düşman arazilerinin haritalarını yapmak için GNSS yi kullanır. Ayrıca GNSS yi kullanarak keşif noktalarını işaretleyebilir. İnsansız Araçlar: İnsansız araçlar, askeri uygulamalarda, örneğin keşif,lojistik,hedef ve tuzak,maden tespiti, arama kurtarma,araştırma-geliştirme ve güvenli olmayan ve ya kirlenmiş alanlardaki görevlerde geniş olarak kullanılmaktadır. Cephane Kılavuzu: Hassas cephaneler, GNSS yi hedefteki cephanelik alanlarını bulmak için kullanır. 90

91 GNSS Ekipmanı İlk jenerasyon ticari GNSS alıcılarının maliyeti $ dan fazlaydı. Şimdiyse, GNSS alıcıları akıllı telefonlarda bulunuyor. Ekipman satıcıları şimdi mevcut bulunan birçok GNSS uygulamasını destekleyen geniş bir ekipman alanı geliştirmişlerdir. Şekil 60 da gösterildiği gibi, GNSS ekipmanı değişen seviyelerde tümleştirme performansta; alıcılar antenler ve destekleyici yazılımdan oluşmaktadır. Uygulamaya bağlı olarak, anten ve alıcı ayrı halde bulunabildiği gibi portatif GNSS alıcısı gibi tek bir kutuda da olabilir. GNSS ekipmanı ilerde, ölçme, hidrografik araçlar ya da nakil teknesi gibi uygulama ekipmanlarıyla entegre olabilir. GNSS ekipmanlarının belirlenmesi ve özellikleri uygulamaya bağlıdır. Göstermek için kullanıcıların GNSS elemanlarını aşağıdaki hangi özel durumda kullanacağını göz önünde bulundurması gereklidir. Şekil 60 GNSS Ekipman Örneği DOĞRULUK: Ölçme gibi uygulamalar, santimetre seviyesinde doğruluk gerektirebilir. Yol için konumlama gibi diğer uygulamalar onlarca metrelik doğruluğa ihtiyaç duyabilir. Bazı uygulamalar, kesin doğruluk gerektirebilir ki bu, ilgili asıl referans noktasına ya da yerine bağlı konum tanımlı doğruluktur. Diğerleri, bir önceki konuma bağlı doğruluğa ihtiyaç duyabilir. Eğer diferansiyel GNSS uygulaması boyunca yüksek kesin doğruluk elde edilebiliyorsa, aynı GNSS alıcısında diferansiyel hizmet istenebilir. Örneğin SBAS alıcısı ya da baz istasyonuna ya da Rover a bağlı radyo bağlantısı gibi. 91