INVESTIGATING MULTIPATH EFFECTS ON REAL TIME KINEMATIC GPS AND A CASE STUDY

GERÇEK ZAMANLI KİNEMATİK GPS TE SİNYAL YANSIMASI ETKİLERİNİN İNCELENMESİ VE BİR UYGULAMA Ç. MEKİK 1, Ö. CAN 2 1 Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Jeodezi ve Fotogrametri Müh. Bölümü, Jeodezi Anabilim Dalı, Zonguldak, cmekik@hotmail.com 2 Yüksek Lisans Öğrencisi, Teğmen, Harita Genel Komutanlığı, Cebeci, Ankara, ozer.can@hotmail.com Özet GPS tekniği, başlangıçta askeri amaçla geliştirilen, bir uydu bazlı navigasyon sistemi olup günümüzde jeodezik amaçlı sivil uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Teknolojinin hızla gelişmesi GPS yöntemlerinin faklı uygulamalarından biri olan GZK GPS (Gerçek Zamanlı Kinematik GPS) in doğmasına neden olmuştur. GZK GPS sayesinde saniyelerle ölçülebilen zaman aralıklarında nokta koordinatları cm duyarlılığında arazide üretilmektedir. GPS ölçümlerine etki eden birçok hata kaynağı mevcut olup büyük bir kısmı çeşitli yöntemlerle modellenmektedir ya da elimine edilmektedir. Uydulardan yayınlanan sinyallerin antene bir ya da daha fazla sayıda yol izleyerek ve doğrudan gelen sinyal gibi uydu alıcısına ulaşması olan sinyal yansımasının (multipath) elimine edilmesi oldukça zordur.. Bu çalışmada sinyal yansıma hatasının GZK ölçümlerine etkisi çeşitli yansıma geometrileri oluşturularak incelenmiştir. Uygulamada sac levhalar kullanılarak zeminden yansıma (F), dikey bir panelden yansıma (BA) ve zeminden dikey panelden bileşik yansıma (BB) adları verilen üç tür yansıma geometrisi oluşturulmuştur. Bununla birlikte kontrol amacıyla yansımasız ölçüler de elde edilmiştir. Ölçüler GNSS studio programı kullanılarak değerlendirilmiştir. Bulunan bu değerler yardımıyla GPS sinyal yansımasının nokta konumlarına etkisi bulunmuş ve yorumlanmıştır. Anahtar Kelimeler: GPS, Gerçek Zamanlı Kinematik GPS, sinyal yansıması, yansıma geometrileri INVESTIGATING MULTIPATH EFFECTS ON REAL TIME KINEMATIC GPS AND A CASE STUDY Abstract GPS, initially developed for military purposes, is a satellite based navigation system and today commonly used in civilian applications for geodetic purposes. The fast advancing technology has given rise to Real Time Kinematic (RTK) GPS, one of various application fields of GPS. It is now possible to produce coordinates in seconds with cm accuracy in field thanks to RTK GPS. Nevertheless, there are many error sources affecting GPS observations, majority of which are either eliminated or modeled using different methods. It is, however, rather difficult to eliminate multipath, constituting a source of error that occurs when a signal enters a receiver after being reflected by a surface as if it were a direct signal coming from a satellite. This study investigates the effect of multipath error on RTK GPS positions by forming various multipath geometries, namely forward multipath (F), background multipath (BA) and combination of background and forward multipath (BB). These multipath geometries are obtained using sheet metals combined to form a reflecting surface. Nonetheless, a series of observations are also made in an environment without any reflecting surfaces around in order to constitute the control positions. Multipath effects on GPS point positions are then computed and the results interpreted. Keywords: GPS, Real Time Kinematic GPS, multipath, multipath geometries 196

1. Giriş Gerçek zamanlı kinematik GPS te sinyal yansıması etkilerinin incelenmesi ve bir uygulama GPS sistemi Haritacılık sektörünün hemen hemen tüm alanlarında, jeodezik ağların oluşturulmasında ve bunların kullanılmasında büyük önem taşımaktadır. Teknolojinin hızla gelişmesi GPS yöntemlerinin faklı uygulamalarından biri olan Gerçek Zamanlı Kinematik GPS in (GZK GPS) doğmasına öncülük etmiştir. GZK GPS sayesinde saniyelerle ölçülebilen zaman aralıklarında nokta koordinatları cm duyarlılığında arazide üretilmektedir GZK GPS gözlemlerinde kullanılan elektromanyetik sinyalin doğrudan alıcıya ulaşması istenirken, çeşitli etkenlerden ötürü, bina çatıları, metal yapılar su yüzeyleri gibi yansıtıcılığı yüksek olan yüzeylerden yansıyarak alıcıya ulaşmasıyla oluşan hataya sinyal yansıma hatası (multipath) denilmektedir. Bu çalışmada GZK GPS uygulamalarında oluşabilecek sinyal yansıma hatası incelenecektir. Sinyal yansıma hatasının nokta konumlarına etkisini belirleyebilmek amacıyla yapılan bir uygulamadan elde edilen sonuçlar verilecek ve bunların analizleri sunulacaktır. 2. Sinyal Yansıma Hatası (Multipath) GPS ile konum belirlemede en önemli hata kaynaklarından biri olan Sinyal Yansıma Hatası (Multipath), uydulardan yayınlanan sinyallerin antene bir ya da daha fazla sayıda yol izleyerek ve esas sinyale karışarak ulaşması olarak tanımlanabilir (Şekil 1). Şekil 1: Sinyal Yansıma Hatasının Oluşumuna İlişkin Tematik Bir Gösterim Her GPS alıcısı belirli bir frekansta kendine özgü PRN (pseudo Random Noise) adı verilen bir iç kod sinyali oluşturur. Böylelikle, uydudan gelen sinyallerle belirli bir korelasyon sağlanmış olur. Bunun için sinyal taraması yapılarak Doppler ortadan kaldırılır, kod değişimi ile maksimum korelasyon sağlanıp, AFC düğümü ile frekans kilidi oluşturulur ve ardından da COSTAS düğümü ile faz kilidi sağlanır. Bu sayede alıcı sinyal aldığı uyduya kilitlenmiş olur [Radovanovic,1999]. Alıcıda ilgili uyduya ait kanalın kilitli kalabilmesi yukarıda sözü edilen işlemlerle birlikte, meydana gelmesi muhtemel bazı hatalar da izlenir ve düzeltilir. Faz düzeltmeleri ile uydu alıcı arasındaki maksimum korelasyon sağlanır. Alıcı içinde üretilen sinyalle taşıyıcı dalga kod uzunluğu ve delta kod uzunluğu belirlenir. Yansıma hataları normal uydu sinyallerinin çeşitli yüzeylerden yansıyarak farklı sinyal yollarından alıcıya 197

gelmesi sonucu oluşmaktadır. Alıcıya farklı yollardan ulaşan bu sinyaller (Multipath sinyalleri) teorik simetrik alıcı uydu korelasyonunu bozmaktadır. Korelasyondaki bu tip olağandışı değişimler kod ve faz ölçümlerinde belirli miktarda hatalara neden olmaktadır. Yansıma hataları hem sabit de gezici alıcılarda etkili olmaktadır. Gezici alıcılarda hem yansıyan sinyallerin şiddeti hem de sinyal yolu değişmektedir, böylece multipath hatalarındaki korelasyon zamanı, sabit alıcılara oranla gezici alıcılarda önemli oranda artmaktadır. Her iki ölçüm yönteminde de belirsiz karakterde olan doğrudan uydu sinyali ile yansıyan sinyalin birbirinden ayrılması ve hatanın modellenmesi pratik olarak ölçüm sırasında mümkün olmamaktadır. Yansıma hatasının sinyal koduna ve fazına yaptığı etki nedeni ile GZK sisteminde de belirli miktarda hataya sebep olması kaçınılmazdır. Bu hatanın oluşumu GZK sistem yapısı içerisinde inceleyebiliriz. Şekil 2: GZK Gezici alıcı sistem yapısı Şekil 2 de görüldüğü üzere gezici alıcı, uydu sinyali ile sabit alıcının düzeltme sinyallerini ve kendi sistem yapısı içerisinde bir dizi işleme tabi tutuktan sonra konumunu cm duyarlılıkla hesaplayabilmektedir. Yansıma hatası gezici ve fazına doğrudan etki yaptığından kesirli faz başlangıç bilinmeyeni çözümü de hatalı olmaktadır. Bunun nedeni, çoğu alıcıda geçici bilinmeyenin kod ölçülerinden elde edilen uzunluğun enterpolasyon ile çözülmesidir. Bu nedenle hatalı uzunluk ile elde edilen başlangıç bilinmeyeni de hatalı olmaktadır. Ayrıca, sinyal fazının hatadan etkilenmesi nedeni ile faz sıçramalarının (cycle slips) tespiti ve düzeltilmesi de hatalı olmaktadır. Bütün bunların sonucunda da sabit gezici alıcılar arasındaki mesafe yanlış hesaplanmakta ve gezici alıcının koordinatları hatalı olmaktadır. 2.1 GPS Sinyal Yansıma Geometrileri Sinyal yansıması uydu yansıtıcı alıcı konumlarının durumuna göre üç farklı geometri tipinde meydana gelmektedir; bunlar Yerden Yansıma (F), Yandan Yansıma (BA) ve Bileşik (BB) Yansıma Tipleridir (Hannah 2001). 2.1.1 Yerden Yansıma (F) Tipi Yerden Yansıma (F) tipi için ileriden (forward) yansıma terimi de kullanılabilmektedir (Şekil 3) ve yansıtıcının, anten seviyesinin altında kalması durumunda oluşmaktadır. Genel olarak düşük yükseklik 198

açılı uydular için bu durum söz konusu iken ölçüm sırasında yükseklik açısının 10 derecenin üstünde seçilmesi ile etki bir miktar azaltılmaktadır. İleri saçılma da denilen Yerden Yansıma geometrisi (F Tipi), zeminden sekerek ileriye doğru yansıyan sinyalleri temsil eder (Hannah, 2001). GPS anteni d kadar uzağa, yansıma yüzeyinden h kadar yukarıya ve görüş hattı (LOS) sinyal yayılımından Ө kadar açı ile antene konuşlandırılmıştır. 2.1.2 Yandan Yansıma (BA) Tipi GPS sinyallerinin dikey ya da dikeye yakın yansıtıcı ya da yansıtıcılar nedeniyle farklı yollardan alıcıya ulaşması durumudur (Şekil 4). GPS antenlerini bu tip yansımalardan korumak için iç içe halkalı (choke ring) anten uygulaması geliştirilmiştir. Bu yöntemle anteni sabit bir açıya kadar yansıyan sinyallerden korumak mümkündür. Bu açının üzerindeki sinyaller için bu yöntem de kesin bir çözüm sağlamamaktadır. Kent içi ölçümlerde bu geometri en büyük hata kaynaklarından birisini oluşturmaktadır. 2.1.3 Bileşik Yansıma (BB) Tipi Bileşik Yansıma (BB) tipi, yandan (BA) ve yerden (F) yansıma geometrilerinin birleşimi olarak düşünülebilir (Şekil 5). Bu yansıma türünde Dikey yer alıcı (DYA) ve yer dikey alıcı(yda) şeklinde iki alt geometri söz konusudur. DYA durumunda yansıma F tipine yaklaşırken sinyal şiddeti için durum biraz daha farklıdır. YDA tipi için ise hem sinyalin güç faktörü hem de artık sinyalin alıcıya ulaşması olasılığı azalmaktadır, anten seviyesinin yansıtıcıların oluşturduğu geometrinin içinde kalması durumunda etki olağanüstü artmaktadır. Bileşik saçılma geometrisi (BB modu), anten seviyesinin altından gelen ve geriye doğru yansıyan sinyalleri temsil eder (Hannah, 2001) (Şekil 5). Şekil 3: Yerden Yansıma (F) tipi Şekil 4: Yandan Yansıma (BA) Tipi Şekil 5: Bileşik Yansıma (BB) Tipi 3. Uygulama GPS ölçüleri ile çalışılan çoğu uygulamada yüksek nokta konum doğruluğu gerekmektedir. Bu nedenle uygulamada, öncelikle GZK ölçümlerinde sinyal yansıma hatasının olup olmadığının kesin kanıtına çalışılmıştır. Uygulamada hatanın nokta konumlarına olan etkisini belirlemek için bir kontrollü deney ortamı oluşturulmuş ve elde edilen ölçüler sonucunda ne kadar yatay ve düşey konum hatasının oluştuğu, 199

bunların GZK ölçülerinde karşılaşılan rasgele hatalardan ayırt edilip edilemediği ve modellenebilir bir yapıya sahip olup olmadığı araştırılmıştır. Deney için Zonguldak bölgesinde yer alan ve tüm yönlerde 300m açık, çevresinde yansıtıcı yüzey ve yükselti bulunmayan bir alan aranmış fakat Zonguldak Merkez ilçesi içinde ve yakınında böyle bir test alanı bulunamamıştır. Uzun arayışlar sonucunda Zonguldak a 40 km mesafede yer alan Çaycuma İlçesinin Saltukova beldesinde şartlara uygun bir alan bulunmuş ve deney burada gerçekleştirilmiştir. Uygulama bölgesinde ilk olarak sabit alıcının kurulması için gerekli olan ve koordinatları hassas olarak bilinen sabit noktalardan yararlanılmıştır. Bunun için ITRF 96 koordinatları bilinen, Zonguldak Kozlu (TUTGA) ve Zonguldak Çatalağzı nirengi noktaları değerlendirmeye alınarak bunlarla birlikte bir ağ oluşturacak test alanının yakınındaki bir yere referans noktası tesis edilmiştir. Bu noktalardaki GPS ölçüleri 5 saat süreyle statik ölçü yöntemi ile yapılmıştır. Referans noktasının tesisi 70 cm uzunluğunda ortası 5mm çapında delikli inşaat demiri olarak yapılmıştır. Referans (sabit) noktanın konumunun tespiti sırasında mümkün olduğunca deney alanına yakın, deney ortamındaki yansımadan etkilenmeyecek ve gökyüzünü açık olarak görebilecek bir nokta olmasına dikkat edilmiştir. Şekil 6: Referans (sabit) noktasının konumu Yansımasız ortamda referans ölçümü yapılmış ve bu ölçüler kontrol ölçüsü olarak kabul edilmiştir. Elde edilen kontrol (referans) ölçüler ile sinyal yansıma geometrileri oluşturularak yapılan ölçüler karşılaştırılmıştır. Uygulama da izlenen parametreler şunlardır: Yansıtıcı yüzeyin antene olan uzaklığı (d), GZK modda yansıma hatasının yatay konuma olan etkisi (m G ), Gözlem anında uydulara ait yükseklik açıları (θy), Gözlem anında uydulara ait Azimut açıları (θa). Ölçümlerin uyduların günlük dört dakika ötelenmeleri dikkate alınarak m G, θ a, θ y parametreleri sabit tutulmaları sağlanmış ve sadece d parametresi değiştirilmiştir. Böylece, kontrol ölçüsü ile yansımalı ölçülerden yararlanılarak hatanın büyüklüğü, farklı yansıma geometrilerinden elde edilen ölçülerden de hatanın bir önceki günle korelasyonlu olup olmadığı incelenmiştir. 3.1 Yansımasız Ortam Ölçüleri Şekil 7 de görüldüğü gibi daha önceden kestirilen sabit ve koordinatları bilinen noktaya Thales (Ashtech) Z Max GZK GPS alıcısı referans (sabit) istasyon olarak kurulmuştur. Bu işlemden sonra sabit 200

istasyondan 215 metre uzaklıkta bulunan test noktasına gezici alıcı kurulmuş ve yansımasız ortamda 11:35 17:51 saatleri arasında sürekli olarak GZK ve Statik gözlemler kaydedilmiştir, her iki moddaki gözlemlerin kaydedilmesi sırasında sabit alıcı bu nokta üzerinden hiç kaldırılmamıştır. Gezici alıcıda da aynı anda hem statik ölçü yapılmış hem de GZK verisi toplanmıştır. GZK ölçümlerinin kayıt aralığı 1 sn seçilmiş olup yükseklik açısı 15º ve üzerinde olan uydulara gözlem yapılmıştır. Ölçüm süresince izlenen uydu sayısı belirli aralıklarla 5 ile 10 arasında değişmiş olup PDOP değerleri 1,1 ile 4,4 arasında ve HDOP değerleri ise 1,8 ile 4,8 aralığında değişim göstermiştir. Bu işlemlerden sonra birinci gün hiçbir yansıtıcı yüzeyin olmadığı uygulama sahasında kontrol ölçümü gerçekleştirilmiştir. Bütün bu ölçümler sonucunda statik ölçü ile belirlenen gezici alıcının koordinatları gezici noktanın kesin konumu olarak kabul edilmiştir. Yansımasız ortam (kontrol) ölçüleri ile elde edilen veriler ise içinde yansıma hatası barındırmayan fakat, donanımsal, yazılımsal ve çevresel faktörler nedeniyle rasgele hatalar barındıran GZK ölçü grubu olarak kabul edilmiştir (zaten aynı hatalar test ölçümü sırasında da oluşacağından yansıma etkileri olarak karşımıza çıkmayacaktır). Statik değer ve kontrol (referans) ölçü grubu daha sonraki günlerde yapılan yansımalı ölçümler ile karşılaştırılarak yansıma hatasının GZK yöntemi üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Tablo 1: Test noktasının statik modda belirlenen uzaysal dik koordinatları X (m) Y (m) Z (m) 3207998,717 5504038,038 308001,4785 3.2 Yerden Yansıma (F) Tipi Geometrisinin Oluşturulması Uygulamada GZK GPS sinyal yansıma geometrilerinden yerden yansıma (F) geometrisinin oluşturulabilmesi için 2m boyunda 1m eninde 27 adet galvanizli sac levha kullanılmıştır. Bu sac levhalar test noktasının etrafına homojen yayılacak bir şekilde serilmiştir. Bu şekilde levhalar yere serildikten sonra 54m 2 lik yansıtıcı yüzey ile yerden yansıma (F) geometrisi oluşturulmuştur (Şekil 7). Şekil 7: ArazideYerden Yansıma (F) Geometrisi Şekil 8: Yerden Yansıma (F) Tipi Ölçme Aşamaları 201

Daha sonra sac levhaların merkezinin alıcı antenine yatay uzaklığı 2m, 4m, 6m, 8m, 10m, 20m, 30m, 40m, 50m olacak şekilde 10dk aralıkla güney yönünde hareket ettirilmiştir. Durulan her uzaklıkta 30 dk. ölçü toplanmıştır (Şekil 8). Sabit ve gezici alıcı yapılandırıldıktan sonra ilk gün yapılan ölçümlerdeki uydu geometrilerinin ikinci günde sağlanabilmesi için ölçüme saat 11:31 de başlanmış olup saat 17:47 de bitirilmiştir. Uygulama yansıtıcı yüzeyin antene olan uzaklığına ve ölçüm süresine göre farklı oturumlarda gerçekleştirilmiştir Bu ölçüm süreleri toplamında 3583 ölçü kayıt edilmiştir. 3.3 Yandan Yansıma (BA) Geometrisinin Oluşturulması Uygulamada GZK GPS sinyal yansıma geometrilerinden yandan yansıma (BA) geometrisini oluşturmak için sac levhalardan oluşan 6m boyunda 6m yüksekliğinde dikey bir platform kullanılmıştır. BA ölçümlerinde kullanılan platform, dört adet 3m x 3m lük çelik profil kafes üzerine sac levha kaplanması ile oluşturulmuştur. Bu parçalar birleştirilerek 36m 2 lik yansıtıcı yüzey ile yandan yansıma (BA) geometrisi elde edilmiştir (Şekil 9). Birleştirilen dikey platform alıcı noktasına uzaklığı 2m, 4m, 6m, 8m, 10m, 20m, 30m, 40m, 50m olacak şekilde kuzey yönünde hareket ettirilmiştir. Sabit ve gezici alıcı yapılandırıldıktan sonra ilk gün yapılan ölçümlerdeki uydu geometrilerinin üçüncü gün de sağlanabilmesi için ölçüme saat 11:27 de başlanmış olup saat 17:43 de bitirilmiştir. Şekil 9: Yandan Yansıma (BA) Geometrisi Şekil 10: Yandan Yansıma (BA)Tipi Ölçme Aşamaları Uygulama yansıtıcı yüzeyin antene olan uzaklığına ve ölçüm süresine göre farklı oturumlarda gerçekleştirilmiştir (Şekil 10). Bu ölçüm süreleri toplamında 4350 ölçü kayıt edilmiştir. 3.4 Bileşik Yansıma (BB) Geometrisinin Oluşturulması Bileşik Yansıma daha önceki F ve BA tipi yansımaların bir bileşimi olduğundan yapılan uygulamada GZK GPS sinyal yansıma geometrilerinden yandan yansıma (BA) tipinde kullanılan sac levhalardan oluşan 36m 2 lik dikey platforma ilave olarak yerden yansıma (F) tipinde kullanılan ve yere serilen 27 adet 2m x 1m boyutlarındaki 54m 2 yatay levha kullanılmıştır (Şekil 11). 202

Şekil 11: Bileşik Yansıma (BB) Geometrisi Şekil 12: Bileşik Yansıma (BB) Tipi Ölçme Aşamaları Bu oluşturulan kombine (dikey ve yatay) yüzey zemin noktasına uzaklığı 2m, 4m, 6m, 8m, 10m, 20m, 30m, 40m, 50m olacak şekilde kuzey yönünde hareket ettirilmiştir (Şekil 12). Sabit ve gezici alıcı yapılandırıldıktan sonra ilk gün yapılan ölçümlerdeki uydu geometrilerinin dördüncü günde sağlanabilmesi için ölçüme saat 11:23 de başlanmış olup saat 17:39 de bitirilmiştir. Uygulama yansıtıcı yüzeyin antene olan uzaklığına ve ölçüm süresine göre farklı oturumlarda gerçekleştirilmiştir. Bu ölçüm süreleri toplamında 3877 ölçü kayıt edilmiştir. 4. Ölçülerin Değerlendirilmesi Uygulama süresince elde edilen yansımalı ölçüler, ölçüm süreleri bakımından her gün için 4 dakika kaydırılarak ilk gün yansımasız ortam ölçüleri ile karşılaştırılabilir olmaları sağlanmıştır. Bunun için yansımasız ortam ölçü saatleri sabit tutularak F, BA, BB yansımalı ortam ölçü gruplarından elde edilen veri zamanlarına 4, 8, 12 dakika eklenerek farklı günlerde fakat aynı uydu geometrilerinde kaydedilen X, Y ve Z koordinatları elde edilmiş ve kayıt zamanları referans alınarak çakıştırılmıştır. Bu işlemden sonra yansımalı ortam ölçülerinin, hem yansımasız ortam hem de kesin değerden (statik) olan farkları bulunmuştur. Bu farklardan yararlanılarak her yansıtıcı alıcı mesafesinde hata grafikleri elde edilmiştir. Bu grafikler tek tek incelenmiş ve farklı yansıma geometrilerinde yansıtıcı alıcı mesafesi değişimine göre ne kadar hata oluştuğu gözlenmiş ve bu hataların karesel ortalamaları bulunmuştur. Bu işlemlerden sonra yansımalı ortam ölçülerinin karşılığı olarak gruplandırılan yansımasız ortam ölçülerinin statik değerden olan farkları ile karesel ortalama hatalar elde edilmiştir. Buna göre yansımalı ve yansımasız ortam karesel ortalama hataları aşağıdaki gibidir. 203

Tablo 2: Yansımalı Ortam Gruplarının Yansımasız Karşılıklarından Elde Edilen Karesel Ortalama Hataları (KOH) BB BA F KOH X (cm) Y (cm) Z (cm) Yatay konum (cm) X (cm) Y (cm) Z (cm) Yatay konum (cm) X (cm) Y (cm) Z (cm) Yatay konum (cm) 2m 2.1484 3.0644 0.7224 3.7425 0.6737 0.4678 0.8452 0.8202 0.1083 0.2452 784 0.2680 4m 1.0911 1.5939 0.7037 1.9315 0.5371 1.3092 0.8332 1.4151 0.6632 1.2698 0.2814 1.4326 6m 1.9871 2.8471 0.4254 3.4720 0.4668 0.4769 0.7545 0.6674 0.4127 0.7737 0.3512 0.8769 8m 0.3121 0.8351 0.5208 0.8915 0.2475 0.6973 0.7018 0.7400 0.3464 0.7882 0.3042 0.8610 10m 0.2723 0.5579 0.3085 0.6208 0.4594 0.5328 0.5527 0.7035 0.6655 0.6989 0.3544 0.9651 20m 0.5216 1.3310 0.6071 1.4295 0.3852 0.9834 0.4250 1.0561 0.1964 0.7179 0.6309 0.7443 30m 0.2744 0.7693 0.4365 0.8168 0.5191 0.6582 0.5257 0.8383 0.2561 0.6797 0.3511 0.7263 40m 0.2830 0.4278 0.3214 0.5129 0.3987 0.9662 0.6572 1.0452 0.2983 0.6424 0.3319 0.7083 50m 0.3787 0.5997 0.4103 0.7092 0.3821 0.4757 0.6425 0.6101 0.3187 0.6115 0.2891 0.6896 Tablo 3: Yansımasız ortam karesel ortalama hataları BB BA F Yatay konum (cm) Yatay konum (cm) Yatay konum (cm) KOH X (cm) Y (cm) Z (cm) X (cm) Y (cm) Z (cm) X (cm) Y (cm) Z(cm) 2m 0.1385 0.2278 0.1000 0.2666 0.1412 0.2281 973 0.2682 450 729 331 856 4m 0.4061 0.5528 0.2484 0.6859 0.4303 0.6272 0.2388 0.7607 0.3997 0.5566 0.2382 0.6852 6m 0.3797 0.7072 0.1956 0.8026 0.3661 0.6691 0.1935 0.7627 0.4608 0.8003 0.1817 0.9235 8m 0.2183 0.4783 0.2585 0.5258 0.2195 0.4800 0.2564 0.5278 0.2253 0.4905 0.2532 0.5397 10m 0.3010 0.4350 0.1859 0.5290 0.2995 0.4361 0.1949 0.5291 0.2942 0.4275 0.1991 0.5190 20m 0.2602 0.5494 0.1897 0.6079 0.2557 0.5345 0.1875 0.5925 0.2610 0.5509 0.1923 0.6096 30m 0.2759 0.5976 0.2600 0.6582 0.2791 0.6030 0.2601 0.6644 0.2842 0.6169 0.2644 0.6792 40m 0.2906 0.4277 0.1247 0.5171 0.2933 0.4290 0.1256 0.5196 0.2626 0.4201 0.1241 0.4955 50m 0.1638 0.3576 0.2124 0.3933 0.1715 0.3663 0.2193 0.4044 0.1748 0.3487 0.1926 0.3901 Tablo 2. ve Tablo 3 de yer alan hatalar yansıma geometrilerine göre sınıflandırılıp karşılaştırıldığında aşağıdaki analizler elde edilebilir. 4.1 Yerden Yansıma Geometrisinin Analizi Yansımasız ortam ölçülerinde belirli miktarda hata olması doğaldır. Yansımasız ortam ölçülerinin, statik GPS konumlamayla belirlenen değerden farkları ile elde edilen karesel ortalama hatalarla, yansımalı ölçülerin statik değerden farkları ile belirlenen karesel ortalama hatalar aşağıda görülmektedir (Şekil 13 ve 14). Kırmızı ve mavi eğriler arasındaki fark yansıma etkisi olarak yorumlanmaktadır. 204

Hata Miktarı (Cm) 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı Yansımasız Ortam KOH Yansımalı Ortam KOH Şekil 13: Yerden Yansıma (F) Geometrisi Yatay Konum Hataları Grafiği 0.7 0.6 Hata Miktarı (Cm) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı Yansımasız Ortam KOH Yansımalı Ortam KOH Şekil 14: Yerden Yansıma (F) Geometrisi Düşey Konum Hataları Grafiği Buna göre yansıma hatasının ölçüler için ortalama etkisi Yatayda 6 mm düşeyde ise 4 mm civarındadır. Hatanın varlığı 2m 6m ile 20m aralıklarında hissedilmektedir. Yansıtıcı alıcı mesafesinin değişimi ile hata değişimi arasında 50m lik mesafe için belirli bir korelasyondan söz etmek mümkün değildir. Yerden yansıma geometrisinin ölçüler üzerinde büyük bir etki yapmadığı kanısına varılmıştır. Yatay ve düşey hataların değişiminde ters orantı gözlenmektedir. 4.2) Yandan Yansıma Geometrisi Analizi Yansıma hatasının ölçüler için ortalama etkisi yatayda 6 mm düşeyde ise 7 mm civarındadır. Hatanın varlığı yansıtıcı yüzeyin gölgelediği 2m 6m aralığında en yükdek derecede hissedilmektedir. Yansıtıcıalıcı mesafesinin değişimi ile hata değişimi arasında 50m lik mesafe için belirli bir düşüşten söz etmek mümkündür. Hata Miktarı (Cm ) 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı Yansımasız Ortam KOH Yansımalı Ortam KOH Şekil 15: Yandan Yansıma (BA) Geometrisi Yatay Konum Hataları Grafiği 205

Hata Miktarı (Cm) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı Yansımasız Ortam KOH Yansımalı Ortam KOH Şekil 16: Yandan Yansıma (BA) Geometrisi Düşey Konum Hataları Grafiği 4.2) Bileşik Yansıma Geometrisi Analizi Yansıma hatasının BB ölçüleri için ortalama etkisi Yatayda 30 mm düşeyde ise 6 mm yi bulmaktadır. Hatanın varlığı 2m 15m aralığında hissedilmektedir. Yansıtıcı alıcı mesafesinin değişimi ile hata değişimi arasında 50m lik mesafe için belirli bir düşüşten söz etmek mümkündür. Özellikle 2m 6m aralığında hata miktarı anormal artmaktadır. Yatay ve düşey hatalar için doğru orantı gözlenmektedir Hata Mik tarı (Cm ) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı Yansımasız Ortam KOH Yansımalı Ortam KOH Şekil 17: Bileşik Yansıma (BB) Geometrisi Yatay Konum Hataları Grafiği Hata Miktarı (Cm) 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı Yansımasız Ortam KOH Yansımalı Ortam KOH Şekil 18: Bileşik Yansıma (BB) Geometrisi Düşey Konum Hataları Grafiği 206

4.4 Yansıma Geometrilerinin Karşılaştırılması 4.0 0.9 3.5 0.8 3.0 0.7 H a t a M i k t a r ı (C m ) 2.5 2.0 1.5 H ata M ik tar ı (C m ) 0.6 0.5 0.4 0.3 1.0 0.2 0.5 0.1 Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı Yansıtıcı Alıcı Uzaklığı BA Yansıma Geometrisi BB Yansıma Geometrisi F yansıma geometrisi BA Yansıma Geometrisi BB Yansıma Geometrisi F yansıma geometrisi Şekil 19: Yatay Konum Hataları Ortalama Değişimi Şekil 20: Düşey Konum Hataları Ortalama Değişimi Karesel ortalama hataların mesafelere göre ortalama değişimini gösteren Şekil 21 ve 22 de görüldüğü üzere F ve BA geometrilerinin birleşiminden oluşan BB yansıma geometrisi yatay ve düşey hatalarda en etkili geometridir. Özellikle şekil 5 dee olduğu gibi alıcı anteninin yansıtıcı yüzeylerin oluşturduğu geometri içinde kaldığı 2m 6m aralığında hata miktarı uç noktalardadır. 6. metreden sonra yansıma etkisinin her üç geometri içinde azaldığı gözlenmektedir.(bkz şekil 20) Bu üç geometri içinde büyüklük olarak en büyük etkilere sırası ile BB,BA ve F geometrilerinde rastlanmıştır. Düşey konum hatasında F geometrisinin etkisi yok denecek kadar azdır. (Bkz.Şekil 19) 5. Sonuçlar ve Öneriler Sonuç olarak GZK GPS uygulamalarında sinyal yansıma hatasının varlığı kaçınılamaz olduğu gibi büyüklük olarak yansıtıcı yüzeye ve geometriye göre farklılık gösterdiği ve özellikle de bileşik yansıma (BB) geometrisinde yatayda 3 cm lik ortalama hataya sebep olduğu tespit edilmiştir. Özellikle bileşik yansımalı ortamın alıcıya 2m mesafede olduğu ölçülerinde hata miktarı 5,5 cm yi bulduğu tespit edilmiştir. Uygulanan üç farklı yansıma tipinde sinyal yansımasının en etkili olduğu geometri bileşik yansıma olurken, etkisinin en az olduğu geometri ise yerden yansıma (F) olarak bulunmuştur. Yapılan ölçümlerde düşey yöndeki en yüksek etkiye yandan yansımalı ortamın alıcıya 4 m. uzaklığında olması durumunda ulaşılmıştır. 50 m lik yansıtıcı alıcı mesafesi için yansıma etkileri göz önüne alındığında ilk 10 metredeki sinyal yansıması hatalarının büyük olması dikkat çekmiştir. Aynı şekilde, en büyük yatay ve düşey hataya da bu noktalarda rastlanılmıştır. Yine, 10 metrelik yansıtıcı alıcı aralığında kaydedilen koordinat değerlerinde sinyal yansımasının etkisi nedeni ile oluşan tutarsızlıklar yansıtıcı alıcı mesafesinin en fazla 4m 8m aralığında kaydedilmiştir. Yansıma hatalarının en yüksek miktarda görüldüğü şehiriçi alanlarda yapılması düşünülen GZK uygulamalarında dikkat edilmesi gereken en önemli konu çevredeki yansıtıcı yüzeylerin niteliği, alıcıya olan uzaklığı ve konumu olmalıdır. Özellikle bina cepheleri gibi dikey yansıtıcı yüzeylerin çok olduğu 207

50 40 30 20 Yansımalı Ölçüler ile Statik Ölçülerin Karşılaştırılması (X Yönünde) 0,025 0,02 mx(m) 0,015 Gerçek zamanlı kinematik GPS te sinyal yansıması etkilerinin incelenmesi ve bir uygulama alanlarda yansıtıcı yüzeyin büyüklüğüne göre artacak şekilde (örneğin 36m 2 için minimum 25m ) yansıtıcı ile alıcı arasında mesafe bırakılmalıdır. Bileşik yansımaların (BB) tiplerinin oluşabileceği endüstriyel ve inşaat alanları gibi bölgelerde ölçü yapılırken dikey ve yatay yansıtıcıların gölgelediği alanın içinde kalınmamalı mümkünse iç içe halkalı (choke ring) anten kullanılmalıdır. Deney sırasında oluşturulan geometri ve kullanılan materyaller ile elde edilen yansıma hatası ideal bir yansıma durumu değildir. Diğer bir ifadeyle, alıcı deney sırasında uç noktalarda zorlanmıştır. Bununla birlikte, kullanılan materyal (galvanizli saç levha) yansıtma katsayısı en yüksek materyaldir. Bu bakımdan düşünüldüğünde deney ile benzer nitelikte koşulların oluşması yine özel bölgelerde mümkündür (inşaat alanları, liman konteynerleri, vinç ve endüstri bölgeleri gibi). Uygulama açısından bakıldığında bu tür olağanüstü durumlarda karşılaşılabilecek en büyük yansıma hatası yatayda 3 4 cm,düşeyde ise 1,2 cm kadardır. Bunun dışında normal bir şehiriçi bölgede, gökyüzünün açık (sinyal kesintisine neden olacak cisimlerden arınmış) olduğu ve ideal bir uydu dağılımında sinyal yansıma hatasının konumları etkileyeceği büyüklük en fazla yatayda 1 2 cm, düşeyde ise 0,7 cm civarındadır. Bu hassasiyetin yeterli olduğu işlerde, şehiriçi alanlarda GZK ölçme yöntemi rahatlıkla uygulanabilir. Kaynaklar Arslanoğlu, Mekik, (2003) Gerçek Zamanlı Kinematik GPS Konumlarının Doğruluk Analizi ve Bir Örnek Uygulama 9. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, 549 558, Ankara. Hannah, B., (2001) Modelling and Simulation of GPS Multipath Propagation, Doktora tezi, The Cooperative Resarch Center for Satellite Systems Queensland Univercity of Technology, Australia. İ. Tiryakioğlu, M. Güllü, T. Baybura, S Erdoğan, (2005) GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına etkisinin Araştırılması, HKMO, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu 2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu, İTÜ İstanbul. Kahveci ve Yıldız, (2001) Global Konum Belirleme Sistemi Teori Uygulama, Nobel Yayın Dağıtım, Ankara. Van Nee, R.D.J (1992) The Multipath Estimating Delay Lock Loop: Approaching Theoretical Accuracy Limits, Proceedings of IEEE PLANS, Las Vegas. 208