F1 F2 F3 F4 F5 F6 ESC SFT CE İçindekiler Uzay Teknikleri GNSS nedir GPS İN tarihçesi GPS Nasıl Çalışır? GPS in Bölümleri Uzay Bölümü Kontrol Bölümü Kullanıcı bölümü GLONASS Uydu sistemi GALİLEO Uydu sistemi Diğer GNSS Uydu Sistemleri
Kaynaklar GPS Ölçmeleri, Kamil Eren Turgut Uzel, Yıldız Teknik Üniversitesi Yayınları, Yayın no: 301, İstanbul,1995 GPS/GNSS Uydularla Konum Belirleme Sistemleri, Muzaffer Kahveci, Ferruh Yıldız, Nobel Yayınları, İstanbul, 2009 Kinematik GNSS ve RTK CORS Ağları, Muzaffer Kahveci, Nobel Yayınları, İstanbul, 2009 Inroduction to GPS: The Global Positioning System,Ahmed El Rabbany, Artech House Inc., 2002 GPS Theory and Practice,, B. Hofmann Wellenhof, H. Lichtenegger and J. Collins, Springer Verlag, 4th edition, 1997. GPS Satellite Surveying, Alfred Leick, John Wiley & Sons Inc.3rd. Edition, 2004, Global Positioning System : Theory and Applications, Volume I & Volume 2.., Edited by Bradford W. Parkinson & James J. Spilker, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 1996. GPS for Geodesy by P.J.G. Teunissen and A. Kleusberg, 2nd edition, Springer, 1998. Linear Algebra, Geodesy, and GPS by Gilbert Strang & Kai Borre, Wellesley Cambridge Pres 1997 Understanding GPS : Principles and Applications by Elliott D. Kaplan, Artech House Publishers., 1996. GPS Positioning Guide, Caroline Erickson, Natural Resources Canada, Geodetic Survey Division Information services,july 1995, Third Printing
Uzay Teknikleri Pek çok uzay tekniği vardır Yeryüzünden uzaklığı (km) Uydu Tipleri 150-1,500 Uzaktan algılama lama 1,500-20,000 Geodezik >36,000 İletişimim
Uzay teknikleri
Uydu Lazer Uzaklık Ölçmeleri Satellite Laser Ranging (SLR) t d =. c 2 Ölçü Prensibi: Dünya üzerine dağılm ölçme istasyonları tarafından, ger yansıtıcı (retro reflector) taşıya uydulara gönderilen kısa lazer pulsunu çıkış ve geri dönüş zamanları arasında farkın ölçüldüğü tekniktir. Çift yol uzunluk ölçümüdür.
Uydu Lazer Uzaklık Ölçmeleri Satellite Laser Ranging (SLR) Jeodinamik araştırmalar amacıyla geliştirilen SLR uydu tekniği, dünya referans ağının oluşturulmasında kullanılmaktadır. SLR ağları, dünyanın dönme parametreleri değerlerinin incelikle belirlenmesini sağlamıştır. Bu teknikte nokta konumu cm doğrulukta belirlenebilmektedir.
SLR Yer İstasyonları
Lunar Laser Ranging LLR Ölçü Prensibi: Dünya üzerine dağılmış ölçme istasyonları tarafından, ay üzerinde bulunan geriyansıtıcılara (retro reflector) gönderilen kısa laze pulsunun çıkış ve geri dönüş zamanları arasındak farkın ölçüldüğü tekniktir. Çift yollu uzunluk ölçümüdür. Apache Point Observatory Lunar Laser Ranging Operation (APOLLO)
Çok Uzun Bazlı Enterferometri Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Ölçü Prensibi Kuasardan* yayılan sinyallerin iki veya daha fazla sayıdaki radyo teleskoplarının antenleriyle alınmasındaki zaman farkını ölçer. Kuasar: çok uzakta olan ve radyo dalgala yayan gök cismi
Çok Uzun Bazlı Enterferometri Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Çok sayıda kuasardan dünya üzerine dağılmış birçok antene gelen sinyallerdeki zaman farkını ölçtüğünden, antenlerin eş zamanlı hassas konumlarını tanımlar. En prezisyonlu tekniktir. Dünya dönme parametrelerinin belirlenmesi, tektonik plaka hareketlerinin izlenmesi, uzaysal referans ağlarının tanımlanması, yersel referans ağlarının sürdürülmesi, Dünya üzerindeki güneş ve ayın çekimsel kuvvetlerinin ölçümü, atmosferik modellerin geliştirilmesinde kullanılır.
VLBI Yer İstasyonları
DORIS (Doppler Orbitography and Radio positioning Integrated by Satellite) Hassas konum belirleme ve uydu yörüngesi belirleme için Fransa tarafından geliştirilmiş b sistemdir. Belli frekanslarda sinyal gönderen ve yörüngesi bilinen uydunun yer noktasına olan uzaklık değişiminin neden olduğu Doppler etkisinden yer uydu uzaklıkları belirlenmektedir. Uluslararası Doris Servisi CLS tarafından işletilmektedir. Doris sisteminin temeli, Doppler Etkisi prensibine dayanmaktadır. Hareket etmekte olan bir cisme gönderilen ve geri alınan dalgaların frekansları cismin hızına göre değişmekte ve bu farklılık belirlenebilmektedir. Uluslar arası Yersel Referans ağların sürdürülmesinde katkısı vardır. Topex/Poseidon ve Jas altimetre uydularına katkısı vardır. Bu uydular okyanus yüzeyinde yüzey akıntısı ve dalga yüksekliklerini gözlemler.
DORIS (Doppler Orbitography and Radio positioning Integrated by Satellite)
InSAR (Radar Uydu Enterferometresi) Aynı alanın (<1000) görüntüsünün birbirine yakın iki veya daha fazla uydudan elde edilmesi Yüzey değişimlerini cm doğrulukla belirlemeye imkan verir. SAR sistemi konumu 2D koordinat sisteminde belirlerken, insar 3. boyutun ölçülmesini sağlıyor.
Tekniklerin Doğruluklarının Karşılaştırılması
Uzay tekniklerinde kullanılan uyduların bir kısmı
GPS nedir? NAVSTAR/GPS (Navigation Signal Timing And Ranging Global Positioning System) ABD savunma bakanlığı tarafından geliştirilen elinde GPS alıcısı olan bir kullanıcının uydu sinyalleri yardımıyla dünyanın her hangi bir yerinde ve her hangi bir zamanda her türlü hava koşullarında küresel bir koordinat sisteminde yüksek duyarlıkta ekonomik olarak anında ve sürekli konum, hız, rota ve zaman belirlemesine imkan sağlayan bir radyo navigasyon sistemidir.
GPS in Üstün Tarafları Noktalar arası görüş zorunluluğu kalmış olup GPS alıcı anteninin uydu sinyalinin izleyebilmesi için gökyüzünü görmesi yeterlidir. Nokta yer seçiminde noktaların en yüksek yerlerde durması gibi zorunluluklar ortadan kalkmıştır. Gereksinim duyulan ve GPS ölçüsünün yapılmasına olanak veren her yerde nokta tesisi yapılmaktadır. (BÖHveHBUY göre AGA nokta yer seçiminde dikkat edilecek hususlar gözetilerek) Gece gündüz ölçüm yapılabilmektedir. GPS ölçümlerinin yapılması hava koşullarından bağımsız hale gelmiştir. GPS ölçülerinin hızlı yapılması ve aletlere kullanım kolaylığı, ölçücü hatalarının olmaması (anten yüksekliği ölçümü hariç) nedenleriyle ekonomik bir yöntemdir. Gerçek zamanlı (anlık) konum, hız ve zaman bilgisi sağlayabilmektedir. Üç boyutlu nokta koordinatları elde edilebilmektedir. Doğruluk derecesi klasik tekniklerle (total station ile uzunluk ve doğrultu ölçümü, uzun mesafe nivelman, trigonımetrik nivelman gibi) edilenlere göre eşit yada daha iyidir.
GPS in Tarihçesi 1957 de Sputnik uydusunun atılması GPS in başlangıçı kabul edilir. Bilim adamları radyo sinyalleri ile Uydu yörüngesi üzerinde çalışarak uyduları izlemeye başladılar. Araştırmalar sayesinde Dünya üzerinde bir kişi yörüngesi tam olarak bilinen bir uyduya bağlanarak uydudan gelen sinyali okumak suretiyle kendi konumunu belirleme imkanına sahip olduğu ortaya çıktı. 1964 yılında, ABD denizaltıları bu yöntemle konum belirleme için GPS in TRANSIT olarak bilinen sistemi kullanmaya başladı. Tek bir uydu gerekliydi fakat 35 45 dakikada bir erişe biliniyordu. Denizaltı bu süre boyunca sabit kalmalıydı.
GPS in Tarihçesi 31 mayıs 1967 de ABD donanması uydu üzerinde atomik saat bulunan TIMATION 1 uydusunun TRANSIT sistemini geliştirmek amacıyla fırlattı. Atomik saat kullanıcıya uydundan ayrılan sinyalin alıcıya ulaşma zamanının uzunluğunu çok iyi bildirecekti. Kullanıcı uydu mesafesini bilebilecekti. En önemlisi navigasyon aracı durmak zorunda değildi. TRANSIT sistemi GPS teknolojisinde belirgin sıçrama yaratmasına rağmen düşük doğruluğu ve bazen yetersiz kalması sonucunda 1970 lern başında ABD NAVSTAR GPS programını başlattı.
GPS in Tarihçesi 1973 yılında NAVSTAR sisteminde araştırma ve geliştirme çalışmaları başladı. Transitin bir uydusuna karşılık navigasyon için pek çok uydunun atılmasına gereksinim vardı. Sinyal edinimi kolaylaşacak harekeli araçlar durmak zorunda kalmayacaktı. 1978 yılında NAVSTAR uydu burçu için ilk uydu uzaya fırlatıldı. Bugün GPS uydu sistemi dünyanın herhangi bir yerinde ve herhangi bir zamanda en az 4 uydu en fazla 12 uydu görülebilecek şekilde çalışmakta, dünya çevresini yaklaşık 12 saatte bir tur atan 31 adet uydudan müteşekkil bir sistemdir. Hatta uydular ufka yakın hizada bile görülebilmekte, sinyal alınabilmektedir.
Uydularla konum belirleme sistemleri (GNSS) GPS (ABD) GLONASS (RUSYA) BEIDOU/COMPASS (ÇİN) QZSS (JAPONYA) IRNSS/GAGAN (HİNDİSTAN) GALLILEO (AVRUPA BİRLİĞİ) V.d İle Uydu bazlı sistemleri (SBAS) birlikte GNSS olarak adlandırılmaktadır.
NAVSTAR/GPS TRANSIT sistemin gelişmiş bir biçimidir. Herhangi bir yer ve zamanda Her türlü hava koşullarında Global bir koordinat sisteminde Yüksek duyarlıkta Ekonomik olarak Anında ve sürekli konum, hız ve zaman belirlemesine olanak veren bir radyo navigasyon sistemidir.
GNSS İN UYGULAMA ALANLARI a. Askeri Kullanım Alanları Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu Arama Kurtarma *Hedef bulma *Füze güdümü *Uçakların görüşün sınırlı yada hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı
Asayiş GNSS İN UYGULAMA ALANLARI b. Sivil Kullanım Alanları Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu Jeodezik ve Jeodinamik ölçmeler Kadastral Ölçmeler Kinematik GPS destekli fotogrametrik çalışmalar Yerel ve global deformasyon ölçmeleri (baraj, yol, viyadük v.b) Araç Takip sistemleri Uçakların görüşün sınırlı yada hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı Aktif kontrol ağları (CORS) CBS veri tabanlarının geliştirilmesi Turizm, tarım, ormancılık, spor, arkeoloji
GPS in Dezavantajı ise, Alıcı anteni mutlaka açık gökyüzünü görmelidir. Başka bir deyişle, GPS sinyalleri radyo sinyalleri gibi kuvvetli olmadığından kapalı yerlerde, çok sık ağaçlıklı bölgelerde ve madenlerde kullanılamamaktadır.
GNSS Sistemi Herhangi bir zamanda, dünyanın herhangi bir yerinde bulunan bir kullanıcının konumunu belirleyen ve en az 4 uydudan kod faz varış zamanının ölçülmesi esasına dayanan bir uydu ölçme sistemidir.
Sistem, temel olarak jeodezideki en eski tekniklerden biri olan geriden kestirme esasına dayanır. Geriden kestirme, konumu bilinmeyen bir noktadan konumu bilinen noktalara yapılan gözlem ve hesapları kapsar. Konumu bilinen noktalar GPS uydularıdır. Bilinmeyenler, bulunulan noktanın yer merkezli (earth fixed) kartezyen koordinatlarıdır (X,Y,Z). Matematik kuralı olarak bu 3 bilinmeyenin çözümü için 3 ölçü değeri yetiyor gibi gözükse de, saat hatalarını ortadan kaldırmak için en az 4 tane konumu bilinen uyduya ihtiyaç vardır. GPS, 4 boyutlu bir sistemdir (3D+zaman).
GPS İN BİLEŞENLERİ 31
.. * Yerden 20200 km zaklıkta kta 21 uydu (+3 yedek) * Ekvatorla 55 eğimli e.. 6 yörünge y düzlemi, d * 11saat 58 dakika/devir, ufkun üstünde 5 saat * Her an, her yerde en az 4 uydu
Uydu yörünge zamanı (ortalama yıldız zamanı) ile yer dönmes (ortalama güneş zamanı)arasındaki yaklaşık 4 dakika/gün fark nedeniyle, yeryüzündeki bir gözlemci aynı uyduyu her gün dör dakika erken gözlemektedir. 33
Her bir GPS uydusu; Senkronize zaman sinyallerini Tüm diğer uydulara ait konum bilgilerini Yörünge parametrelerine ilişkin bilgileri iki taşıyıcı frekanstan yayınlar. Kontrol bölümü tarafından yayınlanan bilgileri alır.
GPS UYDULARI BLOK-I UYDULARI BLOK-II UYDULARI BLOK-IIA BLOK-IIR/IIR-M BLOK-IIF
Bu uydulara; Tasarım aşamasında olan ve 2012 yılından itibaren yörüngelere yerleştirilmeleri beklenen BLOCK IIIA tipi uyduları da ekleyebiliriz.
Block I uyduları 1978 1985 yılları arsında yörüngeye oturtulmuş olup kullanım ömürleri 7.5 yıldır. Hiçbirisi şu anda yörüngede değildir. Block II/GPS II uyduları, ekvatorla 55 derecelik açı yapmaktadır. İlk olarak, 1989 yılında yörüngeye oturtulmuştur. Block II uyduları, askeri güvenlik gerekçesiyle Seçimli Doğruluk Erişimi (SA) ve Aldatmaya Karşı Koyma (A S) özellikleri ile donatılmış ve böylece sivil kullanıcılara kısıtlamalar getirilmiştir. Block IIA/GPS IIA uyduları(1990), uydular arası haberleşebilme olanaklarına sahip olup, bazılarında lazer ölçümlerine olanak veren reflektörler bulunmaktadır. Block IIR/ Block IIR M/GPS IIR uydularının en önemli özelliği, saatlerinin atomik olmasıdır. Block II ve Block IIA uyduları iki rubidyum, iki sezyum atomik saate sahipken, Block IIR ve Block IIR M üç rubidyum atomik saate sahiptir. Block IIR uydularının sekiz tanesi modernize edilerek Block IIR M adını almıştır.
Block IIF uyduları 2005 2010 yılları arasında yörüngeye oturtulması planlanmış ançak, mevcut uydular ömürlerini henüz tamamlamadıkları için 2010 2014 yılları arasında yörüngeye yerleştirilmesi planlanmaktadır. Bu durumda L5 sinyalinin getireceği üstünlüklerde tam olarak 2016yılından sonra olacaktır. Block IIIA uyduları henüz tasarım aşamasındadır. Block IIM uydularından kaynaklanan gecikme nedeniyle 2014 yılından sonra yörüngeye yerleştirilmesi planlanmaktadır.
Uyduları nasıl tanıyacağız? Yörüngeye yerleştirilme sıra numarasına Uydu PRN kod numarasına Yörünge konumundaki numarasına NASA katalog numarasına göre uyduları isimlendirebiliriz. En yaygın kullanılanı PRN kod numarası ve uydunun yörüngeye oturtulduğu sıraya göredir.
Kontrol Bölümü Bu istasyonların amacı, günlük olarak uyduların sağlıklı biçimde çalışmalarını sağlamak, toplanan verilerin irdelenmesi ile uydu yörüngelerinin belirlenmesi, uydu saatlarinin düzeltmelerinin hesaplanması ve yeni hesaplanan yörünge saat düzeltmesi bilgilerinin uydulara yüklenmesidir.
Kontrol Bölümü Ana Kontrol istasyonu, yer antenleri ve izleme istasyonlarını içeren İşletim Kontrol Sisteminden meydana gelir. Tüm uydular dünya üzerinde uygun dağılmış, çok hassas saatlerle donatılmış, konumu iyi bilinen 6 sabit izleme istasyonundan izlenmektedir. Ana Kontrol istasyonu: tüm sistemin kontrolünden, her bir uydu için uydu efemeris bilgilerinin ve saat düzeltmelerinin hesabından sorumludur.
42 Kontrol Bölümü CAPE CANAVERAL
Kontrol Bölümü Uydulara bilgi yükleme işlemleri günde bir veya iki defa yapılmaktadır. Efemeris parametrelerinin GPS uydu yörüngelerine olan uyuşumu 4 6 saat kadar geçerli olup, bu süreden sonra bozulma zamanla orantılı olarak artmaktadır.
KULLANICILAR
Kullanıcı Bölümü
GPS alıcıları
GPS SİNYALİ ÖZELLİKLERİ Uydulardan yararlanılarak yapılan GPS ölçmelerinde, elektromanyetik dalgalar kullanılarak uydulardan kullanıcılara veri akışı sağlanmaktadır. Her GPS uydusu konum belirleme amaçlı olarak iki temel frekansa sahip olup bunlar L1(Link1) ve L2(Link2) dir. L1 ve L2 frekansları 10.23 MHz olan temel frekansın 154 ve 120 tam katları alınarak elde edilmiş olup, L1 frekansı 1575.42 MHz ve L2 frekansı 1227.60 MHz.dir. 2010 yılından itibaren Block IIF uyduları üzerinden L5 sinyali yayınlanmaya başlandıktan sonra üç frekanslı alıcılar kullanılamya başlanacaktır. Frekansı, 1176.45 MHz dir. Bunlara ek olarak, S Bantı ile Kontrol Bölümü ile uydular
GPS sisteminde çift frekans olmasının nedeni; L1 frekansının herhangi bir nedenle kesilmesi ya da elektronik karıştırmaya maruz kalması durumunda L2 frekansının yedek frekans (backup) görevi görmesi Çift frekans özelliğinden yararlanarak iyonosferik düzeltme olanağı sağlaması olarak sıralanabilir.
49 GPS Uydu Sinyali Bileşenleri Bileşenin Adı Frekansı (MHz) Dalga Boyu (λ) Temel Frekans L1 Taşıyıcı L2 Taşıyıcı P-Kod C/A-Kod W-Kod Navigasyon Mesajı f o =10.23 154xf o =1575.42 120xf o =1527.60 f o =10.23 f o /10=1.023 f o /20=0.5115 f o /204600=50.10-6 ------- ~19.0 cm ~24.4 cm 29.3 m 293 m -------- --------
L1 taşıyıcı frekansı üzerine iki PRN kodu ve navigasyon mesajı verileri modüle edilmiştir. Bu PNR kodları C/A (Coarse/Acquisition) kod P (Precise/Protected Code) kod olarak isimlendirilmektedir. L2 taşıyıcı frekansı ise yalnızca tek bir (P kod) ve navigasyon mesajı verileri modüle edilmiştir.
GPS UYDU SİNYALS NYALİ
C/A Kod Özellikleri C/A kod L1 taşıyıcısı üzerine modüle edilmiştir. Her bir uydu için farklı bir C/A kod PRN tahsis edilmiş olup bu kodlar Gold Codes adı verilen kodlar arasından seçilmiştir. C/A kod un dalga boyu (chip uzunluğu) 293 metre, çözünürlüğü yaklaşık 3 metredir. C/A kod tüm kullanıcılara açıktır ve özellikle sivil standart konum belirleme hizmeti (SPS:Standart Positioning Service) için temel oluşturmaktadır.
C/A Kod Özellikleri Her 1023 bitlik kod sonunda (milisaniyede bir) tekrar etmektedir. C/A kod periyodunun çok kısa seçilmesinin amacı GPS alıcılarının uyduları en kısa sürede kilitlenmesini sağlamaktır.
P Kod Özellikleri P Kod, L1 ve L2 taşıyıcıların her ikisinde de modüle edilmiştir. P kod chip uzunluğu 29.3 metre olup, çözünürlüğü yaklaşık 30 cm.dir. P Kodu nu elektronik karıştırmaya (jamming) ve aldatmaya (spoofing) karşı korumak için, bu kod A S (Anti Spoofing) özelliği kullanılarak kriptolanmıştır. Kripto kodu W Kod olarak bilinmekte olup, kriptolanmış P Kodu na Y Kod adı verilmiştir. Dolayısıyla, Y Kod kullanımı yalnızca yetkili (askeri ve sivil güvenlik) kullanıcılara açık hale gelmiştir.
Navigasyon Mesajı Her bir GPS uydusunun sürekli olarak yayınladığı navigasyon mesajı hem P kodunda hem de C/A kodunda 50 Mhz hızında bir iletidir.
GPS ALICI VE ANTEN SİSTEMLERİ GPS alıcısı uydu sinyalini kaydeder, kaydedilen sinyali işler (signal processing), anlık (realtime) uygulamalar için koordinat dönüşümleri yapar, ihtiyaç anında navigasyon için gerekli bilgileri hesaplar.
Farklı yapılarda anten tipleri mevcut olup bunlardan en çok kullanılan choke ring, microstrip dipole ve helix modelleridir. Microstrip anteni uzun süre en çok tercih edilen anten modelidir. Bunlar tek ve çift frekanslarda ölçü yapabilmekte, küçük boyutlu, dayanıklı ve basit yapıdadır. Günümüzde, özellikle gerçek zamanlı ulusal sabit GNSS ağlarında choke ring antenler tercih edilmektedir. Dipole antenler tek frekanslı konfigürasyona sahip anten modelidir. Helix anten tipi microstrip antenler gibi L1 ve L2 frekanslarının her ikisinde de sinyal toplayabilmesine karşılık yüksek profilli bir görünüme sahiptir. 57
58
GPS sisteminin kullanıcı bölümü
Kullanıcı Bölümü
Kullanıcı Bölümü
TOPCON TEK FREKANSLI GPS ALICISI
TRIMBLE ÇİFT FREKANSLI ALICI ANTEN
LEICA ÇİFT FREKANSLI ALICI ANTENİ
ASHTECH ÇİFT FREKANSLI ALICI ANTENİ
ZEİSS RTK-24 GPS ALICI ANTENLERİ
GPS ALICI TİPLERİ Günümüzde GPS alıcılarını farklı şekillerde sınıflandırmak (kanal sayısına göre, kullanım amacına göre, izlenen uydu sinyaline göre vb.) olanaklıdır. 1 ) Frekans sayısına göre ; Tek frekanslı alıcılar (L1) Çift frekanslı alıcılar(l1,l2) Çok frekanslı alıcılar (L1/L1C, L2/L2C,L5 v.b) 2) Gözlenen ve kaydedilen veri tipine göre; C/A kod kaydeden alıcılar, C/A kod + L1 fazı kaydeden alıcılar, C/A kod + L1,L2 fazlarını kaydeden alıcılar, C/A kod + P kod/y kod+ L1,L2 fazlarını kaydeden alıcılar
a. C/A kod ölçen alıcılarla yalnızca L1 pseudorange ölçüsü yapılır. Bu tip alıcılar genellikle batarya ya da pil ile çalışan el GPS leridir. Bunlar 1 ile 6 kanallı olabilmektedir. Ekranda anlık olarak 3-boyutlu konum (enlem, boylam, yükseklik) görülebilir. İçindeki datum ve projeksiyon seçenekleri ile her ülkenin kendi koordinat sisteminde ±2-3m hassasiyetinde konum elde edilebilir.
b. C/A kodlu taşıyıcı dalga fazı ölçen alıcılar, yalnızca L1 frekansında kod ve faz ölçüleri (tek frekanslı alıcılar) ya da L1 frekansında kod ve faz ölçüleri ile L2 frekansında yalnızca faz ölçüleri yaparlar. Bunlar 4 kanaldan başlayıp 12 kanala kadar olabilmektedir. Bu alıcılarla, jeodezik amaçlı her türlü ölçü 20 km ye kadar (statik, hızlı statik, kinematik vb.) yapılabilmektedir. Ashtech Promark2, L1 faz ve C/A kod ölçüsü alan GPS alıcısı 69
3. Alıcı kanallarının teknik özelliklerine göre; Çok kanallı (multi channel) alıcılar Sıralı izlemeli (sequential) alıcılar. Hızlı sıralı izlemeli (Multiplex) alıcılar.
4. Kullanım amacına göre; Askeri amaçlı, Sivil amaçlı, Navigasyon amaçlı, Zaman transferi amaçlı, Jeodezik amaçlı.
Koordinat sistemleri Jeodezinin en önemli görevlerinden birisi de yeryüzü noktalarının 3 boyutlu koordinatlarının belirlenmesidir. Söz konusu koordinatlar belirli bir koordinat sistemine göre belirlenmektedir. Genel olarak iki temel koordinat sistemi mevcuttur. Bunlar; 1. Uzay sabit (Inertial space fixed) 2. Yer sabit (Earth fixed) Sistemidir. Günümüzde referans sistemleri, Uluslararası Geodezi Birliği (IAG) organizasyonunda, Uluslar arası Astronomi Birliği (IAU) işbirliği ile Uluslararası Yer dönme servisi (IERS) tarafından sürdürülmektedir.
GPS uydu yörüngelerinin ölçülmesinde ve belirlenmesinde kullanılır ECI başlangıç noktası yeryüzü kitle merkezidir XY düzlemi yer Ekvator düzlemiyle çakışık +X eksenin Gök Küreye göre belirli bir yönde sabit +Z ekseni kuzey kutbu doğrultusunda XY düzlemine dik +Y ekseni sağ el koordinat sistemini oluşturur Z X
Z Kuzey Kutbu Uydu Konumu (X s, Y s, Z s ) Alıcı Konumu (X u, Y u, Z u ) Yer Merkezi X İlkbahar noktası doğrultusu Ekvator Y ECI Koordinat Sistemi
Yeryüzünün hareketleri düzensizdir. Ay ve Güneşin Ekvator üzerindeki çekim etkileri nedeniyle Ekvator düzlemi GÖK Küreye göre hareket halindedir. +X ekseni Gök Küreye +Z ekseni de Ekvator düzlemine göre tanımlanmıştır. ECI tam anlamıyla inersiyal olamamaktadır. Koordinat eksenleri yönlendirilmesi belirli bir an veya epoğa (zamana) göre tanımlanır. ECI 01 Ocak 2000 saat 12:00 UTC zamanındaki (J2000.00) ortalama Ekvator ve Ekinoks ile çakışık kabul edilmektedir. Ortalama Gök Referans Sistemi (MCRS) veya Geleneksel Gök Referans Sistemi (CCRS) denilir
Eğer koord eksenleri J2000.00 epoku yerine her hangi bir t anı için (örn. Gözlem anı için) tanımlanırsa bu anlık koord sisteminine de Gerçek Gök Referans Sistemi (TCRS) denir. TCRS ile MCRS (CCRS) arasındaki ilişki presesyon ve nutasyon ile açıklanır. Güneş ve Ay ın yer ekvatoru üzerindeki çekim etkileri nedeniyle yer dönme ekseni ve ekvator düzlemi uzayda sabit olmayıp inersiyal bir sisteme göre dönmektedir. Bu şekilde oluşan toplam hareket ortalama seküler bileşen (presesyon) ve periyodik bileşen (nutasyon) olmak üzere iki bileşenden oluşur.
Presesyon ve Nutasyon NEP k CEP k 23º,5 Ekliptik NEP k 15,6 18,6 yıl 23º,5 Ekvator CEP s NEP s
Presesyon Yer dönme eksenini ifade eden Kuzey Gök Efemeris Kutbunun (CEP k ), Kuzey Ekliptik Kutbu (NEP k ) etrafında inersiyal bir sisteme göre yavaş dairesel hareketi olup yaklaşık periyodu 25800 yıldır. Buradaki presesyon Gök Ekvatoru ile ilişkili olduğundan Luni Solar presesyon da denilir. NEP k in hareketi ekliptik sisteminin hareketi olup buna gezegenler presesyonu denmektedir. NEP k 23º,5 CEP k Ekliptik Ekvator CEP s NEP s
utasyon Presesyon üzerine bindirilmiş daha hızlı bir harekettir. Periyodu 5 gün ile 18,6 yıl arasında değişmektedir. Presesyon etkisiyle yeryüzündeki bir noktanın gök koordinat sistemindeki boylamı yılda yaklaşık olarak 50 yay saniyesi kadar değişmektedir. Nutasyon ise aynı noktanın enlem ve boylamının her ikisini de etkilemekte olup bu etkinin büyüklüğü en fazla 20 yay saniyesi kadardır. NEP k 15,6 23º,5 18,6 yıl
YER MERKEZLİ YER SABİT KOORDİNAT SİSTEMİ (ECEF) (Earth Centered Earth Fixed Coor. Sys.) ECI (TCRS ve CCRS) yıldızlara göre sabit inersiyal koord sistemi olduğundan uydu yörüngelerinin ve uydu koord hesaplanmasında kullanılır. Bu sistemlerin yıldızlara göre sabit olmasının anlamı, yeryüzü ile birlikte dönmemesidir. Üzerinde ölçü yapılan nokta koord yeryüzü ile birlikte dönen bir koordinat sisteminde tanımlanmalıdır. Buna Yer Merkezli Yer Sabit Koord Sistemi, aynı zamanda CTRS (Conventional Terrestrial Reference System) de denilmektedir. GPS alıcı anteni koord inatları ECEF koord inat sisteminde belirlenmelidir.
ECEF ya da CTRS Merkezi yerin kitle merkeziyle çakışık Z ekseni, coğrafi kuzey kutbu doğrultusunda Ekvator düzlemine diktir. Yani Z ekseni CIO (Conventional International Origin) tarafından tanımlanan ortalama yer dönme ekseniyle aynıdır. (1900 1905 yılları arasındaki yer dönme ekseninin ortalama konumu) X ekseni Ortalama Greenwich meridyeni ile çakışık, doğrultusu sıfır derece boylamıdır. Y ekseni 90º Doğu boylamı doğrultusundadır ve sağ el koord inat sistemini oluşturur. X ve Y eksenleri yer ile dönmekte bu nedenle uzayda sabit doğrultular değildir. X İlkbahar noktası doğrult usu Greenwich 0 Z Kuzey Kutbu Ekvator
Z Greenwich Kuzey Kutbu Alıcı Konumu (X u, Y u, Z u ) Uydu Konumu (X s, Y s, Z s ) 0 İlkbahar noktası doğrultusu X Ekvator Y ECEF Koordinat Sistemi
GPS İLE ELDE EDİLEN YÜKSEKLY KSEKLİK h=h+n h= ELIPSOIDAL YÜKSEKLİK H= GEOID YÜKSEKLİĞİ N= GEOID ONDÜLASYONU
DATUM TRANSFORMASYONU s WGS-84 KOORDİNAT SİSTEMİNE GÖRE KONUMU L ED-50 KOORDİNAT SİSTEMİNE GÖRE KONUMU 0 DÖNÜŞÜM PARAMETRELERİ X, ω y, ω Z DÖNME AÇILARI ÖLÇEK FAKTÖRÜ
Yeryüzündeki sabit bir noktanın ECEF sistemindeki koordinatları sürekli sabit olacaktır. GPS ölçüsü yapan kullanıcının ulaşabileceği uygun bir referans sistemi oluşturur. CTRS ifadesi gerçekte soyut bir kavram olup bunun uygulamadaki adı CTRF (Convetional Terrestrial Reference Frame) dir. CTRF yeryüzünde tesis edilmiş ve referans (sabit) fiziksel nokta olarak bilinen çok sayıda yer kontrol noktasında yapılan ölçüler sonucu belirlenmiş jeosantrik (yer merkezli) koordinatlar (X,Y,Z) ile tanımlanmıştır.
DÜNYA JEODEZİK SİSTEMİ 1984 (WGS 84) ABD Savunma Bakanlığı (DoD) GPS ile konumlamada yersel referans sistemi olarak WGS 84 (World Geodetic System 1984) sistemini kullanmaktadır. GPS Uydularından yayınlanan Navigasyon Mesajı içindeki uydu yörünge bilgileri (efemeris) WGS 84 sistemindedir. WGS 84 ile ITRF sistemleri arasındaki ilişkiyi belirlemek ve WGS 84 sisteminin doğruluğunu artırmak için 24 IGS ve 10 DoD noktasında yapılan eşzamanlı GPS ölçüleri ile 8 IGS noktasının ITRF91 koordinatları sabit alınarak DoD noktalarının koordinatları yeniden hesaplanmıştır. Böylece ITRF e göre hesaplanmış WGS 84 koordinatları yaklaşık 10 cm doğrulukla belirlenmiştir.
89 Tablo 1: WGS-84 Parametreleri Parametre Adı Sembolü Büyüklüğü Dönel elipsoidin büyük b k yarı ekseni a 6 378 137,0 m Yerçekimi ekimi sabiti GM 3 986 004,418x10 8 m 3 sn -2 Yerin ortalama açısal a hızıh w 7 292 115,0x10-11 rad sn -1 Basıkl klık f 1/298,2572223563
GPS UYDU YÖRÜNGELERİ (EFEMERİSLER) Anlık (real time) konum belirleme uygulamalarında GPS Navigasyon Mesajının bir parçası olarak yayınlanan yayın (broadcast) efemerisi ve saat bilgileri kullanılmaktadır. Diğer taraftan, GPS verilerinin ölçü sonrası büroda değerlendirilmesi (post process) aşamasında duyarlı GPS yörünge ve saat bilgilerinin kullanılması tercih edilmektedir.
Hassas Efemeris (Precise Ephemeris) Duyarlı yörünge ve saat bilgileri çok sayıda devlet kurumu ve bilimsel kuruluşlar tarafından hesaplanarak interne aracılığı ile tüm kullanıcılara ücretsiz olarak sunulmaktadır Bu duyarlı yörünge ve saat bilgilerini üreten kurum v kuruluşlardan en çok bilinenleri verilmiştir. Bunların dışında duyarlı yörünge bilgisi üreten çok sayıda kurum ve kuruluş saymak olanaklıdır
Yayın Efemerisi (Broadcast Ephemeris) Yayın efemeris bilgileri GPS Kontrol Bölümü izleme istasyonlarından toplanan kod (pseudorange) gözlemlerine dayalı olarak üretilmektedir. Yayın efemerisi anlık olarak (anında) yayınlanmakta olup yaklaşık 12 ile 36 saatlik bir süre için geçerlidir. Yalnızca 6 izleme istasyonunda toplanan verilerle üretildiği düşünüldüğünde elde edilen doğruluğun (5 10 m) oldukça yüksek olduğu görülmektedir.
NGS hassas efemerisi NGS Hassas Efemerisinin üretilmesinden A.B.D. NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sorumludur. NGS Hassas efemerisi gözlem anından itibaren 2 ile 6 gün arasında kullanıcıların hizmetine internet aracılığı ile UNIX sıkıştırılmış formatta sunulmaktadır. NGS efemerisi ITRF sisteminde ve IERS noktalarına ait duyarlı koordinatlar kullanılarak hesaplanmakta olup, SP3 (Standart Product 3) formatında ASCII olarak üretilmektedir. NGS, SP3 formatındaki dosya isimlendirilmesinde NGSOwwwwn.aaa genel tanımlanması kullanılmaktadır.
NGSOwwwwn.aaa wwww : GPS haftasını, örn. 1024 n : Haftanın gününü örnek; n = 0 Pazar n = 1 Pazartesi n = 6 Cumartesi aaa : Dosya türünü, örnek; SP3 (efemeris) SUM (özet bilgi) ERP (yer dönme parametreleri)
IGS hassas efemerisi IGS (International GPS Service for Geodynamics) yörünge bilgilerinin (efemerisleri) üretimi 21 Haziran 1992 tarihinde gerçekleştirilen deneme amaçlı bir GPS ölçü kampanyası ile başlatılmıştır. Daha önce açıklanan yayın ve NGS duyarlı efemerislerinin tersine IGS yörüngeleri, duyarlı P Kod alıcılarının kurulu olduğu yoğun bir global ağda yapılan faz gözlemlerinden yararlanılarak oluşturulmaktadır.
Günümüzde IGS, bilimsel çalışma ve mühendislik uygulamalarında yeterli doğrulukta kullanılabilecek GPS ölçülerinin toplanması, arşivlenmesi ve dağıtımından sorumludur. IGS ürünleri, ITRF sisteminin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi, yer kabuğu hareketlerinin belirlenmesi, deniz düzeyindeki değişimlerin belirlenmesi ve iyonosferik çalışmaların gerektirdiği yüksek doğruluğu sağlamaktadır. IGS üç farklı yörünge bilgisi üretmekte olup bunlar; IGS Sonuç (IGS Final), IGS Hızlı (IGS Rapid; IGR) IGS Ultra Hızlı (IGS Ultra Rapid; IGU) efemerisleridir.
Yörünge Doğruluk(metre) Elde etme süresi Yayın Efemerisi ~1.000 Gerçek zamanlı IGS Ultra Hızlı ~0.050 3-9 saat sonra IGS Hızlı ~0.025 17-41 saat sonra IGS Sonuç ~0.025 13-18 gün sonra
GPS İLE GÖZLENEN BÜYÜKLÜKLER GPS ile gözlenmekte olan iki temel büyüklük şunlardır: l Kod (Pseudorange) l Taşıyıcı Dalga Fazı (Carrier Beat Phase)
Kod Pseudorange Gözlemi Pseudorange, uydudan yayınlanan sinyalin uydudan çıkış anı il alıcıya ulaştığı ana kadar arada geçen zamanın ışık hızıyl ölçeklendirilmesiyle elde edilen uydu alıcı uzaklığıdır. Uydu ve alıcı saatindeki kaçınılmaz hatalardan dolayı ölçülen uzunluk gerçek geometrik uzunluktan biraz farklı olacaktır. Bu nedenle modellendirilemeyen saat hatalarının neden olduğu sapmalar (bias) nedeniyle elde edilen uydu alıcı uzaklığın pseudorange (ham uydu alıcı uzaklığı) adı verilmektedir. Pseudorange C/A ve P kodlarının her ikisi kullanılarak belirlenebilmektedir.
Sinyalin uyduyu terk ettiği andan itibaren alıcıya ulaşana kadar arada geçen zaman, alıcı ve uydu tarafından üretilen PRN kodlarının karşılaştırılması ile elde edilmektedir. Başka bir deyişle, uydudan yayınlanan PRN kodunun aynısı alıcı saati tarafından da üretilmektedir. Dolayısıyla, alıcı içerisindeki kod izleme lupu alıcı içerisinde üretilen PRN kod ile uydudan yayınlanan PRN kod arasında maksimum korelasyon sağlanana kadar, alıcıda üretilen kodu kaydırır. Bu işlem sonucunda arada geçen zaman bulunmuş olur
Saat hatasının olmadığını yani uydu ve alıcı saatlerinin GPS zamanı ile çakışık olduğu ve uydudan alıcıya ulaşan sinyalin atmosferik etkilerinin olmadığı bir ortamda yayıldığı kabul edilirse, sinyalin uydudan alıcıya ulaşana kadar geçen zaman kaba kenar (pseudorange) olarak tanımlanır ve D = c.(δt) eşitliği ile ifade edilir.