Global Positioning Satellite System (GPS) Yrd.Doç.Dr.Tamer Baybura
İçindekiler GPS Sisteminin Tanımı Çalışma Prensibi Uygulama Alanları GPS Çeşitleri El GPS (Hand-held GPS) Tanıtımı EL GPS Kullanımı
GPS kelimesinin açılımı: Global Positioning System Türkçe açılımı: Küresel Konumlama Sistemi (KKS) Literatürde diğer açılımı: Global Yer Belirleme Sistemi
GPS nedir??? Küresel Konumlama Sistemi (Global Yer Belirleme Sistemi) düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağıdır ve uydularla aramızdaki mesafeyi ölçerek dünya üzerindeki kesin yerimizi (konumumuzu) tespit etmeyi mümkün kılar.
Uydu Navigasyonu Amerikan Savunma Bakanlığı çok hassas bir navigasyon sistemi ihtiyacını bildirdi. 1973 yılında Amerikan Hava Gücü (US Air Force) navigasyon için uydular kullanarak bir sistem geliştirdi. Bu sistem : Navigation System with Timing and Ranging: Global Positioning System or NAVSTAR GPS olarak isimlendirildi.
Bu sistem, ABD savunma bölümüne ait, yörüngede sürekli olarak dönen 24 uydudan oluşmaktadır. Uydular yeryüzünden yaklaşık 20200 km yükseklikte, toplam 6 yörüngede olmak üzere konumlandırılmışlardır. Her bir yörüngede 4 uydu mevcuttur.
GPS Uydu Yörüngeleri
Bu uydular radyo sinyalleri yayarlar. Yeryüzündeki GPS alıcısı, bu sinyalleri alır. Böylece konum belirlenmesi mümkün olur. Bu olağanüstü sistemi kurmak Amerika ya ucuza mal olmamıştır. Sistemin kurulum değeri yaklaşık olarak 12 milyar ABD Dolarıdır. Devam eden bakım masrafları sistemin değerini arttırmaktadır.
Bu sistemin ilk kuruluş hedefi tamamen askeri amaçlar içindi. GPS alıcıları yön bulmakta, askeri çıkartmalarda ve roket atışlarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Ancak, 1980 lerde GPS sistemi sivil kullanıma da açılmıştır. Artık bir çok alanda hayati önem taşıyan bir araç olarak kullanıma girmiştir.
Kullanım Alanları GPS in karada, havada ve denizde bir çok kullanım alanı vardır. Basit bir anlatımla, GPS size bulunduğunuz yerleri işaretleme ve belirlediğiniz noktaya geri dönme imkanı sağlar. GPS, kapalı alanlar ve su altı gibi sinyallerin alınmasının güçleştiği yerler dışında dünya üzerinde her yerde çalışır.
Sistemin Bileşenleri Sistem, uzay bölümü (uydular), kontrol bölümü (yer istasyonları) ve kullanıcı bölümünden (GPS alıcısı) oluşmaktadır.
Uzay Bölümü Uzay bölümü, en az 24 uydudan (21 aktif uydu ve 3 yedek) oluşur ve sistemin merkezidir. Uydular, Yüksek Yörünge adı verilen ve dünya yüzeyinin 20.200 km üzerindeki yörüngede bulunurlar.
Bu kadar fazla yükseklikte bulunan uydular oldukça geniş bir görüş alanına sahiptirler ve dünya üzerindeki bir GPS alıcısının her zaman en az 4 adet uyduyu görebileceği şekilde yerleştirilmişlerdir. Uydular saatte 7.000 mil hızla hareket ederler ve 12 saatte, dünya çevresinde bir tur atarlar. Güneş enerjisi ile çalışırlar ve en az 10 yıl kullanılmak üzere tasarlanmışlardır. Ayrıca güneş enerjisi kesintilerine karşı (güneş tutulması vs.) yedek bataryaları ve yörünge düzeltmeleri için de küçük ateşleyici roketleri mevcuttur.
GPS projesi ilk uydunun 1978 de ateşlenmesiyle başlamıştır. 24 uyduluk ağ 1994 de tamamlanmıştır. Projenin devamlılığı ve geliştirilmesi ile ilgili bütçe ABD Savunma Bölümüne aittir. Uyduların her biri, iki değişik frekansta ve radyo sinyalleri yayınlamaktadır.
Bunlardan dördü insansız, biri insanlı ana kontrol merkezidir. İnsansız kontrol merkezleri, topladıkları bilgileri ana merkeze yollarlar. Ana merkezde bu bilgiler değerlendirilerek gerekli düzeltmeleri uydulara bildirir. Kontrol Bölümü Kontrol Bölümü, GPS uydularını sürekli izleyerek, doğru yörünge ve zaman bilgilerini sağlar. Dünya üzerinde 5 adet kontrol istasyonu bulunmaktadır.
Kontrol Bölümü Monitor and Control Colorado Springs Hawaii Ana Kontrol İstasyonu Ascension Islands Diego Garcia Kwajalein İzleme İstasyonu Yer Antenleri
Kullanıcı Bölümü Kullanıcı bölümü yerdeki alıcılardır. Çeşitli amaçlarla GPS kullanarak yerini belirlemek isteyen herhangi bir kişi, sistemin kullanıcı bölümüne dahil olur.
Kullanıcılar : Askerler (navigasyon, Savunma sanayii, vb.) Siviller ( Navigasyon, Taşımacılık, Ölçme, Veri Toplama, vb.) Alıcılar : Trimble Ashtech Rogue Leica Javad diğer,...
Araç Navigasyonu Askeri Navigasyon Sistemi
GPS in Çalışma Prensibi GPS alıcısı yerini belirlemek için, öncelikle uyduların kesin yerini bilmelidir ve onlara ne kadar uzaklıkta olduğunu bulmalıdır. GPS in uyduların yerini nasıl öğrendiğini inceleyecek olursak; Alıcı uydudan iki çeşit bilgi alır. Bunlardan birisi, uyduların konumlarını bildiren almanac data almanak bilgisi dır. Almanak bilgisi sürekli olarak yollanır ve GPS in hafızasında saklanır. Bu sayede GPS her uydunun yörüngesini bilir ve olması gereken konumu hesaplar. Uydular konum değiştirdikçe almanak bilgisi yenilenir.
Uydu yörüngelerinde ufak sapmalar meydana gelebilir. Bu sapmaların hesaplanması için kontrol bölümü uyduların yörünge bilgilerini sürekli olarak izler. Elde edilen bu hata verileri Ana kontrol merkezine ulaştırılır ve düzeltilerek buradan uydulara geri gönderilir. Bu düzeltilmiş kesin konum bilgilerine Ephemeris Data Geçici Bilgi adı verilir. Bu bilgiler güncelliğini 4 ila 6 saat arasında korur. Ephemeris bilgisi daha sonra kodlanarak GPS alıcısına gönderilir. Almanak ve Ephemeris bilgilerini alan GPS alıcısı, uyduların kesin konumlarını sürekli olarak belirler.
El GPS
Araç Navigasyon Sistemi
Balıkçıkta kullanılan bir sistem
Transit Der Vorgänger des GPS von den USA (Sendefrequenz: 150 und 400 MHz). Entwickelt ab 1958, in Betrieb seit 1964 und zivil ab 1967 genutzt. Seit dem 31. Dezember 1996 als Navigationssystem außer Betrieb. (Da das System weiter sendete, wurde es danach als Navy Ionospheric Monitoring System (NIMS) weiterbetrieben.) GLONASS Das russische Pendant zum amerikanischen NAVSTAR-GPS. Euteltracs Europäisches Positionssystem für Fernverkehr (sehr ungenau). Es sendet auf einer Frequenz von 10-14 GHz. Seit 1991 in Betrieb. Galileo EU und ESA haben gemeinsam die Entwicklung eines europäisches System zur Satellitennavigation für überwiegend zivile Anwendungen mit dem Namen Galileo vorangetrieben. Die Entwicklungsund Testphase wurde im Dezember 2004 in einem 4-Jahresvertrag an die Industrie vergeben. Nach Ablauf dieses Vertrages sollen 32 Galileo-Satelliten im All und der Großteil des Bodensegments installiert sein. Der ursprüngliche Zeitplan sieht wie folgt aus: Bis 2005 Entwicklungs- und Testphase, Aufbau des Satellitennetzes ab 2006, Testphase ab 2008. Es wird mindestens vier Dienste (OS, CS, SoL, PRS) geben. Die zivile und kostenlose Positionsbestimmung (OS) wird eine Genauigkeit von 5-8 m bereitstellen. Beim SoL-Dienst wird zusätzlich noch Integrität, also die rechtzeitige Warnung des Nutzers, wenn der Positionierungsfehler größer als eine vorgegeben Schranke (12 m horizontal, 20 m vertikal) ist, bereitgestellt. Der PRS-Dienst wird die Bedürfnisse staatlicher Organisationen befriedigen. Im CS- Dienst können noch zusätzlich Informationen mit geringer Datenrate an Abonnenten übertragen werden. MTSAT Das Multifunction Transport Satellite System ist eine Entwicklung Japans (Frequenz 1,2 GHz). Noch in der Experimentierphase. (Stand 2003) Beidou Das Navigationssystem der Volksrepublik China (Sendefrequenz 1,4 GHz). Seit 2004 in Betrieb, allerdings beschränkt sich die Nutzung auf den asiatischen Bereich.
Kaynaklar T. A. Herring, "The Global Positioning System," Scientific American, pp. 44-50, February 1996. N. J. Hotchkiss, A Comprehensive Guide to Land Navigation with GPS, Alexis, 1994. Special Edition on the Global Positioning System, Satellite Times, March/April 1996. D. Sobel, Longitude, Walker, 1995.
Web Sayfaları GPS Program Office: http://www.laafb.af.mil/smc/cz/homepage/ US Coast Guard Navaigation Center http://www.navcen.uscg.mil/default.htm GPS Precise Orbits http://www.ngs.noaa.gov/gps/gps.html GPS World Magazine http://www.gpsworld.com/