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.

Kontrol Bölümü

Kontrol Bölümü, GPS uydularını sürekli izleyerek, doğru yörünge ve zaman bilgilerini sağlar.

Dünya üzerinde 5 adet kontrol istasyonu bulunmaktadır.

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.

Ana Kontrol İstasyonu

İzleme İstasyonu

Yer Antenleri

Colorado

Springs

Hawaii Ascension

Islands

Diego

Garcia

Kwajalein

Kontrol Bölümü

Monitor and Control

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 Entwicklungs- und 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/