Duyuruyu Kapat
Facebook Gözat
Twitter Gözat

GPS (Global Positioning System) Küresel Konumlama Sistemi

Konu, 'Outdoor' kısmında Genç Osman Bircan tarafından paylaşıldı.

  1. Genç Osman Bircan

    Genç Osman Bircan Forum Demirbaşı

    Kayıt:
    18 Mayıs 2010
    Mesajlar:
    486
    Beğeniler:
    702
    Şehir:
    MALATYA
    Seviye:
    Bu sistem, Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı'na aittir, dünya yörüngesinde sürekli olarak dönen uydulardan oluşur.Uydular radyo sinyalleri yayarlar ve yer küredeki GPS alıcıları bu sinyalleri alırlar. Böylece konum belirlenmesi mümkün olur.
    Bu sistemin Amerika Birleşik Devletleri tarafından ilk kuruluş hedefi tamamen askeri amaçlar içindi. GPS alıcıları yön bulmakta, askeri çıkartmalarda her türlü silah, roket,füze atışlarında, askeri hava,kara, deniz taşıtlarında, zırhlı taşıtlarda kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

    1980'lerde GPS sistemi sivil kullanıma da açılmış ve ticari gelir elde edilmeye başlanmıştır.

    GPS Hayatı Nasıl Kolaylaştırıyor?
    İnsanoğlunun bulunduğu yeri bilmesi, bulunduğu yerden nereye gideceğinin planını yapabilmesi, bir diğerine yer tarif ederken referanslar gösterebilmesi; sosyal ve ekonomik ilişkiler açısından, medeniyetin ilk yıllarından beri her zaman gerekli olmuştur. "Konum" ve "bir adım sonra neyle karşılaşılacağı" bilinmezliklerine, imkanlar ve günün teknikleri dahilinde cevaplar bulmuştur. Konumu belirlemek için önceleri yıldızlardan, diğer coğrafi referanslardan faydalanılmış, gidilmemiş yerler hakkında da gezginlerin hikayelerinden ve en önemlisi de varolan haritalardan faydalanılmış.

    Günümüzde ise "konum" bilgisi daha hassas ve işlevsel biçimlerde elde edilmektedir. Şehir içindeki bir dağıtım elemanı, GPS e yüklenmiş rota sayesinde teslimatını kolayca yapabilmekte, daha önce hiç bulunmadığı bir coğrafyada keşifler yapan bir gezgin, Internet’ten indirdiği rota sayesinde su kaynaklarına, kamp noktalarına ve patikalara ulaşabilmekte; okyanusun ortasındaki bir gemi GPS sayesinde nerede olduğunu görebilmekte, rotasını planlayabilmektedir.

    UYGULAMA ALANLARINA KISA BİR BAKIŞ
    Askeri
    GPS cruise füzelerinde (kıtalar arası füzelerde) ve hassas güdümlü füzelerde kullanılmaktadır. Balistik füzelerede de fırlatma pozisyonunun daha doğru olarak hesaplanması için kullanılmaktadır. Ayrıca Amerikan Nükleer Patlama Gözlemleme Sisteminin büyük bir parçası olarak GPS uyduları nükleer patlama dedektörleri içerir.
    Türk Silahlı Kuvvetleri de izlediği savunma politikasına paralel olarak birçok alanda GPS uygulamalarından yararlanmaktadır. Örnek olarak komando birlikleri intikal, travers, arazide yön bulma gibi birçok alanda GPS kullanmaktadır.

    Askeri kullanım alanlarını başlıklar altında kısaca toplamak gerekirse

    Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu
    Hedef bulma
    Arama-Kurtarma
    Füze güdümü
    INS sistemlerinin desteği
    Uçakların, görüşün sınırlı ya da hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı

    Sivil Kullanım Alanları

    Kara, deniz ve hava araçlarının navigasyonu
    Jeodezi ve jeodinamik amaçlı ölçmeler
    Kadastral ölçmeler
    Kinematik GPS destekli fotogrametrik çalışmalar
    Yerel ve küresel deformasyon ölçmeleri
    Araç takip sistemleri
    Uçakların, görüşün sınırlı ya da hiç olmadığı hava koşullarında iniş ve kalkışı
    Aktif kontrol ağları
    CBS veri tabanlarının geliştirilmesi
    Turizm, tarım Hidrografik ölçmeler

    Araştırma
    En pahalı GPS alıcıları haritacılar tarafından sınırların, yapıların, harita işaretlerinin konum tespiti ve yol yapım çalışmaları için kullanılmaktadır.

    Görme engelliler için
    1980'lerin sonlarına doğru uygulamaya giren GPS ile birlikte “MoBIC, Drishti, Brunel Navigation System for the Blind, NOPPA, BrailleNote GPS and Trekker” isimli projeler yürütülmeye başlamıştır.

    Referans saat
    Birçok senkronizasyon sistemi referans saat kaynağı olarak GPS’i kullanmaktadır. GPS sistemi UTC ve GMT'den farklı olarak kendi uyduları üzerindeki atomik saatleri kullanmaktadır. Bunlar 6 Haziran 1980'de sıfırlanmışlar, ve artık saniyeleri düzeltmesi yapılmadığı için UTC'den 14 saniye ileridedirler. Bu nedenle periyodik olarak GPS alıcılarına UTC saat bilgisi gönderilir.


    BİRAZ DAHA DERİNE İNİP GPS ÇALIŞMA PRENSİPLERİNİ İNCELEYELİM
    GPS PROJESİ

    Gps (Global Positioning System) yani küresel konumlama sistemi 21’i kullanımda 3’ü yedekte olmak üzere toplam 24 uydudan oluşan sürekli kodlanmış bilgi ileten bir network, uydu bazlı radyo navigasyon sistemine verilen addır. Dünya üzerinde nerde bulunduğunun bilgisini uyduların uzaklıklarının ölçümünden kesinkes vermektedir. Amerikan Savunma Bakanlığı’nın denetiminde ve idamesinde olan sistem 24 adet uydu takımından oluşur. Uyduların yörünge hareketi 12 saat sürermektedir.

    Ufuk çizgisi üzerinde erişilebilen maksimum uydu sayısı günün saati ve konuma bağlı olarak 8-12 arasında değişir. Üç boyutlu pozisyon elde edebilmek için en az 4 adet uydudan yayınlanan sinyalin işlenmesi gerekir. Normal şartlarda GPS sinyallerini engelleyecek fiziksel engel yok ise en az 6-8 arası sayıda uydu ile iletişim kurulur.

    GPS alıcısı iki boyutlu konumlama (enlem, boylam) ve araç,yaya yer değiştirmesini hesabı için en az üç uyduya kilitlenmelidir. Dört ve daha fazla uydun gozlenmesiyle alıcıyla üç boyutlu konumlama (enlem boylam yükseklik) elde edilebilir. GPS alıcısı pasif yapıda olduğundan yani havada bulunan sinyali işlediğinden (FM radyosu gibi) uydulara veya başka her hangi bir yere sinyal göndermez.

    GPS sistemi konum ve hız bilgisini doğru, sürekli, küresel ve üç boyutlu olarak uygun almaç donanımına sahip kullanıcılara sunmaktadır. GPS ayrıca bir çeşit UTC (Universal Time Coordinated) zaman bilgisini de sağlamaktadır GPS iki farklı kalitede hizmet sunmaktadır: Standart Yerbulum Servisi (SPS) ve Hassas Yerbulum Servisi (PPS). Bunlardan SPS sivil kullanım için belirlenmişken, PPS askeri amaçlı olarak kullanılmaktadır. PPS’ye erişim çeşitli kriptolama özellikleri ile denetlenerek kullanımına sınırlama getirilmektedir. Bu mekanizmalardan birisi olan AS (antispoofing), bir tür karıştırma (jamming) tekniği olan yanıltma (deception jamming)’ya karşı bir önlemdir.

    PPS de yatay düzleminde 22m (2drms,%95) ve düşeyde 27,7m (%95)’lik bir doğruluk değeri belirlenmiştir. Bu değerler bir noktada yapılan tüm yer bulumların %95′inin o noktayı merkez alan 2drms yarıçaplı dairenin belirlediği alanın içinde olacağını göstermektedir. PPS’in sağladığı zaman transfer doğruluğu 200nsn (%95) ve hız ölçüm doğruluğu da 0,2m/sn dir.

    SPS de yatay düzlemde 100m (2drms,%95) ve düşeyde 156m (%95) duyarlılıklarına sahiptir. SPS’in sağladığı zaman transfer doğruluğu 340nsn (%95) dir. SPS’in düşük doğruluğunun en başta gelen nedeni A.B.D. Savunma Bakanlığı’nın SPS verisine uyguladığı SA (Selective Availability) yöntemidir. Bundan amaçlanan SPS için en azından yerbulumsal doğruluk ölçütleri dikkate alındığında PPS’le aynı düzeye gelmemesini sağlamaktır.

    GPS sisteminin belirlenen temel özellikleri;

    Küresel kaplama,
    Sürekli ve her hava koşulunda çalışabilme,
    Dinamik platformda uygunluk,
    Sınırsız kullanıcı olanağı,
    Yüksek doğruluk


    GPS Sinyalleri
    GPS uyduları L1 ve L2 olarak bilinen, iki radyo sinyali gönderirler. Sivil kullanıcılar için yalnızca UHF bandındaki 1575.42 MHz frekansındaki L1 sinyali açıktır ve "p code" olarak bilinen kodu taşıyan L2 sinyalleri sivil kullanıma kapalıdır. GPS sinyalleri pseudorandom kod, ephemeris data ve almanak bilgisi olmak üzere üç tip bilgi içerirler. Pseudorandom code, alıcının hangi uydudan bilgi aldığını bildirir, uydunun ID numarası bilgisidir. Ephemeris data, uydunun çalışma durumu-performansı hakkında bilgi verdiği gibi, en önemlisi, konum belirlemeye yarayan "zaman" bilgisini de içerir. Almanak bilgisi ise söz konusu uydunun (ve diğer tüm uyduların) kaydedilmiş ve daha sonrası için hesaplanan yörünge bilgilerini içerir. Belli bir zaman sonra hangi uyduların "görülebileceği" hakkında bilgi verir.


    GPS BÖLÜMLERİ

    Uzay Bölümü
    Ekvator ile 55 derecelik eğim yapan her yörüngede 4 uydu olmak üzere 6 yörünge düzlemi üzerine yerleştirilmiş dünya yüzeyinden yaklaşık 20200 km yükseklikte 21 esas ve 3 yedek olmak üzere toplam 24 uydudan oluşmaktadır. Yeryüzünün tamamını 24 saat ve yılın 365 günü kaplama alanları altında tutabilecek şekilde yerleştirilmişlerdir. Böylelikle dünyanın herhangi bir yeri, herhangi bir zamanda en az 4 uydu tarafından görülebilmektedir.

    Yedek uyduların amacı, esas uydulardan herhangi birinde sorun olması halinde bunun yerine devreye girmek olmakla birlikte günümüzde uyduların tamamı aktif haldedir. İlk 10 uydu geliştirme amaçlı olup, ömürleri 10 yıldır. Bunlara Block I denilmektedir. 1989–1993 yılları arasında 23 tane uydu gönderilmiş ve en son 1994 yılında 1 uydu atılarak sistem 24 uydu ile tamamlanmıştır. Bunlara Block II uyduları denmektedir. Her kuşak uydu bir öncekine göre daha yüksek yeteneklerde ve daha uzun ömürde olacak şekilde tasarlanmıştır.

    Uzay bölümünün genel özellikleri aşağıdaki şekilde sıralanabilir;
    Uydular yeryüzünden yaklaşık 20200 km (yer merkezinden 26500 km) uzaklıkta olup 11 saat 58 dakikada bir tam devir yaparlar.

    Yeryüzünde herhangi bir yer ve zamanda gözlenebilecek en az uydu sayısı 4 tür ve her bir uydu yaklaşık 5 saat ufuk hattı üzerinde kalır. Türkiye bölgesinde enleme göre değişmekle birlikte gözlenebilen en çok uydu sayısı 10′dur.

    Uydu yörünge zamanı (ortalama yıldız zamanı) ile yer dönmesi (ortalama güneş zamanı) arasındaki yaklaşık 4 dakika/gün fark nedeniyle, yörüngedeki bir gözlemci aynı uyduyu her gün dört dakika erken gözlemektedir.

    Kontrol Bölümü

    [​IMG]

    Kontrol Bölümü Uzay Dağılımı
    Ana kontrol istasyonu, yer antenleri ve izleme istasyonlarını içeren İşletim Kontrol Sisteminden (OCS) meydana gelmektedir. Tüm GPS uyduları dünya üzerinde uygun dağılmış, çok hassas saatlerle donatılmış, konumu iyi bilinen 6 sabit izleme istasyonundan (Hawaii, Coiorado Springs, Cape Canavaral, Ascension, Diego Garcia, Kwajaiein) izlenmektedir. Bu istasyonların amacı, günlük olarak uyduların sağlıklı biçimde çalışmalarını sağlamak, toplanan verilerin irdelenmesi ile uydu yörüngelerinin belirlenmesi, uydu saatlerinin düzeltmelerinin hesaplanması ve yeni hesaplanan yörünge saat düzeltmesi, SA etkileri gibi bilgilerin uydulara yüklenmesidir.

    Ana Kontrol İstasyonu, tüm sistemin kontrolünden, her bir uydu için uydu efemeris bilgilerinin ve saat düzeltmelerinin hesabından sorumludur. Diğer 4 istasyon ise izleme istasyonu olarak görev yapmakta ve uydu efemerislerinin belirlenebilmesi için gerekli verileri toplamaktadır. Ayrıca Ascencion, Diego Garcia, Cape Canavaral ve Kwajalein istasyonlarında efemeris bilgilerini ve saat düzeltmelerini uydulara yüklemek amacıyla yer antenleri de bulunmaktadır.

    Kullanıcı Bölümü
    Kullanıcı bölümü üç kısımdan oluşur. Anten, alıcı/işlemci (Receiver/Processor), Kontrol ve display ünitesi (CDU). Kullanıcı bölümü, değişik firmalar tarafından üretilir ve elde edilen sinyallerden, yer, hız, zaman bilgilerini çıkarmada kullanılır.

    Konumları şok iyi bilinen uydular ile GPS alıcısı arasındaki mesafenin ölçümüne dayalıdır. Uydularda birer atom saati bulunur ve uydular, GPS alıcısına zaman, uydunun konumu, transmisyon süresi gibi bilgileri kodlanmış olarak gönderir. Alıcı, bu bilgilerden faydalanarak enlem, boylam, irtifa ve zaman bilinmeyenlerini çözer ve bu şekilde o anda bulunulan konum ve hızı hesaplar. Yalnızca C/A kodunu çözebilen sivil veya ticari GPS alıcılarında hesaplamalar sonucu oluşabilecek hata payı yaklaşık 100 metredir.

    Bu değer P kodunu da çözebilen askeri GPS alıcılarında 1 6 metre civarına kadar düşer. Sistemin doğruluğunu daha da artırmak için değişik yöntemler kullanılır. Bu kısım alıcıda uydudan gelen sinyallerin kodlarının çözülmesini içerir Alıcı şu işlemleri gerçeklerştirir

    Bir veya daha fazla uydu secer
    Gps sinyallerini yakalar
    Ölçer ve tarar
    Navigasyon bilgisini tekrar düzenler

    GPS ve Ölçme Hataları
    GPS sistemi bugüne kadar geliştirilmiş en yüksek doğruluklu küresel bir konum belirleme ve navigasyon sistemi olmasına karşın, tüm diğer sistemlerde olduğu gibi, bazı zayıf tarafları vardır. Başka bir deyişle, GPS ölçülerinden elde edilen sonuçları da etkileyen bazı raslantısal ve sistematik sapmalar söz konusudur. Bunlar:

    İnsan Hataları

    Seçimli Doğruluk Erişimi (SA) : SA etkisi uygulanmadığı durumlarda SPS ile elde edilen konum doğruluğu yaklaşık 20 metre iken, SA uygulandığı durumlarda 2 boyutta doğruluk yaklaşık 100 metre (%95 olasılıkla), 3 boyutta ise yaklaşık 156 metredir. (%95 olasılıkla). SA etkisi iki farklı şekilde uygulanmıştır. Birincisinde uydu Navigasyon Mesajında yayınlanan yörünge bilgileri ile oynanmakta (e – epsilon tekniği), ikincisinde uydu saati frekansı ile oynanmaktadır (S tekniği, clock dithering).

    EMI (Electomagnetic Inteferance) :Alıcıya ulaşan sinyalin kasıtlı olarak başka bir ortamdan daha güçlü yapılan sinyal yayınımı ile mevcut GPS sinyalinin karıştırılması ile oluşturulan hatadır.ABD sistemi kurduğu için ve askeri olarak kendinden başka ülkelerin kullanmasını engellemek için müdahalelerde bulunur yada askeri amaçlı gönderilen ayrı sinyalleri kriptolar.

    Sinyal Yansıma: Uydulardan yayınlanan sinyallerin yeryüzünde herhangi bir noktada kurulu olan antene, bir veya daha fazla sayıda yol izleyerek ve esas sinyale karışarak ulaşmasına sinyal yansıma etkisi denir. Yüksek binalar, kayalıklar, vadiler bu gruba girer.

    Uydu Geometrisi
    Uyduların birbirlerine ve yeryüzündeki alıcıya göre olan konumlarının, alıcı anteni koordinatlarının belirlenmesindeki hatalara katkısı duyarlılık kaybı (DOP) faktörleri ile ifade edilmektedir. Genel olarak yüksek DOP değeri uydu geometrisinin doğru konum belirleme için uygun olmadığını (uyduların birbirine çok yakın olduğunu), düşük DOP değeri ise uydu dağılımının çok iyi olduğunu ifade etmektedir.

    Çevresel Ortam Kaynaklı Hatalar
    İyonosfer Etkisi: İyonosfer, radyo dalgalarını dağıtıcı bir özelliğe sahip olup, bu bozucu etki radyo dalgalarının frekansına bağlı olarak değişim gösterir. Ölçülen uydu alıcı uzunluğunda iyonosferden dolayı bir azalma ya da fazlalık söz konusudur. Bu nedenle L1 alıcıları bir model ile L1 ve L2’li alıcıları ise, aradaki frekans farkından dolayı gecikmeyi yakalayarak, hatanın bir kısmı düzeltilmektedir.

    Troposfer Etkisi Nötr (iyonize olmamış) atmosferin radyo frekanslarında yayınlanan elektromanyetik dalgalara olan etkisi troposferik gecikme etkisi (yada troposferik refraksiyon) olarak isimlendirilmektedir. Nötr atmosfer elektromanyetik dalgaların hızını ve yönünü değiştirir. Bu etki elektromanyetik dalganın yavaşlamasına ve eğilmesine neden olur.

    Alıcı Hataları
    Alıcı anteni faz merkezi GPS sinyallerinin antene ulaştığı nokta olup bu nokta genellikle geometrik faz merkezinden farklıdır. İdeal olarak GPS anteninin faz merkezi, antene ulaşan sinyalin geliş doğrultusundan bağımsız olması gerekir. Ancak, uygulamada, uydu sinyalinin azimut ve yükseklik açısına bağlı olarak antenlerin faz merkezlerinde küçük değişimler gözlenmektedir.

    GPS İle Ölçme Methodları
    GPS’ de ölçülen noktaların cinsine, istenen duyarlılığa ve amaca göre farklı ölçme metotları uygulanır. Sonuçta elde edilen koordinatlar alıcı tipine, gözlem süresine, uyduların konumu ve sayısına, ölçü tipine göre değişir. Bir noktanın doğrudan doğruya dünya üzerindeki konumu (enlem, boylam, yükseklik veya X,Y,Z) belirleniyorsa buna mutlak konum belirleme (Point Positioning) denir.

    Birden fazla noktanın birbirine göre konumlarının belirlenmesine ise bağıl konum belirleme (Relative Positioning) denir. Konumu belirlenecek nokta hareketsiz ise (nirengi, poligon, detay) statik konum belirleme; hareketli ise (uçak, gemi, tank) kinematik konum belirlemeden söz edilir. Uçak, gemi ve benzeri araçların navigasyonu amacıyla anlık (real-time) konum belirleme yapılabilir. Ölçülerin, daha hassas sonuçlar elde etmek için arazideki ölçmelerden sonra ofiste değerlendirilmesi de (post-processing) mümkündür.