GPS Nedir?

Düzenli olarak kodlanmış sistemlerin birbirleri arasında yaptıkları sinyal alışverişlerinde yörünge içerisinde yer alan uyduların kişinin veya cihazın dünya üzerindeki kessin konumu belirlemesine GPS (Global Positioning System) denilmektedir. GPS, İngilizce Global Positioning System’in baş harflerinden oluşan GPS‘in Türkçe karlılığı ise Küresel Konum Belirleme Sistemi’dir. ABD savunma dairesi tarafından geliştirilmiştir. Düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağıdır ve uydularla aramızdaki mesafeyi ölçerek dünya üzerindeki kesin yerimizi tespit etmeyi mümkün kılar.

Bu uydular Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığına ait olmak üzere dünya yörüngesinde toplamda 24 adet uydudan oluşmaktadırlar. Uydular kendi aralarında çok küçük dalgalanmalarla sinyaller gönderirler.  Buda yeryüzünde bulunmakta olan GPS alıcılarını tetikleyip, kişinin nerede olduğu hakkında net bilgiler yansıtmaktadır. Cep telefonlarımızda da yaygınlık gösteren GPS sistemleri haritalarda nerede olduğumuzu ve sistemden nasıl faydalanacağımız hakkında bilgiler sunmaktadırlar. Hiç bilmediğini bir yere gittiğinizde telefonunuz sizin nerede olduğunuzu nereden bilebilir ki? Tabi ki de GPS sistemleri sayesinde uydularla sinyal alışverişi yaparak sizin kesin noktanızı belirlemektedirler.

Önerilen Yazı » GPRS Nedir? Ne İşe Yarar? Nasıl Çalışır?

GPS’in Bölümleri Nelerdir?

GPS sistemi; uzay bölümü (uydular), kontrol bölümü (yer istasyonları) ve kullanıcı bölümü (GPS alıcısı) olmak üzere üç ana kısımdan oluşur.

Uzay Bölümü (Uydular): Amerika BirleĢik Devletleri‘ne ait 24 adet uydu, yaklaşık 20000 km yükseklikte yörüngede dolaşmakta ve yeryüzüne kesintisiz olarak hangi anda nerede olduklarını (koordinat ve zaman bilgilerini) göndermektedir. Uydular saatte 10.000 km hızla hareket eder. Yer merkezinden yaklaşık 20200 km uzaklıkta olup 11 saat 58 dakikada dünya çevresinde bir tur atar. Güneş enerjisi ile çalışır. Uyduların her biri, iki değişik frekansta (L1,L2) radyo sinyalleri yayınlamaktadır. Yeryüzünde herhangi bir yer ve zamanda gözlenebilecek en az uydu sayısı dörttür ve her bir uydu yaklaşık 5 saat ufuk hattı üzerinde kalır. Altı farklı tip GPS uydusu mevcut olup bunlar; Block I, Block II, Block IIA, Block IIR, Block IIF, Block III uydularıdır.

Kontrol Bölümü (Yer İstasyonları): Uyduların doğru çalışıp çalışmadığını sürekli kontrol eden yer istasyonlarından oluşur. Dünya üzerinde 5 adet takip istasyonu (Ascencion, Hawaii, Colarado Springs, Kwajalein, Diego Garcia), 1 adet ana kumanda istasyonu ve 3 adet uydulara veri transmisyonu yapan istasyon vardır. Takip istasyonlarından alınan bilgiler ana kumanda merkezine gönderilir, burada uyduların yörüngeleri ve saat düzeltme bilgileri hesaplanır ve ilgili uydulara mesaj olarak gönderilir

Kullanıcı Bölümü (GPS Alıcısı): Çeşitli amaçlarla GPS kullanarak yerini belirlemek isteyen herhangi bir kişi, sistemin kullanıcı bölümünü oluşturur. GPS alıcılarından oluşur. Bu alıcılar uydulardan gelen sinyalleri anteni vasıtasıyla alır ve kendi türüne göre çeşitli amaçlı (seyrüsefer, araç takip vb.) gerçek zaman koordinat bilgisini veya biraz daha uzun süreli ölçüm sonucu jeodezi uygulamaları için statik fakat oldukça hassas (yatay düzlemde min. 1 mm) koordinat bilgisi üretir.

Önerilen Yazı » GSM Nedir? Nasıl Çalışır? Ne İşe Yarar?

GPS Nasıl Çalışır?

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 (link 1) ve L2 (link 2)’dir. GPS sisteminde çift frekans olmasının amaçları; L1 frekansının kesilmesi ya da elektronik karıştırmaya maruz kalması durumunda L2 frekansının yedek frekans görevi görmesi ve çift frekans özelliğinden yararlanarak iyonosferik düzeltme olanağı sağlamasıdır.

Almanak verileri efemeris ve saat parametrelerinin belirli bir kısmını kapsamaktadır. Amacı, GPS alıcısının ölçüye başlamak için ilk açılması anında hızlı bir şekilde uydulara kilitlenebilmesi için gerekli olan doğruluğu oldukça düşük uydu koordinatlarını sağlamaktır. Almanak verileri her bir uydu tarafından yayınlanmakta ve içerisinde tüm uydulara ait yaklaşık konum bilgileri bulunmaktadır

Position fix, GPS cihazı tarafından o anda bulunduğumuz noktanın belirlenmesidir. Bu nokta ya enlem/boylam ya da Universal Transverse Mercator sistemiyle iki koordinat olarak cihazda görülür. Bulunduğumuz noktanın koordinatlarını belirledikten sonra ona bir isim verebiliriz. Buna da GPS dilinde waypoint (yol noktası) denir. Bu, katettiğimiz yol üzerindeki bir noktadır. Bazı GPS cihazlarında bu noktaları semboller ile belirlemek mümkündür. GPS alıcısı, dünya üzerindeki yerini belirleyebilmek için uydularla bağlantı kurmak zorundadır. Buna uyduya kilitlenme (satellite lock, fix veya acquisiton) denir. Kilitlenmenin gerçekleşebilmesi için alıcının gökyüzünü rahatça görebilmesi gerekir.

Önerilen Yazı » Uydudan Kontrol Edilen ANKA-S Nedir?

Kilitlenmeyle birlikte alıcı uydudan bilgileri almaya başlar. Bu bilgiler sayesinde alıcı konumunu hesaplayabilir. Uydunun gönderdiği her sinyalde zaman da gönderilir. Böylece alıcı uydudan ne kadar uzakta olduğunu sürekli öğrenmektedir. GPS cihazını ilk açtığımızda uydulara kilitlenmeye çalışarak konumunuzu belirleyecektir. Cihazın bunu gerçekleştirebilmesi için yaklaşık 10–15 dakikalık süreye ihtiyacı olur. Bu işleme initialization (başlama) denir. Başlama süresini kısaltmak için GPS cihazına yardım edebiliriz. Eğer cihaza bulunduğumuz yerin koordinatlarını verebilirsek başlama süresi oldukça kısalacaktır. GPS bir pusula değildir. Hangi yöne döndüğümüzü göstermez. Eğer hareket hâlindeysek hangi yöne doğru gittiğimizi gösterir

GPS sistemi, World Geodetic System 1984 (WGS 84) sistemini kullanır ve yeryüzünde bulunduğunuz noktayı 300 fit (90 M) yüksekliğe kadar kesin bir şekilde bulabilir. Bu yükseklikten sonra sistem hatayı düzeltmek için hesap yapar, hata en aza indirilerek yeryüzündeki hassasiyet yakalanabilir. Yapılan ölçümlerin hassas olması için uydular, çok komplike ve hassas saatler kullanır. Bu saatler nanosaniye hassasiyetindedir. Tam olarak 0,000000003 saniyeyi gösterebilir (saniyenin milyarda üçü). Sistemin bu kadar hassas olmasının nedeni ise alıcının tam olarak verinin uydudan ne kadar sürede geldiğini hesaplaması gerektiğidir. GPS alıcısı bu süreyi pozisyonunu bulmak için kullanır.

GPS Sistemlerin Gelişimi ve Uygulama Alanları

GPS sistemleri ilk olarak ABD tarafından üretimleri gerçekleştirilmiş ve askeri alanlarda kullanılmaları mümkün kılınması adına işleve sokulmuştur. Askerlerin yönlerini belirlemekte veya bir yerden gönderilmekte olan füzelerin kontrollerini sağlamak üzere tasarlanmışlardır. Fakat GPS sistemlerine dünya genelinde ihtiyaç duyulması ve teknolojinin hızla büyük bir ilerleme kat etmesi durumunda 1980’lerde sivil hayatta da kullanılması için hizmete açılmıştır. Uygulama alanlarının yoğunluk göstermiş olduğu bölümler arasında askeri yerler başrol almaktadırlar. GPS kıtalar arası füzelerde hassas güdümlü füzelerin kullanılmasında aktif şekilde kullanılıyorlar. Fırlatma pozisyonunda konumlandırılacağı alanların belirlenmesi ve nereye net olarak varacağı hakkında bilgi sahibi olabilmek adına GPS cihazları kullanılmaktadır. Ayrıca Amerikan Nükleer Patlama Gözleme Sistemleri de kendi içerisinde GPS uyduları nükleer patlama detektörleri bulundurmaktadır.

Önerilen Yazı » Tristör Nedir? Nasıl Çalışır? Özellikleri Nelerdir?

Referans Saat Sistemi

Birden fazla senkronizasyon sistemleri referans saat doğuşları olarak GPS kullanmaktadırlar. Fakat GPS sistemleri UTC ve GMT ölçülerine göre farklılık göstererek kendi uydu atomları üzerinde atomik saatleri kullanmaktadırlar. Sistemlerin bilgileri 6 Haziran 1980’de sıfırlanmış olup saniye düzenlemesi yapılması mümkün kılınmadığı için de UTC sistemlerine göre 14 Saniye önde çalışmaktadır. Periyodik mantık seviyesi olarak GPS alıçlarına UTC saat bilgileri gönderilmektedir. Uzay bölümlerinde, yer istasyonlarında ve kullanıcı alanlarında da GPS alıcıları yer almaktadır.

En Yaygın Kullanılan GPS Sistemleri Hangileridir?

Dünya genelinde yaygınlıkla sivil hayatta kullanılan GPS sistemleri akıllı cihazlarımızda bulunan sistemlerden oluşmaktadırlar. Bunlar yörüngede bulunan uydularla sinyal alışverişi yaparak kişinin nerede olduğu konum bilgileri ve detaylı arazi şartlarını kendilerine iletmektedir. Sivil hayatta belirlenen GPS alıcıları askeri alanlarına göre daha kısıtlıdır. Bunun temel sebebi füze gibi sistemlerin test edilme aşamasında dışarıdan yapılacak olan müdahaleleri en aza indirmektedir. Yani kısacası füze yapmalarına izin verilmediği için kullanıcılar 18 KM yükseklik 450 Km/S hız gibi limit sınırlarıyla işlemler yapabilmektedirler. Yürütülen projeler arasında arazi şartları başta olmak üzere yol güzergahları gibi temel önemli bilgileri yansıtan uydularında sivillere açık şekilde kullanılmasına izin verilmektedir.