GPS Nedir? GPS Uygulamaları Nelerdir?

Sıradan kullanıcılar için en önemli GPS, navigasyon cihazları (android, IOS) alanında kullanılmakta. Ancak GPS sisteminin olukça zengin kullanım alanları mevcut....

GPS Nedir? - Yapısı ve Uygulamaları

GPS sisteminden çok uzun zaman önce araştırmacılar, yolcuların kaybolmaması için kafa patlatmaya başlamıştı. Daha sonra yolcular, ayrıntılı hazırlanmış haritalarla gittikleri yolları işaretlemeye ve rotalarını izlemeye başladılar. Günümüzde GPS sistemi ile artık kaybolmuyoruz ve gittiğimiz yolları işaretlememize gerek kalmıyor. İkİ bölüm halinde yayınlayacağımız bu dizinin ilk bölümünde GPS sisteminin yapısını, çalışmasını ve uygulamalarını inceleyeceğiz.




GPS Sisteminin Başlangıcı;

GPS sisteminin temelleri, ABD ordusunda başlatılan ve Dünya etrafında dönen 24 uydunun ortak çalışmasına dayalı navigasyon sistemleri ile atılmıştır. GPS sistemi NAVSTAR (Navigation System for Timing and Ranging – Zaman ve Mesafe Tayini için Navigasyon Sistemi) olarak da bilinir.

GPS sistemi dünyanın her yerinde ve tüm hava koşullarında çalışır. Kullanıcıların yerlerini belirlemede ve rotalarını izlemelerinde yardımcı olur. GPS sistemi, GPS alıcısı olan herkes tarafından kullanılabilir.


GPS'in Tarihçesi;

GPS ilk olarak 1978 yılında ABD Savunma Bakanlığı'na bağlı olarak yapılan askeri çalışmalar ile ortaya çıktı. İlk ismi 'NAVSTAR' olan sistem, ilk uydunun yörüngeye yerleştirilmesinde kullanıldı.

Bugün, dünya etrafında yörüngeye oturmuş 30 adet GPS uydusu, 20.200 kilometre mesafede dönüyor. Bu uydular, GPS'lerden gelen sinyalleri algılayarak GPS'in nerede olduğunu belirlemeye çalışıyor. Günümüzde GPS sistemi herkes tarafından ve hiçbir ücret ödenmen kullanılabiliyor.

GPS sisteminin ilk örnekleri, dünya üzerinde yayılmış radyo istasyonlarının yerlerini belirlemek için kullanılmıştır. İlk önce master olarak isimlendirilen ana radyo istasyonu bir sinyal gönderir. Köle adı verilen ve dünyanon herhangi bir tarafında bulunan ikincil bir radyo istasyonu da bu sinyale cevap gönderir. Köle istasyonlar bu sinyalleri bir gecikme ile yayınlarlar. Alıcı ise bu gecikmeyi hesaplayarak master ve köle istasyonlar arasındaki konumu, bir referans noktasına göre hesaplar. Bu referans noktası köle istasyonun bulunduğu konum olabilir.

Bu yöntemde sabit bir radyo istasyonunun bulunması zorunluluğu, askeri uygulamalar için bir zorunluluktu. Çünkü askeri uygulamalar, hareketlilik (mobilite) gerektiriyordu. Bu sebeple 1960 yıllarında ilk navigasyon uydusu yapıldı. 'Transit' adı verilen bu uydu sistemi ile; uydu tarafından yayınlanan sinyalin frekansı üzerindeki Doppler etkisi hesaplanıyor ve bu sayede alıcının konumu belirleniyor ve uyduya en yakın olan alıcının konumu, uydunun konumuna göre bulunuyordu.

Modern uydular daha farklı şekilde çalışır. Bir uydu tarafından yayınlanan sinyal, uydunun konum bilgisini ve yayınlanan sinyalin iletim süresi bilgisini de içerir. Bu önemli bilgiler sayesinde yerdeki birimin konumu kesin olarak belirlenebilir. Farklı uydulardan yerdeki birime gelen sinyaller kesişir ve alıcının kesin konumu bu sayede belirlenebilir.

GPS Uygulamaları;

GPS tekniği, askeri çalışmalar amacı ile başlatılmıştır. 1980'de ABD hükümeti, bu sistemin siviller için de kullanılması kararı aldı. Bu sayede GPS sistemi bilimsel ve teknik çalışmalarda, ticari uygulamalarda ve izleme sistemlerinde çok kullanılan bir yöntem haline geldi. GPS sistemi, sinyal akışının zor ya da imkansız olduğu su altı, mağara içi, yer altı gibi yerlerin haricinde, dünyanın her tarafında kullanılabilir.

►Sivil Uygulamalar;

• Navigasyon; Hız ölçümlerini kesin olarak belirlemek için kullanılır.
• Geo işaretleme; Harita üzerinde koordinatları işaretleme ve fotoğraf gibi görseller eklenebilir.
• Yüzey Ölçümü; Haritacılar, yüzeylerin ölçümünü yapabilir ve mülklerin sınırlarını belirleyebilir.
• Harita yapımı; Sivil veya askeri ihtiyaçlar için harita yapılmasına olanak sağlar.
• Jeoloji; Dünyanın yer hareketleri incelenebilir ve depremler analiz edilebilir.
• İzleme; Araçlar, insanlar veya evcil hayvanlar GPS sistemi ile izlenebilir ve takip edilebilir.

►Askeri Uygulamalar;

• Navigasyon; Askerler karanlık ve bilinmeyen yerlerdeki nesneleri GPS yardımı ile bulabilirler.
• Arama ve kurtarma; Açık ve geniş arazilerde arama çalışmaları daha kolay yapılır. Örneğin düşen bir pilotun yeri kesin olarak belirlenebilir.
• Keşif: Devriye ve keşif görevleri rahatlıkla yapılabilir.
• Hedef İzleme: GPS sistemi le çalışan hedef takip sistemi ile havadaki ve yerdeki potansiyel tehditler izlenebilir.
• GPS, ABD Nükleer Patlama Algılama Sistemi kapsamında optik sensör, dozimetre, elektromanyetik pals algılayıcı, x-ray sensörü gibi bir takım nükleer algılama sistemi ile donatılmıştır.
• Atış ve güdüm sistemleri; Silah sistemlerinin tam olarak güdümlenmesi ve hedeflerin tam sabetle vurulması için GPS kullanılır.

►GPS'in Yapısı;

GPS üç kısımdan oluşur: uydu segmenti, kullanıcı segmenti ve kontrol segmenti. GPS yapısı aşağıdaki diyagramda verilmiştir.



►Uydu Segmenti: Uydular, GPS'in kalbidir. Vericiden gelen sinyalleri toplar ve nesnelerin yer üzerindeki konumlarını yayınlar. Eğer navigasyon cihazı ile binalara, dağlık, engebeli bölgelere veya kalabalık yerlere girerseniz sinyal zayıflar. Sinyal zayıfladığında, net bir sinyal alınana kadar hareket edilmesi gerekir. Konumun hesaplanması için dört tane uydunun hedefe kilitlenmesi gerekir.

►Kullanıcı Segmenti: Bu segment sivil ve askeri kullanıcıları ifade eder. Sinyalleri algılamaya yarayan bir dedektör ve sinyali işlemeye yarayan bir işlemci içerir. Sinyalin gücü, bir ampuylün harcadığı gücün katrilyonda birinden daha azdır.

►Kontrol Segmenti: Tüm sistemin verimli bir şekilde çalışmasını sağlar. Sinyallerin anlık olarak güncellenmesi ve uyduların belirlenen yörüngelerinde kalması için kontrol sistemi hayati önem taşımaktadır.


►GPS Alıcıların Çeşitleri;

Farklı doğruluk ve hassasiyet seviyelerine sahip olmak üzere, üç farklı GPS alıcı istemi vardır.

1. Adi Edinimli Kod Alıcısı (Coarse Acquisition (C/A) code receivers): Bu tür alıcılar 1 saniyelik işlem süresi içinde 1-5 metre arasında konum doğruluğu sağlar. Eğer işlem süresi uzarsa konum doğruluğu 1-3 metre arasına düşebilir.
   
   
2. Taşıyıcı Faz Alcıları (Carrier Phase receivers): Bu alıcılar 10-30 metre arasında konum doğruluğu sağlar. Uydu ile alıcı arasındaki mesafe, bu ikisi arasındaki sinyal ölçülerek hesaplanır. İşlem süresi yükselirse, alıcının tam konumu daha büyük doğrulukla belirlenebilir.
   
   
3. Çift Frekans Alıcıları (Dual Frequency receivers): Bu alıcılar, santimetreden daha hassas konum doğruluğu sağlayabilir. Bu alıcılar, uydudan gelen sinyalleri iki farklı frekansta algılar ve kesin konumu çok büyük bir doğrulukla belirler.

Konum belirleme işlemlerinde tüm alıcılar, diferansiyel düzeltme işlemi kullanırlar. Bu yöntem GPS'in konumunun, referans bir noktaya göre karşılaştırılması yöntemidir.

GPS Nasıl Çalışır?

GPS uyduları dünya üzerindeki yörüngelerinde, dünyayı bir günde iki kez dolaşacak şekilde dönerler. Bu uydular dünyaya sürekli sinyal gönderirler. Bu sinyaller GPS alıcıları tarafından algılanır böylece GPS kullanıısının dünya üzerindeki konumu belirlenir. GPS alıcısı, uydunun yayınladığı sinyalin ne kadar sürede kendisine ulaştığını hesaplayarak aradaki mesafeyi belirler. Sinyalin yayınlanması ve algılanması arasında geçen süre ile GPS kullanıcısının uyduya olan uzaklığı belirlenir.

2 boyutta pozisyonu belirlemek ve izlenen rotayı taki etmek için en az üç uydudan gelen sinyallerin GPS tarafından algılanması gerekir.3 boyutta konum belirlemek için ( enlem, boylam ve yükeklik) GPS alıcının dört veya daha fazla uydunun sinyalini alması gerekir.

Kullanıcının konumunun belirlenmesi dışında GPS alıcı seyahat hızı, alınan yol, hedefe olan uzaklık, gündoğumu ve gün batımı süreleri, tüm tolculuk süresi, hedefe vrmak için kalan zaman gibi bilgileri de verebilir. Bu bilgiler bir LCD ekranı ile kullanıcıya aktarılır.

GPS Nedir? Ne işe yarar? GPS nasıl kullanılır, nasıl çalışır, özellikleri nelerdir? GPS hakkında kısaca bilgi.​

GPS Nedir? Ne İşe Yarar?​

İnsanlar antik zamanlardan beri gökyüzüne bakarak yollarını bulmuşlardır. Eski denizciler, nerede olduklarını ve nereye gideceğini bulmak için gece gökyüzündeki takımyıldızları kullandılar. Bugün dünyadaki nerelerde olduğumuzun tam anlamıyla anlaşılması için tek ihtiyacımız olan şey, basit bir el tipi GPS (Küresel Konumlandırma Sistemi’nin kısaltılmışı) alıcısıdır. Ancak hala nerede olduğumuzu ve diğer yerlere nasıl ulaştığımızı bulmak için gökyüzünde gerekir.
Yıldızlar yerine uyduları kullanıyoruz. 30’dan fazla navigasyon uydusu, Dünya’nın üstünde bulunuyor. Bu uydular bize tam olarak nerede olduğumuzu söyleyebilir.

GPS nedir?​

Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS), uydular, yer istasyonları ve alıcılardan oluşur. GPS bir sistemdir. Üç bölümden oluşur: uydular, yer istasyonları ve alıcılar. Uydular, yıldızlar gibi hareket eder ve bu uyduların herhangi bir zamanda, nerede olması gerektiği bilgisine sahibiz. Yer istasyonları nerede olduğumuzu bulmak için radar kullanırlar.
Telefonunuzda veya arabalarda bulabileceğiniz bir alıcı, bu uydulardan sürekli olarak bir sinyal alır. Alıcı, bu uydulardan ne kadar uzakta olduğunu bulur. Alıcı, dört veya daha fazla uydundan mesafesini hesapladığında, tam olarak nerede olduğunuzu bilir. Uzaydan birkaç kilometre uzaktan, yeryüzündeki yeriniz inanılmaz bir hassasiyetle belirlenebilir! Genellikle bulunduğunuz yerin birkaç metre içerisindeki yeri belirlenebilir.
Üç boyutlu konumu belirlemek istediğinizde, alıcı bunu otomatik olarak ağdaki en az dört uyduyu bulur ve bu uydulardan her birinin kimliğini ve saat zamanını gösteren sinyallerin yanı sıra takımyıldızı hakkında bilgi alır. . Bu sinyallere dayanarak cihaz kendi saatini GPS sisteminin zamanı ile senkronize ederek sinyallerin cihaza ulaşması için geçen süreyi hesaplayarak uyduya olan mesafesini ölçer. Ters trilaterasyon yöntemini kullanarak kendi konumunu hesaplar. Ayrıca, uyduların her birinde bulunan atomik saatlere ve GPS yer segmentine dayalı olarak zaman açısından büyük bir doğrulukla hesaplanır.
GPS şu anda 31 operasyonel uydudan oluşmaktadır.

GPS Tarihçesi​

1960’larda, yer istasyonu çiftlerinden yayılan sinyallerin faz karşılaştırmasına dayanan OMEGA kara navigasyon sistemi, dünyanın ilk radyo navigasyon sistemi oldu. Bu sistemlerin sınırlamaları, daha hassas ve daha evrensel bir navigasyon çözümü ihtiyacını doğurdu.
ABD Donanması , filolarının navigasyon sistemlerine güncel ve doğru konum gözlemleri sağlamak için uyduları kullanarak bu navigasyon teknolojisini uyguladı. Sistem, dünyanın tüm yüzeyini kaplayan küresel gereksinimleri karşılamalıydı; süreklilik, atmosfer koşullarından etkilenmeden sürekli çalışma; havacılıkta ve hassasiyette kullanılmasını sağlamak için son derece dinamik. Bu, farklı davranışları simüle eden çöllerde Timation ve 621B sistemi gibi farklı deneylerin üretilmesine yol açtı.
1964’te faaliyete geçen ve 1967’de askeri ticari kullanıma da sunulan TRANSIT sistemi bu şekilde ortaya çıktı . TRANSIT , 1.074 km yükseklikte, düşük kutup yörüngesinde bulunan altı uydudan oluşan bir takımyıldızdan oluşuyordu. Böyle bir konfigürasyon dünya çapında kapsama alanı elde etti, ancak yine de, her 1,5 saatte bir uydulara erişebilmek için konumlandırma olasılığı aralıklıydı. Uyduyu on beş dakika sürekli takip etmek için gerekli olan pozisyonun hesaplanması.
1967’de ABD Donanması, GPS’in gerektirdiği bir teknoloji olan uzaya doğru saatler yerleştirmenin fizibilitesini gösteren Timation uydusunu geliştirdi.
Daha sonra, aynı on yılda ve atomik saatlerin gelişimi sayesinde, her biri bu saatlerden birini taşıyan ve tümü belirli bir zaman referansına göre senkronize edilen bir uydular takımı tasarlandı.
1973’te Amerika Birleşik Devletleri Deniz Kuvvetleri ve Hava Kuvvetleri programları birleştirildi (ikincisi, bir PRN ( Sözde Rastgele Gürültü ) koduyla modüle edilmiş bir sinyal kullanarak doğru veri sağlayan şifreli bir iletim tekniğinden oluşuyordu ), Navigasyon Teknolojisi Programı olarak bilinen programda. , daha sonra NAVSTAR GPS olarak yeniden adlandırıldı.
1978 ve 1985 arasında , on bir deneysel NAVSTAR prototip uydusu geliştirildi ve fırlatıldı. 2009 yılında Amerika Birleşik Devletleri Hükümeti, ICAO’nun ihtiyaçlarını desteklemek için Standart Konumlandırma Hizmetini teklif etti ve ICAO teklifi kabul etti.

GPS sinyali​

Her bir GPS uydusu, yaklaşık 1600 MHz mikrodalga taşıyıcı frekansında saniyede 50 bit hızında sürekli olarak bir navigasyon mesajı yayınlar. Karşılaştırıldığında, FM radyo 87.5 ila 108,0 MHz arasında yayın yapar ve Wi-Fi ağları 5000 MHz ve 2400 MHz civarında çalışır. Daha spesifik olarak, tüm uydular 1575.42 MHz’de (bu L1 sinyalidir) ve 1227.6 MHz’de (L2 sinyali) yayın yapar.
GPS sinyali, uydunun yerleşik atom saatine, GPS hafta numarasına ve uydu için bir durum raporuna göre kesin “haftanın zamanını” sağlar, böylece hatalı olup olmadığı anlaşılır. Her iletim 30 saniye sürer ve 1500 bit şifreli veri taşır. Bu küçük miktardaki veri, her uydu için farklı olan yüksek hızlı bir sözde rastgele dizi (PRN) ile kodlanır. GPS alıcıları her bir uydunun PRN kodlarını bilir ve bu nedenle sadece sinyali çözmekle kalmaz, aynı zamanda farklı uydular arasında ayrım yapabilir.
İletimler, uydunun atom saatinin gösterdiği gibi tam olarak dakika ve yarım dakikada başlayacak şekilde zamanlanır. GPS sinyalinin ilk kısmı, alıcıya uydu saati ile GPS zamanı arasındaki ilişkiyi anlatır. Aşağıdaki veri serisi, alıcıya doğru uydu yörünge bilgisi sağlar.

Kaynak : Pixabay.com