Kapat
Teknoloji 0

GPS Nedir? Nasıl Çalışır?


GPS nedir? GPS nasıl çalışır?

GPS (The Global Positioning System): Küresel konumlama sistemi manasına gelmektedir. Amacı dünya etrafında dönen uydular aracılığıyla yerdeki nesnelerin konumunu belirlemektir. GPS Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığına ait bir sistemdir. Dünyanın çevresinde tam 24 adet gps uydusu dolaşmaktadır bunların 18’i çalışan, 6’sı yedek uydulardır ve uyduların tamamı yine Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığına aittir. Bu uydular çok düşük güçlü radyo sinyalleri yayarlar. Yeryüzündeki GPS alıcısı, bu sinyalleri alır. Böylece konum saptaması yapılmış olur.

GPS’İN TARİHÇESİ

Sistemin ilk kuruluş amacı tamamen askeri amaçlar içindi. GPS alıcıları yön bulmakta, askeri çıkartmalarda ve roket atışlarında, Cruise füzelerinde ( kıtalar arası füzeler ) ve hassas güdümlü füzelerde, balistik füzelerde fırlatma pozisyonunun daha doğru belirlenmesinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Ancak 1983 yılında bir Kore yolcu uçağının hatalı konum saptama nedeniyle yasak hava sahasına girip düşürülmesi ve 269 kişinin ölümüyle sonuçlanan olay sonrasında sivil kullanıma da açılmıştır.

GPS’İN KULLANIM ALANLARI

– Sivil Kullanım Alanları

Navigasyon; Hız ölçümlerinin kesin olarak belirlenmesinde kullanılır.
Jeoloji; Yer kabuğunda oluşan hareketlerin izlenmesinde ve deprem analizlerinde kullanılır.
Harita Yapımı; Askeri ve Sivil alanlarda ihtiyaca göre haritaların çizilmesinde kullanılır.
İzleme; İnsanların, araçların veya hayvanların sistem sayesinde takibi yapılabilir.

 – Askeri Kullanım Alanları 

Keşif; Devriye ve keşif görevleri rahatlıkla yapılabilir.
Hedef İzleme; GPS sistemi le çalışan hedef takip sistemi ile havadaki ve yerdeki potansiyel tehditler izlenebilir.
Atış ve güdüm sistemleri; Silah sistemlerinin tam olarak güdümlenmesi ve hedeflerin tam sabetle vurulması için GPS kullanılır.
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.

GPS’İN ÇALIŞMA ŞEKLİ

GPS uyduları güneş enerjisiyle çalışır ancak güneş tutulması gibi enerji kaynağı kesintilerine karşı yedek batarya bulundururlar. Ayrıca yörüngeden sapma ihtimaline karşı küçük roketler bulundururlar. Uydular 7 bin mil / saat yani yaklaşık 11.265 km / saat hızla ve yüzeyden 20.000 km uzaklıktaki yörüngelerde hareket ederler.

GPS konusundaki en büyük yanılgılardan biri uyduların hedef nesnenin konumunu belirlediğidir. Sanılanın aksine sistem kullanıcının nerede olduğunu saptamaz. Kendi konum bilgilerini GPS kullanıcısına gönderir. Alıcı aldığı bilgiler ışığında haberleştiği uydular arasındaki mesafeyi hesaplar kesin ve konum belirler. Bu kısım önemli çünkü açıklandığı üzere hedefin kesin doğru konumun belirlenmesi için birden fazla uydudan bilgi alınması gerekir. Konum hesabının doğru yapılabilmesi için 18 aktif uydudan en az dördü ile haberleşilmesi gerekir.

Peki dünya üzerindeki konumumuz üçlü koordinat sistemi ( x, y, z ) ile belirlenebilirken neden dört uyduya ihtiyacımız var?

Aşağıda  ki görselde de görebileceğiniz gibi hesaplamada GPS alıcısı ile uydu arasındaki mesafeler kullanıldığından, her bir uydu mesafesine göre GPS ‘in bulunduğu konum ihtimallerinin kesişimi  en az 4 uydu kullanımında tek bir noktaya indirgenebiliyor. Bu nedenle GPS  konumunuzu belirlemek için anlık olarak en az 4 uydu ile haberleşir. Genelde GPS sistemlerinde en az dört en fazla oniki uydu ile haberleşilir

GPS Sinyalleri

.GPS sistemlerinin çalışabilmesi için Einstein ‘ ın görelelik kuramı hesapları göz önüne alınmak zorundadır. Yoksa sistem yeterli hassasiyette ölçümler yapamayacağından çalışamaz hale gelir. Uydular yörüngede dünyadan 20.000 km uzaklıkta dönerler ve bu uzaklıkta çekim etkisi dünyaya göre daha azdır ve zaman daha hızlı akar. Bu nedenle GPS uydusu için zaman gün içerisinde 45 mikrosaniye daha hızlı akar. Ayrıca cisimler hızlandıkça zaman cisim için daha yavaş akar ve bu da uydular için zamanın gün içerisinde 7 mikrosaniye daha az akması anlamına gelir. Ki bu iki nedenin sonucunda uydular ve dünya arasında günlük 38 mikrosaniyelik bir zaman farkı oluşturur. GPS uyduları nanosaniyeler ile çalıştığından, mikrosaniye saniyenin milyonda biri olmasına rağmen sistem verilerinde çok büyük saptamalara neden olur. Yani eğer görelelik hesaba katılmadan hesaplar yapılacak olsa sistem dakikalar içerisinde çöker. Günlük 10 km artan oranda hata verir ve sadece günler sonra konumunuzu belki de yüzlerce kilometrekarelik bi çapın  içerisinde herhangi bir yerde verebilir. Bu sorunun gidirilmesi amacıyla uydular içerisinde atomik saatler barındırılmakta ve bu saatler sayesinde anlık düzeltmelerle bu hata ihtimalleri sıfıra indirdirgenmektedir.

 

GPS’nin YAPISI

GPS ; Uydu Segmenti, Kullanıcı Segmenti ve Kontrol Segmenti olmak üzere üç kısımdan oluşur.

Uydu Segmenti; Bu segment vericiden gelen sinyalleri toplar ve hedef nesnenin ya da canlının yeryüzündeki konumunu belirler ve yayınlar.
Kullanıcı Segmenti; Sivil ve askeri kullanıcıları belirtir. Bu segment sinyalleri algılayan bir adet dedektör ve sinyali işlemeye yarayan bir işlemciden oluşur.
Kontrol Segmenti; Tüm sistemin düzgün ve en verimli şekilde çalışmasını sağlar. Alınan sinyalleri anlık olarak günceller ve uyduların belirlenen yörüngelerde dönmesini sağlar.

GPS ALICILARININ ÇEŞİTLERİ 

Günümüzde hassasiyet seviyesine göre 3 çeşit GPS alıcısı bulunmaktadır;

  1. Adi Edinimli Kod Alıcısı(Coarse Acquisition (C/A) code receivers):  1 saniye içerisinde 1-5 metreye kadar olan konumunuzu bildirmeye yarar.
  2. Taşıyıcı Faz Alıcıları (Carrier Phase receivers): Bu tür alıcılar 10-30 metre arasındaki konumları belirler.
  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.

KAYNAK;
https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System
http://www.gps.gov/
http://www.physics.org/article-questions.asp?id=55

BİNLERCE ABONE ARASINA KATIL

En kaliteli, en geçerli, en iyi mühendislik bilgilerini abone olarak, takipte kalarak öğrenebilirsin!

Abonelik işleminiz tamamlandı.

Hata oluştu.

MalzemeBilimi.Net'te yazar olarak siz de para kazanabilirsiniz! Yazar olmak için tıklayın!

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir