GPS - Doç. Dr. İbrahim TİRYAKİOĞLU

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.
Kontrol Bölümü
Monitor and Control
Colorado
Springs
Hawaii
Ana Kontrol İstasyonu
İzleme İstasyonu
Yer Antenleri
Kwajalein
Ascension
Islands
Diego
Garcia
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 1014 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 Entwicklungsund 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 CSDienst 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/
