Aşağıda okuyacağınız yazı teknik olarak GPS’in ne olduğu ve nerelerde kullanıldığına ilişkin yazılmıştır ve yazı ELTEM-TEK A.Ş. tarafından aylık olarak çıkarılan ve ücretsiz dağıtılan ELTEM-TEK dergisinin Ocak 2009 tarihli 16. sayısından alınmıştır.

GPS (Global Positioning System; Küresel Yer Belirleme Sistemi ya da Küresel Konumlandırma Sistemi), düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağıdır ve uydularla arasındaki mesafeyi ölçerek dünya üzerindeki kesin yeri tespit etmeyi mümkün kılar.

Önceleri askeri amaçlar için kullanılan ve 1980’lerde sivil kullanıma da açılan GPS, ABD Savunma Bakanlığı’na ait yörüngede sürekli olarak dönen 24 uydudan oluşur. Bu uydular çok düşük güçte radyo sinyalleri yayarlar. Yeryüzündeki GPS alıcısı bu sinyalleri alır ve böylece konumun belirlenmesi mümkün olur.

GPS teknolojisi çok farklı amaçlar doğrultusunda kullanım alanlarına sahiptir. İlk başta askeri amaçlarla oluşturulmasından dolayı bu alanda çok büyük yararlar sağlamaktadır. Özellikle güdümlü füzelerde rotanın saptanması ve balistik füzelerde de fırlatma pozisyonunun doğru hesaplanmasında GPS çok büyük bir yardımcıdır. Türk Silahlı Kuvvetleri’de izlediği savunma politikasına paralel olarak birçok GPS uygulamasından yararlanmaktadır. Örnek olarak komando birlikleri intikal, travers arazide yön bulmak gibi birçok alanda GPS’ten yararlanmaktadır. Bunların yanında bir tedbir olarak füze yapma amaçlı kullanılmamaları için sivil GPS alıcılarına da 18 km yükseklik ve 450 km/s gibi hız sınırları getirilmiştir.

GPS’in diğer bir kullanım amacı da araştırmalardır. En pahalı GPS alıcıları haritacılar tarafından sınırların, yapıların, harita işaretlerinin konum tespiti ve yol yapım çalışmaları için kullanılmaktadır. Bunların dışında GPS, görme engelliler için de çok faydalı uygulamalar içermektedir. 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 başlanmıştır.

GPS havacılık alanında, uçaklarda yön bulma sistemlerine ek olarak da kullanılmaktadır. Ayrıca 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.

GPS temel olarak 3 ana bölüme ayrılabilir. Bunlar: uzay bölümü, kontrol bölümü ve kullanıcı bölümüdür.

Uzay bölümü en az 24 uydudan (21 aktif ve 3 yedek uydu) 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 saate 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 küçük ateşleyici roketleri vardır.

GPS projesi ilk uydunun1978’de ateşlenmesiyle başlamıştır. 24 uyduluk ağ 1994’te tamamlanmıştır. Projenin devamlılığı ve geliştirilmesiyle ilgili bütçe ABD Savunma Bölümü’ne aittir.

Uyduların her biri iki değişik frekansta ve düşük güçlü radyo sinyalleri yayınlamaktadır. (L1, L2) Sivil GPS alıcıları L1 frekansını (UHF bandında 1575,42 Mhz) ABD Savunma Bölümü alıcıları L2 (1227,60 Mhz) frekansını dinlemektedirler. Bu sinyal “Görüş Hattında” Line of Sight ilerler yani bulutlardan, camdan ve plastikten geçebilir ancak duvar ve dağ gibi katı cisimlerden geçemez.

GPS sinyalleri binalardan yansıdığı için şehir içlerinde araziye oranla hassasiyetleri azalır. Yeraltına kazılan tünellerde ise sinyal elde edilemez. Hatalı sinyallerin elde edilebileceği ya da hiç sinyal elde edilemeyen bölgelerde kullanılmak üzere geliştirilen Diferansiyel GPS’ler tarafından bu hatalar en aza indirilerek daha hassas bir yer ölçümü yapılabilir.

Daha rahat anlaşılması bakımından bilinen radyo istasyonları sinyalleriyle L1 frekansı kıyaslanırsa FM radyo istasyonları 88 ile 108 Mhz frekansları arasında yayın yaparlar. L1 ise 1575,42 frekansını kullanır. Ayrıca GPS’in uydu sinyalleri çok düşük güçtedirler. FM radyo sinyalleri 100.000 watt gücünde iken L1 sinyali 20-50 watt arasındadır. Bu yüzden GPS uydularından temiz bir sinyal alabilmek için açık bir görüş alanı gereklidir.

GPS uyduları tarafından gönderilen elektromanyetik dalgalar atmosferden geçerken bükülmeye uğrarlar. L1 ve L2 bantları farklı dalga boylarına sahip olduğundan farklı oranda bükülmeye uğradığından aradaki farklılık hesaplanarak atmosferik bozulma engellenerek çok daha hassas bir yer bilgisi hesaplanabilir. Sadece L1 bandı kullanılarak (diferansiyel GPS ile dahi) 90 m hassasiyet elde edilebilirken L1 ve L2 bantlarının ortak kullanımı ile bir metrenin altında hassasiyete ulaşmak mümkün olmaktadır.

Her uydu yerdeki alıcının sinyalleri tanımlamasını sağlayan iki adet özel pseudo-random (Şifrelenmiş Rastgele Kod) kodu yayınlar. Bunlar Korumalı (Protected P Code) Kod ve Coarse/Acquisition (C/A code) kodudur. P kodu karıştırılarak sivil izinsiz kullanım engellenir, bu olaya Anti-Spoofing adı verilir. P koduna verilen başka bir isim de “P (Y)” ya da sadece “Y” kodudur.

Bu sinyallerin ana amacı, yerdeki alıcının sinyalin geliş süresini ölçerek uyduya olan mesafesini hesaplamayı mümkün kılmasıdır. Uyduya olan mesafe sinyalin geliş süresi ile hızının çarpımına eşittir. Sinyallerin kabul edilen hızı ışık hızıdır. Gelen bu sinyal uydunun yörünge bilgileri ve saat bilgisi, genel sistem durum bilgisi ve ionosferik gecikme bilgisini içerir. Uydu sinyalleri çok güvenilir atom saatleri kullanılarak zamanlanır.

Adından da anlaşılacağı gibi kontrol bölümü GPS uydularını sürekli izleyerek doğru yörünge ve zaman bilgilerini sağlar. Dünya üzerinde 5 adet kontrol istasyonu bulunmaktadır. (Hawai, Kwajalein, Colorada Spring, (Ana merkez) Ascension Adaları ve Diego Garcia) Bunlardan dördü insansız biri insanlı ana kontrol merkezleridir. İnsansız kontrol merkezleri topladıkları bilgileri ana merkeze yollarlar. Ana merkezde bu bilgiler değerlendirilerek gerekli düzeltmeler uydulara bildirilir.

Kullanıcı bölümü yerdeki alıcılardır. Çeşitli amaçlarla GPS kullanarak yerini belirlemek isteyen herhengibir kişi, sistemin kullanıcı bölümüne dahil olur.  

Kaynak: ELTEM-TEK