GPS, uyduların kullanımıyla bir konum hakkında kesin bilgi veren bir navigasyon teknolojisidir. Temelde bir GPS sistemi, bir grup uydudan ve alıcı gibi iyi geliştirilmiş araçlardan oluşur. Bununla birlikte, sistem en az dört uydudan oluşmalıdır. Her uydu ve alıcı, kararlı atom saati ile donatılmıştır. Uydu saatleri birbirleriyle ve yer saatleri ile senkronize edilir. GPS alıcısının da bir saati vardır ancak senkronize değildir ve kararlı değildir (daha az kararlı). Uyduların gerçek zamanının yer saatinden herhangi bir sapması günlük olarak düzeltilmelidir. Senkronize uydu ağından ve alıcıdan dört bilinmeyen miktarın (üç koordinat ve uydu zamanından saat sapması) hesaplanması gerekir.GPS alıcısının işi, üç temel bilinmeyen zaman ve konum denklemini hesaplamak için uydu ağından sinyaller almaktır.
Bir GPS sinyali, sözde rasgele kodlar ve iletim zamanı ile o zamandaki uydu konumunu içerir. GPS tarafından yayınlanan sinyale, modülasyonlu taşıyıcı frekansı da denir. Ayrıca, sözde rasgele kod, sıfırlar ve birler dizisidir. Pratik olarak, alıcı konumu ve alıcı saatinin alıcı sistem zamanına göre ofseti, uçuş zamanını (TOF'ler) işlemek için navigasyon denklemleri kullanılarak eşzamanlı olarak hesaplanır. TOF, alıcının sinyalin varış zamanı ve iletim zamanını kullanarak oluşturduğu dört değerdir. Konum genellikle jeoidlere göre enlem, boylam ve yüksekliğe dönüştürülür (esasen ortalama deniz seviyesi). Ardından koordinatlar ekranda görüntülenir.
GPS Unsurları
GPS'in yapısı karmaşıktır. Bir uzay bölümünün üç ana bölümünden, bir kontrol bölümünden ve bir kullanıcı bölümünden oluşur. Uyduyu orta dünya yörüngesine fırlatmak yorucu bir iştir. Uzay bölümü, aynı yörüngede her biri üç dairesel yörüngede 8 olmak üzere 24 ila 32 uydu veya uzay aracı içerir. Dünyanın hemen hemen her yerinden en az altı uydu her zaman görüş alanı içindedir.
Uzay bölümünün yanında kontrol bölümü var. Kontrol bölümünde bir ana kontrol istasyonu, alternatif bir ana kontrol istasyonu, yer anteni ve izleme istasyonu bulunmaktadır. Kullanıcı segmenti binlerce sivil, ticari ve askeri konumlandırma hizmetinden oluşur. Bir GPS alıcısı veya cihazı, uydular tarafından iletilen frekansa ayarlanmış bir antenden oluşur. Ayrıca konum ve zaman sağlamak için görüntü ekranı içerir.
Bir GPS alıcısı, aynı anda izleyebileceği uydu sayısına, yani kanal sayısına göre sınıflandırılır. Alıcılar genellikle dört ila beş kanala sahiptir, ancak son gelişmeler, 20 kanala kadar da yapıldığını göstermiştir.
Uydu frekansı: Tüm uydu yayın frekansları. Frekans bandı, L1, L2, L3, L4 ve L5 gibi beş türden oluşur. Bu bantların 1176 MHz ila 1600 M Hz arasında frekans aralıkları vardır.
GPS nasıl çalışır?
GPS uyduları, bir günde iki kez dünyanın her yerinde döner. Çok doğru bir rotada döner ve dünyaya gösterge ve bilgi gönderir. GPS alıcıları tüm bilgileri alır ve kullanıcının doğru konumunu bulmak için üçgenleme uygular. Temel olarak, GPS alıcısı, bir sinyalin bir uydu tarafından yayılma süresi ile çelişir ve alındığı zamanı tahsis eder. Saat farkı, alıcının GPS uydularından ne kadar uzakta olduğunu formüle eder. Daha az sayıda uydu ile kesin mesafeyi ölçer ve alıcı, kullanıcının konumunu belirler ve bunu elektronik aletin haritasında görüntüler.
Alıcı, iki boyutlu bir konum oluşturmak için en az üç uydu ile sinyale kilitlenmeli ve ayrıca kullanıcının hareketini takip etmelidir. Alıcı, dört veya daha fazla uydu kullanarak, kullanıcının yükseklik, enlem ve boylamdan oluşan üç boyutlu konumunu belirleyebilir. Kullanıcının konumunu belirledikten sonra, GPS ünitesi hız, yön, yol, mesafe, hedef, gün doğumu ve gün batımı gibi diğer bilgileri hesaplar.
GPS ne kadar doğru?
Paralel çok kanallı tasarım nedeniyle GPS alıcıları çok doğrudur. Paralel kanallar çok hızlı ve kesindir, ancak atmosferik gürültü ve rahatsızlıklar gibi bazı faktörler bazen GPS alıcılarının doğruluğunu büyük ölçüde etkileyebilir ve etkileyebilir.
Kullanıcılar ayrıca, GPS sinyallerini üç ila beş metrelik düzenli aralıklarla düzelten Diferansiyel GPS (DGPS) ile gelişmiş hassasiyet elde edebilirler. ABD Sahil Güvenlik en yaygın DGPS düzeltme hizmetini yürütmektedir. Sistem, GPS sinyallerini alan ve işaret vericileri tarafından kesin bir sinyal yayınlayan bir kule düzenlemesi içerir. Kesin sinyali alabilmek için, kullanıcıların bir GPS sahibi olmanın yanı sıra diferansiyel bir işaret alıcısı ve işaret antenine sahip olması gerekir.
GPS sinyal hatalarının kaynakları
GPS sinyallerinin hassasiyetini bozabilecek ve dolayısıyla doğruluğu etkileyebilecek faktörler aşağıdakileri içerir:
- İyonosfer ve troposfer gecikmeleri - Uydu sinyali atmosfer katmanlarını geçerken yavaşlar. GPS sistemi, bu tür bir yanlışlığı düzeltmek için gereken düzenli engelleme süresini hesaplamak için kullanılan yerleşik bir model kullanır.
- Sinyal çok yolu - Bu hata, sinyal alıcıya ulaşmadan önce daha yüksek binalar ve daha büyük kayalar gibi nesnelerden yansıtıldığında meydana gelir. Bu, sinyalin seyahatinin toplam süresini uzatır ve hatalara ve yanlışlığa neden olur.
- Yörünge hataları - Bu hatalar, uydunun konumunun yanlışlıklarını hesaplamak için kullanılan efemeris hataları olarak da bilinir.
- Görünür uydu sayısı - doğruluk, bir GPS alıcısının görebileceği tam uydu sayısına bağlıdır. Binalar, arazi, elektronik parazit gibi faktörler, sinyal doğruluğunu ve alımını engelleyerek pozisyonda hataya ve bazen sinyallerde okuma yapılmamasına neden olur. Tipik olarak iç mekanlarda, su altında ve yer altında çalışmaz.
Uygulamalar
Sadece askeri kullanım için değil, sivil ve ticari hizmetlerde kullanımı ile yaygın olarak bilinen bir GPS makinesi. Bazı sivil uygulamalar:
1. Astronomi: Astrometri ve gök mekaniği hesaplamalarında kullanılır.
2. Otomasyonlu araçlar: Otomasyonlu araçlarda (sürücüsüz araçlar) araba ve kamyonlar için lokasyon uygulamak için de kullanılır.
3. Cep telefonu: Modern cep telefonları GPS izleme yazılımı ile donatılmıştır. Kişinin konumunu bildiği ve ATM'ler, kafeler, kısıtlamalar gibi yakındaki hizmetlerin izlenebildiği için mevcuttur. Cep telefonu özellikli ilk GPS 1990'larda piyasaya sürüldü. Hücresel telefonda aynı zamanda acil durum aramaları ve diğer birçok uygulamanın tespitinde kullanılır.
4. Afet yardımı ve diğer acil hizmetler: Herhangi bir doğal afet durumunda konumu belirlemek için GPS en iyi araçtır. GPS, siklon gibi felaketlerden önce bile tahmini süreyi hesaplamaya yardımcı olur.
5. Filo takibi: GPS, savaş sırasında askeri gemileri izleme potansiyeli ile bilinen bir geliştirici aracıdır.
6. Araba konumu: GPS özellikli bir araba, konumunu izlemeyi kolaylaştırır.
7. Coğrafi eskrim: Coğrafi eskrimde, bir insanı, hayvanı veya arabayı izlemek için GPS kullanırız. Cihaz araca, kişiye veya hayvanın tasmasına takılır. Sürekli takip ve güncelleme sağlar.
8. Coğrafi etiketleme: En önemli uygulamalardan biri coğrafi etiketlemedir, yani yerel koordinatları dijital nesnelere uygulamaktır.
9. Madencilik için GPS: Santimetre düzeyinde konumlandırma doğruluğu kullanır.
10. GPS turları: Yakındaki ilgi noktalarının yerini belirlemeye yardımcı olur.
11. Ölçme: Haritacılar, haritaları çizmek için Küresel Konumlandırma Sistemini kullanır.