www.radartutorial.eu Radar Temelleri

GPS Yöngüdüm Sistemi

Askeri GPS cihazı

Resim 1: Alman Ordusuna kullanılan bir hassas hafif GPS alıcısı

GPS (İngilizce: „Global Positioning System”) Küresel Yer Belirleme Sistemi veya Küresel Konumlandırma Sistemi olarak adlandırılır. Bir diğer kullanılan ad „Navigation System with Time and Ranging” kısaltması olan NAVSTAR dır. Bu sistem 1995 yılından beri çalışmaktadır. Bu sistemden iki tür kod yollanır: C/A- kodu (Clear/Coarse Acquisition = serbest edinim) veya ve P- kodu (Protected/ Precise Code = korumalı/hassas kod).

Günümüzde toplam 24 adet uydu, altı adet yörüngede (grafikte A dan F e kadarki) dünya etrafında dönmektedir. Her yörünge ekvator çizgisine göre 55° eğiktir ve ekvator kuşağı etrafında birbirleri arasında 60° açı aralığı olacak şekilde yerleştirilmişlerdir. Uydular yeryüzünden yaklaşık 20200 km yukarıda bulunurlar. Uydular her bir dönüşünü hemen hemen 12 saatte tamamlar. Yörüngeler öyle seçilmiştir ki, buz kaplı kutup bölgeleri hariç dünyanın her tarafında ve her an en az dört uydu eşzamanlı kullanılabilir. Yerleşimde dikkat edilmiş bir diğer ölçüt ise 24 saat sonra uydunun tekrar yer yüzünün aynı noktasında bulunmasıdır. Böylece uydulardaki belleklerde gerekli yörünge takip, gözetim ve veri girişleri hayli kolaylaşmıştır. Seçilen yörüngelerdeki uyduların gözetimi ve kontrolü ABD topraklarından yapılır. Ana kontrol istasyonu Colorado Springs' dedir.

Resim 2: Dünyanın etrafındaki uydu yörüngeleri

Dünyanın etrafındaki uydu yörüngeleri

Resim 2: Dünyanın etrafındaki uydu yörüngeleri

Her bir uydu, kimliği ile birlikte, bir konum bilgisi ve bir hassas saat işareti gönderir. GPS-alıcısı gelen bu zaman bilgisini kendi zamanı ile karşılaştırır ve uyduya olan uzaklığını sinyalin geçen zaman süresine bağlı olarak hesaplar. Bir yer belirleme için en az üç uydudan bilgi almak gerekir, bu nedenle GPS alıcısının bilinen her üç noktanın uzaklığını ölçülebilmesi gerekir. Bu veriler sonunda alıcı kendi yerini belirleyebilir.

Bild 3: Blockschaltbild eines GPS-Empfängers

Bild 3: Blockschaltbild eines GPS-Empfängers

Blok şeması

Resim 3: Bir GPS-alıcısının blok şeması

C/A - kodu

C/A - kodu 1575,42 MHz de yayınlanır. Bu frekansta bir 1 ms uzunlukta pozitif ve negatif darbe katarları modüle edilir. Bu pozitif ve negatif darbe katarlarından herhangi birinin seçilebilmesi nedeniyle bir sözde-rasgele sinyalden bahsetmek mümkündür (PRN - Code, Pseudo Random Noise Code). Her darbe genişliği 1µs dir.

Bir GPS uydusundan gönderilen C/A kodu parçası

Resim 4: Bir GPS uydusundan gönderilen C/A kodu parçası

Aynı sinyal alıcıda belleğe kaydedilir. Çapraz ilintilenme (cross-correlation) (alınan sinyalin ile bellekteki sinyalin geliş zamanlarını karşılaştırma) ve art arda yinelemeler gibi matematiksel yöntemlere yer belirleme hatası bir bitin % 1 birine inene kadar devam edilir. Bunun sonunda 3 m hata ile yer belirlenebilir. (Bu uzun ölçme zamanını gerektirebilir.) Ayrıca koda bir yöngüdüm bilgisi aktarılır. 50 bit/s hızla gönderilen bu bilgi 1500 bittir. Tam aktarım 30 saniyede gerçekleşir.

P- kodu

Yetkili olmayan kullanıcılar, kural olarak sivil kullanıcılarda, hassas C/A koduna veya SPS Standart Konumlandırma Servisine (Standard Positioning Service) erişimleri daha azdır, buna karşılık PPS Hassas Konumlandırma Servisi (Precise Positioning Service) hiç yoktur. 1996 yılında ABD ile yapılan anlaşma ile P kodları Alman ordusunun kullanımına açıldı.

ROLAND Uçaksavar füze sistemine ait hassas, hafif GPS alıcı donanımı
(Kaynak: TRUPPENPRAXIS / WEHRAUSBILDUNG 10/1999 S.702-705)
Resim 5: ROLAND Uçaksavar füze sistemine ait hassas, hafif GPS alıcı donanımı

P kodları 1227,60 MHz frekansında yayınlanır ve C/A koduna göre hayli daha uzundur, yaklaşık 266 gün kadardır. Bu kadar uzun koddan gerçekte sadece yedi günlük bir kısım kullanılır. Her bir bitin uzunluğu 100 ns dir. Bu hassasiyetle bir yer 30 cm hata ile belirlenebilir.