www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS)

Askeri GPS cihazı

Resim 1: Alman Silahlı Kuvvetlerinde kullanılan bir hassas, hafif KKS-alıcısı

GPS („Global Positioning System“) bir „Küresel Konumlandırma Sistemi” dir. Bu ifade, kısaltması NAVSTAR olan „Navigation System with Time and Ranging“ için de kullanılır. 1995 yılından beri çalışan bu sistemle iki tür kod yollanır: Serbest/Kaba Edinim kodu ve Korumalı/Hassas kod (C/A- code = Clear/Coarse Acquisition Code; P- code = Protected/Precise Code).

Günümüzde, grafikte toplamda altı adet yörüngede A dan F ye kadar gösterilen 24 adet uydu dünya etrafında dönmektedirler. Her bireysel yörünge ekvatora göre 55° eğiktir ve ekvator düzleminde birbirlerine göre 60° lik açısal aralıklarla yerleştirilmişti. Uydular yeryüzünden yaklaşık 20200 km yukarıda bulunurlar ve her bir tam dönüşü hemen hemen 12 saatte tamamlarlar. Yörüngeler, kutup bölgeleri hariç, dünya çapında ve herhangi bir zamanda, en az dört uydu eşzamanlı kullanılabilecek şekilde seçilmiştir. Yerleşimde, dikkat edilmiş bir diğer ölçüt ise uydunun 24 saat sonra tekrar yeryüzünün aynı noktasının üzerinde olmasıdır. Böylece uydulardaki belleklerde gerekli yörünge izleme, gözetim ve veri girişlerini hayli kolaylaştırmıştır. 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, kimliğine ilaveten, konum bilgisi ve bir kesin zaman işareti gönderir. KKS-alıcısı gelen bu zaman bilgisini kendi saati ile karşılaştırır ve böylece işaretin yol alma süresine (runtime) bağlı olarak uyduya olan uzaklığını hesaplayabilir. Bir konum belirleme için en az üç uydudan bilgi almak gerekir; bu nedenle bilinen her üç noktanın uzaklığı KKS-alıcısı tarafından ölçülebilir. Bu verilerden faydalanarak alıcı kendi konumunu hesaplayabilir.

Resim 3: Bir KKS-alıcısının blok şeması

Resim 3: Bir KKS-alıcısının blok şeması

Blok şeması

Resim 3: Bir KKS-alıcısının blok şeması

C/A - kodu

C/A - kodu 1575,42 MHz frekansında yayınlanır. Bu frekansta bir 1 ms uzunlukta pozitif ve negatif darbe katarı modüle edilir. Bu pozitif ve negatif darbe katarlarından herhangi biri rasgele seçilebildiğinden bir „Yarı Rasgele Gürültü Kodundan” bahsetmek mümkündür (Pseudo Random Noise Code, PRN - Code). Her darbe 1µs lik bir uzunluğa sahiptir.

Bir GPS uydusundan gönderilen C/A kodu parçası

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

Aynı işaret alıcıda da kaydedilir. Alınan işaretin, bellekte kayıtlı işaretle karşılaştırarak varış süresinin hesaplanması Çapraz İlintileme (cross-correlation) ve belirsizlikleri ayıklamak için Ardışık Yinelemeler (iterations) denilen matematiksel yöntemlerle konum belirleme hatası bir bitin %1 birine inene kadar işlemlere devam edilir. Böylece, çok uzun ölçüm sürelerini gerektirebilen bu yöntem ile konum, 3 m gibi doğrulukla belirlenebilir.

Koda ek olarak, bir yöngüdüm mesajı da gönderilir. 1500 bitlik bu ileti 50 bit/sn lik bir iletim hızıyla iletilir. Bu nedenle iletinin tam aktarımı için 30 saniye gerekir.

P- kodu

Yetkili olmayan kullanıcılar, genellikle sivil kullanıcılar, daha az hassas C/A koduna veya SPS Standart Konumlandırma Servisine (Standard Positioning Service) erişebilir, buna karşılık Hassas Konumlandırma Servisine (Precise Positioning Service, PPS) hiç erişemezler.

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 KKS-alıcısı

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. Böylece bir konum 30 cm hata ile belirlenebilir.

1996 yılında, ABD ve Almanya arasında P kodunun Alman ordusu tarafından kullanımını düzenleyen bir anlaşma yapıldı.