Global Positioning System (GPS) Nedir?

Global Positioning System. (Global Yer Belirleme Sistemi) Düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağıdır ve uydularla aramızdaki mesafeyi ölçerek dünya üzerindeki kesin yerimizi tespit etmeyi mümkün kılar. Bu sistem, ABD savunma bölümüne ait, yörüngede sürekli olarak dönen 24 uydudan oluşur. Bu uydular çok düşük güçlü 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 imkânı sağlar. GPS, kapalı alanlar ve su altı gibi sinyallerin alınmasının güçleştiği yerler dışında dünya üzerinde her yerde çalışır.

GPS Sistemi

NAVSTAR sistemi, uzay bölümü (uydular), kontrol bölümü (yer istasyonları) ve kullanıcı bölümünden (GPS alıcısı) oluşur.

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 20.000 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 vardır.

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 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.

Daha rahat anlaşılması için, bildiğimiz radyo istasyonu sinyalleri ile L1 frekansını kıyaslamak istersek; FM radyo istasyonları 88 ile 108 Mhz arasında yayın yaparlar, L1 ise 1575,42 Mhz’ i kullanır. Ayrıca GPS’ in uydu sinyalleri çok düşük güçtedirler. FM radyo sinyalleri 100.000 Watt gücünde iken L1 sinyali 20-50 Watt arasındadır. İşte bu yüzden GPS uydularından temiz sinyal alabilmek için açık bir görüş alanı gereklidir.

Her uydu yerdeki alıcının sinyalleri tanımlamasını sağlayan iki adet özel “pseudo-random” (şifrelenmiş kod) kodu yayınlar. Bunlar Korumalı (Protected – P code) kod ve Coarse/Acquisition (C/A code) kodudur. P kodu karıştırılarak sivil izinsiz kullanımı engellenir, bu olaya “Anti-Spoofing” adı verilir.

P koduna verilen başka bir isimde “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 iyonosferik gecikme bilgisini içerir.

Uydu sinyalleri çok güvenilir atom saatleri kullanılarak zamanlanır.

TAMSAT/GENÇSAT YUG-19 Yer’e Yakın Uzay Görevinde, GPS 16X HVS tip kullanılmıştır. Donanıma ait bilgiler aşağıdaki şekilde olu, uygulamada bir sorun ile karşılaşılmamıştır.

GPS 16X HVS Özellikleri

Elektrik Giriş voltajı:

GPS 16 HVS: 8-40 Vdc düzensiz

Giriş akımı:

GPS 16 HVS: 60 mA @ 8 Vdc, 40 mA @ 12 Vdc;
15 mA @ 40 Vdc
Hassasiyet: -165 dBW asgari

Performans

Alıcı: WAAS özellikli 12 paralel kanal GPS alıcısı sürekli olarak izler ve 12 uydu pozisyonu hesaplamak ve güncellemek için kullanır

Toplama Süresi:

Reacquisition : 2 saniyeden daha az
Isınma : Yaklaşık 15 saniye
Soğuma : Yaklaşık 45 saniye
AutoLocate ® : Yaklaşık 5 dakika
SkySearch : 5 dakika
Güncelleme Oranı : 1 900 saniye güncellemeleri arasında 1 saniyelik aralıklarla programlanabilir

GPS doğruluğu:

Pozisyon : <15 metre,% 95 tipik **
Hız : 0.1 knot RMS kararlı durum
DGPS (USCG) doğruluk:
Pozisyon : 3-5 metre, tipik olarak% 95
Hız : 0.1 knot RMS kararlı durum
DGPS (WAAS) doğruluk:
Pozisyon : <3 metre,% 95 tipik **
Hız : 0,1 knot RMS kararlı durum
Dinamikleri: 999 knot, 6g
Harita datumlar: 108 önceden tanımlanmış, 1 kullanıcı

Arayüzler

Seri arabirim:

Port 1 : RS-232 veya TTL voltaj seviyeleri ile uyumlu True RS-232 çıkışı, asenkron seri giriş, RS-232 polarite
Port 2 : Asenkron seri giriş, RS-232 veya TTL voltaj seviyeleri ile uyumlu, RS-232 polarite
Baud oranları: 300/600/1200/2400/4800/9600/19200/38400

Seri arabirim:

Port 1 : NMEA 0183 v2.00, NMEA 0183 v3.00 ve Garmin ikili biçimlerin arasında seçilebilir; NMEA 0183 v2.0 (ASCII); Onaylı çıktı cümleler: GPALM, GPGGA, GPGLL, GPGSA, GPGSV, GPRMC, Tescilli GPVTG; cümleler: PGRMB, PGRME, PGRMF, PGRMM, PGRMT, PGRMV
Port 2 : RTCM girişi sadece RTCM SC-104 diferansiyel girdi iletisi tip 1, 2, 3, 7 ve 9
PPS çıkışı : 1 Hz darbe, programlanabilir genişlik, 1 mikrosaniye doğruluğu

Güç kontrolü:

OFF – açık
ON – 0,3 Vdc az aşağı çekme

Çevre Sıcaklık:

Çalışma : 80 ° -30 ° C
Depolama : -40 ° – 80 ° C

Fiziksel

Boyut : 3.58 “(91 mm) çapında, 1.65” (42 mm) yüksek

Ağırlık:

6.4 oz. (181 g) kablo olmadan
11.7 oz. 5 metre kablo ile (332 g)
Kablo: Folyo korumalı 8 iletken 28 AWG RJ-45