Gemi Ders Notları

GPS Sistemi Nedir? Nasıl Çalışır?

Daha önce gitmediğiniz bir yere giderken veya tarif edilen bir adrese giderken navigasyon cihazını kullanmayanımız yoktur. Küresel konumlandırma sistemi olarak bize yön bulmamızda yardımcı olan bu GPS Sistemi Nedir? Nasıl Çalışır? Çalışma prensibi nedir? Bunu merak edenleriniz şüphesiz olmuştur. Bu yazımda sizlere insan hayatının vazgeçilmezi olan bu yol tarif sistemi olarak da bilinen sistemi anlatmaya çalışacağım.

GPS Sistemi Nedir?

Farklı özelliklerde olan bileşenlerin, sinyaller göndererek kendi arasındaki haberleşmeleri neticesinde alıcı sistemin o anki yeryüzündeki net konumunu gösteren sistemlere verilen isimdir. Global Positioning System (Küresel konumlandırma Sistem) kelimelerinin ilk harflerinden oluşturulan terim, şu anda genç yaşlı herkesin bildiği bir teknoloji haline gelmiştir.

Üretilen her teknolojinin askeri bilime hizmet etme gerekliliğinden ortaya çıkmasına paralel olarak bu sistemin de ABD ordusu için üretilen bir yer gözlem sistemi olduğunu bilmemiz gerekmektedir.

Dünya üzerinde 24’ü aktif olarak kullanılan, 6 tanesi de yedek olarak kullanılan GPS Uyduları bulunmaktadır. Her yörüngede 4 adet uydu bulundurmak şartı ile toplamda 6 farklı yörüngeye yerleştirilmişlerdir. Yörüngeler dünya yüzeyinden 20200 km mesafede bulunup, her uydunun kendis arasında 120 derece açı yapacak şekilde çalışmalarına devam etmektedirler.

GPS Bölümleri Nelerdir?

Bu sistem, içerisinde farklı işlevleri yerine getiren farklı 3 bölümden oluşmaktadır. Bunlar Uydulardan oluşan Uzay Bölümü, Yer İstasyonlarından oluşan kontrol bölümü, GPS Alıcılarından oluşan kullanıcı bölümüdür.

Uzay Bölümü (Uydular)

GPS Sinyallerinin kaynağı diyebileceğimiz uydular, yeryüzünden yaklaşık 20200 km yükseklikte toplamda 6 yörüngede çalışmaktadır. Bir uydu günde 2 defa dünyanın etrafını dolaşabilmektedir. Dolayısı ile saatte 10000 km hız ile yörüngede hız almaktadırlar. Enerji ihtiyaçlarını üzerlerindeki güneş panellerini kullanarak, güneş enerjisinden karşılamaktadırlar. Her bir GPS Uydusu aynı anda L1 ve L2 olarak adlandırılan iki farklı sinyali yeryüzüne göndermektedir. Aynı anda yeryüzünde aynı anda görebileceğiniz 4 farklı uydunun da olduğunu bilmeniz gerekebilir.

Kontrol Bölümü (Yer İstasyonları )

Uyduların düzenli olarak çalışıp çalışılmadığını kontrol etmek amacı ile oluşturulmuş olan kontrol merkezleridir. Dünya üzerinde toplamda 9 adet istasyondan 5 tanesi takip istasyonu, 1 adet ana kumanda istasyonu ve 3 adet de veri iletimi yapan istasyon vardır.

Takip istasyonlarında toplanan veriler ana kumanda merkezine iletilir. Burada işlenen veriler yörünge koordinatları ve uydu saat düzenleme ayarları yapılır ve düzenlenen bilgiler tekrar ayarlarının yapılması için uydulara gönderilir. Bir çeşit uyduların yerden ayarlanma merkezleridir.

Kullanıcı Bölümü (GPS Alıcısı)

Aslında bir çok kişinin en aşina olduğu ve sistemin bir bileşenini taşıdığı bölümdür. GPS alıcılarından oluşur. Bu alıcılar, uydudan gelen verileri işleyerek kullanıcıya o an bulunduğu pozisyon hakkında bilgi vermektedir. Kullanılan cihazın hassasiyeti, kullanım alanlarına bağlı olarak değişkenlik gösterebilmektedir.

GPS Sistemi Nasıl Çalışır? Çalışma Prensibi Nasıl?

Uydulardan sinyallerinden yararlanılarak yapılan GPS yer tespitlerinde, elektromanyetik dalgalar kullanılarak uydulardan kullanıcılara veri akışı sağlanmaktadır. Her GPS uydusunun konum belirleme amaçlı olarak iki temel frekansa sahip olduğunu yukarıda da belirtmitik.

Bu sinyaller L1 (link 1) ve L2 (link 2)’dir. GPS sisteminde çift frekans olmasının amaçları; L1 frekansının kesilmesi ya da elektronik karıştırmaya maruz kalması durumunda L2 frekansının yedek frekans görevi görmesi ve çift frekans özelliğinden yararlanarak eksik sinyali düzeltme olanağı sağlamasıdır.

İçerisinde tüm uydulara ait olan yaklaşık konum verilerinin bulunduğu almanak verileri, efemeris ve saat parametrelerinin belirli bir kısmını kapsamaktadır. Amacı, GPS alıcısının ölçüye başlamak için ilk açılması anında hızlı bir şekilde uydulara kilitlenebilmesi için gerekli olan doğruluğu oldukça düşük uydu koordinatlarını sağlamaktır.

GPS Sistemi Position Fix Parametresi

Position fix parametresi de, GPS cihazı tarafından o anda bulunduğumuz noktanın belirlenmesidir. Bu nokta ya enlem/boylam ya da Universal Transverse Mercator sistemiyle iki koordinat olarak cihazda görülür. Buna da GPS dilinde waypoint (yol noktası) denir. Rota planlamaları bu prensibe dayanmaktadır. Bazı GPS cihazlarında bu noktaları semboller ile belirlemek mümkündür.

Gemilerde özellikle körüüstü cihazları bu konuda çok gelişmiş teknolojiye sahiptir. ECDIS Cihazı, AIS Sistemi ve Gyro gibi sistemler GPS Sisteminin ana verilerini aldığı hayati seyir ekipmanlardır. GPS alıcısı, dünya üzerindeki yerini belirleyebilmek için uydularla bağlantı kurmak zorundadır. Buna uyduya kilitlenme (satellite lock, fix veya acquisiton) denir. Kilitlenmenin gerçekleşebilmesi için alıcının gökyüzünü rahatça görebilmesi gerekir.

Kilitlenmeyle birlikte alıcı uydudan bilgileri almaya başlar. Bu bilgiler sayesinde alıcı konumunu hesaplayabilir. Uydunun gönderdiği her sinyalde zaman da gönderilir. Böylece alıcı uydudan ne kadar uzakta olduğunu sürekli öğrenmektedir. GPS cihazını ilk açtığımızda uydulara sinyaller gönderip bağlanmaya çalışarak kilitlenmeye çalışarak konumunuzu belirleyecektir.

Cihazın bunu gerçekleştirebilmesi için sinyal gücüne, bulunulan konumun uydulara olan kör noktalara ve mesafeye başlı olarak yaklaşık 10–15 dakikalık süreye ihtiyacı olur. Bu işleme initialization (başlama) denir. Başlama süresini kısaltmak için GPS cihazına bulunduğumuz yerin yaklaşık olarak koordinatlarını verebilirsek başlama süresi oldukça kısalacaktır. Uydunun tarama alanı daralıp, o alana yoğunlaşacaktır. GPS bir pusula değildir. Hangi yöne döndüğümüzü göstermez. Eğer hareket hâlindeysek hangi yöne doğru gittiğimizi koordinatlarla gösterir.

Uydular yer tespit ölçümlerinin çok daha hassas olması için, kendi içlerinde bulunan zaman ekipmanlarını kullanmaktadır. Bu zaman karşılaştırmasında kullanılan zamanlayıcılar 0,000000003 saniyeyi gösterebilir. Sistemin kendi donanımında kullanılan World Geodetic System 84, bulunduğumuz noktayı 90 metrelik hata payı ile gösterebiliyor, fakat uyduların hassas zamanlama kıyaslamaları ile bu fark neredeyse yok oluyor.

GPS Sistemi Gemilerde Nasıl Kullanılır?

Sistemin ilk olarak askeri amaçlara hizmet etmek maksadı ile üretildiğini ve kullanıldığını söylemiştik. Farklı kaynaklardan keşif hizmetleri için kullanılan bu yer takip sistemleri sivil hayatta yön tayini için gemilerde ana seyir ekipmanlarında kullanılmaktadır. Bu sayede deniz ticaretinin en kısa yönden tamamlanması sağlanmaktadır.

Gemilerde GPS Sistemi kullanılan ekipmanların listesine aşağıdan da ulaşabilirsiniz;

Bu yazının güncellendiği tarih Temmuz 4, 2019 08:44