Slayt 1

1
GPS TEKNIGI
2
GPS IN GENEL ESASLARI

• Ilk çaglarda ilkel yöntemlerle konum ve yer
  belirleme isleri yapilirken zamanla teknolojik
  gelismelere paralel olarak konum belirleme ve
  navigasyon sistemlerinde önemli gelismeler
  olmustur.
• Uzunluk ölçüsünün elektromagnetik dalgalarla
  gerçeklestirilmesiyle baslayan gelismeler hizli
  bir sekilde devam etmis, açilarin elektronik
  olarak ölçülmesi ve sonrasinda bu iki sistemin
  bütünleserek elde edilen datalarin kaydedilmesi
  ve bilgisayar araciligi ile degerlendirilmesine
  olanak taniyan Total Station aletlerinin
  üretilmesine kadar uzanmistir.
• Yersel ölçülerde bu gelismeler yasanirken, yapay
  uydularla konum belirleme sistemleri de
  gelismelerden etkilenmistir.
• 60 li yillarda Transit uydusu gelistirilmis ve
  1967 yilindan itibaren jeodezik konum belirleme
  çalismalarinda kullanilmaya baslanmistir.
• GPS, Transit sisteminin zayif yönlerini ortadan
  kaldirmak için gelistirilmistir.

3
GPS IN GENEL ESASLARI

• Amerika Savunma Bakanligi tarafindan navigasyon
  amaçli gelistirilen ve bilim adamlarinin
  çabasiyla jeodezik problemlerin çözümünde de
  kullanilan,
• Dünya üzerinde her türlü hava kosullarinda,
• 24 saat esasina göre,
• En az 4 uydudan kod-faz varis zamaninin
  ölçülmesi esasina dayanan,
• Herhangi bir noktaya ait konum, hiz ve zaman
  bilgileri saglayan,
• Uzay tabanli bir ölçme sistemidir.

4
(No Transcript)
5
GPS IN GENEL ESASLARI

• Sistem temel olarak jeodezideki en eski
  tekniklerden biri olan geriden kestirme esasina
  dayanir.
• Geriden kestirme, konumu bilinmeyen bir noktadan
  konumu bilinen noktalara yapilan gözlem ve
  hesaplar ile bilinmeyen noktanin koordinatlarini
  hesaplamaya dayanir.

6
GPS IN GENEL ESASLARI

• GPS sisteminde konumu bilinen noktalar GPS
  uydularidir.
• Bilinmeyenler, bulunulan noktanin kartezyen
  koordinatlaridir (X,Y,Z).
• Matematiksel olarak 3 bilinmeyenli bir denklemin
  çözümü için 3 bilinene ihtiyaç vardir.
• Burada 3 bilinen yetiyor gibi gözükse de, saat
  hatalarini ortadan kaldirmak için en az 4 tane
  bilinene ihtiyaç vardir.
• Bu nedenle GPS, 4 boyutlu bir sistemdir (X, Y, Z,
  t).
• Bu modelde kullanilan mesafeler radyo
  dalgalariyla elde edilen uzaysal mesafe ölçüleri,
  kullanilan nirengi noktalari ise yörünge
  (efemeris) bilgileri vasitasiyla belirli bir
  andaki koordinatlari bulunabilen GPS uydularidir.

7
UZAY GERIDEN KESTIRME
UZAKLIK HIZ ZAMAN
8

GPS in Tanimi ve Kullanim Alanlari

• Askeri Kullanim Alanlari Kara, deniz ve hava
  araçlarinin navigasyonu, arama-kurtarma,
  uçaklarin inis ve kalkislari, hedef bulma ve
  diger amaçlar.
• Sivil Kullanim Alanlari Kara, deniz ve hava
  araçlarinin navigasyonu, GPS Ülke jeodezik
  aglarinin ölçülmesi ve siklastirilmasi, detay
  ölçmeleri, aplikasyon uygulamalari, kadastral
  ölçmeler, deformasyon ölçmeleri, araç takip
  sistemleri, CBS için veri toplama gibi birçok
  alanda kolaylik saglayan, çalismalara hiz ve
  ekonomi getiren bir yöntemdir.
• Turizm, tarim, ormancilik, spor, güvenlik,
  hidrografik çalismalar, CBS nin veri tabaninin
  gelistirilmesi ve diger alanlar.

9
GPS in klasik sisteme göre üstün ve zayif
yönleri

• Noktalar arasinda görüs zorunlulugu ortadan
  kalkmistir.
• Ölçü noktalarinin yükseklerde seçilmesi
  zorunlulugu yoktur.
• GPS ölçüleri büyük oranda hava kosullarindan
  etkilenmez.
• Gece-gündüz 24 saat ölçü yapilabilir.
• Noktalarin konum dogrulugu oldukça yüksektir.
• GPS in zayif taraflari ise
• GPS in sinyalleri mikrodalga sinyaller gibi
  güçlü degildir. Kapali yerlerde, çok sik
  agaçlikli alanlarda, sualtinda ve binalarin
  yogun oldu oldugu yerlesim yerlerinde, tünellerde
  ve maden galerilerinde ölçü yapilamaz.
• Agir yagista, güçlü radyo yayininin yapildigi ya
  da yayin ntenlerinin oldugu yerlerde verimli
  degildir.
• GPS koordinatlari WGS-84 datumundadir. Lokal
  datuma dönüsüm gerekir.
• Elde edilen yükseklikler Ortometrik degil,
  elipsoidal yüksekliklerdir

10
GPS in Bölümleri

• Uzay Bölümü
• Kontrol Bölümü
• Kullanici Bölümü

11
GPS Üç Bölümden Olusur
Kullanici Bölümü
12
Uzay Bölümü

• Uzay bölümü uydulardan olusur.
• Uydular ekvator düzlemi ile yaklasik 55? lik açi
  yaparlar,
• 6 yörünge düzleminden olusur
• 28 aktif, 4 yedek olmak üzere toplam 32 uydudan
  olusmaktadir.
• Yedek uydular esas uydulardan birinde sorun
  olmasi durumunda devreye girerler.
• Her bir GPS uydusu ,
• Senkronize (eszamanli) zaman sinyallerini,
• Tüm diger uydularla ilgili konum bilgilerini,
• Yörünge parametrelerine iliskin bilgileri iki
  tasiyici frekanstan (L1, L2) yayinlar
• Kontrol bölümü tarafindan yayinlanan bilgileri
  alir.

13
Uzay bölümünün özellikleri

• Uydular yeryüzünden yaklasik 20200 km, yer
  merkezinden 26500 km uzaktadirlar,
• Yörüngelerindeki bir tam devirlerini 11h 58 da
  tamamlarlar.
• Yeryüzünün herhangi bir yerinde gözlenebilecek
  en az uydu sayisi 4 olup en az yaklasik olarak 5
  saat ufuk üzerinde kalir.
• Türkiyede gözlenebilen en çok uydu sayisi 10
  dur.

• Uydu yörünge zamani (ortalama yildiz zamani) ile
  yer dönmesi (ortalama günes zamani) arasinda
  yaklasik 4 dak./gün fark vardir. Bu nedenle
  yeryüzündeki bir gözlemci ayni uyduyu her gün 4
  dakika erken gözlemektedir.

14
Uydulara iliskin özellikler

• Alti farkli tip GPS uydusu vardir. (Blok I, Blok
  II, Blok IIA, Blok IIR, Blok IIF ve Blok III)
• Blok I uydulari 1978-1985 yillari arasinda
  yörüngeye oturtulmus olup agirliklari 845 kg ve
  ömürleri yaklasik 7,5 yildir. Bu uydular ekvator
  düzlemi ile 63? lik açi yaparlar. Deneysel amaçli
  olup, sistemi test etmek için kullanildi. 11 uydu
  firlatildi ve su an bunlarin hiçbiri varligini
  sürdürmemektedir.
• Block II uydulari 9 uydudan olusmaktadir.
  Ekvatorla 55? lik açi yaparlar. Agirliklari
  yaklasik 1500 kg ve ömürleri 7 yildir. 1989
  yilinda yörüngeye oturtulmustur. Haberlesme
  olanaklarina sahip olup, bazilarinda laser
  ölçülerine olanak saglayan yansiticilar vardir.
• Block IIA serisi 19 uydudan olusmakta

15

• Blok IIR uydularinin ömürleri yaklasik 10
  yildir. Atomik saatler tasirlar, agirliklari 2000
  kg olup 1997 de yörüngeye oturtulmuslardir. Bu
  uydular kontrol bölümünün destegi olmadan
  kullanicilara 180 günlük navigasyon olanagi
  saglarlar. Mevcut uydularin yenileri ile yer
  degistirmesi için gelistirilmistir.
• Su anda güncel olarak 27 adet Block II, IIA and
  IIR uydulari yörüngelerinde bulunmaktadir.
• Blok IIF uydularini 2005-2010 tarihlerinde
  yörüngeye oturtulmalari planlanmistir. 1176,45 Mz
  lik frekanstaki L5 sinyali bu uydularda
  kullanilacaktir.
• Blok III uydulari tasarim asamasindadir.
  Bunlarin 2010 yilindan itibaren yörüngeye
  oturtulmalari planlanmis olup bu uydular askeri
  amaçlar için kullanilacaklardir.

16
Kontrol Bölümü

• Bu bölüm yeryüzünün çesitli yerlerine dagilmis 1
  ana ve 5 izleme istasyonundan olusmaktadir.
• Ana istasyon Coloradoda (USA) dir.
• Bunun disindakiler izleme istasyonlaridir.
• GPS uydulari
• Dünya üzerine uygun dagilmis,
• Çok hassas saatlerle donatilmis,
• Konumu iyi bilinen,
• 6 sabit izleme istasyonu tarafindan izlenmektedir.

17
Kontrol Bölümü
US Space Command
Cape Canaveral
Hawaii
Kwajalein Atoll
Diego Garcia
Ascension Is.
18

• Bu istasyonlarin görevi
• Günlük olarak uydularin saglikli sekilde
  çalismalarini saglamak,
• Toplanan verileri irdeleyerek uydu yörüngelerini
  belirlemek,
• Uydu saat düzeltmelerini hesaplamak ve SA
  etkileri gibi bilgileri uydulara yüklemektir.
• Ana kontrol istasyonu
• Tüm sistemin kontrolünden,
• Her bir uydu için uydu efemeris bilgilerinin saat
  düzeltmelerinin hesabindan sorumludur.
• Diger 5 istasyon, gözleme istasyonu görevi
  yapar ve uydu efemerislerinin belirlenmesi için
  gerekli verileri toplarlar.

19
Kullanici Bölümü
GPS uydulari tarafindan gönderilen verileri
alabilen GPS alicilari ve bunlarin fonksiyonel
parçalarindan olusmaktadir.
20

• Kullanici bölümünü olusturan GPS alicilari üçe
  ayrilirlar.
• Kullanim amacina göre
• Bilimsel amaçli alicilar. Hassas çalismalarda
  kullanilirlar.
• Pratik amaçli alicilar. Aninda kabaca 3 boyutu
  belirlerler.
• Kullanim alanlarina göre
• Askeri amaçli alicilar
• Sivil tip alicilar
• Yapilarina göre
• Kanal sayisina göre. Tek ve çift kanalli alicilar
• Frekanslarina göre. Tek ve çift frekansli alicilar

21

• GPS alicilari 7 bölümden olusur.

22

• Anten
• Uydudan gelen sinyalleri alir, bu sinyalleri
  güçlendirdikten sonra sinyal islemcisine
  gönderir.
• Sinyal degerlendirme bölümü
• Anten tarafindan alinan sinyal, sinyal islemcisi
  tarafindan degerlendirilir.
• Mikroislemci
• Koordinat hesaplamalarinin yapilabilmesi için
  GPS alicilarinda mikroislemciler bulunmaktadir.
• Data Kayit
• Yapilan ölçülerin kayit edildigi bölümdür.
• Dis kominikasyon
• Bu bölümünde klavye ve ekran birimleri vardir.
• Osilatör
• Isik akimini elektrik akimina dönüstüren
  bölümdür. Kristal osilatörler gibi gelismis
  osilatörler kullanilmaktadir

23
GPS Alicisinin Çalismasi

• GPS alicisi açildiginda sinyal alma asamasi
  baslamistir.
• GPS alicisi sinyal almaya basladiginda ilk önce
  hafizasindaki uydulara ait navigasyon bilgilerine
  bakar eger bu veriler islevsel degilse gökyüzünü
  taramaya baslar.
• Çok kanalli GPS alicilari tarama islemleri
  sonucunda sinyalini aldigi uydulari kanallari ile
  ayri ayri iliskilendirir. Daha sonra hesapladigi
  mesafelere göre ve aldigi bilgilere göre konum
  belirleme islemini yapar.
• Sinyaller tasiyici izleme döngüsü ve kod izleme
  döngüsü ile takip edilir.
• Yazilimlarla ve donanimlarla desteklenen her iki
  döngünün neticesinde uydulara kilitlenilir ve
  konum belirlenir.

24
GPS de Kullanilan Sinyaller

• GPS ölçmelerinde elektromagnetik dalgalar
  kullanilarak uydulardan kullanici bölümüne veri
  akisi saglanmaktadir.
• Kontrol bölümü ile uydular arasinda S-band,
• Iyonosferik etkilerin etkisinin az olmasindan
  dolayi uydu ile kullanici bölümü arasinda L-band
  kullanilmaktadir.
• Sinyaller iki farkli frekansta tasiyici dalga
  üzerinden iletilirler.
• Bunlar L1 ve L2 sinyalleridir.
• Uydular bu sinyallerle faz ve kod ölçüleri ile
  kendi konum bilgilerini (efemeris) yayinlarlar.

25

• Bu sinyallerin frekanslari, bir temel frekansin
  (f010,23Mhz) 154 ve 120 katlari alinarak
  belirlenmistir.
• L1 frekansi 1575,42MHz (10,23MHz 154), dalga
  boyu 19 cm
• L2 frekansi 1227,60MHz (10,23MHz 120), dalga
  boyu 24 cm

26
(No Transcript)
27

• Frekans Birim zamanda bir noktadan geçen dalga
  tepesi sayisi.
• Dalga Boyu Dalga tepeleri arasindaki uzunluk.
• Frekans ve dalga boyu arasinda ters oranti
  vardir. Uzun dalga boyu, düsük frekans demektir.
• GPS kisa dalga boylu (yüksek freakansli) radyo
  dalgalari kullanir

28

• GPS sisteminde çift frekans kullanilmasinin
  nedeni ???
• L1 frekansi herhangi bir nedenle kesildiginde
  L2 frekansi görev yapar.
• Çift frekans özelliginden yararlanarak
  iyonosferik düzeltme olanagi saglamaktadir.

29

• L1 ve L2 tasiyici frekanslari, uydu saat
  düzeltmeleri, yörünge parametreleri gibi
  bilgilerin yeryüzündeki aliciya ulastirilabilmesi
  amaciyla kodlarla ve navigasyon mesaji verileri
  ile modüle edilmislerdir.
• Tüm uydular ayni tasiyici frekansla veri yayini
  yapmasina karsin, uydu sinyalleri kod modülasyonu
  teknigi nedeniyle birbiri ile karismamaktadir.
• L1 ve L2 tasiyici frekanslari üzerinde C/A ve P
  kodlari ile navigasyon mesaji verileri modüle
  edilmistir.

30
C/A Kod Özellikleri

• C/A kod (Coarse Acquisition) L1 tasiyicisi
  üzerine modüle edilmistir. Her milisaniyede bir
  tekrar etmektedir. Periyodunun kisa seçilmesinin
  amaci, GPS alicilarinin uydulara en kisa sürede
  kilitlenmesini saglamaktir. Sivil amaçli
  kullanicilar için tasarlanmistir.
• C/A kodun dalga boyu 300 m, çözünürlügü 3 m dir.

31

• Selective Availability adi verilen bir yöntem
  ile C/A kodun hassasiyeti 100 m. olacak sekilde
  uydu saati ve yörünge bilgileri kasitli olarak
  bozulmustur.
• Selective Availability 2 Mayis 2000 tarihinde
  kaldirilmis ve konum belirleme hassasiyeti 15 m.
  ye kadar inmistir.

32
P Kod Özellikleri

• P kod (Precise) L1 ve L2 tasiyici frekanslari
  üzerine modüle edilmis olup yaklasik 266,4 günlük
  kod uzunlugundadir.
• P kodun dalga boyu 30 m, çözünürlügü 30 cm dir.
• Askeri kullanicilar için tasarlanmistir.
• W kod adi verilen bir kod ile sifrelenmis, sadece
  askeri amaçli GPS alicilarinin dogrudan
  çözebilecegi Y kod ortaya çikmistir.
• Bu özellik Anti-Spoofing olarak
  adlandirilmaktadir.

33
GPS Navigasyon Mesaji

• Navigasyon mesaji saat düzeltmeleri, diger
  uydularin saglik durumlari, uydu almanak
  bilgileri, atmosfer durum bilgileri ve diger
  navigasyon bilgilerini içerir.
• Efermis bilgisi uydularin konumlarini ve
  hizlarini hesap etmeye yarayan bilgileri içerir.

Alt Bölüm No Içerigi
1 a. GPS hafta sayisi b. URA (user range accuracy) degeri c. Uydu saglik durumu d. Uydu saat düzeltmeleri
2-3 a. Efemeris verileri
4 a. Almanak verileri b. UTC-GPS saat düzeltmeleri iyonosferik modellendirme katsayilari bulunmaktadir.
5 Bu bölüm büyük oranda tüm uydular için almanak verilerine ayrilmistir.
34
Almanak Bilgisi

• Almanak verileri efemeris ve saat
  parametrelerinin belli bir kismini kapsamaktadir.
  
• Amaci GPS alicisi ilk açildiginda yaklasik
  koordinatlari saglamak ve alicinin uyduya
  kilitlenmesini saglamaktir.

Parametre Açiklamasi
ID Health Week ta a e M0 w ?c l0 W a0 a1 Uydu PRN numarasi Uydu saglik durumu Ölçü anindaki GPS haftasi Epok Elipsoit büyük yari ekseni Dis merkezlik Referans epoktaki ortalama anomali Perigee argümani Ofset degeri (?54?) (Egim düzeltmesi) ta anindaki rektesansin ile t0 zamanindaki Grenwich Yildiz zamani arasindaki fark Yükselen dügüm noktasinin rektesans degisimi Uydu saati faz sapmasi (bias) Uydu saati frekans sapmasi (bias)
35
Bilesenin Adi Frekansi (MHz) Dalga Boyu (?)
Temel Frekans f0 10,23 ---
L1 tasiyici 154f0 1575,42 19,0 cm
L2 tasiyici 120f0 1227,60 24,4 cm
P Kod f0 10,23 30 m
C/A Kod f0/10 1,023 300 m
N Kod f0/20 0,5115 ---
Navigasyon Mesaji f0/204600 50.10-6 ---
36
GPS de Kullanilan Koordinat Sistemleri

• Referans sistemleri, Uluslararasi Jeodezi Birligi
  (IAG) ile Uluslararasi Astronomi Birligi
  (IAU)nin organizasyonunda IERS tarafindan
  yürütülmektedir.
• Her bir uydu jeodezisi teknigi için (VLBI, SLR,
  LLR, GPS) IERS analiz merkezleri kurulmustur.
• Bu merkez bürosu sonuçlari birlestirip yayinlar.
  ICRF ve ITRF sistemlerini tanimlar.
• Uydulara dayali koordinat belirlerken iki temel
  koordinat sistemi kullanilmaktadir.
• Uzay sabit koordinat sistemi (inertial)
• Yer sabit koordinat sistemi

37
Yer Merkezli Inertial Koordinat Sistemi (ECI)

• GPS tekniginde kullanilan uydu yörüngelerinin
  ölçülmesi ve belirlenmesinde ECI koordinat
  sistemi kullanilmaktadir.
• Bu koordinat sisteminin baslangiç noktasi yer
  merkezidir.
• ECI koordinat sisteminde XY düzlemi yer ekvator
  düzlemi ile çakisik, Z ekseni kuzey kutbu
  dogrultusundadir.

38
(No Transcript)
39

• ECI koordinat sistemini tanimlarken yeryüzünün
  düzensiz hareketlerinden dolayi birtakim sorunlar
  ortaya çikmaktadir.
• Ay ve Günesin ekvator üzerindeki çekim etkisi
  nedeniyle ekvator düzlemi gök küreye göre hareket
  halindedir.
• X ekseni gök küreye, Z ekseni ekvator düzlemine
  göre tanimlandigindan yerin günes etrafindaki
  hareketindeki düzensizlikler ECI sisteminin
  yukarida tanimlandigi gibi tam anlamiyla
  inersiyal olmamasina neden olmaktadir.
• Bu sorunun çözümü için koordinat sistemi
  eksenlerinin yönlendirilmesi belirli bir an veya
  epoka göre tanimlanmaktadir.
• GPS ECI koordinat sistemi 01 Ocak 2000 tarih
  1200 UTC zamanindaki ortalama ekvator ve ekinoks
  ile çakisik kabul edilmektedir.
• Bu sekilde tanimlanan koordinat sisteminde
• X ekseni yeryüzü kitle merkezinden ilkbahar
  noktasi dogrultusunda,
• Y ve Z eksenleri yukarida açiklandigi
  sekildedir.

40
Yer Merkezli Yer Sabit Koordinat Sistemi (ECEF)

• (ECEF) Koordinat Sisteminde yeryüzünde ölçü
  yapilan bir noktanin koordinatlari yeryüzü ile
  birlikte dönen bir koordinat sisteminde
  tanimlanmaktadir.
• ECEF koordinat sistemi söyle tanimlanmaktadir.
• Merkezi yer kütle merkezi ile çakisiktir.
• Z ekseni cografi kuzey dogrultusunda ekvator
  düzlemine diktir.
• X ekseni ortalama Greenwich meridyeni ile çakisik
  olup, dogrultusu sifir derece boylamdir.
• Y ekseni 90o dogu boylam dogrultusunda olup sag
  el koordinat sistemini olusturur.

41

• Bu tanimlara göre X, Y eksenleri yer ile birlikte
  dönmektedir.
• ECEF, yeryüzünde tesis edilmis çok sayidaki yer
  kontrol noktasinda yapilan ölçümler sonucu
  belirlenmis Jeosentrik (Yer merkezli)
  koordinatlar (X, Y, Z) ile tanimlanmistir.
• Bu sabit noktalarin çoguna SLR ve VLBI aletleri
  tesis edilmistir.
• Bu referans sistemine örnek olarak IERS
  verilebilir. IERS tarafindan bu sekilde kurulmus
  olan referans sistemine ITRF adi verilmektedir.

42
(No Transcript)
43
ITRF SISTEMI

• 1988 yilinda IERS tarafindan gerçeklestirilmistir.
  
• VLBI, SLR, LLR istasyonlarindaki ölçülerin
  birlikte degerlendirilmesiyle hesaplanmistir.
• Ilk olarak ITRF-88 adini almis ve
  güncellestirildikçe ITRF-89, ITRF-90.ITRF-2000
  koordinat sistemi ve istasyonlarin kartezyen
  koordinatlari ve hiz vektörleri hesaplanmistir.
• ITRF in güncellestirmeleri arasindaki dönüsümler
  
  
  
  
  
  dönüsüm parametreleri
  ve hiz vektörleri kullanilarak gerçeklestirilir.
  
• Eksenleri WGS-84 sistemi gibi yönlendirilir.

44
WGS 84 Sistemi

• Bu sistem Dünya Jeodezik Sistemi 1984 olarak da
  tanimlanmaktadir. Sistemin kurucusu ABD savunma
  dairesi (DoD)dur.
• GPS uydularindan yayinlanan Navigasyon mesaji
  içersindeki uydu yörünge bilgileri WGS-84
  sistemindedir.
• Orijini yerin agirlik merkezidir
• Z ekseni, 1984 yilinin baslangicindaki kutba
  yönelik.
• X ekseni 1984 yilinin baslangici için Greenwich
  ortalama astronomik meridyeni ile Z eksenine
  yerin agirlik merkezinde dik ekvator düzleminin
  arakesiti
• Y ekseni iki eksene dik ve sag sistem olusturacak
  dogrultuda belirlenmistir.

45

• WGS84 sistemi ülkemizde kullanilmayan bir
  sistemdir.
• Bu datum için GRS80 elipsoidi temel alinmistir.
• GRS80 ITRF için de referans elipsoidi olarak
  seçilmistir.
• WGS84 ulusal bir datumdur, ancak GPS uydu
  yörüngeleri bu datumda yayinlandigindan, bu
  sistemin diger sistemlerle iliskisi kurulmalidir.

46
GNSS - Global Navigation Satellite System

• Amerikanin GPS sistemine ve Rusyanin GLONASS
  sistemine alternatif olarak Avrupa Birligi
  tarafindan GALILEO gelistirilmistir.
• Yakinda GNSSe dahil olacaktir.
• Ilki 2005 yilinda gönderilen uydularin sayisinin
  30, yörünge sayisinin 3 olmasi düsünülmektedir.
• Dünyanin kuzey bölgelerinde de kullanimi mümkün
  olacak ve uydularin hiçbir kosulda kullanim disi
  birakilmamasi saglanacaktir.

47
GPS, GLONASS VE GALILEO SISTEMLERININ
KARSILASTIRILMASI
GPS GLONASS GALILEO
Uydu Sayisi 32 14 2008 de 18 30
Yörünge Sayisi 6 3 3
Yörünge Egimi 55 0 64,8 0 56 0
Uydularin Yüksekligi 20200 km 19100 km 23616 km
48

• ABD, AB ve Rusyadan sonra Çin de kendi küresel
  konumlama sistemini dünyaya açmak için
  çalismalara basladi (2009).
• 2015 yilinda tamamlanmasi planlanan projeyle,
  30dan fazla uydu birbirine baglanacak.
• Askeri ve sivil amaçli kullanilacak Beidou
  Navigation System (BNS) isimli projenin
  tamamlanmasi için iki yil içinde 10 uydu
  firlatilacak. Yeni uydular su an yörüngede
  bulunan ve sadece Çin üzerinde navigasyon
  saglayan 5 uyduya entegre edilecek
• Çin BNS in ilk uydusunu 2000 yilinin Ekim ayinda
  firlatti, bugüne kadar 5 uydu firlatan ülke, son
  uydusunu 2007 yilinin Nisan ayinda firlatti.
• BNS sistemi GPS, GLONASS ve GALILEO sistemi gibi
  dünyadan 2000 ile 35786 kilometre uzaklikta
  bulunan MEO (Medium Earth Orbit) yerine 36 bin
  kilometre yükseklikte, Ekvator düzleminde olan ve
  dönme periyotlari Dünyanin dönüs periyoduna esit
  olan GEO (Geostationary Earth Orbit - Yerduragan
  Yörünge Uydulari) kullanilarak olusturuluyor.
• Bir GEO uydusunun ortalama kapsama alani
  Dünyanin 40ina esit.

49
ULUSLARARASI GPS SERVISI IGS

• Dünya çapinda 200den fazla sivil kurum ve
  kurulus tarafindan olusturulmus sabit GPS (ABD)
  GLONASS (Rusya) istasyonlari agini isleterek
  elde ettigi verileri analiz eden ve internet
  yoluyla kullanicilara dagitan bir
  organizasyondur.
• Standartlari belirlemek amaciyla kurulmustur.
• Verileri arsivler,
• GPS uydularinin yörüngelerini hesaplar,
• GPS ile yer dönme parametreleri ve nutasyon
  serilerini hesaplar.

50

• Verileri, Global Data Centers olarak adlandirilan
  merkezler barindirmaktadir. Bunlar
• Crustal Dynamics Data Information System, ABD
  (CDDIS)
• Institut Géographique National, FR (IGN)
• Scripps Institution of Oceanography, ABD (SIO)
• Korean Astronomy and Space Science Institute,
  KR (KASI)
• Bölgesel ve diger veri merkezleri (GA, SOPAC
  gibi) ile ilgili detayli bilgiye
• http//igscb.jpl.nasa.gov/organization/centers.htm
  l
• adresinden ulasilabilir.
• IGS verileri RINEX formatinda yayinlanir. Her GPS
  yazilimi farkli formatta veri degerlendirmektedir.
  Rinex ile bunlar arasinda dönüsüm mümkündür.

51
30 Kasim 2006 itibariyle, dünya üzerinde 333ü
aktif olmak üzere toplam 379 istasyon
bulunmaktadir. Ülkemizde bu aga bagli 4 istasyon
bulunmaktadir Ankara
(ANKR) Trabzon (TRAB)
Gebze (TUBI) Istanbul (ISTA)
52
WGS-84 ile ITRF arasindaki baginti

• WGS-84 sistemi ile ITRF sistemi arasindaki
  iliskiyi belirlemek ve WGS-84 sisteminin
  dogrulugunu arttirmak için 24 IGS ve 10 DoD
  noktasinda eszamanli GPS ölçüsü yapilmis,
• 8 IGS noktasinin ITRF-91 koordinatlari sabit
  alinarak DoD noktalarinin koordinatlari yeniden
  hesaplanmistir.
• Nokta koordinatlarini ortak bir epoka getirmek
  için NUVEL NNR-1 plaka hareketi modeli
  kullanilmistir.
• Daha sonra 11 adet IGS noktasinin ITRF-94
  koordinatlari esas alinarak GPS ölçüleri yapilmis
  ve WGS-84 ITRF e yaklastirilmistir.
• Bunun sonucu olarak elde edilen referans sistemi
  WGS-84(G873) olarak adlandirilmistir.

53
Yerel Koordinat Sistemi

• Bu sistemde de baslangiç noktasi GPS alici
  anteninin üzerine kuruldugu noktadir. Koordinat
  eksenleri n, e, u harfleri ile gösterilirse
• n-ekseni jeodezik kuzeyi göstermekte,
• e-ekseni jeodezik doguyu göstermekte,
• u-ekseni alici anteninin kuruldugu noktanin
  elipsoit normalini göstermektedir.
• Böylece n ve e eksenleri yerel jeodezik ufuk
  düzlemini göstermektedir. Yerel koordinat
  sisteminin uzaydaki yönlendirilmesi jeodezik
  enlem ve boylama göre yapilmaktadir.

54
(No Transcript)
55
GPS ve Yükseklik

• Yükseklik için
• h H N
• esitligi kullanilir. Bu esitlikte,
• h P noktasinin elipsoit yüksekligi
• H P noktasinin ortometrik yüksekligi
• N P noktasinin jeoit yüksekligi

56
Jeoit
57
Jeodezik Koordinatlardan (?, ?, h) ECEF
Koordinatlarina (X, Y, Z) Dönüsüm

• Jeodezik koordinatlardan ECEF koordinatlari
  asagidaki esitlikten bulunur. h noktanin elipsoit
  yüksekligi, N meridyen yariçapidir.

58
GPS ve ÜLKE SISTEMI GPS in ülkemizde
kullanisligini artirmak için, GPS ile Ülke
Sistemi arasindaki iliskilerin tanimlanmasi
gerekmektedir. Her iki sistemin jeodezik
altyapisi farklidir. Sistemler farkli datumlara
sahiptir ve farkli koordinat sistemleri ile
çalismaktadir. GPS ile elde edilen bir koordinat
bilgisinin Ülke Sistemi içinde kullanilabilmesi
için bazi iliskilere ihtiyaç vardir.
Ülke Sistemi GPS TUTGA
Datum ED50 WGS84 ITRF96
Elipsoid Hyaford WGS84 GRS80
Koordinatlar 2DH 3D 3D
Projeksiyon TM, UTM TM, UTM TM, UTM
59

• Datum, herhangi bir noktanin yatay ve düsey
  konumunu tanimlamak için baslangiç alinan
  referans yüzeyidir.
• Datum, Yerin seklini ve boyutunu tanimlayan
  bir referans sistemidir.
• Yatay datum Koordinatlar için referans alinan
  baslangiç yüzeyi,
• Düsey datum Yükseklikler için referans alinan
  baslangiç yüzeyidir.
• Bir datum elipsoidi, enlem-boylami ve fiziksel
  bir orijini ile tanimlanir.

60

• TUTGA (Türkiye Ulusal Temel GPS Agi ),
  ülkemizdeki GPS kullaniminin altyapisini
  olusturmaktadir.
• Ülkedeki koordinat bütünlügünü saglamak için
  GPS ile yapilan gözlemler TUTGAya baglanmalidir.
  
• GPS ile yapilan çalismalarin Ülke Sistemi ile
  olan iliskisi dönüsüm ile kurulmalidir.
• (TUTGA) ITRF koordinat sisteminde 1-3 cm
  dogrulugunda, üç boyutlu koordinatlari ve bu
  koordinatlarin zamana bagli degisimleri (hizlari)
  ile uygun yükseklik sisteminde yüksekligi (H) ve
  jeoid yüksekligi (N) bilinen, nokta araligi 25-30
  km jeodin hizli degisim gösterdigi bölgelerde 15
  km olan, olabildigince homojen dagilimda 594
  noktadan olusan bir agdir.

61
GPSde Kullanilan Zaman Sistemleri

• Uydu jeodezisinde 3 farkli zaman sistemi
  kullanilmaktadir. Bunlar dinamik zaman, atomik
  zaman ve yildiz zamani sistemleridir.
• Dinamik Zaman Sistemi
• Yerçekimi etkisindeki cisimlerin belli bir
  yerçekimi teorisine göre belli bir referans
  sistemindeki hareketlerini tanimlamak için
  kullanilmaktadir.
• GPS uydu yörüngelerinin hesaplanmasinda
  kullanilan dinamik zaman sistemine Yersel Dinamik
  Zaman Sistemi denilmektedir.

62
Atomik Zaman

• Bilimsel çalismalarda temel zaman ölçegi olarak
  Uluslararasi Atomik Zaman kullanilmaktadir.
• Atomik zaman sürekli bir zaman ölçegidir.
• Atomik zaman ile GPS zamani arasinda 19 saniyelik
  bir kayiklik vardir.

63

• Yildiz Zamani
• Yildiz zamani yerin dönmesi ile iliskilidir.
• Atomik saatler yokken eski dönemlerde zaman
  ölçüsü için yerin dönüsü temel aliniyordu.
• O zamanlar yildiz ve universal zaman sistemleri
  arasinda dönüsüm yapabilen iki zaman sistemi
  kullaniliyordu.
• Yildiz ve UT zaman sistemleri atomik zaman ölçegi
  ile karsilastirildiginda çok düzensiz
• Jülyen Gün ve Hesabi
• Jülyen günü JD, 1 Ocak 4713 (MÖ) 12.00 UT
  epokundan itibaren geçen ortalama günes günü
  sayisidir.

64
GPS de Kullanilan Uydu Yörüngeleri

• GPS uydulari dünyanin etrafinda belli bir elips
  yörüngesi üzerinde dönmektedir. Uydular yörüngede
  hareket ederken yerin gravite alaninin çekim
  etkisinde kalirlar. Bu yörünge hareketi yerin
  çekim etkisi ve diger birçok kuvvetin (ayin ve
  günesin çekim etkisi) etkisinin bir sonucudur.
• Keppler Yörünge Elemanlari
• Johannes Keppler in 1609 ve 1619 yillarinda
  günes ve gezegenlere ait varsayimlari günümüzde
  Keppler Yasalari olarak bilinmektedir.

65
Kepler yasalarina göre

• Gezegenler, günes etrafinda dolanirken bir elips
  çizerler (yörünge elipsi). Günes yörünge
  elipsinin odak noktalarinin birindedir.
• Günesle gezegenin agirlik merkezini birlestiren
  dogru esit zamanlarda esit alanlar süpürür.
• Bir gezegenin tam dolanim süresi (periyot) P,
  yörünge elipsinin büyük yari eksen yariçapi a ise

66

• Keppler yasalari büyük oranda yer etrafinda
  hareket eden uydular için de geçerlidir.
• Bu nedenle günes yerine yer, gezegen yerine
  uydu kullanilabilir.
• Keppler elemanlari olan (a, e, Tp) yörüngenin
  seklini belirtmektedir.
• Diger üç eleman (i, ?, w) ise yörüngenin ECEF
  koordinat sisteminde yönlendirilmesini
  saglamaktadir.
• Asagidaki tablo yapay uydular için yörünge
  elemanlarini,
• Asagidaki sekil gök koordinat sistemine göre
  yörünge düzlemindeki Keppler elemanlarini
  göstermektedir.

67
Parametre Açiklamasi
? i w a e Tp Yükselen dügüm noktasinin rektesasyonu olup ekvator düzleminde ölçülür (radyan). Uydu yörüngesinin ortalama ekvator düzlemine göre egimi (radyan). Perigee konumu (perigee ile yükselen dügüm noktasi arasindaki açi olup, uydu hareketi yönünde ve yörünge düzleminde ölçülür (radyan). Yörünge elipsinin büyük yari ekseni (m) Elipsin dismerkezligi Prigee geçis ani
68
(No Transcript)
69
Uydu Yörünge Hareketi

• Newton kanunlari
• Bir cisme mevcut durumunu degistirecek bir kuvvet
  etki etmezse cisim ya hareketsizdir ya da düzgün
  dogrusal hareketine devam eder (eylemsizlik
  özelligi).
• Bir cismin ivmesi cisme uygulanan kuvvetle dogru
  orantilidir ve uygulanan kuvvet ivme ile ayni
  yöndedir.
• Iki cismin karsilikli olarak birbirlerine etki
  ettikleri kuvvetler her zaman esit fakat zit
  yöndedir.

70
(No Transcript)
71
GPS Uydu Yörüngeleri

• Anlik konum belirlemede yayin (broadcast)
  efemerisi ve saat bilgileri kullanilmaktadir.
• Ölçü sonrasi degerlendirmede duyarli GPS yörünge
  ve saat bilgilerinin kullanilmasi tercih edilir.
• Hesaplanan duyarli yörünge ve saat bilgileri
  internet araciligi ile tüm kullanicilara ücretsiz
  sunulmaktadir.

72

• Yayin Efemerisi (Broadcast Efemeris)
• Yer izleme istasyonlari tarafindan önceden tahmin
  edilerek uydulara gönderilen ve uydu sinyalleri
  ile yayinlanan uydu konum bilgileridir.
• Yayin efemeris bilgileri GPS kontrol bölümü
  izleme istasyonlarindan toplanan kod
  (pseudorange) gözlemlerine dayali olarak
  üretilirler.
• Anlik olarak yayinlanir ve yaklasik 12-36 saatlik
  süre için geçerlidir.
• 6 izleme istasyonundan toplanan verilerle 5-10 m
  lik bir yörünge dogrulugu elde edilmektedir.
• WGS84 sistemindedir.

73
(No Transcript)
74
HASSAS EFEMERIS (PRECISE EPHEMERIS)

• Pratik amaçli jeodezik konum belirleme için yayin
  efemerisi yeterlidir.
• Daha hassas sonuç gerektiren islerde hassas
  efemeris kullanilmasi ile dogruluk
  arttirilabilir.
• Hassas efemeris, dünya yüzeyine dagilmis çok
  sayida istasyondan elde edilen uydu verilerinin
  degerlendirilmesi ile (post processing) elde
  edilmis sonuçlar olup, internetten
  ulasilabilmektedir.

75

• NGS Duyarli Efemerisi
• Bu efemeris gözlem anindan itibaren 2-6 gün
  arasinda kullanicilarin hizmetine internet
  araciligi ile sunulmaktadir. NGS efemerisi ITRF
  sisteminde IERS noktalarina ait duyarli
  koordinatlar kullanilarak hesaplanir.
• IGS Duyarli Efemerisi
• Yayin ve NGS duyarli efemerislerinin tersine IGS
  yörüngeleri, duyarli P kod alicilarinin kurulu
  oldugu yogun bir global agda yapilan faz
  gözlemlerinden yararlanarak olusturulmustur.
  Türkiyenin de içinde oldugu Avrupa bölgelerinde
  IGS izleme agi olusturulmustur.

76
GPS ile yapilan Gözlemler ve Kullanilan
Matematiksel Modeller

• GPS gözlemleri, alici tarafindan alinan ile alici
  tarafindan üretilen sinyallerin zaman ya da faz
  farklarindan olusmaktadir.
• Elektronik Uzaklik Ölçme Sistemlerinin (EDM)
  aksine, GPS de tek tarafli uzaklik ölçme söz
  konusudur.
• GPS ile iki temel büyüklük gözlenmektedir.
• Kod Gözlemleri
• Faz Gözlemleri (L1, L2)
• Yüksek dogruluk gerektiren uygulamalarda ve
  bilimsel çalismalarda faz gözlemleri, navigasyon
  amaçli uygulamalarda ise kod gözlemleri
  kullanilmaktadir.
• Jeodezik amaçli GPS ölçülerinde dogrudan faz
  gözlemleri kullanmak yerine bunlardan
  yararlanarak elde edilen lineer kombinasyonlar ve
  fark gözlemleri kullanilmaktadir.

77
Kod Gözlemleri

• Uydu ile alici arasindaki uzaklik, uydudan
  yayinlanan sinyalin uydudan çikis ani ile aliciya
  ulastigi ana kadar geçen zamanin (?T) isik hizi
  ile çarpilmasiyla elde edilen ham uzunluktur.
• Sinyalin uydudan aliciya ulasana kadar geçen
  zaman, alici ve uydu tarafindan üretilen PRN
  kodlarinin karsilastirilmasi ile elde
  edilmektedir.
• Uydu ile alici saatlerindeki hatalardan dolayi
  elde edilen uzunluk gerçek geometrik uzunluktan
  farklidir.
• Saat hatalarinin neden oldugu sapmalar nedeniyle
  elde edilen uzakliga ham uzunluk (pseudorange)
  denir.

78
Saat hatasinin olmadigi ve uydudan aliciya ulasan
sinyalin atmosferik etkilerin olmadigi bir
ortamda yayildigi kabul edilirse pseudorange,
1
Ancak bu varsayimlar gerçekte saglanamadigindan
esitlik
2
seklinde yazilabilir. Ilk esitlik yeniden
düzenlenirse
3
79

• tS Sinyalin uyduyu terk ettigi andaki GPS
  zamani
• tR Sinyalin aliciya ulastigi andaki GPS zamani
• ?tS Uydu saati ile GPS zamani arasindaki fark
• ?tR Alici saati ile GPS zamani arasindaki fark
• Iyonosferik etki
• Troposferik etki
• c Isik hizi (c299792458 m/s)
• Uydu ile alici arasinda, sinyalin uydudan
  ayrildigi ve alici tarafindan alindigi
  epoklardaki toposentrik uzunluktur. Toposentrik
  uzunluk

80
4
seklinde yazilabilir. Burada R(XR,YR,ZR) anten
kurulan noktanin koordinatlari S(XS,YS,ZS) uydu
koordinatlaridir.
esitligi
3
5
seklini alir. Uydunun konumu efemeris
bilgilerinden bilindigi varsayilirsa bu)
esitlikte 7 bilinmeyen kalir.
81
Bu bilinmeyenler

• Uydu ve alici saat hatalari (2)
• Alici anteninin koordinatlari (XR,YR,ZR) (3)
• Iyonosferik etki (1)
• Troposferik etkidir. (1)
• Uydu saatleri kontrol altinda tutulabilir ve
  atomik saatlerin kullanilmasi ile uydu saat
  hatalari yok edilebilmektedir.
• Alici saatlerinin anlik hatalari belirsizdir. Bu
  nedenle ölçülen uzunluk alici saat hatasini
  bilinmeyen olarak içermektedir.
• Iyonosferik ve troposferik etkiler sonraki
  bölümlerde açiklanacak modellerle yok
  edilebileceklerinden bu bilinmeyenlerde yok
  edilmis olmaktadir.

7
82
Böylece esitliginden geriye 4
bilinmeyen kalmaktadir. Bu 4 bilinmeyenin çözümü
için 4 uyduya es zamanli yapilmis 4 pseudorange
ölçüsüne gereksinim vardir. Buna göre
3
6
seklinde yazilabilir. Bu esitlikler Taylor
serisine açilip iki ve daha yüksek dereceden
terimler göz ardi edilebilir. Lineerlestirme için
noktalarin yaklasik koordinatlari ve alici saat
hatasi bilinmeyeninin yaklasik degeri bilinmesi
gerekir.
83

• Yaklasik (X0,Y0,Z0) degerler ile kesin degerler
  arasinda

7
olup bilinmeyenlerin dengeli degerleri arasinda
LiVi f(X0?X,Y0?Y,Z0?Z)
8
bagintisi vardir. esitligi Taylor
serisine açilip yüksek dereceden terimler ihmal
edilirse esitligi elde edilir.
8
9
84
9

• yaklasik uydu-alici uzunlugu (pseudorange)
  olup

10
esitligi ile ifade edilir. Es zamanli 4 uyduya
gözlem yapilirsa yukaridaki esitlik matris
formunda asagidaki sekilde yazilabilir
85
11
A, düzeltme denklemleri katsayilar matrisini,
, bilinmeyenlere getirilecek
düzeltmeleri,
ise düzeltmeler (gözlenen, hesaplanan)
vektörünü göstermektedir. esitliginin
çözümü ile
11
12
86
Faz Gözlemleri

• Faz, herhangi bir dalganin herhangi bir referansa
  göre durumuna verilen addir. Referans
  degistirildikçe faz degeri de degismektedir.

87
Faz Gözlemleri

• Iki dalga arasindaki faz farki söyle belirlenir,
• Yukaridaki grafikte iki sinüs dalgasi
  çizilmistir. Kirmizi grafik tam sinüs formunu
  takip ettiginden fazi 0dir.
• Kirmizi sinüsün genligi, maksimum noktasina
  ulastiktan sonra grafikte de görülecegi gibi 10
  ms de sifira düsmektedir.
• Beyaz sinüs ise maksimum genlige t0 ms de
  ulasmaktadir,
• Maksimumdan sonraki ilk sifirini ise t5 ms de
  bulmaktadir.
• Bu iki nokta grafikte çember içine alinmistir.
  Çünkü bu noktalar iki sinüsün de benzer özellige
  sahip oldugu noktalardir (maksimumdan sonraki ilk
  sifirlar).
• Aradaki farkin 5 ms oldugu görülmektedir
• Açi olarak fark ise söyle bulunmaktadir.

88
Bir dalga saniyede frekansinin degerince kendini
tekrar eder. Buna göre de periyodu belli bir
deger alir. Periyot, dalganin kendini tekrar etme
süresidir. Örnegin bunu bir çember üzerinde
düsünürsek, çember üzerindeki bir nokta tam 360 0
sonra yine kendi üzerine gelir. Dolayisiyla
periyodun açi olarak degeri 360 0 olarak
tanimlanabilir. Üstteki grafiklerde yapilan
örnekte f 50 Hz olarak alindigindan periyot T
20 ms olmaktadir. Sinüs dalgasi 20 ms 360 0
'de kendini tekrar etmektedir. Bunlardan
hareketle de  5ms 90 0 oldugunu
söyleyebiliriz
89
Faz Gözlemleri

• Faz gözlemleri GPS ölçmelerinde en çok kullanilan
  gözlemlerdir.
• Tasiyici dalganin C/A ve P kodlari yerine modüle
  edilmemis L1 ve L2 sinyalleri ile yapilmaktadir.
• Uydudan yayinlanan fazin benzeri alici içerisinde
  de üretilmekte ve bunlar arasinda korelasyon
  saglanmaktadir.
• Baska bir deyisle tS zamaninda uydudan yayinlanan
  sinyalin L1 ve L2 tasiyici fazi ile tR zamaninda
  alici tarafindan üretilen sinyalinin fazi
  arasindaki fark olarak tanimlanmaktadir.

90

• Atmosferik etkiler, relativistik etkiler, alici
  saat hatasi ve diger bozucu etkiler dikkate
  alinmazsa anlik faz farki
• esitligi ile ifade edilir.
• Burada , tSV uydu saati zamaninda
  yayinlanan sinyalin fazini,
• ise alicinin uydu sinyalini aldigi tR
  zamaninda alicida üretilen fazi göstermektedir.

91
SV uydusu ve R alicisi için dalga boyu biriminde
faz gözlemi
alici tarafindan t zamaninda (GPS zamani)
kaydedilen sinyalin fazi
t zamaninda alicida üretilen sinyalin fazi
baslangiç epogundaki faz baslangiç bilinmeyenidir
Iyonosferik ve troposferik etkiler dahil faz farki
92

• Kod gözlemi ile faz gözlemi arasindaki farklar
  sunlardir
• Kod gözlemlerinde kod tam olarak ölçülürken, faz
  gözlemlerinde faz baslangiç belirsizligi söz
  konusudur (ambiguity).
• Tasiyici dalga fazi iyonosferden geçerken
  hizlandigindan iyonosferden dolayi faz
  gözlemlerine getirilecek düzeltme (-)
  isaretlidir. Kod gözlemleri ise yavasladigindan
  iyonosfer düzeltmesi kod gözlemleri için ()
  isaretlidir.
• Faz gözlemlerinin dogrulugu kod gözlemlerinin
  dogrulugundan daha yüksektir.

93
Faz Farki Modelleri

• Kod ve faz gözlemlerinden yararlanarak
  olusturulan farklarla alici saat hatalari, uydu
  saat hatalari ve faz baslangiç belirsizligi gibi
  birçok ortak hata giderilebilmektedir. GPS
  gözlemlerinde fark kombinasyonlari farkli sekilde
  yapilmaktadir. Fark gözlemleri genellikle
• Alicilar arasinda
• Uydular arasinda
• Ölçü epoklari arasinda veya
• L1 ve L2 frekanslari arasinda yapilmaktadir

94
Tekli Farklar

• Iki farkli alici noktasinda ayni uyduya es
  zamanli olarak yapilan faz gözlemleri arasindaki
  farklar anlasilir. Bu yöntemle temel olarak uydu
  saat hatalari giderilmektedir. Tekli fark,
  uydular arasinda ayni bir alici için
  olusturulursa bu durumda alici saati hatalari
  giderilmis olur.

95
Ikili Farklar

• Iki tekli farkin farki olarak tanimlanabilir.
  Baska bir anlamda, ayni epokta iki farkli uydu
  için olusturulan tekli farklar arasindaki
  farktir. Bu yöntemle uydu ve alici saat
  hatalarinin her ikisi birden giderilmektedir.
  Genel olarak bu esitlik GPS ölçülerini
  degerlendirme yazilimlarinda temel gözlem
  esitligi olarak kullanilmaktadir. Ayrica bu
  yöntemle kisa baz uzunluklarinda troposferik ve
  iyonosferik etkiler de giderilmektedir.

SV1
SV2
Alici R2
Alici R1
96
Üçlü Farklar

• Üçlü fark, iki farkli epokta olusturulan iki
  ikili fark arasindaki fark olarak
  tanimlanmaktadir. Üçlü fark gözlemleri için genel
  esitlik asagidaki sekilde verilmektedir. Üçlü
  fark gözlemlerinin olusturulmasinin temel amaci
  tasiyici faz belirsizliginin (ambiquity)
  giderilmesidir.

SV1 Epok(i1)
SV2 Epok(i)
SV1 Epok(i)
SV2 Epok(i1)
97
Hata Kaynaklari

• Uzunluk ölçmedeki hatalar
• Uydu efemeris hatalari
• Uydu saat hatalari
• Atmosferik hatalar
• - Iyonosferik etki
• - Troposferik etki
• - Uydu egim açisi
• Sinyal yansima (Multipath) etkisi
• Anten faz merkezi hatalari
• Tasiyici dalga faz belirsizligi (Ambiguity) ve
  faz kesiklikleri (cycle-slips)
• Seçimli dogruluk erisimi
• Uydu geometrisi
• Alici hatalari
• Tek veya çift frekansli alicilar
• Datum seçimi
• Alicinin kurulumu

98
GPS Hata Kaynaklari
99
GPS hata kaynaklari
Hata kaynagi
Hata miktari
korelasyon
etkileme
Efemeris hatasi
3 m
Uydu saati
Bu hatalar çesitli teknikler ve modellemelerle
düzeltilebilir
100
Uydu Efemeris Hatalari

• GPS navigasyon mesaji içerisinde yayinlanan uydu
  konum bilgilerinin dogrulugunun düsük oldugu veya
  kasitli olarak yanlis yayinlanmasi durumunda
  karsilasilan hataya efemeris hatasi
  denilmektedir.
• Uydu efemeris hatasi uydu yörüngelerinin daha
  duyarli hesabini gerektir. Bu da uydulara etki
  eden hatalarin çok iyi ölçülmesi ve
  modellenmesine baglidir.
• Birkaç kilometrelik bazlarda efemeris hatasinin
  etkisi çok küçüktür. Baz büyüdükçe bu hatanin
  büyüklügü de artmaktadir.

101
Uydular uzayda nerede? (efemeris)

• Uydular hassas yörüngelerde hareket ederler
• GPS alicilari dogru konumlama için uydulardan
  alinan almanak bilgilerini kullanirlar
  (ephemeris).
• Almanak uydulardan yayinlanir
• Düzeltilmis efemeris bilgileri uydulara
  gönderilir.

102
Uydu Saat Hatalari

• GPS ile konum belirlemenin temelini zaman ölçüsü
  olusturmaktadir. Bu nedenle GPS uydularinda
  atomik saatler kullanilmaktadir. Uydu ve alici
  saatlerinin GPS zamanina göre yeterli dogrulukta
  senkronize edilmemesi saat hatalarinin temelini
  olustur.
• Uydu saat hatalari kontrol bölümü tarafindan
  sürekli izlenmekte ve yayin efemerisi saat
  düzeltmelerini günlük olarak navigasyon mesajinin
  bir bölümü olarak yüklemektedir. Önemli olan
  uydu-alici uzakliginin hesaplanmasindaki toplam
  hatayi azaltmak, bunun için uydu saati ile GPS
  zamani arasinda yaklasik 30 nanosaniyelik
  senkronizasyonu saglamaktir.

103

• Saniyede yaklasik 3.108m hizla giden GPS bilgi
  sinyalleri 1 ns de yaklasik 30 cm yol alir.
• 1 nano saniyelik hata dijital bir saatte yaklasik
  olarak 30 yilda  1 saniyelik hata  olarak
  karsimiza çikar bu iyi bir hata oranidir.
• Fakat GPS sisteminde 30 cm lik hataya neden
  olmaktadir bu da koordinatin 30 cm hata ile
  belirlenmesin neden olur.
• Bu nedenle GPS uydularinda ve kontrol
  merkezlerinde atomik saatler kullanilir.
• Her ne kadar uydularda hassas saatler kullanilsa
  da yine de zamana bagli olarak bu hatanin
  büyümesi söz konusudur.
• Bu nedenle yükleme istasyonlarindan, hesaplanan
  uydu saati hatalari uydulara yüklenir ve
  yayinlanan navigasyon mesaji ile kullanicilara
  ulastirilir.

104
Atmosferik Etkiler
yeryüzü
105
Iyonosfer Etkisi
Atmosferik Etkiler

• Yer yüzeyinden itibaren yaklasik 50 km
  kalinligindaki tabaka Troposfer, buradan itibaren
  yaklasik 200 km kalinligindaki tabaka ise
  iyonosfer olarak adlandinlir.
• Iyonosfer, hava moleküllerinin ileri derecede
  yogunlastigi ve elektrik iletkenligi kazandigi
  yüksek atmosfer bölgeleridir.
• Burasi elektromagnetik dalgalarin yayilmasini
  etkileyebilecek kadar serbest elektron
  yogunluguna sahiptir.
• Iyonlasma ve serbest elektron yogunlugu dogrudan
  günes isimasina baglidir.
• Iyonosferin gündüz elektromagnetik dalgalar
  üzerindeki etkisi geceden daha çoktur.
• Uydu sinyalleri aliciya ulasincaya kadar bu
  tabakalardan geçer ve karsilastigi dirençten
  dolayi bir gecikmeye ugrar.
• Iyonosferik gecikmenin giderilmesi için, farkli
  frekanstaki dalgalarin farkli dirençle
  karsilasacagi gerçeginden hareket ederek çift
  frekansli GPS alicilari kullanilmalidir.
• Bu nedenle ölçülecek mesafeler büyüdükçe çift
  frekansta ölçü alma daha büyük önem tasir.

106
Troposfer Etkisi

• Troposfer, havanin yeryüzü ile temas ettigi en
  alt tabakasidir. Kalinligi kutuplarda 8 km,
  ekvatorda 18 kmdir.
• Hava olaylari genel olarak troposferin 3-4 kmlik
  alt kisimlarinda görülmektedir.
• Troposferik gecikme sinyalin frekansina bagli
  olmayip, her iki tasiyici dalgaya da ayni
  derecede etki etmektedir.
• Farkli frekans kullanimi ile giderilemez.
• Troposferik Kirilma iki bilesenden olusmaktadir.
• Bunlardan kuru hava bileseni toplam kirilmanin
  90ina sebep olmaktadir.
• Troposferin kuru bileseninin modellenmesinde
  gözlem noktasindaki hava basinci
  kullanilmaktadir.
• Diger bilesen olan islak havanin ise etkisi az
  olmakla beraber modellenmesi daha zordur.

107
Atmosferik gecikme
108
Uydu Egim Açisi

• Düsük egim açili ölçüler, atmosferik refraksiyon
  nedeniyle sorun olmaktadir.
• Ancak konum dogrulugunu arttirmak için daha fazla
  ölçü kullanmak isteginden ve daha çok uydu
  görebilmek için bu açi degerini küçük tutmak
  isteriz.

109
Sinyal Yansima (Multipath) Etkisi

• GPS alici antenleri her yönden gelen uydu
  sinyallerini es zamanli alabilme özelligine
  sahiptir. Arazi yapisi ve sinyal yükseklik
  açisina bagli olarak istenmeyen sinyal
  yansimalari ile karsilasilir.
• Uydulardan yayinlanan sinyallerin alici antenine
  bir veya daha çok yol izleyerek ulasmasina sinyal
  yansima (multipath) etkisi denir.
• Uydularin neden oldugu etkiler ve alici anteninin
  çevresindeki yüzeylerin neden oldugu etkiler kisa
  kenarli aglarda bazin iki ucundaki anten için
  ayni büyüklüge sahip olacagindan göreli konum
  belirleme yöntemi ile büyük ölçüde
  giderilmektedir.

110

• Alici antenin çevresinin neden oldugu
  yansimalarin kaynaklari yapilar, agaçlar, su
  yüzeyleri ve diger yansitici yüzeylerdir. Sinyal
  yansima etkisinin büyüklügü dalga boyu ile
  orantilidir.
• Yansima hatalarinin büyüklügü sinyalin dalga
  boyuna bagli oldugundan kod ve tasiyici dalga
  ölçümleri farkli sekilde etkilenir.
• Tasiyici dalga ölçümlerinde yansimadan
  kaynaklanan hatalar 3-5 cm yi geçmezken kod
  ölçümlerinde bu hatalar 15 m. ye ulasabilir.

111
Multipath Hatasi
112
GPS Multipath hatlari
Multipath etisinden kaçinmak için

• Yansitici yüzeylerden kaçinmak
• Multipath önleyici antenler kullanmak
• Multipath engelleyici alicilar kullanmak

113
GPS Antenleri (hassas konumlama için)
Halkalar choke-rings olarak adlandirilir
(multipathi engellemek için)
114
Alici Anteni Faz Merkezi Hatasi

• Alici anteni faz merkezi GPS sinyallerinin antene
  ulastigi noktadir.
• Bu nokta genellikle geometrik faz merkezinden
  farklidir.
• Ideal bir GPS anteninin faz merkezi, antene
  ulasan sinyalin gelis dogrultusundan bagimsiz
  olmasi gerekir.
• Uygulamada, uydu sinyalinin azimut ve yükseklik
  açisina bagli olarak antenlerin faz merkezlerinde
  küçük degisimler gözlenmektedir.
• Bu degisimler L1 ve L2 sinyalleri için farklidir.
  
• Kayiklik, biri sabit digeri zamana bagli degisim
  olmak üzere iki ayri büyüklük olarak
  incelenebilir.
• Anten faz merkezi degisimleri anten yapisina göre
  birkaç milimetre ile 1-2 cm arasinda
  degismektedir.
• Önemli çalismalarda bu degisimler dikkate
  alinmalidir.

115
Seçimli Dogruluk Erisimi

• Seçimli dogruluk erisimi (SA), ABD tarafindan
  yetkisiz kullanicilar için konulmustur. Yani
  konum belirleme dogruluklari ABD tarafindan
  kasitli olarak kötülestirilmistir. Bu durum 1
  Mayis 2000den itibaren kaldirilmistir.
• Kisa baz uzunluklarinda SA etkisinden korunmak
  için Diferansiyel GPS (DGPS) teknigi
  kullanilmaktadir.

116

• SA iki kisimdan olusur
• Uydu saat hatalari
• Uydu koordinat hatalari

117
S/A Nasil Çalisir
En büyük hata kaynagi

• Uydu saatleri kapatilir.
• Efemeris hata tanimlamalari uzay kumanda kontrol
  merkezince yayinlanamaz
• Düzeltme bilgilerine sadece askeri birimler
  sahiptir

118
Tasiyici Dalga Faz Belirsizligi ve Faz
kesiklikleri

• GPS alicisi ölçü aninda yalniz ölçü sinyali ile
  alici sinyali arasindaki fazi ölçer.
• Alicinin açildigi anda devreye giren bir sayaç,
  uydu alici fazi 0 ile 2? arasinda degistiginde
  1 veya 1 tamsayi artar veya azalir. Böylece
  ilk ölçü epogundan itibaren fazdaki tam sayi
  dalga boyu degisimleri belirlenmis olur.
• Ilk epok (baslangiç ani) için uydu-alici
  arasindaki tasiyici dalga fazinin kaç tane tam
  dalga içerdigi bilinmemektedir.
• Bu bilinmeyene Tasiyici Dalga Faz Baslangiç
  Belirsizligi veya kisaca faz belirsizligi
  (ambiguity) adi verilmektedir.
• Faz belirsizligi N ile gösterilmektedir.
• Gözlemlerde sinyal kesikligi olmadigi sürece N
  sabit olacaktir.

119
Tasiyici dalga faz baslangiç belirsizligi
Uydu tarafindan üretilen tasiyici sinyal
Faz uzunlugu N? ?
N Faz baslangiç belirsizligi
120
Ambiguity
121

• GPS gözlemi devam ederken uydu sinyalinin
  alinmasinda meydana gelecek sinyal kesikliklerine
  faz kesiklikleri yada faz kayikligi adi
  verilmektedir.
• Faz kesikliklerinin genel nedenleri sunlardir
• Ölçü noktasi çevresinde agaç, bina, köprü vb.
  gibi uydu sinyallerinin aliciya ulasmasini
  engelleyen nesneler,
• Kötü iyonosferik kosullar nedeniyle
  sinyal-gürültü (S/N) oraninin düsük olmasi,
• Sinyal yansima etkisi (multipath),
• Alici yaziliminda olusabilecek arizalar.
• Faz belirsizligi pratik konum belirlemede 20 km
  nin altindaki bazlarda GPS yazilimlarinda
  otomatik olarak giderilmektedir.
• Faz belirsizligi bilinmeyenlerinin çözümü için
• Klasik yöntem,
• P kod destekli yöntem,
• Anten yer degistirmesi yöntemi,
• Modern (QIF), (OTF) gibi yöntemler
  gelistirilmistir.

122
Engeller
B uydusu
B uydusu
t2
t2
t1
t1
A uydusu
A uydusu
123
Faz Kesilmesi
124
Duyarlik Ölçütleri

• Yukarida açiklanan hata kaynaklari pseudorange
  ölçümünde sapmalara neden olmaktadir.
• Bu hatalarin tümünün olusturdugu toplam hataya
  UERE (User Equivalent Range Error) denilmektedir.
• UERE, yukarida verilen her bir hatanin kareleri
  toplaminin karekökü olarak hesaplanmaktadir.
  Kisaca UERE uydu-alici arasindaki uzakliga
  getirilecek düzeltmeyi göstermektedir.
• UERE nin uzay ve kontrol bölümlerine iliskin
  kismi URE olarak adlandirilir.
• UERE nin aliciya iliskin kismina UEE denir.
• Navigasyon mesaji içersinde yayinlanan ve
  uydu-alici uzakligina iliskin hata miktarini
  ifade eden bir katsayi URA (user range accuracy)
  olarak adlandirilir.

125
Duyarlik Kaybi (DOP) Faktörleri

• GPS ile navigasyon amaçli ölçmelerde üç boyutlu
  konumu etkileyen diger bir faktör gökyüzündeki
  uydu geometrisidir.
• Uydu geometrisi konum belirlemede önemli bir hata
  kaynagidir.
• Uydularin birbirine ve yeryüzündeki aliciya göre
  olan konumlarinin, alici anteni koordinatlarinin
  belirlenmesindeki hatalara katkisi duyarlik kaybi
  (DOP) faktörleri ile ifade edilmektedir.
• Yüksek DOP degeri uydu geometrisinin dogru konum
  belirleme için uygun olmadigini (uydularin
  birbirine göre çok yakin oldugunu),
• Düsük DOP degeri ise uydu dagiliminin çok uygun
  oldugunu göstermektedir.

126
Duyarlik Kaybi (DOP) Faktörleri

• DOP faktörleri, uydu geometrisinin navigasyon
  çözümlerinden elde edilen dogruluklar üzerindeki
  etkilerini ifade eden ölçütlerdir.
• DOP faktörleri genel olarak dengeleme sonrasi
  elde edilen kofaktör ve varyans-kovaryans
  matrisinin kösegen elemanlarinin fonksiyonu
  olarak elde edilmektedir.
• Genel olarak
• ? DOP . ?0
  
• olup ?0 , gözlenen pseudorange ölçüsünün
  standart sapmasini, ? ise koordinat
  bilesenlerinin standart sapmasini göstermektedir.

127
DOP faktörleri asagidaki gibi tanimlanmaktadir.
Bunlar

• GDOP Uydu geometrisinin hesaplanan nokta
  koordinatlarina ve alici saati bilinmeyenine
  toplam etkisini,
• PDOP Uydu geometrisinin hesaplanan yatay ve
  düsey koordinatlara etkisini,
• HDOP Uydu geometrisinin hesaplanan yatay
  koordinatlara etkisini (enlem, boylam),
• VDOP Uydu geometrisinin hesaplanan nokta
  yüksekligine etkisini,
• TDOP Uydu geometrisinin hesaplanan zaman
  bilgisine etkisini ifade etmektedir.

128
Geometri GPS Dogrulugu

• Birbirine çok yakin uyuar kötü geometri
• ölçülen Duyarliligin konum bozuklugu (Position
  Dilution of Precision) (PDOP)
• PDOP gt6 birçok uygulama için kötü/uygun olmayan
  geometri
• Alicinin kurulmasi kilit nokta

129
Uydular gökyüzünde küçük bir hacim meydana
getiriyor.
130
Uydular gökyüzünde büyük bir hacim meydana
getiriyor.
131
Ölçü sirasinda iyi GDOP ve iyi görünebilirlik
olmalidir. bu herzaman mümkün olmayabilir.
132
PDOP Position Dilution of Precision HDOP Horizon
tal Dilution of Precision
Uydular bir arada Toplanmis
Uydular genis alana yayilmis
PDOP kötü gt 6
PDOP iyi lt 3
133
GPS ile Konum Belirlemede Temel Ilkeler

• GPS ile konum belirleme uydu-alici uzakliklarinin
  hesabina dayanan bir uzay geriden kestirme
  problemidir. Uydudan alinan sinyallerle
  uydu-alici uzunluklari hesaplanir.

Uydu-alici uzakligi (pseudorange),
esitliginden hesaplanir
4 uydu alici saat hatasinin giderilmesi için
kullanilmaktadir.
GPS ile konum belirlemede navigasyon hizmetleri
iki farkli kullanici seviyesinde sunulmaktadir.
Birincisi standart konum belirleme hizmeti (SPS),
digeri duyarli konum belirleme (PPS) hizmetidir.
PPS yüksek dogrulukta konum, hiz ve zaman
belirleme hizmeti olup askeri kullanicilara
açiktir. SPS ise tüm kullanicilara açiktir,
dogrulugu daha düsüktür.
134
GPS nasil çalisir? (5 kolay adim)
Adim 4 bir uyduya olan mesafe bilindiginde bu
sefer o uydunun uzaydaki konumunun bilinmesi
gerekir.
Adim 3 Seyahat süresinin ölçümü için GPS çok
hassas saatlere ihtiyaç duyar.
Adim 5 GPS sinyali dünya atmosferinden geçerek
seyat eder, bu da sinyal gecikmelerine neden olur.
Adim 2 GPS üçgenleme için bir radyo mesajinin
seyahat süresini kullanarak mesafe ölçümü yapar.
Adim 1uydulardan üçgenleme GPS sisteminin
temelidir
135
GPS konumlama
136
Konum Belirleme Yöntemleri Mutlak Konum Belirleme

• Mutlak konum belirlemede tek bir alici ile 4 ya
  da daha çok uydudan kod gözlemleri yapilarak
  nokta koordinatlari belirlenmektedir.
• Uzay geriden kestirme ile noktanin koordinatlari
  belirlenir.
• Alici koordinatlari kod bilgisine (P kod ve C/A
  kod) ve uydu geometrisine bagli olarak aninda ve
  mutlak anlamda belirlenmektedir.
• Bu yöntem alicinin sabit olmasi durumunda statik,
  hareketli olmasi durumunda ise kinematik konum
  belirleme olarak tanimlanmaktadir.
• Günümüzde mutlak konum belirleme ile birkaç metre
  dogrulugunda konum bilgisi elde edilebilmektedir.

137
(No Transcript)
138
(No Transcript)
139
Bagil (Rölatif) Konum Belirleme

• Bagil konum belirleme, koordinatlari bilinen bir
  noktaya göre diger nokta veya noktalarin
  koordinatlarinin belirlenmesidir. Baska bir
  deyisle bagil konum belirleme ile iki nokta
  asindaki baz vektörü belirlenmektedir.
• Bagil konum belirlemede iki ayri noktada kurulmus
  iki alici ile ayni uydulara es zamanli kod veya
  faz gözlemi söz konusudur. Bagil konum belirleme
  ile elde edilen dogruluk mutlak konum
  belirlemeden çok daha iyidir. Dogruluk 0.001 ile
  100 ppm arasinda degismektedir

S