• BilimAvcısı

Uydu Navigasyonu - GPS - Nasıl Çalışır? Ne Kadar Güvenilir Sonuçlar Verir?


Uydu Navigasyonu, orta dünya yörüngesinde radyo sinyalleri ileten küresel bir uydu ağına dayanır.

GPS her yerde...

GPS sistemlerini arabanızda, akıllı telefonunuzda ve saatinizde bulabilirsiniz.


Uydu sistemi, Dünya merkezli altı yörünge düzleminde, her biri dört uyduya sahip, Dünya'nın 13.000 mil (20.000 km) üzerinde yörüngede dönen ve 8.700 mil / saat (14.000 km / saat) hızla seyahat eden 24 uydudan oluşan bir takımyıldızdan oluşur.



Dünya yüzeyinde bir konum oluşturmak için yalnızca üç uyduya ihtiyacımız olsa da, diğer üçünden gelen bilgileri doğrulamak için genellikle dördüncü bir uydu kullanılır. Dördüncü uydu da bizi üçüncü boyuta taşır ve bir cihazın yüksekliğini hesaplamamıza izin verir.

GPS'in üç unsuru nedir?

GPS, konum bilgisi sağlamak için birlikte çalışan segment adı verilen üç farklı bileşenden oluşur.


GPS'in üç bölümü şunlardır:

● Uzay (Uydular): Dünya'yı çevreleyen, coğrafi konum ve günün saatine göre kullanıcılara sinyaller ileten uydular.

● Yer kontrol - Kontrol Segmenti: Toprak tabanlı monitör istasyonları, ana kontrol istasyonları ve zemin anteninden oluşur. Kontrol faaliyetleri arasında uyduların uzayda izlenmesi ve çalıştırılması ve aktarımların izlenmesi yer alır. Kuzey ve Güney Amerika, Afrika, Avrupa, Asya ve Avustralya dahil olmak üzere dünyanın hemen hemen her kıtasında izleme istasyonları bulunmaktadır.

● Kullanıcı ekipman: Saatler, akıllı telefonlar ve telematik cihazlar gibi öğeleri içeren GPS alıcıları ve vericileri.

GPS teknolojisi nasıl çalışır?

GPS, trilaterasyon adı verilen bir teknikle çalışır. Konum, hız ve yüksekliği hesaplamak için kullanılan trilaterasyon, konum bilgilerini çıkarmak için uydulardan sinyalleri toplar. Genellikle mesafeleri değil açıları ölçmek için kullanılan üçgenleme ile karıştırılır.


Dünyanın yörüngesindeki uydular, dünya yüzeyinde veya yakınında bulunan bir GPS cihazı tarafından okunması ve yorumlanması için sinyaller gönderir. Konumu hesaplamak için, bir GPS cihazı en az dört uydudan gelen sinyali okuyabilmelidir.


Ağdaki her uydu dünyayı günde iki kez çevreler ve her uydu benzersiz bir sinyal, yörünge parametreleri ve zaman gönderir. Herhangi bir anda, bir GPS cihazı altı veya daha fazla uydudan gelen sinyalleri okuyabilir.

Tek bir uydu, bir GPS cihazı tarafından alınan ve GPS cihazından uyduya olan mesafeyi hesaplamak için kullanılan bir mikrodalga sinyali yayınlar. Bir GPS cihazı yalnızca bir uyduya olan uzaklık hakkında bilgi verdiğinden, tek bir uydu fazla konum bilgisi sağlayamaz. Uydular açılar hakkında bilgi vermez, bu nedenle bir GPS cihazının konumu bir kürenin yüzey alanında herhangi bir yerde olabilir.


Bir uydu bir sinyal gönderdiğinde, GPS cihazından uyduya ölçülen yarıçaplı bir daire oluşturur.


İkinci bir uydu eklediğimizde, ikinci bir daire oluşturur ve konum, dairelerin kesiştiği iki noktadan birine daraltılır.


Üçüncü bir uydu ile cihaz üç dairenin de kesişme noktasında olduğundan, cihazın konumu nihayet belirlenebilir.


Bununla birlikte, üç boyutlu bir dünyada yaşıyoruz, bu da her uydunun bir daire değil, bir küre oluşturduğu anlamına gelir. Üç kürenin kesişimi iki kesişme noktası oluşturur, bu nedenle Dünya'ya en yakın nokta seçilir.


Bir cihaz hareket ettikçe, yarıçap (uyduya olan mesafe) değişir. Yarıçap değiştiğinde, bize yeni bir konum veren yeni küreler üretilir. Bu verileri uydudan gelen zamanla birleştirerek hızı belirlemek, hedefimize olan mesafeyi ve ETA'yı hesaplamak için kullanabiliriz.

GPS'in kullanım alanları nelerdir?

GPS, birçok farklı sektördeki işletmeler ve kuruluşlar için güçlü ve güvenilir bir araçtır. Haritacılar, bilim insanları, pilotlar, tekne kaptanları, ilk müdahale ekipleri ve madencilik ve tarımda çalışanlar, iş için günlük olarak GPS kullanan insanlardan sadece birkaçıdır.

GPS her zaman ve neredeyse tüm hava koşullarında çalışır.


GPS'in beş ana kullanımı vardır:


1. Konum - Bir konum belirleme.

2. Navigasyon - Bir konumdan diğerine gitmek.

3. İzleme - Nesne veya kişisel hareketi izleme.

4. Haritalama - Dünya haritalarını oluşturmak .

5. Zamanlama - Hassas zaman ölçümleri almayı mümkün kılmak.

GPS ne kadar doğru?

GPS cihazının doğruluğu, mevcut uydu sayısı, iyonosfer, kentsel çevre ve daha fazlası gibi birçok değişkene bağlıdır.


GPS doğruluğunu engelleyebilecek bazı faktörler şunları içerir:

● Fiziksel engeller: Varış zamanı ölçümleri dağlar, binalar, ağaçlar ve daha fazlası gibi büyük kütleler tarafından çarpıtılabilir.

● Atmosferik etkiler: İyonosferik gecikmeler, şiddetli fırtına örtüsü ve güneş fırtınaları GPS cihazlarını etkileyebilir.

● Efemeris: Bir uydudaki yörünge modeli yanlış veya eski olabilir, ancak bu giderek daha nadir hale geliyor.

● Sayısal yanlış hesaplamalar: Bu, cihaz donanımı spesifikasyonlara göre tasarlanmadığında bir faktör olabilir.

● Yapay parazit: Bunlar, GPS karıştırma aygıtlarını veya sahtekarlıkları içerir.


Kaynaklar:

  • https://www.geotab.com/blog/what-is-gps/

  • https://spaceplace.nasa.gov/gps/en/

  • https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/howitworks/#:~:text=GPS%20satellites%20carry%20atomic%20clocks,time%20the%20signal%20was%20broadcast.&text=Thus%2C%20the%20receiver%20uses%20four,longitude%2C%20altitude%2C%20and%20time.

  • https://www.eso.org/public/outreach/eduoff/seaspace/docs/navigation/navgps/navgps-3.html