İlk GNSS Eğitim Merkezi

Uydu Sistemleri Nelerdir? Farkları var mıdır?
Uydu sistemleri genel bir tanımlama olup bunlar genel olarak; haberleşme uyduları, uzaktan algılama uyduları, askerî amaçlı gözetleme uyduları, meteorolojik amaçlı uydular ve konum belirleme uyduları olarak sınıflandırılabilir. Bu sınıfların her birinin amacı, yapısı ve kullanım alanı farklıdır. Haberleşme uydularına örnek olarak TÜRKSAT uyduları verilebilir. Bu uydular yeryüzünden yaklaşık 36000 km uzaklıkta ve dünya ile birlikte dönen yer merkezli sabit ve pasif(verileri yansıtıcı) uydulardır. Oysa konum belirleme uyduları yeryüzünden yaklaşık 20200 km uzaklıkta olup, dönüş hızı dünyanın dönüş hızından daha fazladır ve aktif uydulardır. Başka bir ifadeyle konum belirleme uyduları 365 gün 24 saat yeryüzündeki kullanıcılara konum belirlemeye olanak veren verileri yayınlamaktadırlar.

Uydularla Konum Belirleme ve Navigasyon Sistemi Nedir?
İlk çağlardan buyana insanoğlu "neredeyim?" ve "nereye gidiyorum?" sorularına yanıt bulmaya çalışmış ve bu amaçla birçok sistem geliştirmiştir. Örneğin ilk zamanlarda insanlar yaşadıkları yerlerden uzağa giderken taşları, ağaçları ve dağları referans noktaları olarak değerlendirmişlerdir. Ancak, yağmur, kar yağdıkça veya insanoğlu denizlere açıldıkça bu referans noktaları etkinliğini kaybetmiş, bunun üzerine konum ve yön bulma amacıyla güneş, ay ve yıldızlardan yararlanılmaya başlanmıştır. Ancak, gece ve gündüz, yaz, kış, bulut vb.  nedenlerle bunlardan yararlanma da bir çok uygulama için yetersiz kalmıştır. Zaman içerisinde teknolojik gelişmelere paralel olarak günümüzde artık konum, hız ve zaman belirlemede uydu sinyalleri kullanılmaya başlamıştır. Sonuç olarak; araçla (yada yaya olarak) bir yerden başka bir yere gitmeyi ifade eden "navigasyon" ile araçların (insanların, ölçüm cihazlarının vs.) konumunun gerçek zamanlı yada sonradan büro hesaplamaları ile belirlenmesi artık; dağlar, güneş, ay ve yıldızlar yerine uydu sinyalleri kullanılarak yapılmaktadır.

Uydu sinyalleri ile bulunulan yerin yada aracın konumu(koordinatları) nasıl belirlenmektedir?
Uydularla konum belirleme, uzaydaki uydu ile yeryüzündeki alıcı (receiver) arasındaki uzaklıklarının hesabına dayanan bir uzayda geriden kestirme probleminin çözümüdür. Başka bir ifadeyle GPS(GNSS) alıcıları tüm yönlerden gelen uydu sinyallerini kaydetmekte ve kaydedilen bu sinyallerden yararlanarak uydu-alıcı uzaklıkları hesaplanmaktadır. Gerçekte bir GPS alıcısı ile gözlenen temel büyüklük, GPS sinyali uydudan yeryüzündeki alıcıya ulaşana kadar arada geçen zaman farkıdır. GPS sinyali boşlukta ışık hızıyla yayıldığından uydu-alıcı uzaklığı, arada geçen zamanın ışık hızı (c=299458792 m/sn2 ) ile çarpılması sonucu elde edilir. Ancak, söz konusu zaman farkı uydu ve alıcı saatlerindeki hatalar nedeniyle olması gerekenden bir miktar farklı olacaktır. Bunun sonucunda da hesaplanan uydu-alıcı uzaklığı hatalı olacağından alıcı tarafından hesaplanan bu uzaklığa düzeltme getirilmemiş uydu-alıcı uzaklığı (pseudorange) adı verilmektedir. Örneğin, zaman ölçümündeki 1 milisaniyelik (1 milisaniye=0.001 sn) bir hata hesaplanan uydu-alıcı uzaklığında yaklaşık 300 km.lik bir hataya neden olacaktır. Söz konusu bu ölçüleri etkileyen diğer hata kaynakları genel olarak modellendirilmemiş atmosferik etkiler(iyonosfer ve troposfer etkisi), sinyal yansıma etkisi (multipath) ve seçimli doğruluk erişimi (SA: Selective Availability) nedeniyle uydu yörünge bilgilerindeki hatalar ve uydu geometrisindeki yetersizlikler olarak sıralanabilir. Uydu sinyallerinden konum belirleme için kod ve/veya faz ölçüleri kullanılmaktadır. Gerçek zamanlı konum belirleme ve navigasyon hizmetleri için kod ölçüleri kullanılmakta olup günümüzde elde edilen gerçek zamanlı doğruluklar 1 m ile 10 m arasında değişmektedir (diferansiyel teknikler dışında). Yüksek doğruluk isteyen çalışmalarda ise (mühendislik ölçmeleri, jeodezik ve jeodinamik ölçmeler vb.) faz ölçüleri kullanılmakta olup, elde edilen mutlak doğruluklar yaklaşık 1 cm ile 10 cm arasında değişmektedir. Faz ölçüleri ile göreli (relatif) doğruluklar ise mm'ler mertebesindedir. Elde edilen bu yüksek doğruluklar nedeniyle, depremlerin önceden belirlenmesi yada ülke temel nirengi ağlarının oluşturulmasında göreli teknikler kullanılmaktadır.

GNSS sistemlerinin çalışmadığı durumlar var mıdır?
Alıcı anteninin mutlaka gökyüzünü görmesi gerekmektedir. Başka bir ifadeyle, GNSS sinyalleri radyo sinyalleri gibi güçlü olmadığından (Uluslar arası Telekomünikasyon Birliği tarafından GNSS hizmetleri için 1164-1215 MHz, 1260-1300 MHz ve 5010-5030 MHz bantları tahsis edilmiştir.) kapalı yerlerde, çok sık ağaçlıklı bölgelerde ve madenlerde kullanım olanağı bulunmamaktadır. Ancak yakın gelecekte söz konusu sinyaller daha güçlü hale getirilerek yada en azından GNSS/INS (uydu sinyalleri ve inersiyal sistemler) bütünleşik sistemleri kullanılarak bu sorunların aşılacağını düşünüyorum.

Uzayda konum belirleme ve navigasyon amaçlı kaç uydu bulunmaktadır?
Şu an için 31 GPS uydusu ve 14 GLONASS uydusu vardır. Ancak 2013 yılına kadar GLONASS uydu sayısının 18, GALILEO uydu sayısının 30 olması umulmaktadır. Çin ve Japonya uydu sistemleri şu an için bölgesel olup çok az sayıdadır. Ancak yakın gelecekte bu ülkelerin de uydu sayılarını artırarak global hizmet vermeye başlayacaklarını ve bu şekilde pazardan pay kapmaya çalışacaklarını değerlendiriyorum. Bunun pratikteki anlamı, kısa süre içerisinde elimizdeki navigasyon cihazları (cep telefonu, el alıcıları yada GNSS ölçüm cihazları) yaklaşık 60-70 uydudan kesintisiz hizmet alacak duruma gelecektir. Yalnız bir konuyu karıştırmamak gerekir. Bu verdiğim rakamlar uzaydaki toplam uydu sayısıdır. Konum belirleme ve navigasyon anında kaç uydudan sinyal alacağınız, elinizdeki alıcının toplam kanal sayısına, bulunduğunuz bölgeye ve uydu geometrisi gibi faktörlere bağlıdır.

Günümüzde GNSS alıcılarının boyutları, fiyatları nasıldır?
Günümüzde GNSS sistemleri yaşamımızın her alanına girmiştir. Öyle ki, askerî amaçlı kullanımdan tutun, bilimsel amaçlı (depremlerin önceden belirlenmesi, meteorolojik tahmin, CBS vb.) ve sivil amaçlı (turizm, dağcılık, spor, arama kurtarma, asayiş vb.) her alanda kullanılmaktadır. Kullanım amacına bağlı olarak alıcıların boyutları ve fiyatları da farklılık göstermektedir. Bunları anlatmak yerine resimlerle göstermek daha uygun olur kanısındayım. Resimlerden de görüleceği gibi jeodezik amaçlı ölçme ciahzlarından tutun, cep telefonları, fotograf makinası, golf arabası gibi alanlarda da rahatlıkla kullanılmaktadır.