ZONGULDAK KARAELMAS ÜNIVERSITESI
FEN BILIMLERI ENSTITÜSÜ
JEODEZI VE FOTOGRAMETRI MÜHENDISLIĞI BÖLÜMÜ
GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM)
Akın KISA
1. GPS ve KOORDINAT SISTEMLERI
1.1. NAVSTAR - GPS (Navigation System with Time And Ranging Global Positioning System)
1950 yılından beri hem askeri hem de sivil kuruluşlar aktif ve bağımsız olarak uydulardan yararlanarak konum belirlenmesi ve navigasyon fikrini yaşattılar. Geçen onyılın sonuna kadar Doppler ölçüleri bu amaca oldukça başarılı olarak hizmet ettiler. 1970 ‘lerin ilk yıllarında, daha hassas, ekonomik ve daha modern başka bir uydu sistemi önerildi ve bugüne kadar hızla geliştirildi. ABD tarafından geliştirilen bu sistem “Navigation Satellite Timing and Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS)” olarak bilinmektedir.
NAVSTAR GPS uyduya dayalı bir radyo navigasyon sistemidir. Haziran 1994 itibariyle, adı geçen sistemde yeryüzünden yaklaşık 20000 km yükseklikte bir yörüngede 25 GPS uydusu mevcuttur. Bu uydular iki taşıyıcı frekans göndermektedir. GPS uydularından eşzamanlı olarak gönderilen bu sinyal treni sayesinde alıcının (GPS alıcısı) konumu belirlenmektedir.
1.2. GLONASS (Global Navigation Satellite System)
1970 lerden beri eski Sovyetler Birliğinde geliştirilmektedir. 1988 de sistem hakkında resmi bilgiler verilmeye başlandı ve uluslararası kullanımı teklif edildi. ABD ve Rusya arasında GPS ve GLONASS ‘ın ortak kullanımı ve her iki sistemden yararlanacak alıcıların geliştirilmesi için bir antlaşma imzalandı.
GLONASS üç yörünge düzleminde yer alan 21+3 uydudan meydana gelecektir. Yörüngelerin eğimi 64.8 º dir.
Uyduların yörüngedeki peryotları 11 saat 15 dakikadır. GLONASS uyduların-da her uydunun L1 ve L2 sinyalleri farklıdır. Fakat buna karşılık P-code ve C/A-code ‘ları ortaktır. Bu GPS sisteminin tersi bir durumdur. GLONASS sisteminde kodların frekansı GPS kodlarının yarısına eşittir. GLONASS sisteminde navigasyon mesajları 2 saniye sürelerle tekrarlanarak verilir. Efemeris bilgileri her yarım saatlik epoklarda verilir.
Ana kontrol merkezi Moskova’dadır. Izleme istasyonları eski Sovyetler Birliği topraklarına dağılmıştır. Navigasyon ve kontrol parametreleri uydulara günde iki defa yüklenir. Ilk GLONASS uydusu 12 Ekim 1982 de fırlatıldı. Şimdiye kadar toplam 50 uydu fırlatıldı. Uyduların ömürleri genellikle iki seneden çok değildir. Uyduların yükseklikleri 19100 km ‘dir. Sistem halen deneme aşamasındadır.
Parameter GLONASS NAVSTAR GPS
Number of Satellites 21+3 spares 21+3 spares
in the full operational system
Number of orbital 3 6
planes
Inclination 64.8º 55º
Orbital altitute 19100 km 20180 km
Orbital period 11 hours 15 min 12 hours
(sidereal time)
Repeat ground tracks every sidereal day every 8 sidereal days
Ephemeris 9 parameters Keplerian elements
representation (position, velocity, acceleration) in the ECEF Cartesian system
and interpolation coefficients
Geodetic datum SGS 85 WGS 84
Time base GLONASS system time GPS system time
System time correction UTC UTC
relative to
Almanac transmission 2.5 minutes 12.5 minutes
Satellite signal division Frequency division Code division
Frequency band 1.1 1.602 - 1.615 MHz 1.575 MHz
Frequency band 1.2 1.246 - 1.256 MHz 1.228 MHz
Codes same for all satellites
C/A-code on L1 P-code on L1,L2
different for all satellites C/A-code on L1
P-code on L1, L2
Code type PRN sequence Gold code
Code frequency C/A-code 0.511 MHz
P-code 5.11 MHz
C/A-code 1.023 MHz P-code 10.23 MHz
Clock data clock offset
frequency offset
clock offset
frequency offset and rate Comparison of GLONASS and GPS
1.3. WGS84 Koordinat Sistemi
WGS84 (World Geodetic System 1984)
* Yersel bir sistemdir.
* Başlangıç noktası yerin ağırlık merkezidir.
* Z ekseni, Uluslararası Saat Bürosu (BIH) tarafından 1984.0 anı (epoku) için belirlenen ortalama yer dönme eksenine paraleldir.
* X ekseni, BIH tarafından belirlenen Referans Meridyen Düzlemi ile ekvator düzleminin arakesitidir.
* Y ekseni, bir sağ el sistemi oluşturacak biçimde ve yer ağırlık merkezinde X ve Z eksenlerine diktir.
Z WGS84
Y WGS84
X WGS84
BIH tanımlı baş- langıç meridyeni
Yer kitle merkezi
1.4. ED50 Koordinat Sistemi
2. GPS BIRIMLERI
2.1. Uzay Birimi (Aktif Uydular)
Ekvator ile 55 derecelik eğim yapan 6 yörünge üzerine yerleştirilmiş 21 esas ve 3 yedek olmak üzere 24 uydudan oluşturulmuştur. Uyduların yerden yüksekliği 20180 km olup 12 saatte bir tam devir yaparlar ve bir noktanın ufuk hattı üzerinde 5 saat kalırlar. Bu dağılımdan amaç, dünya üzerinde herhangi bir anda en az dört uydunun görülebilmesidir.
Teknolojik gelişmelere göre farklı özellik ve yararlı ömürlere sahip olan üç tip (Blok I, Blok II, Blok IIR) GPS uydusu vardır. Blok II uyduları, Blok I ‘den farklı olarak sinyallerin şifrelenmesi ve kullanıcıların farklı düzeylerde hassasiyetle konumlama yağabilmelerine olanak verir. Ekvatorla 63 derece eğim yapan yörüngede bulunurlar. Blok IIR uyduları çok daha duyarlı saatlerle ve uydudan uyduya izleme olanakları ile donatılmışlardır.
GPS uydularının önemli bir özelliği, son derece duyarlı zaman ölçmeleri yapacak donanıma sahip olmalarıdır. Bu amaçla uydular yüksek duyarlıklı ossilatörlerle donatılmışlardır. Bu ossilatörler 10.23 Mhz ‘lik bir temel frekans üretirler. Her uydu bu temel frekanstaki dalga üzerinde farklı bir matematik modele uygun olarak kodlar üretir (Pseudo Random Noise_PRN). Uydular yörüngedeki pozisyonlar, GPS katalog numaraları, fırlatılma sıraları veya en çok kullanıldığı gibi PRN numaraları ile tanımlanırlar.
Segment Input Function Product
Space Navigation Message
Generate and Transmit Code and Carrier Phases, and Navigation Message
P-Codes C/A-Codes L1,L2 Carrier
Navigation Message
Control P-code Observations Time (UTC)
Produce GPS Time Predict Ephemeris
Manage Space Vehicles
Navigation Message
User
Code Observation Carrier Phase
Observation, Navigation Message
Navigation Solution Surveying Solution
Position Velocity Time
Function and Products of the Space, Control, and User Segment
2.2. Kontrol Birimi (Sistem ve Zaman Kontrolu Yörünge Prediksiyonu Için)
Uyduların ve sistemin çalışmasının izlenmesi için kurulan yer istasyonlarından oluşmaktadır.
- Uydu sistemini sürekli izlemek ve kontrol etmek - GPS sistemi zamanını belirlemek
- Uydu efemerislerini ve uydu saatlerinin davranışlarını belirlemek - Her bir uydu için navigasyon mesajlarını periyodik olarak yenilemek gibi görevleri vardır.
Yer istasyonları;
2.2.1. Izleme istasyonu _ GPS uydularını sürekli izleyen istasyonlar. Her izleme istasyonu zamanın belirlenmesinde çok hassas netice veren sezyum frekans normali (cessium) ile donatılmış bir çift frekanslı alıcının yanısıra meteorolojik dataların toplandığı bir senzordan oluşur. Izleme istasyonlarında yapılan pseudorange ölçülerine troposferik ve iyonosferik düzeltmeler getirilir. Ölçüler istatistik yöntemlerle ölçüyü bozucu etkenlerden arındırılır. Bu işlemlerden sonra elde edilen pseudorangeler kontrol istasyonuna gönderilir.
2.2.2. Kontrol istasyonu _ Izleme istasyonlarının verilerini toplar. Izleme istasyonlarından toplanan pseudorangeler yardımıyla uyduların yörünge parametreleri ve uydularda bulunan saatlerin gidişleriyle ilgili fonksiyonun düzeltme katsayıları hesaplanır. Hesaplanan değerler navigasyon mesajı (navigation message) adı altında birleştirilir.
2.2.3. Yer antenleri _ GPS uydularından sinyal alır, izleme istasyonlarına gönderir. Kontrol istasyonlarında oluşturulan navigasyon mesajlarını ilgili uydulara aktarır.
Izleme istasyonları sürekli olarak bütün görülebilir uydulardan sinyalleri alırlar, metereolojik datalarla birlikte ana Monitor
Station (MS)
Main Control Station (MCS)
Ground Antenna
(GA) control of ephemeri-
des and satelline clocks
prediction of epheme- rides and clock
beherior
uplink of navigation message to
satellities Data flow in the determination of the broadcast ephemeris
gerçekleştirilebilir. GPS sistem zamanı ana kontrol istasyonundaki cessium assilatörüne göre tanımlanır. Bunun için saat parametreleri hesaplanmaz.
2.2.4. Broadcast Efemeris (Yayın Efemerisi) _ ABD tarafından geliştirilen dünya üzerinde uygun dağıtılmış ve çok hassas saatlerle donatılmış konumları çok iyi bilinen 5 adet uydu kontrol istasyonundan (Ascension, Diego Barcia, Kwajalein, Hawaii, Colorado Springs) elde edilen uyduların yörünge bilgilerinin bulunduğu bu efemeriste, uydu konum bilgilerinin doğruluğu 0.5 - 10 ppm (10 - 20 m) arasında sınırlıdır. Bu doğruluğun yeryüzünde ölçülen, örneğin 50 km lik bir baza etkisi 2.5 ile 5 cm arasında değişir. Bu hata sınırına göre, pratik amaçlı jeodezik konumlamalar için, yayın efemerisi bilgilerinin yeterli olduğu söylenebilir.
2.2.5. Precises Efemeris (Duyarlı Efemeris) _ Jeodezik amaçlı çalışmalarda daha duyarlı sonuçlarıı gerektiren bu efemerisin kullanılması ile doğruluk artırılabilir. Dünyanın çeşitli yerlerine dağılmış, çok sayıda izleme istasyonlarından elde edilen uydu verilerinin değerlendirilmesi (post processing) sonucunda oluşan, uyduların yörünge bilgilerini içeren bu efemeristeki bilgiler, uluslararası bilgisayar bağlantıları ile sabit izeleme istasyonlarına kolayca aktarılmaktadır.
2.3. Kullanıcı Birimi (Değişik Tipte Alıcılar)
2.3.1. Aletler
GPS sinyallerini konum belirlemesine dönüştürmek için gerekli alet setidir.
- Anten ve güçlendirici
- Radyo-frekans (sinyalin değerlendirildiği bölüm)
- Mikroprocessör (sistemin yönlendirildiği ve navigasyon hesap işleminin yapıldığı bölüm)
- Veri kayıt ve dış bağlantı (ölçülerin kayıt edildiği ve gözlemci ile aletin merkezi kısımları arasında ilişki kurmaya yarayan bölüm)
- Enerji kaynağı (aletin çalışması için gerekli enerjinin sağlandığı bölümdür)
Navigasyon veya jeodezik konum belirlemede GPS sinyallerini kullanmak için uygun alıcılara ihtiyaç vardır. Anten uydudan gelen elektromanyetik dalgaları alır, dalga enerjisini elektrik enerjisine çevirir ve sinyalin gücünü yükselterek alıcının elektronik devresine gönderir. GPS sinyal yapısı bütün GPS antenlerinin dairesel olarak polarize edilmesini gerektirir. Alıcıya giren GPS sinyalleri alıcının RF (radio frequency) bölümünde daha düşük bir frekansa dönüştürülür, sinyal prozessorunda (SP) değerlendirilir ve bir veya daha fazla kanalda işlenir. Alıcı kanalı bir GPS alıcısının en önemli elekronik birimi olarak kabul edilebilir. Bir alıcı bir veya daha fazla kanala sahip olabilir.
Bu kanallarda sinyaller değerlendirildikten sonra kod ölçüleri yardımıyla pseudorange belirlenir. Sinyaldeki navigasyon mesajı dekode edilir. Dekode işleminin yapılabilmesi için P-kod veya C/A kodunun bilinmesi gerekir.
Faz ölçüleri kod veya data-kodu modülasyonundan bağımsız hale getirilir. Kaydedilen sinyallerin hangi uyduya ait olduğu SP tarafından, uydulara ait özel kodlar veya taşıyıcı fazın değişimi (doppler frekans kayması) yardımıyla tesbit edilir. RF ‘nin diğer önemli bir bölümü ise referans frekanslar oluşturmaya yarayan ossilatör ile yabancı sinyallerin elimine edildiği filtre ve değişik amplitüde ve frekansa sahip sinyallerin birbiriyle matematiksel olarak çarpıldığı karıştırıcı (mixer) kısımlarıdır. Sinyaller çarpıldığında, iki ayrı frekansa ve tek amplitüde sahip yeni bir sinyal ortaya çıkar. Filtre kullanımı ile sinyalin sadece “Intermediate frequency” veya “beat frequency” adı verilen ölçümü daha kolay olan kısmı kalır. RF ‘de sinyallerin değerlendirildiği kanal sayısı çok önemlidir. Kanal sayısının fazlalığı çok sayıdaki uydudan sinyal kaydetme olanağı verir. Aletlerdeki kanallar fiziksel olarak yapılabilecekleri gibi, özel programlar vasıtasıyla da oluşturulabilirler.
2.3.2. Kanallar
Üç tür kanal vardır:
- Paralel Kanal : Her kanal sürekli olarak bir uyduyu izler. Üç koordinatı ve zamanı belirlemek için en az dört paralel kanala ihtiyaç vardır. Modern alıcılarda her frekans için 12 kanala kadar kanal vardır.
- Sıralı Kanal (sequencing channel) : Bu tür kanal düzenli aralıklarla uydudan uyduya geçer. Tek kanallı bir alıcı üç boyutlu konum belirlemek için en az dört uyduya bağlantı yapmalıdır. Bu tür alıcıların bazılarında bir kanal sürekli olarak dataları izlemeye ayrılmıştır. Çoğunlukla hızlı sıralı kanallar kullanılır. Her uydu için yaklaşık bir saniyelik bir bağlanma zamanı ayrılır.
- Katlamalı Kanal (multiplexing channel) : Değişik uydular arasında çok yüksek hızda sıralı geçiş yapar. Geçiş çoğu zaman navigasyon mesajları ile senkronizedir. Dört uydu için sıralı bağlantı 20 milisaniyede tamamlanır. Bu çift frekanslı alıcılarda 40 milisaniyedir. Esas olarak bütün uydulara quasi-simultane ölçüleri elde etmek için bir tek gerçek kanal kullanılır.
Antenna and pre amplitier
Signal Precessor Code tracking
loop
Carrier
precision Oscillator
Micro- Processor
Command &
Display Unit External
Power Supply
Aletin mikroprocessor bölümü tüm sistemin yönlendirildiği bölümdür. Navigasyon hesap işlemi de yine bu bölümde yapılır. Dış bağlantı bölümü genellikle klavye, ekran şeklindedir ve gözlemci ile aletin merkezi kısımları arasındaki ilişkiyi kurmayı sağlar. Gözlemci bu bağlantılar yardımıyla ölçüyü istediği gibi yönlendirir. Veri kayıt bölümü, ölçülerin kayıt edildiği bölümdür. Kayıt işlemi alet dışında veya alete monte edilmiş bir bilgisayara yapılabileceği gibi kasetlere de yapılabilmektedir. Enerji kaynağı bölümü ise aletin çalışması için gerekli enerjinin sağlandığı bölümdür. Enerji ihtiyacı aküler veya adaptör yardımıyla sağlanır.
2.3.3. Jeodezik Alıcı Genel Özellikleri
Bir jeodezik alıcı seçilirken aranması gereken önemli özellikler:
- Bütün uyduları izleyebilmesi - Çift frekanslı olması
- L2 de tam dalga boyunu ölçmesi - Düşük faz noise ‘ne sahip olması - Düşük kod noise ‘ne sahip olması
- L1 ve L2 için yüksek izleme oranına sahip olması - Yüksek hafıza kapasitesi
- Düşük enerji sarfiyatı
- AS aktif olduğunda tam kapasite çalışabilmesi
3. UYDU SINYALLERI VE ÖZELLIKLERI
3.1. P Kod, C/A Kod, L1 ve L2 Taşıyıcı Sinyalleri
GPS sisteminin işleyebilmesi için uydudan gönderilen sinyallerin yeryüzüne ulaşabilmesi gerekir. Iyonosfer, 100 Mhz
‘den küçük frekanslarda sinyalin ulaşım süresinde büyük gecikmelere neden olmaktadır. Bu nedenle uydu jeodezisinde yüksek frekanslar kullanılır. 10 Ghz ‘den büyük yüksek frekanslar ise troposferde sinyal kaybına uğramaktadır. Ayrıca yüksek frekansları kaydedici aletlerin yapımında teknik açıdan zorluklar bulunmaktadır. Bu engellerin aşılması amacıyla GPS uyduları sinyallerini frekansları f1=1575.42 MHz olan L1 ve f2=1227.69 Mhz olan L2 taşıyıcı dalgaları ile gönderirler. Sinyallerin gönderilmesi için iki ayrı frekans seçilmesindeki amaç, sinyalin iyonosferden geçerken ortaya çıkan zaman gecikmesinin belirlenebilmesidir. Sinyallerin gönderildiği her iki frekans da uydu ossilatörlerinin oluşturduğu ana frekansın (fo=10.23 Mhz) belirli tam katsayılarla çarpılmasından elde edilirler. Taşıyıcı dalgalara C/A ve P-kodlaro (sinyalin gözlem noktasına ulaşım süresinin belirlenerek, nokta
Major components of a GPS receiver
koordinatlarını bulmaya yarar) ile yörünge parametreleri ve uydu saatleri düzeltme katsayılarında oluşan bir mesaj modüle edilirler. Ayrıca her uyduya özel, sinyallerin ulaşım süresinin tesbit edilmesinin amaçlandığı PRN (pseudo Random Noise) kodu vardır. L1 sinyalinin taşıyıcı frekansı sinüs ve cosinüs dalgalarına bölünür. Oluşturulan sinüs dalgasına C/A-codu ve navigasyon mesajı, cosinüs dalgasına ise P-kodu ve navigasyon mesajı modüle edilirler. L2 sinyalinin taşıyıcı frekansı ise sadece cosinüs dalgası kullanır. Burada da cosinüs dalgasına P-kodu ve navigasyon mesajı modüle edilirler.
C/A P Navigation Data
Chipping rate 1.023 Mbps 10.23 Mbps 50 bps
Length 293 m 29.3 m 5950 km
Repetition 1 ms 1 week N/A
Features Easy to Acquire Precise Positioning Jam Resistant
Time Ephemeris Summary of GPS Codes
GPS UYDULARI
L1 taşıyıcı sinyali L2 taşıyıcı sinyali
Tek Frekanslı Alıcılar
* Sadece L1 taşıyıcı sinyalini ölçer
* Baz uzunluğu 20kmden küçük olmalıdır.
Çift Frekanslı Alıcılar
* Hem L1 hem de L2 taşıyıcı sinyalini ölçer
* Baz uzunluğu 2000-4000 km’ye kadar olabilir.
GPS UYDU SINYALLERI
GPS UYDULARI temel frekans fo=10.23 Mhz (uydu içindeki atom saati takımınca
oluşturulur)
L1 (Link 1) taşıyıcı sinyali frekans = fo * 154 = 1575.42 Mhz dalga boyu = 0.1904 m
frekansların dalga boyları, uydu- dan alıcıya sinyalin tamsayı değer- leridir. GPS alıcısı uydudan alıcı- ya uzunluğun zamana göre tam- sayı değerini sayar.
L2 (Link 2) taşıyıcı sinyali frekans = fo * 120 = 1227.60 Mhz dalga boyu = 0.2445 m
Amacı
* L1 frekansının herhangi bir nedenle kesilmesi yada elektronik karışmaya maruz kalması durumunda yedek bilgi görevi yapar.
* Çift frekans özelliğinden yararla iyonosfer düzeltme olanağını sağlar.
C/A - Kod
* Serbest
* frekans = 1.023 Mhz
* Her milisaniyede bir tekrar eder
P - Kod
* Şifrelenebilir
* frekans = 10.23 Mhz
* Her 266.4 günde bir tekrar eder ve her uyduya bunun bir haftalık bölümü yüklenir.
Navigasyon Mesajı
* Uydunun durumu (kullanılır olup olmadığı)
* C/A - Koddan P - Koda geçiş için zaman senkronizasyon bilgisi
* Uydu yörünge parametreleri
* Uydu saat düzeltme parametreleri
* Uydu zamanı bilgisi
* Uydulara ait yaklaşık efemeris ve durum bilgilerinin bulunduğu almanak bilgisi
3.2. Navigasyon Mesajlarının Yapısı
Mesaj olarak adlandırılan navigasyon dataları 50 bps ‘lik bir hızla 30 saniye süre ile tekrarlanarak yayınlanırlar.
Toplam 50*30=1500 bitlik data grubu, herbiri 6 saniye devam eden 300 bitlik beş alt gruba ayrılmıştır. Her alt grup, altısı kontrol biti olan 30 bitlik 10 data kelimesinden oluşur. Her alt grubun ilk iki kelimesi TLM (Telemtry-Word) ve HOW (Hand-Over-Word) ‘dur.
TLM uyduya yeni yörünge datalarının aktarılması gibi, o anda uyduyla ilgili bir işlemin yapılıp yapılmadığı hakkında bilgi ihtiva eder. Ayrıca 8 bit uzunluğunda navigasyonu kolaylaştırıcı bilgiler mevcuttur.
HOW uydu saati hakkındaki bilgiyi ihtiva eder. Uydu saatinin sıfır noktası, P kodunun inisali-zesi ile aynıdır. Bu nedenle HOW P-koduna geçişi sağlar.
Subframe 1 Subframe 2 Subframe 3 Subframe 4 Subframe 5
Clock Correction Ephemeris
Messages, Flags, Ionosphere, UTC,... 25 pages Truncated Ephemerides, sat 1-24, Health of sats.
Ephemeris
Subframes of the navigation message GPS satellite signals (bps = bits per second)
Atomic clock (Cs, Rb) fundamental frequency 10.23 MHz
L1 carrier signal 154 * 10.23 MHz
L1 frequency 1575.42 MHz
L1 wavelength 19.05 cm
L2 carrier signal 120 * 10.23 MHz
L2 frequency 1227.60 MHz
L2 wavelength 24.45 cm
P-code frequency (chipping rate) 10.23 Mhz (Mbps)
P-code wavelength 29.31 m
P-code period 266 days : 7 days/satellite
C/A-code frequency (chipping rate) 1.023 MHz
C/A-code wavelength 293.1 m
C/A-code period 1 milisecond
data signal frequency 50 bps
data signal cycle length 30 seconds
Navigasyon data kayıtları üç data bloğuna ayrılmıştır:
Datablock I : Ilk alt gruptadır ve saat düzeltme parametreleriyle AODC ‘yi içerir.
AODC (Age of Data Clock) referans zamanı ile saat düzeltme parametre-lerinin hesaplanması için ölçülen zaman noktası arasındaki farkı verir. Saat düzeltme parametrelerinin amacı uydu zamanı ile GPS zamanı arasındaki farkın bulunmasına yardımcı olmaktır. Iki zaman arasındaki fark bir polinomun katsayıları şeklinde verilir. Ölçülen uydu saatine katsayılar yardımuıyla düzeltme getirilir. Saatlerin gidiş hızları arasındaki fark sabit değildir ve uydunun yörüngesinde bulunduğu yere göre değişir.
Datablock II : Ikinci ve üçüncü alt gruptadır ve uydu koordinatlarını hesaplamak için gerekli tüm parametreleri içerir.
Datablock III : Dördüncü ve beşinci alt gruptadır. GPS sisteminde mevcut tüm uydular için saat ve efemeris parametrelerinden oluşan almanak dataları ve uydunun ölçüye uygun olup olmadığını bildiren bilgiler bulunur. Ayrıca tek frekanslı alıcılarla yapılan ölçülerden, sinyallerin gözlem noktasına ulaşım süresinin buluna-bilmesi için getirilecek iyonosfer refraksiyon düzeltmesini içerir. P-kodunun başka bir gizli kodla değiştirilip değiştirilmediği hakkında bilgiyi de içerir.
Dördüncü ve beşinci alt gruplar Datablock I ve II gibi her 30 saniyede bir tekrarlanmazlar. Bu iki alt grup yani Datablock III 25 sayfadan oluşur ve her 30 saniyede bu sayfalar sırasıyla verilir. Datablock III ‘deki bilgilerin tamamı 12.5 dakikada tamamlanır ve her sayfada ayrı bir uyduya ait almanak bilgileri vardır.
Subframe (6s) 1 2 3 4 5
Dataframe (30s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Information / Control
24 bits 6 bits
Datablock I (clock parameters)
Datablock II (Broadcast Ephemerides)
Datablock III (Almanac, UTC,
Ionosphere Special information)
Structure of the GPS navigation data
3.2.1. Orbit Belirleme
Navigasyon için kullanıcı, uydu konumlarına ve uydu sistemi zamanına gerçek-zamanlı olarak (anında) ulaşabilmelidir. Bu, data sinyalleri içinde yer alan navigasyon mesajları ile sağlanır. Navigasyon mesajları kontrol bölümü tarafından belirlenir, GPS uyduları tarafından yayınlanır.
Broadcast efemerisler iki adımda üretilir. Birinci adımda beş izleme istasyonunda yedi günlük ölçmelere dayalı olarak bir referans efemeris üretilir (off-line). Ikinci adımda, (on-line) olarak izleme istasyonlarındaki ölçülerle referans efemerisi arasındaki farklılıklar belirlenir. Bu farklar bir lineer Katman filter algoritması ile değerlendirilerek referans efemerisinin düzeltmeleri belirlenir.
Bu maksatla bütün izleme istasyonlarında bütün görülen uydulara code-pseudorange ve integrated Doppler gözlemleri yapılır.
- her uydu için altı yörünge elemanı - her uydu için üç saat parametresi
- her uydu için üç güneş radyasyon basıncı katsayısı - her izleme istasyonu için iki saat parametresi - her istasyon için bir troposferik ölçek faktörü - üç kutup hareketi parametresi
belirlenir.
Uydu referans efemerisini düzeltmek ve broadcast efemerisi oluşturmak için elemanlardaki belirlenen bozucu etkiler kullanılır. Katman filter işlemi ile belirlenen uydu konumları ilave parametrelerle Kepler elemanlarına dönüştürülür.
3.2.2. Uydu Zamanı Ve Uydu Koordinatlarının Hesabı
Uydu jeodezisiyle ilgili olarak üç ayrı zaman sistemi kullanılır:
- Yerkürede yapılan gözlemler ile uydu hareketinin tarif edildiği sistem arasında bir ilişki kurulabilmesi için, gözlemin yapıldığı anda dünyanın uzaydaki kanumunun bilinmesi gerekir. Bu amaçla, yıldız zamanı ve dünya zamanından yararlanılır.
- Uydu hareketlerini açıklayabilmek için, bağımsız çok düzgün hareketli bir zaman sistemine ihtiyaç vardır. Böyle bir zaman sistemi olarak dünyanın uzaydaki yörüngesinde yaptığı hareketten üretilen dinamik zaman kullanılır.
- Uydulara yapılan ölçülerde presizyonlu sonuçlar alabilmek için, uydudan gönderilen veya uydu-laser uzunluk ölçülerinde olduğu gibi (LSR) prizmayla kaplı uydularda lageos ve Starlette yansıyarak geri gelen sinyallerin alıcıya ulaşım süresinin çok hassas olarak belirlenmesi gerekir. Bu amaca yönelik zaman sistemine de atom zamanı denir.
GPS sistemi zamanı, bir GPS hafta numarası ve o haftanın başından beri sayılan saniyeler ile tanımlanır. GPS zamanı haftanın başından sonuna kadar 0 saniye ile 604800 saniye arasında değişir. Başlangıç GPS epoku 5 Ocak 1980 0h UTC ‘dir. Bu nedenle GPS haftaları cumartesiyi pazara bağlayan gece yarılarında başlar. GPS sistemi zamanı sürekli bir zaman skalasıdır ve ana kontrol istasyonundaki ana saate göre tanımlanır. GPS sistem zamanı ile UTC identik değildir. Aradaki fark kontrol bölümü tarafından sürekli izlenir ve navigasyon mesajları ile kullanıcılara bildirilir.
Uydu saatleri de GPS sistem zamanından farklılıklar gösterir. Bu farklar her uydu için kontrol bölümü tarafından belirlenir ve ikinci derce polinom katsayıları şeklinde bildirilir. Her uydu için uydu zamanı düzeltilerek GPS zamanına çevrilir. Uydu koordinatları verilen bir t epoku için WGS-84 sisteminde hesaplanabilir.
4. SINYALLERIN DEĞERLENDIRILMESI
4.1. Kod Bağımlı Sinyal Değerlendirme
4.1.1. Parametre Belirleme ve Eliminasyon
Esas ölçüler olan kod fazı ve taşıyıcı fazının her ikisi de, alıcı anteni ve belli sayıda uydu arasındaki pseudorangeleri verirler. Bu iki ayrı ölçü için yazılan gözleme (düzeltme) denklemlerindeki esas fark ambiguity terimidir. Ambiguity probleminin ele alış şekli, farklı değerlendirme kavramlarına yol açar. Iki ana yaklaşım vardır :
* Parametre Belirleme _ Bütün sistematik etkiler (biases) ki bunlar stabil ve iyi tanımlanmış bir yapıya sahiptir, istasyon parametreleri ile birlikte belirlenirler. Biases parametreleri mesela, uydu yörünge düzeltmeleri, saat parametreleri, ambiguity terimleri ve troposferik ölçek faktörü olabilir. Bu biasesler ilave gözlemeler ile doğrudan ölçülmüş de olabilir (iyonosferik gecikme) ya da genişletilmiş bir dengeleme modeline dahil edilirler (troposferik ölçek faktörü). Temel ölçü olarak farkı alınmamış faz ölçüleri (zero difference) alınır.
* Parametre Eliminasyonu _ Ölçüler arasında farklar alınarak biaseslerin çoğu elimine edilir. Bozucu terimlerin çeşitli data gruplarında lineer bağımlı oldukları kabul edilir. Belli bir dereceye kadar bu doğrudur (saat, yörünge hatası ve ambiguityler için). Taşıyıcı faz ölçülerinin tekli, ikili, üçlü fark gözlemleri türetilmiş ölçü olarak kullanılır.
Bu kavram esas olarak iki istasyon arasındaki bazlar için uygulanır.
Her iki yöntemin avantaj ve dezavantajları vardır. Birinci yaklaşımın ana avantajı esnek ve bütün istasyonlar için simultane gözleme ihtiyacından bağımsız olmasıdır. Bunda bir ağın koordinatları belirlenir (bazlar gibi türetilmiş büyüklükler değil). Baz kavramı, ikinci yaklaşımda, VLBI tecrübelerinden yararlanılarak ortaya konulmuştur. Esas avantajı, farklar alarak gözlemelerdeki ortak hata etkilerinin çoğunun elimine edilmesidir. Bu parametre belirlemeyi de basitleştirir. Istasyonlar arasındaki uzaklıkların büyük olduğu durumlarda bu iyi sonuçlar vermez. Hatta ambiguity belirlemek imkansız bir hal alır. Ayrıca farklar alındığı zaman bağımsız gözleme sayısı önemli ölçüde azalır.
4.1.2. Kod Fazı Ölçüleri
Kod bağımlı bir alıcı kanalında temel ölçü kod ölçmelerinden elde edilen pseudorange’dir. Alınan kod dizisinin faz durumu, konumu, alıcıda üretilen özdeş bir kod kopyasının fazı ile korelasyon tekniği ile karşılaştırılır. Bu yüzden ölçüler kod fazı olarak da adlandırılabilir. Bunun yapılabilmesi için, uyduda kullanılan algoritmanın aynısını kullanarak alıcı kanalında da kodlar üretilmelidir. Alınan kod dizisi ve üretilen kod dizisi birbirleri ile korelasyonlandırılır, yani iki kod dizisi fazda maksimum korelasyon elde edilinceye kadar adım adım ötelenir. Bu işlem kod izleme devresinde gerçekleşir. Kod dizilerinin uyuşumu için gerekli zaman ötelemesi (zaman gecikmesi) sinyalin uydu ve alıcı arasındaki yol alma süresine karşılık gelir. Bu zaman gecikmesi ışık hızı ile çarpılarak uzunluğa dönüştürülür. Taşıyıcı dalga izleme devresinde kod, taşıyıcı dalga ve uydu mesajları çözümlenir, ayrıştırılır.
Bu teknik taşıyıcı dalganın tekrar inşaası olarak da adlandırılır. Bu devrede, demodüle edilen taşıyıcı faz sinyali alıcı ossilatöründe üretilen faz sinyali ile karşılaştırılır. Ölçü, taşıyıcı faz farkıdır. Yani alınan taşıyıcı sinyali ve alıcıda üretilen referans sinyali arasındaki rölatif fazdır.
4.1.3. Taşıyıcı faz farkı gözlemi
Genel olarak ts zamanında uydudan yayınlanan L1 ve L2 sinyalinin taşıyıcı fazı ile tr zamanında alıcı tarafından üretilen sabit frekans sinyalin fazı arasındaki fark olarak tanımlanmaktadır. Taşıyıcı dalga fazının dalga boyu P ve C/A-kodlarından her ikisinin dalga boylarından daha kısa olduğu için, taşıyıcı dalga faz farkı ölçüsünün duyarlığı, pseudorangeden daha fazladır. Bir alıcıda ilk ölçünün yapıldığı t epokunda yapılan anlık faz farkı ölçüsü yalnızca taşıyıcı dalganın son parçasıdır. Uydu alıcı arasındaki tam dalga boyu sayısı belirli değildir. Bu bilinmeyen ilk epoktaki bir uydudan gelen sinyalin alıcıya göre ambiguitysi olup sinyallerin kaydında bir kesinti olmadığı sürece bütün diğer epoklar için aynı kalmaktadır.
4.1.4. Taşıyıcı Faz Ölçüsü Değerlendirme Modelleri (Fark Hesapları)
Taşıyıcı faz ölçülerinin değerlendirme prensibi, mutlak koordinat belirleme de olduğu gibi parametrelerin hesabı yerine parametrelerin elimine edilmesine dayanır. Hesaplamada ihtiyaç duyulmayan parametreler elimine edildiğinde, bu parametrelerin negatif etkisi ortadan kalkar. Ortaya çıkan sonuç ise iki istasyon arasındaki bazın hesaplanmasıdır.
Hesabın yapılabilmesi için bir noktanın koordinatının hassas olarak biliniyor olması gerekir. Bu noktadan yola çıkarak, diğer istasyonların da hesaplanan bazlar yardımıyla koordinatları bulunur. Taşıyıcı faz ölçüleri fark alma yöntemleriyle değerlendirilir.
4.1.4.1 Tekli Farklar (Single Difference)
Tekli fark ölçüleri iki alıcı, iki uydu veya iki epok arasında alınabilir. Alıcı ve uydularda gözlemler eşzamanlı olarak yapılmalıdır. Epoklar arasındaki farklar doppler çözümüne karşılık gelir. GPS jeodezisinde genellikle istasyonlar (alıcılar) arasında tekli fark gözlemleri yapılır.
- Alıcılar arasında tekli fark gözlemleri yapılarak uydu saati hatası elimine edilir, atmosferik hata etkisi azaltılır. Eğer istasyonlar yakınsa atmosferik hatalar birbirine yaklaşık eşit alınabilir ve bu hata da ortadan kalkar. Aynı şey orbit belirleme hatası için de geçerlidir.
- Uydular arasında tekli fark gözlemleri yapılırsa alıcı saati hatası elimine edilir.
- Aynı uydu için iki epok arasında tekli fark gözlemleri yapılırsa N ambiguity terimi elimine edilir.
4.1.4.2. Ikili Farklar (Double Difference)
Ikili farklar genellikle alıcılar ve uydular arasında oluşturulur. Iki tekli farkın farkı olarak da tanımlanabilir. Diğer bir ifadeyle, aynı zaman periyodunda (epok) iki farklı konumdaki uydu için oluşturulan tekli farklar arasındaki farktır. Bu yöntemle uydu ve alıcı saati hatalarının her ikisi birden elimine edilmektedir. Alıcı saat hatalarının sadece ufak bir kısmı kalmaktadır. Genellikle tüm GPS ölçülerini değerlendirme yazılımlarında temel gözlem eşitliği olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemde ayrıca kısa bazlardaki troposferik ve iyonosferik etkiler de elimine edilmektedir.
Alıcılar ve epoklar arasında yapılan ikili fark gözlemlerinde N ambiguity terimi ortadan kalkar.
Alıcılar arasında tekli fark gözlemleri Uydular arasında tekli fark gözlemleri
Epoklar arasında tekli fark gözlemleri
4.1.4.3. Üçlü Farklar (Triple Difference)
Üçlü fark, iki farklı peryotta (epok) oluşturulan iki ikili fark arasındaki fark olarak tanımlanmaktadır. Üçlü fark ölçüleri uydu saat hatalarını ve tamsayı bilinmeyenlerini içermezler. Yani bu yöntemle tamsayı bilinmeyenleri elimine edilmektedir. Eğer yörüngenin bilindiği varsayılırsa, parametre olarak sadece alıcıların koordinatları, alıcı saat hataları ve atmosferik bilinmeyenleri kalacaktır. Üçlü fark ölçüleri genellikle ikili fark hesaplarının çözümünde kullanılan, alıcıların oldukça güvenilir konumlarının hesaplanmasında kullanılır.
Aynı tip gözlemeler arasında lineer kombinasyonlar taşıyıcı fazlar ve kod fazları arasında oluşturulabilir. Bu tür lineer kombinasyonların esas kullanımı iyonosferik gecikmeyi elimine etmek içindir. Bununla birlikte taşıyıcı fazların lineer kombinasyonu ambiguity belirlemek için kullanılmaktadır. Sınırsız sayıdaki lineer kombinasyonlar arasında yalnızca bazıları anlamlıdır. Bunlar kombine sinyal için şu önemli kriterleri sağlayanlardır:
- Integer ambiguity üretmek için integer katsayılar
Uydu S Uydu K
Istasyon U Istasyon R
Uydu V
Istasyon U Istasyon R
Uydu S
Çok yaygın olan lineer kombinasyonlar:
- Wide lane (Geniş yol) , = 86.2 cm - Narrow Lane (Dar yol) , = 10.7 cm - Iyonosferik bağımsız sinyal , d = 5.4 cm - Iyonosferik sinyal ı = 10.7 cm
Wide Lane büyük dalga uzunluğuna sahip olduğu için ambiguity belirlemede kolaylık sağlar. Narrow Lane en düşük noise sahiptir, bu yüzden en iyi sonuçları verir. Iyonosferik etki wide lane ve narrow lane için aynı büyüklükte fakat ters işaretlidir. Bunların toplamı ile elde edilen yeni kombinasyon iyonosferden bağımsız sinyal adını alır. Narrow lane ve wide lanenin farkları ile oluşturulan yeni sinyal iyonosferin tüm etkisini içerir. Bu yüzden buna iyonosferik sinyal denir. Bu sinyal iyonosferik etkinin incelenmesinde ve ambiguity belirlemede yardımcı olur.
Kod bağımlı alıcı aşağıdaki ölçüleri ve bilgileri üretir:
- Kod fazı
- Taşıyıcı dalga fazı
- Taşıyıcı dalga fazının değişimi (doppler frekansı) - Uydu mesajları
Kod korelasyonu ve taşıyıcı dalganın yeniden inşaası tekniği yalnızca P-kod mevcut olduğu (AS aktif olmadığı) zaman L2 de veya özel kullanıcılar için Y koduna ulaşarak çalışır.
4.2. Kodsuz Sinyal Değerlendirme
Kodsuz GPS kanalı, kod bilgisi olmaksızın uydu sinyalini işler. Bu tür alıcıların avantajı gelecekte sivillere kod kullanımına getirilebilecek sınırlamalardan bağımsız olmalarıdır. Dezavantajları ise, broadcast efemerislerini, almanak ve presizyonlu zamanı sinyallerden elde edememeleridir. Bu nedenle data değerlendirme için bu bilgileri başka bir kaynaktan temin etmeleri gerekir. Ayrıca kodsuz alıcıların eşzamanlı (simultane) çalışabilmeleri için ölçmelere başlamadan önce senkronize edilmeleri gerekir.
Günümüzde artık C/A-kodunun bütün sivil kullanıcılara açık olacağı kesinlik kazanmıştır. Bu nedenle artık kodsuz alıcı üretilmemektedir. Fakat bu teknik P-kodu kapalı olduğu zaman L2‘ye ulaşmak için halen çok ilgi çekicidir.
Kodsuz alıcılarda değişik teknikler kullanılır. Bunlardan en sık kullanılanı kare alma tekniğidir. Bir kare alan kanal, uydudan gelen sinyali kendisi ile çarparak taşıyıcı dalganın ikinci bir harmoniğini üretir. Bunda kod ve broadcast mesajları kaybolur.
Günümüzde, P-kodu şifrelendiği zaman L2 sinyalini kullanan güçlü teknikler geliştirilmiştir ve halen geliştirilmektedir. Bu teknikler tamamen kodsuz değildir, çünkü bunlar L1 ve L2 ‘nin her ikisinin aynı P-kod modülasyonuna sahip olması özelliğinden yararlanarak L2 izleme devresine yardımcı olmak üzere L1 ‘deki C/A- kodunu kullanırlar. AS aktif olduğu zaman bile L1 ve L2‘de kod ve taşıyıcı faz ölçmeleri yapılabilir.
Uzunluk ölçmesi, basit olarak bir sinyalin uydudan yer istasyonuna ulaşıncaya kadar geçen zamanın ışık hızıyla çarpılmasıyla elde edilir. Faz ölçmesi ise, uydu taşıyıcı sinyal fazı ile yer istasyonunda bulunan alıcının osilatördeki sinyalin fazı arasındaki fark ile oluşturulur.
5. GPS HATA KAYNAKLARI
5.1. Uydulara Bağımlı Sapmalar
5.1.1. Selective Availability (SA) _ Blok II uydularında uygulanan bir sınırlama programıdır. Iki etki kullanır:
- tekniği : Uydu ile alıcı arasındaki uzaklığın doğru hesaplanamaması için sadece Blok II deki uydu saatlerinde yapılan değişikliktir (uydu saat hataları) ve bu hata türü L1 ve L2 sinyalleriyle yapılan tüm ölçmeleri etkilemektedir.
- tekniği : Bilerek uydudan alınan yanlış veri mesajlarıdır. Bu nedenle de uydu koordinatları yanlış hesaplanmaktadır. Bu hata broadcast efemerisine etki etmektedir.
5.1.2. Anti Spoofing (AS) _ SA ‘nın birinci hatası olan saat hataları literatürde diferansiyel GPS olarak bilinen hesaplama tekniği ile tamamen yok edilebilemektedir. hatasından bu şekilde kaçınılamıyor. Bunun için presizyonlu efemerisler kullanılmakta, fakat yine de tamamen yok olmamaktadır. AS yüzünden gerçek P kodu elde edilememektedir, bunun yerine P kodu ile başka bir kodun (W kodu) birleşimi olan Y kodu ile ölçme yapılmaktadır.
Bu hatadan kaçınmak için son zamanlarda kodlar arasında korelasyonu çok iyi çözümleyen GPS alıcıları üretilmektedir.
5.1.3. Uydu Geometrisine Bağlı Sapmalar
zamanda belirli bir noktada belirli bir ölçü durumu ile birlikte gerçekte mevcut olan uydu takımı da daima dikkate alınmalıdır. Pseudorange ölçüleriyle bulunan ortalama hata mutlak koordinatların ortalama hatasını vermez. Mutlak koordinatların ortalama hatasını bulmak için ortalama hatanın uydu kombinasyonunun ölçüye olumsuz etkisini vurgulayan, hassasiyetin azalması veya hassasiyetin zayıflaması anlamında olan DOP (Dilution of Precision) faktörüyle çarpılması gerekir. DOP uydu kombinasyonu hakkında bilgi veren bir faktördür. Ölçüye en uygun olan uydu kombinasyonu 2 ile 4 arasında olanıdır. Ölçü yapılan uydular birbirlerine ne kadar uzakta iseler, uydu kombinasyonu da o kadar iyidir. Bunun anlamı, uyduların gözlem noktasının horizontuna giriş veya çıkış konumunda olmalarıdır (elevasyon açıları düşük). Bu konumdaki uydulardan gönderilen sinyallerin iyonosfer ve troposfer refraksiyonları daha fazladır. Bu nedenle, uyduların hen ulaşabilecekleri en yüksek noktada olmaları, hem de birbirlerine uzakta bulunmaları en çok tercih edilen kombinasyondur. Hesaplanan bilinmeyen sayısına göre değişik DOP faktörleri vardır. Bunlar:
- GDOP (Geometrical Dilution of Precision) x, y, z koordinatları ve saat bilinmeyeninin hatası (geometrik ortalama hata)
- PDOP (Position Dilution of Precision) x, y, z koordinatlarının ortalama hatası (pozisyonun ortalama hatası)
- HDOP (Horizontal Dilution of Precision) x, y koordinatlarının ortalama hatası (yatay ortalama hata) - VDOP (Vertical Dilution of Precision) yüksekliğin ortalama hatası (düşey ortalama hata)
- TDOP (Time Dilution of Precision) zamanın ortalama hatası
olarak gösterilirler. Pseudorange ölçüleriyle elde edilen ortalama hata DOP faktörüyle çarpıldığında, hesaplanan mutlak koordinatların ortalama hatası bulunur. GDOP değerleri, uydu ağı geometrisi hakkında bilgi sahibi olmamıza yardım eder. GDOP değerinin küçük olması iyi uydu geometrisi demektir. GDOP değerinin yüksek olması uydu ağı geometrisinin zayıf olduğunu gösterir. Zayıf uydu geometrisi klasik geriden kestirme problemindeki tehlike çemberine benzetilebilir. Eğer geometri zayıf ise sonuç hesaplamadaki çözüm de zayıf olacaktır.
5.2. Ölçü Noktasına Bağımlı Sapmalar
5.2.1. Anten Faz Merkezi Kayıklığı
Alıcı antenindeki sinyallerin algılandığı noktaya anten faz merkezi denir. Bu nokta antenin fiziksel merkezi ile çakışmaz. Antenin kayıklığının sebebi, uydunun yüksekliğine ve azimutuna bağlıdır. Bu kayıklık L1 ve L2 sinyalleri için farklıdır. Uygulamaya başlamadan önce yapılması gereken diğer bir işlem ise uygulamada kullanılacak alıcı antenlerinin kalibre edilmesidir (faz sıfır noktalarının belirlenmesi). Koordinatları çok hassas bilinen yer noktalarına kurulan antenlerle yapılan ölçüler değerlendirilerek noktalar arasındaki bazlar belirlenir. Aletlerin presizyonları değiştirilerek ölçüler tekrarlanır. Bulunan sonuçlara göre de relatif farklar belirlenerek antenler kalibre edilir.
Hassasiyetin azalmaması nedeniyle kalibrasyon ağındaki bazların uzun olmaması gerekir. Anten kalibrasyon işlemini laboratuvarda da yapmak mimkündür. Çeşitli anten tipleri için değişik düzeltme formülleri de öne sürülmüştür.
Uygulama süresince değişik alet tiplerinden oluşan bir kombinasyonun kullanılması söz konusu ise ölçülerin yapılacağı komşu noktalara aynı tip aletlerin konulmasında fayda vardır. Ayrı tipteki aletlerin faz sıfır noktalarının farklı olması büyük bir ihtimaldir. Bu sorun aynı tipteki aletlerin antenleri arasında da ortaya çıkabilir. Anten faz merkezi kayıklığından kaçınmak için, uygun anten seçimi, aynı anda farklı tip anten kullanılması ve antenlerin kuzeye yönlendirilmesi önerilir.
5.2.2. Alıcı Saati Sapmaları
5.3. Atmosfere Bağımlı Sapmalar
5.3.1. Iyonosferik Gecikme Etkisi
Yeryüzünde 50 ile 1000 km arasındaki yükseklik iyonosfer olarak adlandırılır. Bu tabakadaki elektronlar GPS sinyalinin gecikmesine sebep olur. Bu gecikme uzunluklarda 1 m’den daha az bir büyüklükle 100 m arasında bir değişime sebep olur. Ekvator bölgesinde ve kutuplara yakın bölgelerde etkisi çok fazladır. Iyonosferin GPS ile yapılan kod ve faz ölçülerinde olan etkileri farklıdır. Diğer bir ifadeyle kod ölçüleri için iyonosferik grup gecikme etkisi (group delay) sözkonusu iken faz ölçüleri için faz hızlanması (phase advance) sözkonusudur. Iyonosferdeki etkinin dikkate alınmadığı durumlarda hesaplanan baz uzunlukları gerçek değerinden daha kısa olacaktır. Bu hatanın giderilmesi, farklı frekanstaki dalgaların farklı dirençle karşılaşacağı gerçeğinden hareket ederek gecikmelerin modellendirilmesi yoluyla olur. Bu yüzden ölçülecek bazlar büyüdükçe, çift frekanslı alıcılarla ölçü yapmak daha uygundur.
5.3.2. Troposferik gecikme etkisi
Bu etki presizyonlu baz ve konum belirlemede önemlidir. Çift frekansla ölçme yapılarak giderilemez. Bu etki ortalama atmosferik parametrelerle veya ölçülen atmosferik basınç, ısı ve nem oranı ile uygun bir şekilde modellendirilmelidir. Bu etki zenit doğrultusunda yaklaşık 2-3 m olur, ufka yaklaştıkça artar ve 20 m ‘ye kadar ulaşır.
5.4. Diğer Faktörler
Faz ölçümünde, son dalganın fazı ölçülmektedir. Bu nedenle, uydu ile alet arasındaki tam dalga sayıları bilinmemektedir. Ambiguity olarak adlandırılan tam dalga sayısının da formüllere bilinmeyen olarak getirilmesi gerekir. Aynı uyduya yapılan faz ölçülerindeki ambiguity sayısı tüm ölçüler için aynı değere sahiptir. Ölçülerin değerlendirilmesinde en büyük sorun da tam dalga sayısının belirlenmesinde ortaya çıkmaktadır. Isminden de anlaşılacağı gibi N’nin dengeleme sonucunda tamsayı olması gerekmektedir. Uzun kenarlarda (>20 km) iyonosfer etkisinin fazla olması nedeniyle tamsayı koşulunun gerçekleşmesinde zorluklarla karşılaşıl-maktadır. Dengeleme programlarında sorunun aşılmasıyla ilgili bir çok modeller mevcuttur. N’nin tüm ölçü boyunca aynı değere sahip olması nedeniyle de ölçüler arasında bir kesiklik meydana gelmemesinde fayda vardır. Aksi taktirde, ölçüler arasında bir bağlantı kurulabilmesi için faz sıçramalarının (cycle slip) belirlenmesi gerekir.
Taşıyıcı faz ölçüleri, uydu ve alıcı anteni arasındaki tüm dalga boylarının bilinmeyen tamsayısı olan ambiguity teriminden etkilenirler. Bu başlangıç ambiguity uygun tekniklerle belirlenme-lidir. Bu GPS ölçülerinin değerlendirmesindeki önemli problemlerden birisidir. Ambiguity çözümü için geliştirlen başlıca yöntemler şunlardır:
- Geometrik metod
- Kod ve taşıyıcı faz kombinasyonu - Ambiguity arama metodu
- Kombine metodlar
* Geometrik Metod _ Alıcı ve uydular arasındaki geometrik ilişkilerdeki zamana bağımlı değişimleri kullanır.
Doppler çözümü ile noktanın (alıcının) koordinatları belirlenir. Koordinatlardan bulunan uzunluklar ile ambiguity içeren uzunluklar karşılaştırılarak ambiguity belirlenir. Bu yöntem uzun gözleme süresi gerektirir. Bu metodun avantajı açık ve basit modellendirmesidir. Kısa istasyon aralıklarında iyi sonuç verir.
Avantajları
- Esas olarak açık ve basit modellendirmesi - Birkaç uyduyla çalışabilmesi
- Kısa, uzun ve çok uzun mesafeler için kullanılabilmesi - Ambiguity yüzme çözümü hızlı yaklaşık sonuçlar sağlar.
Dezavantajları
- Yeterli geometrik incelik için uzun gözleme zamanının gerekmesi - Iyonosfer, orbit vb. gibi modellendirilemeyen etkilerle etkilenmesi
- Integer karakteri nedeniyle a priori kullanımının olmaması (ambiguitynin) - Belirlenemeyen cycle slipslere karşı duyarlı olması
* Kod ve Taşıyıcı Faz Ölçülerinin Kombinasyonu _ Taşıyıcı faz ambiguitysini belirlemek için ambiguityden bağımsız olan kod faz ölçüleri kullanılır. Temel düşünce, kod çözümünün noise seviyesi taşıyıcı dalganın yarı dalga uzunluğundan az oluncaya kadar kod ölçmeleri yapmaktır. Metodun uygulanması, kod ölçüleri için düşük bir noise seviyesine sahip bir alıcı gerektirir. Ancak iyi bir P-code alıcısı ile gerçekleştirilir ve çözümde L1, L2 yerine 86.2 cm dalga uzunluğuna sahip wide lane kombinasyonu kullanılır. Metod ölçü geometrisinden, uydu ve alıcı saatlerinden ve atmosferik gecikmelerden tamamen bağımsızdır. Birkaç dakika hatta daha kısa bir sürede ambiguity belirlenebilir.
Avantajları
- Geometriden bağımsız olması
- Kinematik uygulamalara elverişli olması - Uzun ve çok uzun bazlar için kullanılabilmesi
Dezavantajları
- Çift frekanslı P-code alıcı gerektirmesi - Multipath etkisine karşı duyarlı olması - Yalnızca wide lane ambiguitylerin çözülmesi
* Ambiguity Arama Metodu _ Temel düşünce, L1, L2 veya türetilen sinyallerin optimum ambiguity kombinasyonunu aramaktır. Çok uydunun bulunması durumunda bu metod iyi çalışır.
Avantajları
- Hızlı ambiguity çözümü sağlar - Kinematik uygulamalar için uygundur - Ambiguitylerin integer yapısını kullanır.
Dezavantajları
- Sistematik hatalara karşı duyarlıdır
- Mümkün olduğunca çok uydunun ölçmelerini gerektir.
* Kombine Metodlar _ Yukarıda sıralanan metodların bütün kombinasyonlarını içerir. Ambiguity çözümü presizyonlu GPS ölçmeleri için bir anahtar faktörüdür. Istasyonlar arası mesafeler küçük, data kalitesi iyi ise
- data kalitesi zayıfsa
- yalnızca birkaç uydu mevcutsa (<=4) - iyonosfer aktifse
- ölçme süresi kısa (<=30 dakika)
ise ambiguity çözümünde problemler ortaya çıkar. Bu durumda çok amaçlı bir GPS dengeleme programı gerekebilir.
5.4.2. Faz Sıçramaları (Cycle Slips)
Uydu sinyalinin izlediği yol ile alet arasında bir engel bulunuyor ise sinyal alete ulaşamaz ve kesinti boyunca yapılan faz ölçüleri de doğru olmayan tesadüfi değerlerdir. Uydunun hareketinden dolayı, nokta-uydu arasındaki görüş tekrar sağlanır veya sinyalin alete ulaşmasını engelleyen faktör ortadan kalkarsa ölçme işlemi tekrar normal hale dönüşür.
Bununla birlikte, engel öncesi ölçülerdeki tam dalga sayısı ile engelin ortadan kalkması sonucu yapılan ölçülerdeki tam dalga sayısı birbirleriyle uyuşmazlar. Her iki konumdaki dalga sayıları arasındaki farka faz sıçramaları (cycle slips) adı verilir. Cycle slips sebepleri şunlar olabilir:
- Gözlemelere bağımlı sebepler
. engeller (özellikle kinematik gözlemelerde)
. sinyal noise (özellikle multipath ve iyonosfer hareketlerinin doğurduğu) . alçak uydu yükseklik açısı (düşük sinyal gücüne yol açar)
- Alıcıya bağımlı sebepler
. zayıf sinyaller (kısmen sinyal girişimleri ile etkili olur) . kinematik uygulamalarda anten eğimi
. sinyal değerlendirme ile ortaya çıkanlar
Taşıyıcı faz, kesirli kısmı aynı kalırken tam dalga boyunun integer sayıları şeklinde ani sıçramalar gösterir. Bu sıçrama birkaç cycle veya milyonlarca olabilir. Cycle Slipsleri belirlemek için :
- Ikili farklar ve hesaplanan uzunlukların analizine dayanan metodlar - Iyonosferik residuellerin analizine dayanan metodlar
- Kod/taşıyıcı konbinasyonu analizine dayanan metodlar - Kinematik uygulamalarda kullanılabilen metodlar
vardır.
GPS ölçülerinde cycle slips arama işlemine ölçülerin temizlenmesi denir. Cycle slips ‘in aranmasında, zamana bağımlı olarak uydu koordinatları ile gözlem istasyonunun bilinen koordinatlarından faydalanılır. Gözlem istasyonunun konumu için pseudorange ölçüleriyle belirlenen koordinatlar yeterlidir. Bilinen yaklaşık istasyon ve uydu koordinatlarından yola çıkarak, koordinatlara göre olması gereken tekli, ikili ve üçlü farklar hesaplanır. Yapılan ölçüler arasında alınan tekli, ikili ve üçlü farklar ile de ölçülere göre gerçek değerler bulunur. Olması gereken ve gerçek değerler arasındaki fark belirlenir (koordinatlar yardımıyla bulunan değer ile ölçülerle bulunan değerin farkı).
Daha sonra, farklara en yakın bir polinom fonksiyonu hesaplanarak, bu fonksiyonla uyuşmayan farklar kaba hata (büyük fark) veya faz sıçraması olarak kabul edilir. Ölçüler arasında tekli, ikili ve üçlü farklar alındığı taktirde, faz sıçraması durumunda fark tamsayıya yakındır. Üçlü farklarda sonuç daha belirgin hale gelir. Bir kez fark alma yöntemi uygulandıktan sonra belirlenen faz sıçramaları da göz önüne alınarak düzeltilmiş koordinatlar hesaplanır.
Düzletilmiş koordinatlar yardımıyla tekrar fark alma yöntemlerine göre faz sıçramaları aranır. Işlem olması gereken değer ile gerçek değerler arasındaki fark belirli bir sınır altında kalıncaya kadar tekrarlanarak, ölçüler faz sıçramalarından arındırılmış hale getirilir. Tam sayıya yakın olmayan değerler faz sıçraması olarak işlem görmezler.
Bunlar iyonosfer veya başka hatalardan kaynaklanan kalıntı hatalardır. Çıkan değerin tam sayıya yakın olup olmadığı veya sınırın nasıl belirleneceği kararı, değerlendirme programları için geliştirilmiş çeşitli stratejilere göre yapılır. Belirlenen faz sıçraması yardımıyla, çalışılan dalgayla ilgili olarak ambiguityler hesaplanır.
5.4.3. Sinyal Yansımaları (Multipath)
Uyduda ve alıcı antenine yakın yerlerde bir veya daha çok yansıyan dalganın esas dalga ile birlikte alıcı antenine ulaşması demektir. Bunun etkisi iyi yüzeylerde 1 - 3 m ile çok yansıtıcılı yüzeylerde 4 - 5 m arasında değişir.
Multipath etkisi ile çok fazla cycle slips ortaya çıkar.
5.4.4. Ölçülerin Rastlantısallığı
5.4.5. Ölçü Noktası Koordinatlarından Kaynaklanan Hatalar
6. GPS KONUM BELIRLEME YÖNTEMLERI 6.1. Mutlak Konum Belirleme
Uydulardan alıcıya gelen sinyallerden uydu - alıcı arasındaki uzunluklar ve saat farkları belirlenerek dört uydudan aynı anda gözlemler sonucunda ölçü yapılan noktaya direk olarak koordinat verilir.
6.2. Rölatif Konum Belirleme
Burada asıl amaç b eğik uzunluğunu ve buna bağlı olarak da 1 ve 2 numaralı alıcılar arasında geosentrik koordinat farklarını belirlemektir. Daha sonra koordinatları bilinen 1 numaralı noktadan b vektörü ve bileşenleri yardımıyla 2 numaralı noktaya koordinat taşınır. b bazını hassas belirlemek amacıyla çeşitli ölçü ve hesaplama yöntemleri geliştirilmiştir.
Uydular
Istasyon
Uydular
Istasyonlar
1 2
b
6.2.1. Statik Nokta Konum Belirlemesi
Sadece bir istasyondaki ölçülerin değerlendirilmesiyle (genellikle pseudorange ölçülerinden) konum belirlemeye denir.
Bu yaklaşımda, efemeris ve gözlem süresine bağlı olarak 0.5-10 m arasında bir duyarlıkta üç boyutlu mutlak konum belirlemek mümkündür.
Çok yüksek duyarlık gerektiğinde, mevcut arazi ve uydu geometrisi hızlı statik ve kinematik ölçü tekniklerine olanak vermediği durumlarda, iki (tek baz - single baseline) veya daha fazla noktada (çok baz - multi baseline) eşzamanlı olarak aynı uydulardan derlenen statik GPS ölçüleri relatif olarak değerlendirilir. Bu yaklaşım sayesinde uydu-alıcı saatlerinin ve atmosferik belirsizliklerin etkilerini (genellikle sistematik) çok küçük mertebelere indirmek ve sonuçta her türlü baz uzunluğunda 0.1-10 ppm civarında duyarlıkları rutin olarak elde etmek olanaklıdır. Hatta hassas efemeris, güçlü yazılımlar ve atmosferik ölçülerin (buhar basıncı dahil) kullanımı ile 0.01 ppm (yani 100 km de 1 mm duyarlık) seviyesinde duyarlık elde etmek de olanaklıdır.
* Çok yüksek doğruluk istendiği zaman
* Uzun bazlarla ölçüm yapılacaksa
* Sistematik bias (yeni iyonosferik bozulmalar) değerleri dikkate alınacaksa
* Mevcut uydu geometrisi herhangi diğer bir konumlama tekniği için uygun değilse
100 1001
1002 1003
Bilinen Noktalar Yeni Noktalar
Sabit Alıcı
* Sürekli olarak, ölçüm boyunca referans noktası üzerinde kalır.
Hareketli Alıcı
* Her istasyonda genellikle 15 saniye ile 120 saniye arasında değişen aralıklarla bir saatten birkaç saate kadar kalır.
6.2.2. Hızlı Statik Nokta Konum Belirlemesi
Çift referanslı alıcılarla gözlem gerektiren hızlı statik teknik, bir çeşit statik/kinematik teknik olarak düşünülebilir.
Her yeni noktadaki gözlemler referans istasyonundaki gözlemlerle ayrı ayrı değerlendirilir. Bu nedenle hareketli alıcı sadece yeni noktalar arasında ölçü derleme durumundadır.
Hızlı statik teknik; baz uzunluğuna, uydu sayısına ve uydu geometrisine bağlı olarak yaklaşık 5-20 dakikalık eşzamanlı ölçülerle 20 km’den daha kısa bazların 1-2ppm duyarlıkla elde edilmesine olanak vermektedir. Bu teknik her iki frekansa ait (L1,L2) kod ve taşıyıcı faz ölçülerini gerektirmekte ve tüm bu bilgileri kullanarak tamsayı belirsizliklerini çözebilmektedir.
* Sistematik bozuklukların (yani iyonosfer , troposfer) ihmal edilebilir olduğu çok kısa bazlarda uygundur.
2000 2001
2002
2003 2004
1002
Bilinen Noktalar
Yeni Noktalar
Sabit Alıcı
* Sürekli olarak, ölçüm boyunca referans noktası üzerinde kalır.
Hareketli Alıcı
* Her istasyonda 5-30 dakikaya kadar kalır.
6.2.3. Tekrarlı GPS Yöntemleri
Bu teknik statik ile kinematik yöntem arasında bir teknik olarak düşünülebilir. Tamsayı belir-sizliğini kolaylaştırması nedeniyle, aynı noktaya ait her yeni gözlem bir öncekine göre bir saatten dört saat sonrasına kadar olan süre içinde yapılmalıdır. Alıcı hareket halindeyken alıcının açık olması ve gözlem yapması zorunluluğu yoktur. Daha önceki yöntemlerde olduğu gibi, daha duyarlı sonuçlar elde edebilmek ve faz sıçramalarını en aza indirgemek için PDOP değerlerinin yaklaşık 7’den küçük olduğu zaman aralıkları seçilmelidir. Bu yöntemle kısa bazlarda (<=20 km) 1- 2ppm mertebesinde sonuçlar elde edilebilmektedir.
Sabit Alıcı
* Sürekli olarak, ölçüm boyunca referans noktası üzerinde kalır.
100
1001
1002
1003 Bilinen Noktalar
Yeni Noktalar
Hareketli Alıcı
* Her istasyonda herbiri yaklaşık 10 dakika olmak üzere en az iki kez gözlem yapar.
MERKEZSEL BAZ YÖNTEMI
Sabit Alıcı
* Sürekli olarak, ölçüm boyunca referans noktası üzerinde kalır.
Hareketli Alıcı
* Önce sırasıyla 1001, 1002, 1003 nolu noktalarda 10’ar dakikalık gözlem yapılır.
* Sonra 1- 4 saat içerisinde hareketli alı- cıyla tekrar sırasıyla 1001, 1002, 1003 nolu noktalarda 10’ar dakikalık gözlem yapılır.
Bu tekniğin ardındaki fikir, bir ya da iki saatlik bir zaman diliminin başlangıç ve bitiminde bir noktaya yalnızca birkaç dakikalığına iki kez gelindiğinde uydu geometrisinde meydana gelebilecek olan değişiklikten faydalanmaktır.
Veri analizi açısından bu iki bağımsız gözlem kümesi aynı noktaya ait her iki ölçüde izlenen tüm uydular alınarak ve fakat sanki o noktada bir defa alet kurulmuş gibi hesaplanacaktır. Böylece, bir ile iki saat içinde noktaya ait tekrarlı ölçüler birleştirilerek dört uydu yerine sekiz uydu takımı elde edilmekte ve bu durum böylece devam etmektedir. Esas olarak tekrarlı ölçüm tekniği farklı ölçüm gruplarının (multi - session) çözümünden başka bir şey değildir. Tekrarlı ölçü tekniği böylece zayıf uydu geometrisi olduğu veya yalnızca tek frekanslı alıcıların mevcut olduğu durumlarda bir çeşit yedekleme yöntemi olarak kullanılabilir.
6.2.4. Kinematik GPS Yöntemleri
Her türlü GPS alıcıları, kodlar ölçen navigasyon amaçlı alıcılar veya taşıyıcı fazlar ölçen jeodezik alıcılar, kodlara ait mesafe (pseudorange) ölçülerinden (en az 4 uyduya) anlık konumu hesaplayabilirler. Buna mutlak kinematik nokta belirlemesi denilmekte olup duayarlığı efemeris duyarlığına bağlı olarak ± 150 m aralığında değişmektedir.
GPS ile mutlak konum belirlemesi birkaç saatlik ölçü ve hassas efemeris ile ancak 0.5 m düzeyinde olabilmektedir.
Daha duyarlı sonuçlar ancak eşzamanlı ölçülerin birlikte değerlen-dirilmeleri ile elde edilebilmektedir. Kinematik konum belirleme de aynı gerçeklerden hareket etmektedir. Alıcılardan biri (veya daha fazla) koordinatı bilinen noktada sürekli gözlem yaparken (kinematik modda) hareket halindeki diğer alıcılar anlık veya birkaç epokluk ölçü yapmaktadırlar. Sabit istasyondaki ölçüler ile yeni noktalardaki herbir eşzamanlı ölçü birlikte değerlendirilerek sabit noktadan yeni noktalara giden vektörler hesaplanırlar. Hesaplarda kodların veya taşıyıcı fazların kullanılmasına bağlı olarak duyarlık değişmektedir. Taşıyıcı fazların kullanılması halinde biz bu yöntemi “Hassas Kinematik GPS Yöntemi” ve kodların kullanılması halinde de “Diferansiyel GPS Yöntemi” olarak adlandıracağız.
TRAVERS YÖNTEMI
Sabit Alıcı
* 100 nolu noktada 10 dakika ölçü yapar.
* 1002 nolu noktaya geçer 10 dakika ölçü yapar
* 1002 nolu noktada 10 dakika ölçü yapar
* 100 nolu noktaya geçer 10 dakika ölçü yapar
* 100 nolu noktada 10 dakika öilçü yapar
* Yukarıdaki adımlar ikinci kez tekrarlanır.
Hareketli Alıcı
* 1001 nolu noktada 10 dakika ölçü yapar
* 1001 nolu noktada 10 dakika ölçü yapar
* 1003 nolu noktaya geçer 10 dakika ölçü yapar
* 1003 nolu noktada 10 dakika ölçü yapar
* 1001 nolu noktaya geçer 10 dakika ölçü yapar
* Yukarıdaki adımlar ikinci kez tekrarlanır.
6.2.4.1. Hassas Kinematik GPS Yöntemi
Alıcılardan biri (veya daha fazla) koordinatı bilinen noktada sürekli gözlem yaparken (kinematik modda) hareket halindeki diğer alıcılar da koordinatı bilinen başka bir noktadan başlayarak herbir yeni noktada anlık veya birkaç epokluk ölçü yapmaktadırlar. Başlangıçtaki bilinen baz sayesinde tamsayı belirsizlikler hesaplanırlar, sürekli gözlem yapılması ve uydu sayısının 4 ‘ün altına inmemesi şartıyla ilk noktadaki belirsizlik değerleri diğer noktalara da taşınır ve her epoktaki tamsayı belirsizlikler de hesaplanabilir. Böylece her bir epoğa ait tamsayı belirsizlikler bulunmuş olarak yeni noktalara ait çok duyarlı koordinatlar hesaplanabilir. Sabit alıcının sürekli olarak 4 veya daha fazla uyduyu kesintisiz izlediğini varsaydıktan sonra, herhangi bir nedenle (faz sıçraması, elektrik direği, yüksek yapılar vb) gezen alıcının izlediği uydu sayısı 4 ‘ün altına inerse geriye gidip gözleme tekrar bilinen bir noktadan başlama zorunluluğu vardır. “Başarıyla ölçülmüş önceki kinematik noktaların da bilinen bir nokta sayılması” gerçeğini de unutmamak gerekir. Teorik açıdan zorunlu olmamasına rağmen kontrol açısından alıcının en son olarak bilinen bir noktada gözlemi kapatması tercih edilir.
Pratikte başlangıçtaki belirsizlik değerlerinin çözülmesi iki şekilde mümkün olmaktadır:
* Bilinen Baz (Known Baseline) : Sabit ve gezici alıcılar herbir bileşeni 5 cm’den daha duyarlı olarak bilinen bir bazın iki ucuna kurulurlar. Sabit alıcı sürekli gözlem yaparken gezici alıcı başlangıç noktasında bir kaç dakikalık ölçü aldıktan sonra uyduları izlemeye devam ederek diğer noktalara hareket eder. Bazın bilinmesi iki uçtaki noktaların koordinatlarının bilinmesi veya bu bazda önceden statik veya hızlı statik yöntemlerle gözlemler yaparak mümkündür.
* Anten Değiştirme (Antenna Swap) : Arazide birbirine birkaç metre uzaklıktaki iki noktada GPS anten sehpaları kurulur, daha sonra antenler sehpalara yerleştirilip birkaç dakikalık data toplanır. Ikinci adımda, sehpaları yerinden oynatmadan ve alıcılar kapatılmadan antenlerin yerleri değiştirilip veri toplanmaya devam edilir. Daha sonra bu iki alıcıdan bir tanesi statik modda veri toplamaya devam eder ve diğer alıcı da koordinatı istenen noktalarda birkaç saniyelik veri toplar. Ölçme, başlangıç noktasında son bulur. Ilk iki noktadan toplanan verilerden integer ambiguity hesaplandıktan sonra geride sadece diğer noktaların sabit noktaya göre koordinatları ve saat hataları bilinmeyen olarak kalmaktadır. Dikkat edilmesi gereken nokta ölçme süresi boyunca en az 4 uydunun sürekli gözlenmesidir.
Bunun için 6 uydu ile ölçmeye başlanmalıdır.
6.2.4.1.1. Dur Ve Git Yöntemi
az 4 uyduyu izlemeye devam ederek diğer noktaları sırayla ziyaret eder ve herbir noktada 15-60 saniyelik ölçüler alır.
Gerekiyorsa, her yeni noktada anten yüksekliği ve nokta numarası girilir.
6.2.4.1.2. Devamlı Kinematik Gözlemler
Bu yöntem dur ve git kinematik yöntemden pek farklı değildir. Durup kayıt yerine gezici alıcının her epoktaki konumu hesaplanır. Yol güzergahını belirlemek, profil çıkarmak, kesit çıkarmak, eş yükseklik eğrilerini çizmek vb.
uygulamalarda bu yöntem çok hızlı ve ekonomiktir.
6.2.4.1.3. Sıçramalı Kinematik Gözlemler
Yukarıdaki her iki yöntemde de sadece birbirlerinden matematiksel olarak bağımsız merkezsel bazlar (radial arm) elde edilmektedir. Hem şebekeye serbestlik getirmek, hem de sabit alıcı ile gezici alıcı arasındaki baz uzaklığını mümkün olduğu kadar kısa tutmak için, sıçramalı kinematik gözlemler yöntemi kullanılabilir.
Bu yöntemde aslında sabit ve gezici alıcılar yoktur denilebilir. Ilk baz ölçüldükten sonra ikinci noktadaki (gezici denilen) alıcı yerinde kalırken ilk noktadaki (referans noktasın-daki) alıcı üçüncü noktaya gider. Ikinci baz ölçüldükten sonra, üçüncü noktadaki alıcı yerinde kalırken ikinci noktadaki alıcı dördüncü noktaya gider. Böylece, gözlemlere tüm şebeke tamamlanıncaya kadar devam edilir ve sonuçta travers dediğimiz bir geometri oluşmuş olur.
2004
1002
2003 3000
3001 3002
3003
Bilinen Noktalar
Yeni Noktalar
Sabit Alıcı
* Sürekli olarak, ölçüm boyunca referans noktası üzerende kalır.
Hareketli Alıcı
* Koordinatı bilinen 2003 nolu nokta üzerinde iki dakika gözlem yapar (Integer ambiguity belirlemek için)
* Daha sonra sırasıyla 3000, 3001, 3002, 3003 ve nihayet 2004 nolu noktaları ziyaret ederek herbir noktada yaklaşık 15-30 saniyelik ölçüler alır.
6.2.4.2. Diferansiyel GPS Yöntemi (DGPS)
DGPS yönteminde temel prensip, NAVSTAR/GPS uydu sinyallerinden yararla konumu iyi bilinen bir referans noktasındaki hesaplanan anlık düzeltme değerleri kullanılarak 0-500 km uzaklıktaki alıcıların hatalı konumlarının iyileştirilmesidir. Diğer bir ifadeyle; bir alıcı, koordinatları bilinen sabit noktada gözlem yaparken gezici alıcı istenilen hat ve/veya noktalarda gözlem yapmakta olup sonradan her bir i - epoğu için sabit noktada hesaplanan düzeltmeler aynen aynı epoğa ait gezici alıcı gözlemine uygulanırlar. Burada çok önemli olan nokta epoklar arasında bir bağın olmayışıdır. Dolayısıyla sinyal kesikliği sadece sinyalin kesildiği epokları etkilemektedir. Böylece, yalın GPS kullanımımnda 100-150 m ‘ye varan anlık konum hatalarının referans istasyonuna uzaklığa bağlı olarak 5 m’yi geçmemesi sağlanır.
Pratikte yaygın olarak uygulanan kod ölçüleri ile DGPS yöntemi için ifade edilmiş olan konum hata değerleri (1-5 m), faz farkı ölçülerinin kullanıldığı özel yöntemlerde cm düzeyine indirilebilir. Pratik jeodezik uygulamalarda kullanılan bu yöntemde referans alıcı ile gezici alıcılar arasındaki uzaklıklar önemli ölçüde (10 km’ye kadar) azalmaktadır.
Referans alıcıda düzeltmeler, noktanın kesin koordinatları ve GPS sinyallerinden hesaplanan anlık koordinatların farkı olarak (konum düzeltme yöntemi) kullanılabilir. Ancak pratikte kesin koordinatlarla hesaplanan uydu - alıcı uzaklığının uydu sinyalleriyle ölçülen uzaklıktan farkı (gözlem düzeltme yöntemi) daha yaygın olarak kullanılmaktadır.
Referans istasyonunda hesaplanan düzeltmeler anında (real-time) diğer alıcılara gönderileceği gibi, ölçü sonrası değerlendirme de (post processing) yapılabilir.
6.2.4.2.1. DGPS Için Yöntemler
DGPS yönteminde biri sabit (referans) diğeri gezen (rover) olmak üzere en az iki alıcıya gereksinim vardır. Sabit alıcı anteni, konumu daha önceden yermerkezcil sistemde (WGS84...) yüksek doğrulukla belirlenmiş ve mümkünse bölgenin ortasında bir noktaya kurulur. Sabit noktaya kurulan alıcının, bulunulan enlemde tüm uyduları gözleyebilmesi için çok kanallı olması tercih edilmektedir. Yayınlanan düzeltmelerin tipine göre gözlem düzeltme metodu (measurement space method), konum düzeltme metodu (solution space method), haberleşme frekansı metodu (translated frequency method) ve dinamik faz gözlemi metodu (dynamic phase tracking) olmak üzere genel olarak dört yöntem mevcut olup gözlem düzeltme metodu yaygın olarak kullanılmaktadır.
