GPS/GNSS Gözlemlerini De erlendirme Yöntemlerinde Son Geli meler

(1)

1 Doç.Dr. GNSS Harita Teknik Danmanlk, Ankara, [email protected]

Özet

GPS/GNSS (Global Positioning System/Global Navigation Satellite Systems)gözlemlerinin yer bilimlerinde kullanm, ilk olarak 1980 ylnda jeodezik amaçl olarak balam ve özellikle son 10 yl içerisinde bilimsel amaçl kullanm en üst seviyeye çkmtr. Dier taraftan,Uluslararas GNSS Servisi (IGS:International GNSS Service), jeodezik ve jeofizik çalma- larda kullanlmak üzere 1994 ylndan bu yana yüksek doruluklu uydu yörünge ve saat bilgilerini yaklak gerçek zamanl ve sürek- li olarak bilim dünyasnn ve uygulamaclarn hizmetine sunmak- tadr.

GPS/GNSS deerlendirmelerinden, tutarl, homojen ve yüksek doruluklu sonuçlar elde edilmek hedefleniyorsa, hesaplamalarda mutlaka IGS standartlar dikkate alnmaldr. Bu makalede mili- metre mertebesinde sonuçlara ulaabilmek için, uyulmas gereken IGS standartlar ve deerlendirme stratejileri özetlenmeye çal-

lmtr.

Anahtar Sözcükler

GPS, GNSS, IGS, IERS, ITRF, ERP, PCV

Abstract

Latest Developments in GPS/GNSS Post-Processing Strategies

Using GPS/GNSS observations in earth sciences started in 1980 for geodetic purposes, and its scientific uses have reached its peak for the last 10 years. Moreover, IGS (International GNSS Ser- vice) has been providing the high accuracy orbit and clock infor- mation for geodetic and geophysical tasks since 1994.

Given fact that one aims to obtain high accuracy and precision as well as consistent and homogenous results from the post- processing of observations, IGS standards are be taken into con- sideration. In this paper IGS standards and post-processing strat- egies are summarized which should be implemented for any tasks seeking mm level accuracy and precision.

Key Words

GPS, GNSS, IGS, IERS, ITRF, ERP, PCV

1. Giri

Uydularla konum belirleme 1980’li yllarda jeodezik amaçl

kullanlmaya balandnda en önemli sorunlar; yüksek doruluklu uydu yörüngeleri hesab, uydu ve alc saati modellemeleriydi. Örnein, 1980-1990 yllar arasnda gerçek zamanl olarak 3 boyutta elde edilen mutlak koordinat doruluu ortalama 100-150 metreler mertebesindeydi.

Yukarda ifade edilen sorunlarn dnda, bu düük doru- luun en büyük nedenlerinden biri seçimli doruluk eriimi (SA: Selective Availability) etkisinin, ABD tarafndan kastl olarak açk tutulmasyd. Bunun sonucu olarak, ger- çek zamanl mutlak konum belirleme uygulamalarnda hassas koordinat elde edebilmek için 2000’li yllara kadar beklemek gerekmitir. Dier taraftan, mutlak konum belir-

lemedeki bu olumsuzluk bilim insanlarn farkl araylara yöneltmi ve böylece göreli konum belirleme teknikleri ve modellemeler hzla gelimeye balamtr. Gerçekte, GPS/GNSS yazlm hazrlayanlar kod ve faz gözlemlerine getirilmesi gereken düzeltmelerin neler olduu konusunda, daha balangçtan beri bilgi sahibiydiler (ION 1980, ICD GPS 200). Bu düzeltmelerin büyük bölümü metreler mertebesinde olup, GPS ile konum belirlemede öncelikle dikkate alnmalar gerekmekteydi. Dier taraftan, hesaplamalarda hassas yörünge ve uydu saati bilgileri ile L3 iyonosferden bamsz lineer kombinasyon kullanldnda, kod ve faz hesaplamalarnda dikkate alnmam olan baz dier etkilerin de hesaba katlmas gereklilii zaman içerisinde ortaya çkmtr. Baka bir ifadeyle, büyük etkiye sahip sorunlar giderildikçe, hesaplama ve modelleme algoritmalar geli- tikçe daha küçük etkiye sahip hata kaynaklar dikkate alnmaya ve gözlemlere düzeltme olarak getirilmeye balanmtr. Bozucu etkisi kullanm alanna bal olarak küçük olan hata kaynaklarnn zaman içerisinde dikkate alnmasnda ve giderilmesindeki en büyük katky Uluslararas GNSS Ser- visi (IGS) yapmtr. 1989 ylnda Planlama Komitesi ady- la kurulan IGS, 1992 ylnda ilk test ölçümlerini yapm, Ocak 1994’te resmi olarak faaliyete balam ve ilk hassas ürünlerini (uydu yörünge ve saat bilgileri) bilim dünyasnn hizmetine sunmutur. IGS, yaklak 80 ülkeden 200 kurum ve kuruluun gönüllü ibirliine dayanan uluslararas bir kurulutur. IGS’in kurulduu yllardaki ad “Uluslararas

GPS Servisi” olup, daha sonra GLONASS, Galileo gibi, dier uydu sistemlerinin de gündeme gelmesiyle ad “Ulus- lararas GNSS Servisi” olmutur.

Yüksek doruluklu IGS ürünlerinin gerçek zamanl

uygulamalar ve büro hesaplamalarnda (post-processing) kullanlmas sonucunda, günümüzde mm dorulukta sonuç- lar almamz salayacak yer dönmesi, atmosferik parametreler, gel-git etkileri, anten faz merkezi deiimleri gibi birçok hata kayna mutlaka giderilmesi gereken önemli hata kaynaklar olarak hesaplamalarda dikkate alnmaya balanmtr.

Bu makalede söz konusu hata kaynaklar ksaca açkla- narak, özellikle jeodezik ve jeofizik amaçl çalmalarda neden dikkate alnmalar gerektii ve etkileri giderilmedii durumlarda GPS/GNSS sonuçlarnn hangi büyüklükte etkilenecei gösterilmeye çallmaktadr.

2. GPS/GNSS Gözlemlerinin Modellenmesi ve Deerlendirilmesindeki Baz Gelimeler

IGS, yukarda da belirtildii gibi, istasyon koordinatlarnn ve uydu yörüngelerinin doruluklu olarak belirlenebilmesi amacyla, yaklak gerçek zamanl ve sürekli hesaplamalar yapmaktadr. Bu hesaplamalara ilikin model ve deerlendirme yöntemleri, IGS’in resmi balangç tarihi olan 1994

GPS/GNSS Gözlemlerini Deerlendirme Yöntemlerinde Son Gelimeler

Muzaffer KAHVEC ¹

(2)

ylndan bu yana sürekli gelitirilmektedir. Çünkü;

GPS/GNSS gözlemlerindeki kesiklikler, farkllklar ve be- lirsizlikler GPS zaman serilerinin kalitesini düürmektedir (Kahveci 2009). Örnein, jeodezik datumun deitirilmesi, zaman serilerindeki belirsizliklerin artmasna neden olmaktadr. Bunun sonucunda da, söz konusu zaman serilerinin jeofizik yorumu olanaksz hale gelmektedir.

1994 ylndan bu yana, GPS ölçülerini deerlendirme stratejilerinde ve modellendirmelerde önemli deiiklikler olmutur. Bunlara ek olarak ITRF (International Terrestrial Reference Frame)tanmlar da: ITRF88, ITRF89, ITRF90, ITRF91, ITRF92, ITRF93, ITRF94, ITRF96, ITRF97, ITRF2000, ITRF2005 isimleri ile çok sayda deimitir:

Her bir ITRF deiikliinin zaman serilerinde (ölçek ve kayklk nedeniyle) süreksizlie yol açt birçok aratrma- c tarafndan ortaya konmutur (Kouba 2009, Weber vd.

2002, Steienberger 2009). Bunlardan daha da önemlisi sondan bir önceki ITRF (ITRF2000) tanmndan itibaren datum tanmlamas da deitirilmitir. ITRF2000 ve sonraki tanmlamalarda, belirli sayda ana nokta (fiducial point) koordinatlarnn bir önceki deerleri sabit alnarak, bu ko- ordinatlara göre NNR (No-Net-Rotation) koulu uygulan- maya balanmtr. Buradaki referans sistemi deiiklii, önceki hesaplamalara ilikin varyans-kovaryans bilgisine ve normal denklemler matrisine dayal olarak, tekrar hzl

bir yeniden deerlendirme yoluyla salanabilecek bir du- rumdur. Oysa, model ve/veya parametre tanmlarndaki deiiklikler, homojen ve tutarl sonuçlar elde edebilmek için, ham verilerden balayarak tüm hesaplamalarn yine- lenmesini gerektirmektedir. Bu balamda; geçmiten bugü- ne modellerde, parametre tanmlarnda ve hesaplama strate- jilerindeki farkllklara özet olarak baklacak olursa, Tablo 1’deki genel durum oluturulabilir:

2005 ylnda IGS, geçmiteki GPS/GNSS gözlem deer- lendirmelerinin, gelimeler balamnda yenilenmesi çar- snda bulundu (IGSMAIL 5175). Bu çar üzerine 2006 ylnda Darmstadt/Almanya’da GPS ölçülerinin “yeniden deerlendirilmesi, standartlarn belirlenmesi ve yeni modellemeler” konulu bir IGS çaltay gerçekletirildi. Bu çaltayn dikkat çekici önerilerinden biri de modelleme ve dier yeniliklere paralel olarak GPS/GNSS gözlem deer- lendirmelerini yenilemenin sürekli bir IGS faaliyeti oldu-

udur.

Tablo 1: Hesaplama ve modellerdeki gelimeler

Model/Hesaplama/Deiiklik Ad Tarihi

IGS Ürünleri Ocak 1994

ITRF92 Æ ITRF93 Ocak 1995

Gölgedeki uydular (Eclipsing Satellites) modeli Nisan 1995

“RPR (Radiation Pressure)” parametreleri Mays 1995 A dengelemesinde tam korelasyon Haziran’95 QIF (Quasi-Ionosphere-Free) faz belirsizlikleri

çözümü Haziran’95

GIM (Global Ionosphere Model) parametreleri Ocak 1996

ITRF93 Æ ITRF94 Haziran’96

Anten faz merkezi düzeltmeleri Haziran’96

yiletirilmi yörünge Haziran’96

IERS standartlar Ekim 1996

Sinyal yükseklik açs 20º’den 10º‘ye düürül-

dü Ekim 1997

Yükseklik açsna bal arlklandrma Ekim 1997 Troposferi modeller (örn. Niell) Ekim 1997

ITRF94 Æ ITRF96 Mart 1998

Okyanus Yüklemesi (Ocean Loading) Mart 1998

ITRF96 Æ ITRF97 Austos’99

P1C1-DCB etkileri Ekim 2000

Troposferik gradyen hesab Austos’01 Sinyal yükseklik açs 10º’den 3º‘ye düürüldü Austos’01

ITRF97 Æ ITRF2000 Aralk 2001

Kat yeryüzü gelgiti (Solid Earth Tide) Temmuz’04

Nutasyon Modeli IAU80 ÆIAU2000A Kasm 2005 Anten mutlak faz merkezi modeli

(GPS Haftas:1400) Kasm 2006

ITRF2005 yaymland Kasm 2006

IGS sonuç (final) saat dosyalar 30 sn aralkl

(GPS Haftas: 1410) Ocak 2007

Sonuç olarak tüm bu yenilikler/ gelitirmeler/ deiiklikler/

eklemeler, IGS öncesinde olduu gibi bugüne kadar yapl- m olan deerlendirmelere ait zaman serilerinde süreksiz- liklere ve/veya tutarszlklara neden olmaktadr. GPS zaman serilerindeki bu süreksizlik ve/veya sorunlar ise sonuç- larn jeofizik yorumlarn zorlatrmakta ve güvenilirlik sorununu karmza çkarmaktadr.

3. Yüksek Doruluklu Konum ve Hz Vektörü Hesab çin Getirilmesi Gereken Düzeltme- ler

IGS standartlarnda 100 km’den küçük baz uzunluklar

yerel, 500 km ile 1000 km arasndakiler bölgesel ve 1000 km’yi aanlar global baz olarak adlandrlmaktadr. 100 km’den küçük bazlarda faz gözlemleriyle göreli konum belirlemede birçok etki göz ard edilebilmektedir.

Bugüne kadar yaplm olan hesaplamalarda, yerel deni- lebilecek alarda (<100 km) göz ard edilen, ancak global ölçekteki alar, jeofizik ve jeodinamik amaçl alar ve hassas mutlak konum belirleme (PPP: Precise Point Positioning) bakmndan önemli görülen baz bozucu etkiler aada ksaca açklanmaktadr. Bu etkilerin bir ksm- nn hesaplanabilmesi için güne ve ayn konumlarnn da bilinmesi gerekmekte olup bu bilgiler gezegenler efemeris tablolarndan alnmaktadr.

(3)

Bu etkiler:

1. Yeryuvar dönme parametreleri (ERP: Earth Rotation Parameters):

GPS gözlemlerinin modellendirilmesi ve deerlendirilmesi ile elde edilen jeodezik büyüklükler (nokta koordinatlar, baz bileenleri vb.) için uygun koordinat sistemlerinin tanmlanmas gerekmektedir. Bilindii gibi uydu hareket denklemleri göksel koordinat sisteminde (inersiyal), yeryü- zündeki nokta koordinatlar ise yersel koordinat sisteminde tanmlanmaktadr. Uluslararas gök koordinat sistemi (ICRS:International Celestial Reference System) uygulamada gökyüzünde düzgün dalan dünya d radyo kaynaklarnn J2000.0 epoundaki ekvatoral koordinatlar ile tanmlanmakta ve bu sisteme ICRF (International Celestial Reference Frame) ad verilmektedir. Uluslararas yersel koordinat sistemi (ITRS; International Terrestrial Reference System) farkl uzay teknikleri (VLBI, SLR, GPS, DORIS) kullanlarak elde edilen sabit istasyon koordinatlar ve hzlar ile belirlenmekte ve buna ITRF (International Terrestrial Reference Frame) ad verilmektedir. GPS verile- rinin deerlendirilmesi aamasnda nokta koordinatlar ile uydu koordinatlar ayn referans sisteminde tanmlanmal- dr. Bu da ITRF ve ICRF sistemleri arasndaki dönüüm parametrelerinin bilinmesini gerektirmektedir. Bu dönüüm parametreleri, yeryuvar yönlendirme parametreleri (EOP;

Earth Orientation Parameters) olarak bilinmektedir. Yeryu- var yönlendirme parametreleri Xp,YP, d\ ,dH, UT1-UTC ITRF’in zamana bal olarak ICRF’e göre yönlendirilmesi- ni salamaktadr. Bu parametrelerden Xp ve YP gök efemeris kutbunun (CEP:Celestial Ephemeris Pole) ITRF sistemindeki konumunu belirlemektedir. d\ ve dH parametreleri, Uluslararas Astronomi Birliinin (IAU;

International Astronomy Union) 1980 nutasyon modeline göre tanmlanan, CEP ile gerçek CEP arasndaki fark, (UT1–UTC) ise IERS (International Earth Rotation Servi- ce) referans meridyeninin ICRF’deki dorultusunu tanmlamaktadr (CASTRIQUE 1996). Uygulamada, GPS verile- rinin deerlendirilmesinde bu parametrelerden 3’ü (Xp, Yp

ve UT1) kullanlmakta, bunlara yeryuvar dönme parametreleri (ERP;Earth Rotation Parameters) ad verilmektedir.

Buna göre ERP, kutup gezinmesi bileenleri ve UT1 zaman ölçeini kapsamaktadr (McCARTHY ve PETIT 2003).

Sonuç olarak yeryuvar dönme ekseninin dorultusu zamana bal olarak deimektedir. Deiim vektörünün dorultusu anlk dönme ekseni dorultusu, büyüklüü ise yeryuvarnn dönme hzna eittir. Yeryuvarnn dönmesi düzenli bir hareket olmayp, bunun nedenleri; presesyon, nutasyon, kutup gezinmesi ve üniversal zaman (UT1)’dr.

Baka bir deyile, Yer dönme vektöründeki deiimlerin nedenleri olarak; günein, ayn ve gezegenlerin çekim etkileri ile yeryüzündeki okyanus ve yeralt su hareketleri, atmosferik etkiler saylabilir (KAHVEC 2002). Bu parametreler inersiyal referans sistemi (ICRF) ile yersel referans sistemi (ITRF) arasndaki dönüümü salar. Bu dönü-

ümün sonucunda uydu yörüngeleri ITRF sisteminde elde edilmi olur.

Bilimsel amaçl yazlmlarda belirtilen dönüümün daha hassas yaplabilmesi için yarm günlük ERP deiimleri de dikkate alnmaktadr. Çünkü, ERP okyanus yüklemesinin günlük ve yarm günlük periyotlarndan önemli ölçüde etkilenmektedir. Bu etki yeryüzünde 0.1 mas (3 cm) büyük- lüündedir.

2. Kutup gezinmesi/kutup gelgiti (Polar Moti- on/Polar Tides):

Yeryuvarn etkileyen d kuvvetler olmasa bile, yeryuvarnn elastik yaps, atmosfer ve okyanuslarn kat yeryuvar

(litosfer) etkileri nedeniyle yine de onun dönme ekseninde deiim olacaktr (HERRING 1988). Yeryuvar merkezkaç kuvveti potansiyelindeki küçük deiimler nedeniyle dön- me ekseninin (yada anlk kutbun) kat yeryüzüne göre hareketi, kutup gezinmesi olarak bilinmektedir. Sonuç olarak, Ayn ve Günein çekim etkileri, istasyon koordinatlarnda periyodik deiimlere neden olmaktadr. Ayn ekilde yeryuvar dönme ekseninin, kat yeryuvarna (litosfer) göre yer deitirmesi (kutup gezinmesi), periyodik deformasyonlara neden olmaktadr. Yeryuvar dönme ekseninin 1900 – 2000 yllar arasnda izledii yolu gösteren grafik ekil 1’de gösterilmitir.

ekil 1: 1900-2000 yllar arasnda kutup gezinmesi

Anlk kutbun bu hareketi, üst üste bindirilmi iki hareketten olumaktadr. Bunlardan birincisi yaklak periyodu 435 gün olan serbest prezesyon (Chandler periyodu) hareketi olup, bu elastik yeryuvar modeli ile açklanabilmektedir.

kincisi ise yeryuvar kitlesinde, hava ve su akntlar nedeniyle oluan mevsimsel deiimlerin neden olduu yllk harekettir. Dolaysyla, presesyon ve nutasyon modellerinin tersine, anlk kutbun kat yeryuvarna göre hareketi mevcut gelimi yeryuvar modelleri ile açklanamamakta, ayn

zamanda kutup gelgit etkisi, deiimi çok yava olduu için, dier gelgit etkilerinde (okyanus, kat yeryuvar) oldu-

u gibi uzun süreli gözlem yaplarak giderilememektedir.

Bu nedenle 1900–1905 yllar arasnda ortalama kutup hareketi kutup gezinmesi gözlemleri için genellikle balan- gç kabul edilmektedir.

Günümüze kutup gezinmesi gözlem doruluu yaklak 0.3-0.5 x 10^-3 mertebesinde olup bu da yeryüzünde yakla-

k 1.0–1.5 cm büyüklüe karlk gelmektedir,

(4)

(KLEUSBERG ve TEUNISSEN 1998, MONTENBRUCK ve GILL 2000). Kutup gelgit etkisinin yükseklikte en çok 25 mm, yatay dorultuda ise en çok 7 mm’ye ulaabildii belirlenmitir (KOUBA 2009).

3. Okyanus yüklemesi (Ocean Loading):

Okyanus gelgitlerinin alttaki yerkabuuna basks olarak tanmlanabilir. Günlük ya da yarm günlük periyotlar göste- rir. Yeryüzü gelgitine göre etkisi daha küçüktür, yerel etki gösterir ve sabit ksm yoktur. 24 saat süreli statik gözlem- lerde ve okyanus kysndan uzaktaki (> 1000 km) istas- yonlarn hesabnda göz ard edilebilir. Ancak, istasyon okyanusa yaknsa ve troposferik slak bileen ve alc saat hatas hesaplanacaksa, 24 saatlik statik gözlemlerde bile bu etki mutlaka dikkate alnmaldr (KOUBA 2009). Aksi durumda okyanus yüklemesi troposferik etki ve alc saat hatalar olarak çözümlere yansmaktadr (DRAGERT vd.

2000).

4. Kat yeryuvar gelgiti (Solid Earth Tides):

Kat yeryuvar, aslnda okyanus gelgitine neden olan çekim kuvvetlerine kar yeteri kadar esnek yapdadr. Gelgitler nedeniyle oluan düey ve yatay dorultudaki istasyon yer deitirmeleri küresel harmoniklerle (Love Number ve Shida number ) ifade edilmektedir. stasyon konumla- rnda 1 mm mertebesinde doruluklar hedefleniyorsa dikkate alnmas gereken bir etkidir (McCARTHY ve PETIT 2003). 5 mm doruluk için gelgit teriminin ikinci dereceye kadar alnmas ve yükseklik düzeltmesinin yaplmas yeter- lidir (McCARTHY 1989). Gelgit düzeltmesi, enlem bam- l sabit ksm ve periyodik ksm olmak üzere iki bileenle ifade edilmektedir. Bu düzeltme ölçü noktas mutlak konumunda yatay dorultuda 5 cm, radyal dorultuda 30 cm deerlerine ulaabilmektedir. Periyodik ksm, 24 saatlik statik gözlem yaplarak ortalama bir deere getirilmektedir.

Ancak sabit ksm (orta enlemlerde 12 cm kadar) 24 saatlik statik gözlem ile giderilememektedir. Bu nedenle, gelgit etkileri hesaplamalarda ITRF ile uyumlu olarak dikkate alnmaldr. Bu etkinin ihmal edilmesi özellikle hassas mutlak konum belirlemede (PPP:Precise Point Positioning) önemli sistematik hataya neden olacaktr (KOUBA 2009).

Eer bu etki hesaplamalarda dikkate alnmazsa, hassas mutlak konum belirlemede uzun süreli statik gözlem yapl- sa bile ölçü noktas mutlak konumunda radyal dorultuda 12 cm, kuzey dorultusunda ise 5 cm sistematik hata olmas

olasl vardr. Dier taraftan baz uzunluklarnn 100 km’den küçük olduu göreli konum belirlemede ise bu etki bazn her iki ucunda da ayn kabul edilebileceinden büyük oranda giderilmektedir (KOUBA 2009).

5. Uydu anteni faz merkezi kayklklar:

Uydulara bal düzeltmelerin temelini, uydu arlk merkezi ile uydu anteninin faz merkezi arasndaki fark olutur- maktadr. Çünkü uydu yörünge hesabnda kullanlan uydulara etki eden kuvvetlerin modellendirilmeleri uydu arlk merkezine göre yaplmaktadr. Ayn ekilde, IGS sonuç yörünge ve saat bilgileri de uydu arlk merkezine göredir.

Oysa, uydu navigasyon mesaj anten faz merkezine göredir.

Ayrca, uydu gözlemleri de anten faz merkezine göre yaplmaktadr. Dolaysyla, arlk ve faz merkezleri arasndaki kayklk deerleri modellendirilmeli ve hesaplamalarda dikkate alnmaldr (KOUBA 2009), (ekil 2).

ekil 2: Uydu anteni faz merkezi kayklklar

Uydularda L1 ve L2 tayclarnn faz merkezi ayn kabul edilmektedir. Uydular Yer’in gölgesinden geçerlerken (yaklak 55 dakika) uydu antenleri kendini Güne’e göre doru olarak yönlendiremez ve böylece uydularn hatal

dorultusundan dolay uydu-alc uzaklklarnda çok uzun bazlar için 10 cm’ye varan hatalar ortaya çkacaktr. Buna geometrik etki ad da verilmektedir. Bunun dnda bir de dinamik etki vardr. Uydu Yer’in gölgesine girdiinde ortaya çkan hatal dorultu nedeniyle uydunun güne panelleri Güne-uydu dorultusuna dik olamayaca için uydu yörünge hesaplamalarnda kullanlan radyasyon mas

parametrelerinin modellenmesi de neredeyse olanaksz hale gelmektedir (HUGENTOBLER vd. 2001).

05 Kasm 2006 tarihine kadar bu kayklklar için sfr deerleri kullanlmtr. Bu tarihten itibaren uydu ve alc

antenleri mutlak faz merkezi deerleri kullanlmaya balanmtr.

6. Alc anteni faz merkezi kayklklar (PCV: Phase Center Variations):

GPS/GNSS uydu sinyalleri her dorultudan geldii için alc antenleri için durum uydu antenlerine göre daha da karmak hal almaktadr. Alc anteni faz merkezi konumu da bu dorultulara bal olarak farkllk göstermektedir. Bu dorultu bamllna “alc anteni faz merkezi deiimle- ri” ad verilmektedir. Bu deiimler uydularnkinin tersine L1 ve L2 için farkldr. Çünkü söz konusu deiimler, anten-tipine baml olarak farkllk göstermektedirler. Özel- likle ayn ada farkl anten modelleri kullanlyorsa bu etki daha da önem kazanmaktadr. Bu etkinin dikkate alnma- mas, baz uzunluundan bamsz olarak genellikle istasyon yüksekliinde 10 cm’ye varan hataya neden olmaktadr.

Eer ada ayn anten modeli kullanlyorsa, bu etki kendi- sini ölçek faktörü olarak göstermekte ve büyüklüü yakla-

k 0.015 ppm olarak verilmektedir (HUGENTOBLER vd.

2001).

05 Kasm 2006 (GPS haftas 1400) tarihinden önceki hesaplamalarda IGS ürünleri kullanlrken, Dorne Margolin anten dndaki modeller için göreli faz merkezi deerleri kullanlmaktayd. Bu tarihten sonra ise, farkl anten model- lerinden gelecek hatalar da dikkate alabilmek için, alc ve uydu antenleri için mutlak faz merkezi deerleri kullanl- hnm

lnm

(5)

maktadr. Hesaplamalarda farkl anten modelleri için PCV deerlerini içeren “igs05.atx” dosyas kullanlyorsa ve bu dosya içerisinde ölçmede kullanlan anten modeline ilikin bilgi yoksa, en uygun çözüm “sfr” ya da “göreli PCV”

deerlerinin kullanlmasdr. Dier taraftan, göreli ve mutlak uydu ve alc anteni faz merkezi deerleri kark olarak kullanlrsa, özellikle yükseklik bileeninde 10 cm’ye varan hatalar olmaktadr.

Eer GNSS anda deiik tip ve model antenler kullanlyorsa ve troposferik parametreler de hesaplanacaksa, mutlak faz merkezi deiimlerini içeren PCV dosyalar

mutlaka kullanlmaldr. Ayrca, PPP yöntemi ile konum belirlenecekse yine PCV dosyalar mutlaka kullanlmaldr.

7. Uydu faz dönmesi (Phase Wind Up):

Bilindii gibi GPS uydular saa polarizasyonlu (RHCP:Right Hand Circularly Polarized) sinyal yaynla- maktadr. Bu nedenle, tayc dalga faz gözlemi, alc ve uydu antenlerinin karlkl yönlendirilmelerine baldr.

Alc ya da uydu anteninin kendi düey ekseni etrafnda bir tur döndürülmesi, tayc dalga faznn 1 dalga boyu kadar kaymasna neden olmaktadr. Bu etkiye “Faz dönme etkisi”

ad verilmektedir (Wu vd. 1993).

GPS/GNSS ölçülerinde bu ve benzeri hata kaynaklarn- dan kaçnmak için, gerçek zamanl GNSS (RTK:Real Time Kinematic) amaçl ölçmeler hariç statik ölçmelerde alc

antenleri genelde kuzeye yönlendirilmektedir. Ancak, durum uydu antenleri için biraz farkldr. Uydu antenleri gü- ne panelleri günee doru ayarlanrken küçük dönmelere maruz kalmakta ve böylece uydu-istasyon geometrisi olum- suz etkilenmektedir. Daha da ötesi, uydularn belirli bir süre karanlkta kald (eclipsing) dönemlerde uydu güne

panelleri tekrar günee doru ayarlanmaktadr. Bunun sonucunda uydu anteni için yaklak yarm saat süre içerisin- de tam bir dönüe karlk gelen faz dönmeleri söz konusu olmaktadr. Bu durumlarda da faz ölçülerine düzeltme getirilmesi gerekmektedir (BAR-SEVER 1996, KOUBA 2008). Bu etki 100 km’lik baz uzunluklarnda ve göreli konum belirlemelerde göz ard edilebilmektedir. Örnein, 4000 km’lik bir baz uzunluunda bu etkinin yaklak 4 cm’lik hataya neden olduu belirlenmitir (WU vd. 1993).

Ancak, bu etkinin özellikle PPP uygulamalarnda dikkate alnmas çok önemlidir. Çünkü bu yöntemde IGS saat bilgisi hatasz kabul edilmektedir ve bu da hesaplamalarda yaklak yarm dalga boyu bir hataya karlk gelebilmektedir.

1994 ylndan bu yana tüm IGS analiz merkezleri bu düzeltmeleri hesaplamalarnda uygulamaktadr. Bu etkinin göz ard edilmesi ve IGS yörünge/saat bilgilerinin hatasz kabul edilmesi, konum ve alc saati hesabnda dm mertebesinde hatalara neden olabilmektedir. Kinematik GNSS ölçülerinde ise bu hata kayna ikili faz farklar oluturula- rak giderilmekte ve/veya alc saati hesabndaki parametre- lere dahil (absorbe) olmaktadr.

8. stasyon hzlar (konum deiimleri ):

GPS/GNSS istasyonlar genel olarak periyodik hareketlere maruz kalmaktadr. Periyodik istasyon hareketlerinin büyük bölümü, yeryüzünün önemli bir ksm için yaklak ayn

kabul edilebilir. Göreli konum belirlemede 100 km’den

küçük baz uzunluklar için bu etkilerin yok edildii kabul edilmektedir. Bunlarn büyüklüü yaklak dm mertebesin- dedir.

Ancak;

a. PPP yöntemi kullanlarak ve ITRF ile uyumlu istasyon Koordinatlar belirlenmek isteniyorsa,

b. 500 km ve daha uzun bazlarda göreli konum belirleme yöntemi kullanlacaksa,

c. Jeofizik ve/veya ülke datumu belirleme amaçl çalma- lar

yaplyorsa

bu istasyon hareketleri IGS standartlarnda belirtildi-

i/uyguland ekilde modellenmelidir. Öte yandan 1 cm’nin altnda istasyon hareketlerine neden olan baka etkiler (atmosferik yükleme, yeralt suyu/toprak nemi, kar kütlesi etkisi vb.) de vardr.

9. IGS/IERS (International Earth Rotation Service) standartlar ile uyum:

Yüksek doruluklu GNSS deerlendirmelerinde sabit olarak alnan IGS ürünleri ve çözümleri kullanlrken IGS/IERS standartlar ve tanmlarna (arlklandrmalar, modellemeler vb.) uyulmaldr. Bu durum bata PPP çö- zümleri olmak üzere uzun baz çözümlerinde özellikle önemlidir. Bu balamda, GNSS analizleri yaplrken IGS/IERS ürünleri kullanlyorsa;

* En son ITRF sürümünün kullanlmas,

* IGS yörünge bilgisi ve IGS Yer dönme parametreleri (ERP:Earth Rotation Parameters) bilgilerinin uyumlu olmas,

* IGS stasyon log dosyalarnn incelenmesi (anten faz merkezi deerleri, anten deiim bilgileri vb.) önemlidir.

10. Referans çerçeve (Datum):

Hesaplamalarda kullanlan (sabit alnan) IGS yörünge ve saat bilgileri, belirlenen konumun referans sistemini tanmlamaktadr. Örnein, IGS ürünlerini/çözümleri sabit alnarak yaplan PPP hesaplamalar dorudan global IGS referans (ITRF) sistemindedir. Serbest ya da minimum zor- lamal göreli konum belirlemede ise, yine IGS yörünge/saat bilgilerinin sabit alnd düünüldüünde, a yalnzca hassas yönlendirilmekte ve ölçei belirlenmektedir. Sonuç olarak, GNSS a çözümlerine dahil edilecek tüm çözümler ayn referans sisteminde olmaldr. ITRF çözümleri, yüksek frekansl gelgit etki modellemeleri hariç, istasyonlarda lineer hareket olduu varsaymna dayanmaktadr. ITRF çözümlerinde istasyon koordinatlar ve bunlarn hzlarnn verilmesinin nedeni budur. Oysa, en stabil istasyonlarda bile 10 mm’yi bulan hareketler olabilmektedir. Sonuç olarak, modellenemeyen bu etkiler belki de gelgit ya da yükleme etkileri tarafndan emilmektedir. Bu nedenle, söz konusu lineer yaklam gerçekte mm büyüklüünde

. .

yeterli deildir n

doruluk içi

IGS/IERS tarafndan bu konuda da çalma balatlm

olup, bir sonraki ITRF koordinatlarnn mm dorulukla belirlenecei umulmaktadr. .

(6)

4. GPS/GNSS Gözlemleri Periyodik Sinyalle- rinin Analiz Sonuçlarna Örnek Bir Çal- ma (P.FANG 2002)

GNSS gözlemlerindeki birçok etkiyi, GNSS koordinat zaman serilerinde yarm günlük, günlük, 6 aylk, yllk ve birkaç yllk periyodik sinyaller olarak görmek olanakldr.

Bu zaman serilerindeki periyodik sinyallerin nokta hzlarn

da etkiledii birçok aratrmac tarafndan ortaya konmutur. Örnein, IGS kaynakl çalmalarda, GNSS gözlemle- rinin yllk periyodik deiimlerinin genliinin yatay koor- dinatlarda 1-3 mm (faz 7-15^o), düeyde ise 4-10 mm (faz

7-15^o) olduu belirlenmitir (FANG 2002). Ayn çalmada bu yllk periyodik etkinin büyük oranda yukarda anlatl- m olan etkilerden kaynakland sonucuna ulalmaktadr.

Söz konusu çalmada 128 IGS noktasnn 1996 ylndan itibaren 4.5 yllk verileri deerlendirilmitir.

GAMIT/GLOBK yazlm kullanlarak; IGS yörünge ve ERP sabit (sk koullu) alnm, ITRF kullanlm, 128 noktal a alt alara bölünmü, troposferik parametreler hesaplanm, anten PCV deerleri kullanlm ve kat yer- yüzü gelgit düzeltmesi getirilmitir. Bu çalmann sonuç- lar aada özet olarak verilmektedir.

Önceki bölümde açklanan düzeltmelerin getirilmemesi durumunda elde edilen nokta hz vektörleri ekil 3’de gö- rülmektedir.

ekil 3: Düzletme getirilmemi hz vektörleri

ekil 3, kutup gelgiti (McCARTHY 1996) ve okyanus gelgiti (SCHERNECK 1991) düzeltmeleri getirilerek yeniden oluturulmu ve ekil 4 elde edilmitir.

ekil 4: Kutup ve okyanus gelgit düzeltmesi getirilmi hz vektör- leri

Atmosferik kütle yüklemesi (Normal olarak yatay bileen

<0.5mm, düey bileen <1.0 mm, Avrasya ve Arap Yar- madasnda ise ~ 4.0 mm) ile kar/toprak nem kütle yükleme- si (düey bileen en çok 2-3mm) ve dier mevsimsel etki düzeltmelerinden sonra ekil 5 elde edilmitir.

ekil 5: Tüm kütle yükleme etkileri giderilmi hz vektörleri 2002 ylnda yaplm olan bu çalmada henüz tek anlaml

ve yüksek doruluklu çözümler vermedii için troposferik etki modellemesi, yerli kaya termal genlemesi, dier baz

çevresel etkiler dikkate alnmamtr. Bu çalmann bir sonucu olarak jeofizik nedenler (bu çalmada dikkate alnmam olanlar dahil) ve model hatalar dolaysyla GNSS gözlemleri ile hesaplanan istasyon konumlarndaki yllk düey periyodik deiimler Tablo 2’de verilmektedir.

Tablo 2: Yllk düey periyodik deiimler ve büyüklükleri

Etki Kayna Etki Büyüklüü

(mm)

Kutup gelgiti ~4 mm

Okyanus gelgiti ~0.1 mm

Atmosferik kütle ~4 mm

Gelgit dndaki okyanus kütlesi 2-3 mm

Kar/buz kütlesi 3-5 mm

Toprak nemi 2-7 mm

Anakaya termal genlemesi ~0.5 mm Yörünge, faz merkezi ve

troposferik model hatalar

Kesin sonuç henüz yok.

A dengeleme hatas ~0.7 mm (aa göre deiir) Farkl yazlmlardan kaynaklanan

farklar

~2-3 mm , baz

noktalarda 5-7 mm

Bu çalmada, kutup gelgiti ve dier tüm kütle yükleme etkilerinin dikkate alnd modellemede ,söz konusu periyodik sinyallerin ancak %66’snn açklanabildii, geriye kalan %34’lük bölüme (artk sinyal, gürültü) ilikin yeni parametre önerileri üzerinde çalmalarn devam ettii bilgisi de yer almaktadr. Söz konusu çalma tarihinden bu

(7)

yana, gerek modellemelerde gerekse tanmlamalarda birçok deiiklikler meydana gelmitir.

Bu çalmada dikkate alnmam olan mutlak PCV de-

erleri, nutasyon modelindeki yeni tanmlamalar (IAU2000A), kat yeryüzü gelgit modelindeki ve troposferik modellemedeki yenilikler (Niell) gibi birçok gelime nedeniyle günümüz GNSS gözlem ve hesaplamalar sonucunda elde edilen periyodik sinyallerin %80 orannda açk- lanabildii, geriye kalan %20’lik bölümün ise GNSS sis- temlerinde son yllarda yaanan gelimeler (yeni sinyaller, farkl frekanslarda yayn yapan yeni uydu sistemleri vb.) ve yeni parametre önerileri ile önümüzdeki 10 yl içerisinde açklanabilecek duruma gelecei öngörülmektedir.

5. Sonuçlar ve Öneriler

Son 20 yl içerisinde uydu gözlemlerini deerlendirme stratejilerinde önemli gelimeler olmutur. Tüm bunlarn amac;

* gelimi modeller ve

* daha iyi yaklamlar kullanarak süreklilii olan yük- sek doruluklu konum/baz uzunluu zaman serilerini belir- lemektir.

Hesaplamalar sonucunda yüksek doruluk ve süreklilik isteniyorsa, ölçü ve deerlendirmelerde IGS/IERS model ve standartlarnn uygulanmas gerekmektedir. Bu nedenle, özellikle jeofizik ve jeodinamik amaçl çalmalar ile ülke datumu belirleme amaçl hesaplamalarda, bugüne kadar yaplm tüm ölçülerin (1994 ve sonras) deerlendirme yazlmlarnda ve modellemelerdeki yenilikler nda, ham ölçülerden balayarak yeniden deerlendirilmesi artk bir zorunluluk haline gelmitir. Yeni yaplmakta olan GNSS gözlemlerinden, yüksek doruluklu ve süreklilii olan zaman serileri elde edebilmek için yukarda (3. Bö- lüm) ksaca açklanan etkiler dikkate alnmal, jeofizik yorumlar bu sonuçlara göre yaplmaldr.

Kaynaklar

ION:Global Positioning System, Vol. I, Papers published in NAVIGATION, 1980.

ICD-GPS-200:Interface Control Document, NAVSTAR GPS Space Segment, July 3, 1991.

KAHVEC M., F.YILDIZ: Uydularla Konum Belirleme Sistem- leri (GPS/GNSS):Teori-Uygulama. Gelitirilmi 4. Bask, Nobel Yayn, 2009, Ankara.

KAHVEC M.: Geçmiten günümüze GPS/GNSS ölçülerini deerlendirme stratejileri ve deformasyon analizine katk- lar. TUJK Deformasyon Analizi Çaltay, 11-13 Kasm 2009, Konya.

KAHVEC M.: Yer Dönme Parametrelerinin GPS le Belirle- nen Jeodezik Büyüklükler Üzerindeki Etkileri. TUJK De- formasyon Analizi Çaltay, 2002, znik.

STEIGENBERGER P.: Reprocessing of a global GPS network.

Dissertation. Fakultaet für Bauingenieur und Vermessungswesen, Techniche Universitaet München, 2009.

WEBER R., RAY J. and KOUBA J.:Review of IGS Analysis Products, Proceedings of IGS Network, Data and Analysis Center Workshop 2002, held in Ottawa, Canada, April 8-11.

CASTRIQUE L. (1996) : IERS Annual Report 1995.

McCARTHY D. D. and G. PETIT (eds.): IERS Conventions (2003), IERS Technical Note 32.

HERRING T. A. :Precession and Nutation. The Interdiciplinary Role of Space Geodesy. Lecture Notes in Earth Sciences No.22, Springer–Verlag, 1988.

KLEUSBERG A., TEUNISSEN P. J. G. (Eds): GPS for Geodesy Springer Verlag, Germany, 1998.

MONTENBRUCK O., GILL E.: Satellite Orbits. Springer – Verlag, 2000.

KOUBA J.: A Guide to Using International GNSS Service (IGS) Products. Geodetic Survey Division, Natural Resources Canada, May 2009.

DRAGERT H., JAMES T.S. and LAMBERT A.: Ocean Loading Corrections for Continuous GPS: A Case Study at the Canadian Coastal Site Holberg, Geophysical Research Letters, Vol. 27, No. 14, pp. 2045-2048, July 15, 2000.

McCARTHY D. D.: IERS Standards, IERS Technical Note 3, D.D. 1989.

HUGENTOBLER U., SACHER S., FRIDEZ P.: Bernese GPS Software Version 4.2. Astronomical Institute University of Berne, February 2001.

WU, J.T., WU S.C., HAJJ G.A.,BERTIGER W.I., and LICHTEN

S.M.: Effects of antenna orientation on GPS carrier phase, Man. Geodetica 18, pp. 91-98.

UMBERGE J. and GENT G., 2000, The Demise of selective availability and implication for the International GPS Ser- vice, position paper presented at the IGS Network Workshop 2000, held in Oslo, Norway, July, Phys. Chem. Earth (A), Vol.

26, No.6-8, 1993.

BAR-SEVER, Y. E.: A new module for GPS yaw attitude control, Proceedings of IGS Workshop-Special Topics and New Directions, eds. G.Gendt and G. Dick, GeoforschunsZentrum, Potsdam, pp. 128-140, 1996.

KOUBA, J.: A simplified yaw-attitude model for eclipsing GPS satellites, GPS Solutions 2008: DOI:10.1007/s10291-008- 0092-, 2008.

FANG, P.: Analysis of Seasonal Signals in GPS Position Time Series. Toulouse Workshop, Sept. 2002 CGPS@TG Working Group.

McCARTHY, D.: IERS Conventions, IERS Tech. Note 21, IERS Cent. Bur.,Obs. Paris, Paris, 1996.

SCHERNECK, H.G.: A parameterized Solid Earth Tide Model and Ocean Tide Loading Effects for global geodetic baseline measurements, Geophs. J. Int. 106, pp. 677-694, 1991.