Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS)

GPS; Küresel Konumlandırma Sistemi (Global Positioning System) Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı’na ait uydulardan oluşan sistemdir. Kullanıcılarına düzenli olarak konum bilgisi ve yerel zamanın tespitinde kullanılan sinyaller yollamaktadır.

Proje seyir füzelerinin hedef bulma doğruluğunu artırmak için başlatılmış, zaman içerisinde sivil kullanıma da açılmıştır. Askerî amaçlar için dizayn edilen sistemin, günümüzde sivil kullanıcı sayısı daha fazladır.

Temel olarak yaklaşık 20,000 km yörünge yüksekliğinde bulunan 24 uydu ile çalışmak üzere dizayn edilen sisteme teknolojide erişilen gelişmeler eşliğinde yeni uydular eklenmiş ve 32 uydu ile hizmet verecek hale getirilmiştir.

1978 yılında ilk GPS uydusu fırlatılmıştır. 1985 yılına kadar yörüngedeki uydu sayısı 10’a yükselmiş, 1 tane başarısız fırlatma deneyimi yaşanmıştır. 1990 yılına gelindiğinde ise toplam olarak 19 uydu fırlatılma işlemi yapılmıştır.

1983 yılında rota ihlali yaparak Sovyet hava sahası içerisine giren Kore Hava Yolları uçağının Sovyetler Birliği Hava Kuvvetleri tarafından düşürülmesi ile birlikte sivil kullanımda GPS sinyallerinin kullanımının hataları önleyeceği ve tehlikeleri azaltacağına vurgu yapılmıştır. Yaşanan olay sonrasında dönemin ABD başkanı Ronald Reagan, GPS sinyallerinin sivil kullanıma da açılacağını açıklamıştır. Bu kullanım izninden yola çıkılarak sivil kullanıma da açık olacak şekilde 1989 ila 1994 yılları arasında 24 adet uydu fırlatılmıştır.

Bant genişliğinin büyük bölümü askeri kullanıma ayrılmış, sivil kullanım için ise nispeten düşük kaliteli sinyal yayınlanmıştır. Seçici erişilebilirlik (SA) ilkesi gereğince izin verildiği ölçüde sivil kullanıma izin verilmiştir. Ancak zaman içinde sivil kullanımın ve ihtiyacın artmasıyla birlikte sivil kullanıma sunulan sinyallerin iyileştirilmesi amacıyla 2000 yılında kullanım hassasiyeti 100 m’den 30 m’ye düşürülmüştür.

Kullanıcılar sahip oldukları cihazlar ile GPS uydularından sinyalleri edinirler. Uydulardan gelen sinyal içerisinde hassaslaştırılmış zaman bilgisi de yer almaktadır. Cihaz uydulardan gelen sinyallerdeki gecikme sürelerini ışık hızını da işin içerisine katarak her uyduya olan uzaklığını hesaplar. Bununla birlikte dünyanın dönüş hızını da içeren bir matris oluşturulur ve kartezyen koordinat hesaplanır.

GPS sistemi temel olarak 3 bileşen üzerinden çalışmaktadır. Bunlar: GPS uyduları, yer kontrol istasyonları ve kullanıcı terminalidir.

GPS Uyduları: En az 24 uydudan oluşmak üzere tasarlanmış ilk bileşendir. Dünya yüzeyinden yaklaşık olarak 20.000 km yükseklikte bulunmaktadır. Yükseklikleri sebebi ile yer yüzünde geniş bir alanı tarayabilme kabiliyetleri mevcuttur. Uydular her 11 Saat 58 dakikada Dünya çevresindeki turlarını tamamlar.

Yer Kontrol İstasyonları: GPS uydularını sürekli izlemek için kurulan yer istasyonları gerekli hallerde uydulara müdahale edilmesi ve kontrol işlemleri için kurulmuştur. Uydulara olan uzaklıklarını sürekli olarak denetleyen 5 adet istasyon mevcuttur. Bunlar: Colorado Springs (Merkez istasyon),Ascension Adası, Diego Garcia, Kwajalein, Hawaii ve Cape Canaveral'da konuşlandırılmıştır.

Kullanıcı Terminali: Konum bilgisini almak isteyen kullanıcıyı ve kullandığı teçhizatı temsil eder. Farklı hassasiyet ve donanımda cihazlar mevcut olmakla birlikte askerî uygulamalar ve sivil uygulamalar için farklı modeller mevcuttur.

Kullanım Alanları

Sivil ve askerî olarak iki alana ayrılabilir.

Askerî Kullanım: ABD’nin çıkarlarını korumak ve dünya üzerinde daha etkin olabilmek amacıyla geliştirdiği GPS, daha önce de bahsedildiği gibi öncülü askerî uygulamalar olan bir sistemdir. Günümüzde ABD ve kullanım izni verdiği dost ülkeler, GPS bilgilerine erişebilmekte ve askerî harekat planları dâhilinde kullanabilmektedir. Kara birlikleri tarafından öncelikle bilinmeyen arazide ve gece koşullarında intikal amaçlı olarak kullanılmasının yanı sıra yükseklik bilgisinin de elde edilebilme yeteneği ile zemin farkındalığı yaratmak için kullanılmaktadır. Dost birliklerin takibi için merkezî olarak sistem kullanıldığı için gerektiği hâllerde arama-kurtarma faaliyetinde de işlevseldir. Ayrıca insansız hava araçları (İHA) ve nükleer patlama tespitinde de kullanılmaktadır.

Sivil Kullanım: Araç navigasyonu, havacılık, denizcilik, bilimsel araştırmalar, güvenlik, ağır vasıta yönlendirme, haritacılık, iletişim, finansal sistem, spor ve sosyal alanlarında kullanılmaktadır.

GPS ile yapılan ölçümlerde zaman zaman hatalarla karşılaşılmaktadır. Bu hatalar alıcı kaynaklı veya sistem kaynaklı olabilir.

Sistem Kaynaklı Hatalar: Uydu konum hataları, uydu saat hataları, atmosferik hatalar, sinyal yansıma hataları, anten faz merkezi hataları, seçimli doğruluk erişimi, uydu yerleşimi olarak sıralanabilir.

Kullanıcı Kaynaklı Hatalar: Yanlış DATUM seçimi, GPS antenlerinin yanlış yerleştirilmesi olarak değerlendirilebilir.

DGPS (Diferansiyel GPS) olası hataları gidermek için sabit bir istasyondan gelen sinyallerin de işlenerek doğruluğun artırılma yöntemidir.

Yeni Nesil Operasyonel Kontrol Sistemi -OCX- (Next Generation Operational Control System) adı verilen eylem planı ile birlikte GPS teknolojisi ve kullanım alanlarında gelişmeler hedeflenmektedir. Bu gelişmeler ile birlikte öncelikle sivil sinyal sayısı 4’e çıkartılmış (L2, L2C, L5, L1C) böylece sisteme olan sivil kullanıcı talebinin karşılanması planlanmıştır.

Yeni nesil sistemle birlikte, yeni nesil uydular tasarlanma aşamaları sürmektedir. Bu uydularla birlikte sistemin mevcut olanın iki katı uyduyu desteklemesi planlanmaktadır. Bununla kanyonlar, dağlık araziler, şehir içerisindeki kalabalık alanlar gibi kapsama alanının artırılması hedeflenmektedir. Gerçekleşebilecek bir siber saldırıya karşı da sistemin korunması sağlanacaktır. Yeni nesil uydular ile birlikte uydu ömürlerinin 15 yıla çıkartılması hedeflenmektedir.

Havacılık seyrüseferinde de GPS sistemindeki gelişim ile birlikte gelişmeler yaşanması beklenmektedir. Özellikle iniş destek sistemlerinde hassasiyet ve güvenlik artırılmaya çalışılmaktadır. Bunun için gerek havacılık otoriteleri ve gerekse geliştirme çalışmalarını yürüten kuruluşlar yeni sistemler üzerinde çalışmaktadır. FAA (Amerikan Havacılık İdaresi) tarafından standartları belirlenerek geliştirilen WAAS (Geniş Alan Artırma Sistemi, Wide Area Augmentation System) ile birlikte hava araçları GPS sistemini uçuşun tüm aşamalarında gerekli güvenlik sınırları içinde kullanabilmektedir. Yer istasyonları ile desteklenen sistem ile ilgili çalışmalar devam etmekte olup yakın dönemde çift frekanstan yayın yapacak hâle getirilmesi hedeflenmektedir. Sistemin tüm hava araçlarına hizmet vermesi hedeflenmektedir.