Küresel Konumlandırma Sistemi Nedir? GPS'i Anlamak

Küresel Konumlandırma Sistemi veya GPS, konumlandırma, navigasyon ve zamanlama sistemi (PNT) sağlayan bir Küresel Navigasyon Uydu Sistemidir (GNSS). Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı (ABD) tarafından geliştirilmiştir. DoD) 1970'lerin başında. Sırasıyla 32 uydu takımyıldızı ve 27 uydu takımyıldızı ile navigasyon sistemi. GPS Teknolojisinin geliştirilmesinden önce, navigasyon için (deniz, kara veya suda) ana yardım, haritalar ve pusuladır. GPS'in tanıtılmasıyla birlikte, navigasyon ve konum konumlandırma, iki metre veya daha az bir konum doğruluğu ile çok kolay hale geldi. 2 Boyutlu Düzlemdeki Alıcı Alıcının 3 Boyutlu Uzaydaki KonumuGPS Alıcı TipleriKüresel Konumlandırma Sistemi (GPS)UygulamalarıGPS Tarihi GPS'in geliştirilmesinden önce, ABD tarafından LORAN (Uzun Menzilli Navigasyon) gibi yer tabanlı navigasyon sistemleri ve Birleşik Krallık'tan Decca Navigator System navigasyon için ana teknolojilerdir. Bu tekniklerin her ikisi de Radyo Dalgalarına dayanmaktadır ve menziller birkaç yüz kilometre ile sınırlıydı. 1960'ların başında Amerika Birleşik Devletleri Devlet Kuruluşlarından üçü Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA), Savunma Bakanlığı (DoD) ve Ulaştırma Bakanlığı (DoT), diğer birçok kuruluşla birlikte, yüksek doğruluk, hava koşullarından bağımsız çalışma ve küresel kapsama alanı sağlamak amacıyla uydu tabanlı bir navigasyon sistemi geliştirmeye başladı. Bu program, Navigasyon Uydu Zamanlama ve Menzilli Küresel Konumlandırma Sistemine (NAVSTAR Küresel Konumlandırma Sistemi) dönüştü. Bu sistem ilk olarak Birleşik Devletler Ordusunun ihtiyaçlarını karşılamak için askeri bir sistem olarak geliştirilmiştir. Birleşik Devletler Askeri, NAVSTAR'ı navigasyon, silah sistemi hedefleme ve füze yönlendirme sistemleri için kullandı. Düşmanların bu navigasyon sistemini Amerika Birleşik Devletleri'ne karşı kullanma olasılığı, sivillere erişim verilmemesinin ana nedenidir. İlk NAVSTAR uydusu 1978'de fırlatıldı ve 1994'te yörüngeye 24 uydudan oluşan tam bir takımyıldız yerleştirildi ve böylece tamamen çalışır durumda. 1996'da ABD Hükümet, GPS'in siviller için önemini kabul etti ve hem askeri hem de sivillere erişim sağlayan çift kullanımlı bir sistem ilan etti. aynı anda gözlemlenen birkaç uydu. Bu uyduların konumları zaten biliniyor ve dolayısıyla bu uydulardan dördü ile alıcı arasındaki mesafe ölçülerek, GPS alıcısının konumunun üç koordinatı, yani enlem, boylam ve yükseklik belirlenebilir. Alıcının konumundaki değişiklik çok doğru bir şekilde belirlenebildiği için alıcının hızı da belirlenebilir. GPS SegmentleriBu karmaşık Küresel Konumlandırma Sisteminin yapısı üç ana segmente ayrılır: Uzay Segmenti, Kontrol Segmenti ve Kullanıcı Segment. Bunda, kontrol segmenti ve uzay segmenti Birleşik Devletler Hava Kuvvetleri tarafından geliştirilir, işletilir ve bakımı yapılır. Aşağıdaki görüntü, GPS sisteminin üç bölümünü göstermektedir. Uzay SegmentiGPS'nin Uzay Segmenti (SS), Dünya çevresinde yaklaşık dairesel yörüngelerde dönen 24 uydudan oluşan bir takımyıldızdan oluşur. Uydular, her biri dört uydudan oluşan altı yörünge düzlemine yerleştirilmiştir. Yörünge düzlemlerinin eğimi ve uyduların konumlandırılması, dünyanın herhangi bir yerinden en az altı uydunun her zaman görüş hattında olacağı şekilde belirli şekillerde düzenlenmiştir. Takımyıldızın uzaydaki düzenine gelince, GPS Uydular, Orta Dünya Yörüngesine (MEO) yaklaşık 20,000 KM yükseklikte yerleştirilmiştir. Yedekliliği artırmak ve doğruluğu artırmak için, takımyıldızındaki toplam GPS Uydusu sayısı 32'ye yükseltildi, bunlardan 31'i çalışır durumda.Kontrol SegmentiGPS'nin Kontrol Segmenti (CS), dünya çapında bir izleme ve kontrol ağından oluşur. ve izleme istasyonları. Kontrol bölümünün birincil görevi, GPS uydularının konumlarını takip etmek ve yardım manevra komutları ile onları uygun yörüngelerde tutmaktır. Ayrıca kontrol sistemi, yerleşik sistem bütünlüğünü, atmosferik koşulları, atomik saatlerden gelen verileri de belirler ve sürdürür. ve diğer parametreler. GPS Kontrol Segmenti yine dört alt sisteme bölünmüştür: Yeni Ana Kontrol İstasyonu (NMCS), Alternatif Ana Kontrol İstasyonu (AMCS), dört Yer Anteni (GA) ve dünya çapında bir İzleme İstasyonları ağı (MS'ler). GPS Uydu Takımyıldızı için merkezi kontrol düğümü, Ana Kontrol İstasyonudur (MSC). Colorado, Schriever Hava Kuvvetleri Üssü'nde bulunur ve 24×7 çalışır. Ana Kontrol İstasyonunun ana sorumlulukları şunlardır: Uydu bakımı, Yük izleme, atom saatlerini senkronize etme, Uydu manevrası, GPS Sinyal performansını yönetme, Navigasyon Mesajı verilerini yükleme, algılama GPS Sinyalizasyon arızaları ve bu arızalara yanıt verme. Birkaç İzleme İstasyonu (MS) vardır, ancak bunlardan altısı önemlidir. Hawaii, Colorado Springs, Ascension Adası, Diego Garcia, Kwajalein ve Cape Canaveral'da bulunurlar. Bu Monitör İstasyonları uyduların konumunu sürekli olarak takip eder ve veriler daha fazla analiz için Ana Kontrol İstasyonuna gönderilir. Uydulara veri iletmek için Ascension Island, Cape Canaveral, Diego Garcia ve Diego Garcia olmak üzere dört adet Yer Anteni (GA) bulunmaktadır. Kwajalein. Bu antenler, verileri uydulara bağlamak için kullanılır ve veriler Saat düzeltme, Telemetri Komutları ve Navigasyon Mesajları gibi herhangi bir şey olabilir. Kullanıcı Segmenti GPS sisteminin Kullanıcı Segmenti, navigasyon için siviller ve askeri gibi teknolojinin son kullanıcılarından oluşur, kesin veya standart konumlandırma ve zamanlama. Genel olarak, GPS servislerine erişmek için, kullanıcının Bağımsız GPS Modülleri, GPS özellikli Cep Telefonları ve özel GPS Konsolları gibi GPS Alıcıları ile donatılması gerekir. Bu GPS Alıcıları ile sivil kullanıcılar, standart konumu, doğru bir şekilde bilebilirler. askeriyenin hassas konumlandırma, füze güdümü, navigasyon vb. için kullandığı süre ve hız. . Bunun için GPS alıcıları, bir nesnenin konumunun, nesne ile halihazırda bilinen konumlara sahip birkaç diğer nesne arasındaki mesafeyi ölçerek belirlenebildiği bir yöntem olan Trilaterasyon adlı bir Matematiksel yöntem kullanır. Alıcı modülün alıcının yerini bulması için aşağıdaki iki şeyi bilmesi gerekir:• Uyduların Uzaydaki Yeri ve• Uydular ile GPS Alıcısı Arasındaki Mesafe Uyduların Yerlerinin Belirlenmesi Uyduların yerlerini belirlemek için. uydular, GPS Alıcıları, GPS Uyduları tarafından iletilen iki tür veriyi kullanır: Almanak Verileri ve Efemeris Verileri. GPS Uyduları, yaklaşık konumunu sürekli olarak iletir. Bu verilere, uydu yörüngede hareket ettikçe periyodik olarak güncellenen Almanak verileri denir. Bu veriler GPS Alıcısı tarafından alınır ve hafızasında saklanır. GPS Alıcısı, Almanak verileri yardımıyla uyduların yörüngelerini ve uyduların nerede olması gerektiğini belirleyebilir. Uzaydaki koşullar önceden tahmin edilemez ve uyduların sapma olasılığı çok yüksektir. onların gerçek yolu. Ana Kontrol İstasyonu (MCS), özel İzleme İstasyonları (MS) ile birlikte yükseklik, hız, yörünge ve konum gibi diğer bilgilerle birlikte uyduların yolunu izler. Herhangi bir parametrede herhangi bir hata varsa, düzeltilen veriler uydulara gönderildi, böylece tam konumda kalacaklar. MCS tarafından uyduya gönderilen bu yörünge verisine Efemeris Verisi denir. Uydu bu verileri aldığında konumunu düzeltir ve bu verileri GPS Alıcısına da gönderir. Almanak ve Ephemeris, GPS Alıcısı her zaman uyduların tam konumunu bilebilir. Uydular ve GPS Alıcısı Arasındaki Mesafenin Belirlenmesi GPS Alıcısı ile Uydular arasındaki mesafeyi ölçmek için zaman büyük rol oynar. Uydunun GPS Alıcısına olan uzaklığını hesaplama formülü aşağıda verilmiştir: Mesafe = Işık Hızı x Uydu Sinyalinin Geçiş Süresi Burada Geçiş Süresi Uydu Sinyalinin (Radyo Dalgaları Şeklindeki Sinyal, Uydu tarafından GPS Alıcısına gönderilir) Alıcıya ulaşır. Işığın hızı sabit bir değerdir ve C = 3 x 108 m/s'ye eşittir. Saati hesaplamak için öncelikle Uydu tarafından gönderilen sinyali anlamamız gerekir. Uydunun ilettiği Dönüştürülen Sinyale Pseudo Random Noise (PRN) denir. Uydu bu kodu üretip göndermeye başladığında, GPS Alıcısı da aynı kodu üretmeye başlar ve bunları senkronize etmeye çalışır. Daha sonra GPS Alıcısı, Alıcı tarafından oluşturulan kodun gönderilen uydu ile senkronize edilmeden önce geçmesi gereken gecikme miktarını hesaplar. kodu.Uyduların konumu ve GPS Alıcısına olan uzaklığı bilindikten sonra, GPS Alıcısının 2B Uzayda veya 3B Uzayda konumunu bulmak aşağıdaki yöntemle yapılabilir. Alıcının 2B Düzlemdeki Konumu 2 – Boyutlu uzayda nesnenin veya GPS Alıcısının konumunu bulmak için, yani bir XY Düzlemi, bulmamız gereken tek şey GPS alıcısı ile iki uydu arasındaki mesafedir. D1 ve D2, Alıcının sırasıyla Uydu 1 ve Uydu 2'ye olan mesafesi olsun. Şimdi, uydular merkezde ve yarıçapı D1 ve D2 olacak şekilde, bir XY Düzlemi üzerinde etraflarına iki daire çizin. Bu durumun resimli gösterimi aşağıdaki resimde gösterilmiştir. Yukarıdaki resimden, GPS Alıcısının iki dairenin kesiştiği iki noktadan herhangi birine yerleştirilebileceği açıktır. Uyduların üstündeki alan hariç tutulursa, uyduların altındaki dairelerin kesiştiği noktada GPS Alıcısının konumunu belirleyebiliriz. GPS Alıcısının konumunu belirlemek için iki uydudan gelen mesafe bilgisi yeterlidir. 2-D veya XY Düzlemi. Ancak gerçek dünya 3 Boyutlu bir Uzaydır ve GPS Alıcısının 3 Boyutlu konumunu belirlememiz gerekiyor yani Enlem, Boylam ve Yüksekliği. GPS Alıcısının 3 Boyutlu konumunu belirlemek için adım adım bir prosedür göreceğiz. Alıcının 3B Uzaydaki Konumu Uyduların GPS Alıcısına göre konumlarının zaten bilindiğini varsayalım. Uydu 1, Alıcıdan D1 mesafesinde ise, alıcının konumunun, uydu 1'in merkez ve D1'in yarıçapı olduğu küre yüzeyinin herhangi bir yerinde olabileceği açıktır. alıcıdan ikinci bir uydu (Uydu 2) D2 ise, alıcının konumu sırasıyla D1 ve D2 yarıçaplı iki kürenin merkezlerde Uydu 1 ve 2 ile kesişmesiyle oluşan daire ile sınırlandırılabilir. , GPS Alıcısının konumu, kesişim çemberi üzerinde bir noktaya kadar daraltılabilir. Mevcut iki uyduya GPS Alıcısından D3 mesafesi olan üçüncü bir uyduyu (Uydu 3) eklersek, alıcının konumu üç kürenin kesişimi ile sınırlıdır, yani iki noktadan herhangi biri. Gerçek zamanlı durumlarda, GPS Alıcısının belirsizliğinin iki konumdan birinde bulunması uygun değildir. Bu, alıcıdan D4 mesafeli dördüncü bir uydunun (Uydu 4) tanıtılmasıyla çözülebilir. Dördüncü uydu, daha önce sadece üç uydu ile belirlenen olası iki konumdan GPS Alıcısının yerini saptayabilecektir. Bu nedenle, gerçek zamanlı olarak, nesnenin tam konumunu belirlemek için en az 4 uydu gerekir. Pratik olarak, GPS Sistemi, Dünya'nın herhangi bir yerinde bulunan bir nesneye (GPS Alıcısı) en az 6 uydu her zaman görünecek şekilde çalışır.Tipler GPS Alıcılarının SayısıGPS hem siviller hem de ordu tarafından kullanılmaktadır. Bu nedenle, GPS alıcı türleri Sivil GPS Alıcıları ve Askeri GPS Alıcıları olarak sınıflandırılabilir. Ancak standart sınıflandırma yöntemi, alıcının algılayabileceği kod türüne bağlıdır. Temel olarak, bir GPS Uydusunun ilettiği iki tür kod vardır: Kaba Alım Kodu (C/A Kodu) ve P – Kodu. Tüketici GPS Alıcı birimleri yalnızca C/A Kodunu algılayabilir. Bu kod doğru değildir ve bu nedenle sivil konumlandırma sistemine Standart Konumlandırma Hizmeti (SPS) denir. P – Kodu ise Askeriye tarafından kullanılır ve oldukça hassas bir koddur. Ordu tarafından kullanılan konumlandırma sistemine Hassas Konumlandırma Hizmeti (PPS) denir. GPS Alıcıları, bu sinyallerin kodunu çözme yeteneğine göre sınıflandırılabilir. Ticari olarak mevcut GPS alıcılarını sınıflandırmanın bir başka yolu da, sinyal alma yeteneğine dayanmaktadır. Bu yöntemi kullanarak GPS Alıcıları şu şekilde ayrılabilir: Tek – Frekans Kodlu Alıcılar Tek – Frekans Taşıyıcı – Düzgün Kodlu Alıcılar Tek – Frekans Kodu ve Taşıyıcı AlıcılarÇift – Frekans AlıcılarıKüresel Konumlandırma Sistemi (GPS) Uygulamaları GPS, Küresel Altyapının önemli bir parçası haline geldi, internete benzer. GPS, modern yaşamın farklı yönlerine yayılan geniş bir uygulama yelpazesinin geliştirilmesinde kilit unsur olmuştur. Büyük ölçekli üretimin artması ve bileşenlerin minyatürleştirilmesi, GPS Alıcılarının fiyatını düşürdü. GPS'in önemli bir rol oynadığı uygulamaların küçük bir listesi aşağıda belirtilmiştir. Modern tarım, GPS'in yardımıyla üretimde bir artış gördü. Çiftçiler, tarla alanı, ortalama verim, yakıt tüketimi, kat edilen mesafe vb. hakkında kesin bilgi almak için modern elektronik cihazlarla birlikte GPS Teknolojisini kullanıyor. Otomobil alanında, endüstriyel veya tüketici uygulamalarında en sık kullanılan otomatik yönlendirmeli araçlardır. GPS bu araçların navigasyon ve konum belirlemede kullanılmasını sağlar. Siviller navigasyon amacıyla GPS Alıcıları kullanırlar. GPS alıcısı, özel bir modül veya cep telefonlarında ve kol saatlerinde yerleşik bir modül olabilir. Trekking, yol gezileri, araba kullanma vb. konularda çok yardımcı olurlar. Ek özellikler, aracın doğru zamanını ve hızını içerir. İtfaiye ve ambulans gibi acil servisler, GPS ile afet yerinin doğru konumlandırılmasından yararlanır ve zamanında müdahale edebilir. Askeri, navigasyon, hedef takibi, füze için yüksek hassasiyetli GPS alıcıları kullanır. rehberlik sistemleri vb. GPS'in kullanıldığı veya gelecekte çok geniş bir kullanım kapsamına sahip olduğu çok sayıda başka uygulama var.İlgili Yazılar:Kablosuz İletişim: Giriş, Türler ve UygulamalarÇoğullayıcı ve Çoğullayıcı İnternetiniz Neden Sürekli Kesiliyor?Gömülü C Programının Temelleri MEMS Sensörleri Nedir?

Mesaj bırakın 

İleti listesi