GPS Küresel Konumlama Sistemi Nedir?

GPS (Global Positioning System), küresel konumlama sistemi manasına gelmektedir. Amacı dünya etrafında dönen uydular aracılığıyla yeryüzündeki alıcıların konumunu belirlemektir. GPS, Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığına ait bir uydu sistemdir. Dünyanın çevresinde tam 24 adet gps uydusu dolaşmaktadır bunların 18’i çalışan, 6’sı yedek uydulardır ve uyduların tamamı yine Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığına aittir. Bu uydular çok düşük güçlü radyo sinyalleri yayarlar. Yeryüzündeki GPS alıcısı, bu sinyalleri alır. Böylece konum saptaması gerçekleşmiş olur.

GPS’in Tarihçesi

Sistemin ilk kuruluş gayesi bütünüyle askeri amaçlar içindi. GPS alıcıları yön bulmakta, askeri çıkartmalarda ve roket atışlarında, kıtalar arası füzelerde ve hassas güdümlü füzelerde, balistik füzelerde fırlatma pozisyonunun daha doğru belirlenmesinde kullanılmak üzere dizayn edilmiştir. Ancak 1983 senesinde bir Kore yolcu uçağının hatalı konum saptama sebebiyle yasak hava sahasına girip düşürülmesi ve 269 kişinin ölümüyle sonuçlanan olaydan sonra sivil kullanıma da açılmıştır.

GPS’in Kullanım Alanları

Hayatımızda çoğunlukla navigasyon cihazları ve cep telefonlarımız ile Küresel Konumlama Sistemini kullanırız. Bu konum bilgisini kullanarak haritada o an bulunduğumuz konumu gösterebilir ve seçtiğimiz hedefe ulaşmamız için gerekli rota bilgilerini hesaplayarak en iyi yolu, en ekonomik yolu doğrudan seçebiliriz. Bu işlem için cihaz içerisinde harita bilgisinin yüklü olması gereklidir. Cep telefonlarında ise, harita bilgisi önceden yüklenebileceği gibi, internet bağlantısı aracılığı ile en güncel harita bilgisi elde edilebilmesinin beraberinde anlık trafik bilgisi gibi imkanlar da sunulabilmektedir. Elektronik projelerde GPS, konum takibinde, hassas hız ölçümlerinde ve İHA (drone) projelerinde sıklıkla kullanılmaktadır.

GPS’in çalışma prensibi

Dünya yörüngesinde bulunan GPS uydularında bir hayli hassas atomik saatler bulunur. Bu saatler, diğer uydular ve yeryüzünde bulunan saatler ile senkronize olarak çalışmaktadır ve herhangi bir sapma günlük olarak düzeltilmektedir. Uydular, yörüngede bulundukları konumu ve bu hassas saat bilgisini daimi olarak Dünya’ya göndermektedirler. Dünya üstündeki herhangi bir Küresel Konumla Sistemi alıcısı çalıştırıldığında, kapsama alanında bulunan GPS uydularından en az 3 tanesinden bu sinyallere ihtiyaç duyar ve gelen saat bilgilerinin mutlak zamandan ne kadar sapma yaptığını bularak her bir uydudan uzaklığını öğrenebilen GPS alıcısı, bu bilgiler ile dünya üstündeki konumunu hesaplayabilmektedir.

GPS Konumu Nasıl Bulur?

GPS konusundaki en büyük yanılgılardan biri uyduların hedef nesnenin konumunu belirlediğidir. Sanılanın tam tersine sistem kullanıcının nerde olduğunu saptamaz. Kendi konum bilgilerini GPS kullanıcısına gönderir. Alıcı aldığı bilgiler ışığında haberleştiği uydular arasındaki mesafeyi hesaplar kesin ve konum belirler. Bu kısım önemli çünkü açıklandığı üzere hedefin kesin doğru konumun belirlenmesi için birden çok uydudan bilgi alınması gerekir. Konum hesabının doğru yapılabilmesi için 18 aktif uydudan en az dördü ile haberleşilmesi gerekir.

Konum Bulmak İçin Neden En Az 4 Uyduya İhtiyaç Var?

Dünya üstündeki konumumuz üçlü koordinat sistemi ( x, y, z ) ile belirlenebilirken neden dört uyduya ihtiyacımız vardır? Aşağıda ki görselde de görebileceğiniz gibi hesaplamada Küresel Konumlama Alıcısı ile uydu arasındaki mesafeler kullanıldığından, her bir uydu mesafesine göre GPS ‘in bulunduğu konum ihtimallerinin kesişimi en az 4 uydu kullanımında tek bir noktaya indirgenebiliyor. Bu sebeple GPS konumunuzu belirlemek için anlık olarak en az 4 uydu ile haberleşir. Genelde GPS sistemlerinde en az dört en fazla oniki uydu ile haberleşilir.

GPS Sistemi ve Einstein ‘ın Temel Görelelik Kuramı

Görelelik Kuramı göz önüne alınmazsa sistem yeterli hassasiyette ölçümler yapamayacağından çalışamaz hale gelir. Uydular yörüngede dünyadan 20.000 km uzaklıkta dönerler ve bu uzaklıkta çekim etkisi dünyaya göre daha azdır ve zaman daha hızlı akar. Bu nedenle GPS uydusu için zaman gün içerisinde 45 mikrosaniye daha hızlı akar. Ayrıca cisimler hızlandıkça zaman cisim için daha yavaş akar ve bu da uydular için zamanın gün içerisinde 7 mikrosaniye daha az akması anlamına gelir. Ki bu iki nedenin sonucunda uydular ve dünya arasında günlük 38 mikrosaniyelik bir zaman farkı oluşturur. GPS uyduları nanosaniyeler ile çalıştığından, mikrosaniye saniyenin milyonda biri olmasına rağmen sistem verilerinde çok büyük saptamalara neden olur. Yani eğer görelelik hesaba katılmadan hesaplar yapılacak olsa sistem dakikalar içerisinde çöker. Günlük 10 km artan oranda hata verir ve sadece günler sonra konumunuzu belki de yüzlerce kilometrekarelik bi çapın  içerisinde herhangi bir yerde verebilir. Bu sorunun gidirilmesi amacıyla uydular içerisinde atomik saatler barındırılmakta ve bu saatler sayesinde anlık düzeltmelerle bu hata ihtimalleri sıfıra indirdirgenmektedir.