GPS Nedir?
İngilizce "Global Positioning System" kelimelerinin kısaltması olan GPS(Türkçe: Küresel Konumlandırma Sistemi), uydu sinyallerinden faydalanarak Dünya üzerinde bulunduğumuz yeri 5-10 metre hassasiyetle ölçer. Bu sinyalleri yayan sistem, ABD Savunma Bakanlığı'na ait, yörüngede sürekli olarak dönen uydulardan oluşur. Bu uydular radyo sinyalleri yayarlar ve yeryüzündeki GPS alıcısı bu sinyalleri alır. Böylece konum belirlenmesi mümkün olur.
Bu sistem ilk olarak tamamen askeri amaçlar için kurulmuştur. Bu sistemden faydalanarak askeri çıkartmalarda kolayca yön bulmak ve roket atışlarında nokta atışı yapmak hedeflenmiştir. Ancak, 1980'lerde GPS sistemi sivil kullanıma da açılmıştır. Fakat GPS alıcılarının doğada kullanılabilecek kadar küçük ve ucuz olmasından sonra yaygın şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Şu an GPS alıcılarının arabada, gemide veya doğada kullanılmak üzere üretilmiş birçok modeli mevcuttur. Dünyada ünlü GPS alıcısı üreticileri olarak Garmin, TomTom, Magellan gibi markalar sayılabilir.
GPS Nasıl Çalışır?
Amerikan Savunma Bakanlığı, dünya yörüngesine 24 adet GPS uydusu yerleştirmiştir. Bu sayı 2008 itibariyle 32'ye ulaşmıştır. Bunların bir kısmı sadece Amerikan ordusunun kullanımına açıktır. Fazla yükseklikte bulunan uydular oldukça geniş bir görüş alanına sahiptirler ve dünya üzerindeki bir GPS alıcısının her zaman en az 4 adet uyduyu görebileceği şekilde yerleştirilmişlerdir. Bu uydular, dünyanın her tarafına sürekli yer ve zaman bilgisi yayınlar. Küçük, elde kullanılan portatif GPS alıcısı bu uydulardan sinyalleri alır ve bunların kodlarını çözerek, yer ve yükseklik bilgilerini elde eder. İki boyutlu yer bilgisini elde etmek için (enlem ve boylam), alıcı üç uydudan sinyal almak zorundadır. Dördüncü sinyal alınabilirse, yükseklik de belirtilir.
GPS sisteminin nasıl çalıştığını bir örnekle incelemek gerekirse, Türkiye'nin herhangi bir yerinde kaybolduğunuzu hayal edin. Nerede olduğunuz hakkında en ufak bir fikriniz yok. Oranın yerlisi birine nerede olduğunuzu soruyorsunuz. Size, İstanbul'dan kuş uçuşu 350 km uzakta olduğunuzu söylüyor.
Bu gerçekten bilinmesi zor bir bilgi, fakat pek de işinize yaramıyor. Çünkü bulunduğunuz yer, İstanbul'un çevresinde yarı çapı 350km olan bir çemberin herhangi bir noktası olabilir.
Başka bir yerliye nerede olduğunuzu sorduğunuzda ise size, Samsun'dan 330km uzakta olduğunuzu söylüyor. Şimdi bir yerlere varıyorsunuz. İlk bilginizi bu bilgiyle birleştirdiğinizde kesişen iki çember elde ediyorsunuz. Artık biliyorsunuz ki, Samsun'a 330km, İstanbul'a 350 km uzaklıkta olan bu iki noktadan birinin üzerindesiniz.
Üçüncü bir kişi size Kayseri'den 200km uzakta olduğunuzu söylediğinde ise, bu iki olasılıktan birini eliyorsunuz. Çünkü üçüncü çember bu iki noktadan sadece bir tanesini kesebilir. İki nokta'dan birisi elendiğinde ise Ankara'da olduğunuzu anlıyorsunuz.
GPS sistemi de aynı mantıkla çalışıyor. Uydular size çeşitli uzaklıklar veriyor ve alıcılar bu uzaklıkları kullanarak nerede olduğunuzu gösteriyor. Gördüğünüz üzere 2 boyutlu uzayda bunu yaparken de en az 3 veriye, yani uyduya ihtiyaç duyuyor.
3 boyutlu uzayda düşündüğümüzde ise, bu sefer çemberlerin kesişimleri değil kürelerin kesişimleri söz konusu oluyor. İlk örneğe benzer bir örnek vermek gerekirse; A uydusundan aldığınız sinyaller size, A uydusundan 10 km uzakta olduğunuzu söylüyor. Bu da demek oluyor ki A uydusu merkez olmak üzere, 10 km yarıçaplı bir kürenin üzerinde herhangi bir noktadasınız.
Daha sonra B uydusunun sizden 15 km uzaklıkta olduğunu öğreniyorsunuz. İki kürenin kesiştiği yerlere bakınca bunun bir çember olduğunu anlıyorsunuz ve böylece olabileceğiniz yerler bir çemberin üzerindeki noktalara dönüşüyor. 3. bir uydu olabileceğiniz noktaları 2 ye indiriyor. Bu noktada yüksekliği hesaplayamayarak dünyada nerede olduğunuzu anlayabiliyorsunuz. Çünkü bu iki noktadan biri uzayda oluyor ve bu noktayı eleyebiliyorsunuz. Fakat 4. bir uydu size tam olarak nerede olduğunuzu söylüyor ve yüksekliğinizi de bilebiliyorsunuz. 4'ten sonraki uydular ise hata oranını azaltıyor ve isabeti arttırıyor.
Aşağıdaki animasyonda GPS'in nasıl çalıştığını görebiliyoruz.
Her ne kadar harika cihazlar olsalar da, GPS alıcılarının birkaç kör noktası vardır. Uyduların gönderdiği sinyaller "Görüş Hattında" Line of Sight ilerler. Yani bulutlardan, camdan ve plastikten geçebilir, ancak duvar ve dağ gibi katı cisimlerden geçemez. En büyük sorun, kalın bir orman örtüsü altında veya derin vadi ve kulvarlar içinde cihazın yeterli uydu sinyali alamaması ihtimalidir. Ayrıca GPS sinyalleri binalardan yansıdığı için şehir içlerinde araziye oranla hassasiyeti azalır. Yeraltına kazılan tünellerde ise sinyal elde edilemez. Bu durumda ya açık araziye ilerlemeli ya da bilinen pusula tekniklerini kullanmanız gerekir.
Hatalı sinyallerin elde edilebileceği ya da hiç sinyal elde edilemeyen bölgelerde kullanılmak üzere geliştirilen Diferansiyel GPS'ler tarafından bu hatalar en aza indirilerek daha hassas bir yer ölçümü yapılabilir. Bu tür GPS cihazları daha karmaşık ve daha pahalıdır, çünkü sinyallerini uyduların yanı sıra, yer istasyonlarından da alır. Bunlar, sadece bir yer vericisinin ortalama 600 kilometre yakınında kullanılabilir. Bu nedenle, normal GPS alıcılarının kullanıldığı gibi her yerde kullanılamazlar.
