GPS’in (Küresel Konumbelirleme Sistemi) çalışma prensibi açıklanırken benzetmek amacı ile bir dedektif hikayesi anlatılır.
Olay Londra’da geçmektedir. Zengin bir ailenin kızı fidye için kaçırılır. Kızın gözleri bağlanır ve kaçıranlar tarafından hapsedileceği bir binaya götürülür. Kız çok dikkatlidir; binaya girdikten sonra bir merdivenden tırmanmaktadırlar; kız o an her basamağı ve dönüşleri hesap ederek çıktıkları katları sayar. Ayrıca, basamakların gıcırtısından buranın eski bir bina olduğunu düşünür. Onuncu katta bir odaya götürülür. Canı sıkılmasın diye de yanına bir radyo konur. Ama gözden kaçan bir şey daha vardır: Londra’nın ünlü Big Ben Saat kulesi! Her saat başı o anki saate göre çanını çalan harika bir kurtarıcı…
Çanın her vuruşu 4 saniyedir… Ayrıca, saatin 12 vuruşları da radyodan veriliyor… Ki uzak olanlar da çan seslerini duyabilsinler…
Kız radyodan da çan seslerini duyar. Saatin kaç olduğunu anlayabilmek için hemen vuruşları saymaya başlamıştır bile. Ancak, 13 kez çan sesi duymuştur. Bu olacak şey değildir! Yani Big Ben şimdiye kadar hiç hata yapmamıştır. O sırada fidyeciler, kızın ailesine gönderilmek üzere ses kaydı için içeri girerler. Kıza söylemesi gerekenleri söylerler. Kız fidyecilerin isteklerini sıralarken sözlerine eski on katlı bir binada 13 Big Ben vuruşu duyduğunu da ilave etmeyi unutmaz. Rakamın uğursuz olabileceğini, onun için de hemen fidyecilerin isteklerinin yerine getirilmesi gerektiğini söyler. Ele geçen bu ses kaydındaki ipucu sayesinde, İngiliz dedektifi kolaylıkla şifreyi çözer; binayı bulur ve kızı kurtarır.
Bunun teknik açıklaması; Big Ben’ in vuruşlarının ses olarak kıza ulaşması ile radyodan işitilmesi arasındaki zaman farkı tam bir vuruş aralığı kadar olmalı ki son vuruşun gelmesi 13. vuruş gibi yorumlansın. Bu da Big Ben’ den 4 saniyelik sesin yol mesafesinde, 10 katlı eski bir bina demektir. Yani, 320 m/sn x 4 sn = 1280 m. demektir. Aslında, bu mantığı çoğaltmak ve çözümü kolaylaştırmak mümkündür.
Diyelim 24 adet vuruş veya iki Big Ben Saat kulesi: bu şekilde ilk çözümdeki 1280 m’lik yarıçapı araştıracak olan dedektifin işi 2 saat kulesinin oluşturacağı dairelerin kesişmeleri ile oluşacak daha küçük bir alanın araştırılması ile kolaylaşacaktır. Ama en güzeli 3 adet saat kulesi olduğu durumdur. Zira GPS’in çalışma mantığını en basit şekilde bu örnekleme açıklar.
Çünkü GPS ile konum belirleme işleminde kullanıcının en az 3 uyduya gereksinimi vardır ama kesin konumun belirlenebilmesi için dördüncü bir uydu yardımcı olur. Sabit duran veya hareket halindeki cisimlerin konumlarının belirlenmesi, iyi tanımlanmış bir koordinat sistemine göre genellikle üç koordinat değeriyle veya bir noktayı yerel bir koordinat sisteminin merkezi olarak kabul eden diğer bir noktaya göre yapılabilir. Bunlardan ilkine “nokta konum belirleme”, ikincisine ise “bağıl konum belirleme” denir. Sabit duran bir cismin konumunun belirlenmesi “statik konum belirleme”, hareketli bir cismin konumunun belirlenmesi ise “kinematik konum belirleme” adını alır.
Uzaydan konum belirleme sistemi (Ekstraterrestrial), Dünyanın etrafında bir yörüngede veya daha uzak bir mesafede bulunan bir cisimden yayımlanan veya yansıyan bir elektromanyetik dalgayı kullanarak yeryüzündeki veya yeryüzüne yakın noktaların konumlarını saptayan bir sistemdir.
Uzay teknolojisine dayanan tüm ekstraterrestrial teknikler 1957 yılında Sputnik 1 uydusu ile başlamıştır. Uydu kullanımıyla, gök cisimlerine bağlı konumbelirleme ve radyo sinyallerinden faydalanma teknikleri birleştirilmiş, Konum belirlemede doğruluk açısından büyük gelişmeler sağlanmıştır. Sputnik 1’in kullanımından, günümüze kadar gelen süreç içerisinde uyduya bağlı konum belirlemede büyük gelişmeler elde edilmiştir. İlk navigasyon amaçlı uydu sistemi olan Transit’in geliştirme çalışmaları 1958 Aralık ayında başlamıştır (Navigasyon: Denizcilik donanmasındaki filoların takibi ve iletimi). Bu uydu, 1964 Ocak’ından bu yana hizmetini sürdürmektedir. Uzay tabanlı sistemlerin öncüleri sayılan Transit (U.S. Navy Navigation Satellite System ) ve Rus Tsikada sistemleri yüksek doğrulukta iki boyutlu konum bilgisi sağlayan sistemlerdir. 1972’de Transit sisteminin de geliştiricileri olan John Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarınca kesin zaman bilgisinin sağlanması için çok hassas saatli uydu projesi olan Timation’ı geliştirmiştir (Usanmaz, 1998). Küresel Konum belirleme Sistemi (Global Positioning System), düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağıdır ve uydularla aramızdaki mesafeyi ölçerek Dünya üzerindeki kesin yerimizi tespit etmeyi mümkün kılar.
GPS, 1970’lerin başında Amerikan Savunma Departmanı (U.S. Department of Defense/DOD) tarafından geliştirilen uydu bazlı bir takip sistemidir. İlk olarak Amerikan Ordusunun ihtiyaçlarını yerine getirmek üzere bir ordu sistemi olarak geliştirildi (Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger ve Collins, 2001). 1983’de, büyük yolcu uçağı KAL 007’nin Sovyetler Birliği hava sınırlarından geçerken Hava Kuvvetleri tarafından düşürülüp, kabindeki 279 yolcunun ölümü ile sonuçlanmasından sonra, Birleşik Devletler Başkanı Ronald Reagan, GPS sisteminin tamamlandığında sivil kullanımına sunulacağını açıklamıştır.
Bununla birlikte, daha sonraları siviller için elde edilebilir olarak üretildi ve şimdi çift yönlü kullanım sistemine (Dual-Use System) hem ordu hem de sivil kullanıcılar tarafından geçilmiş durumdadır (Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger ve Collins, 1992). Bu olağanüstü sistemi kurmak Amerika’ya ucuza mal olmamıştır. Sistemin kurulum değeri yaklaşık olarak 12 milyar ABD dolarıdır Devam eden bakım masrafları sistemin değerini arttırmaktadır (Garmin, 2000). Amerika Birleşik Devletleri (ABD) Hava Kuvvetlerinin 3 boyutlu ve Dünyaçapında servis verecek olan 621B isimli Navigasyon projesi ve Timation projesi GPS’in temel çalışmalarını oluşturmaktadır. ABD Savunma Bakanlığınca bu iki çalışmanın birleştirilmesi sonucunda uydu tabanlı konum ve zaman belirleme sistem geliştirilmiş ve bu sisteme Navigation System Time and Ranging – GlobalPositioning System (NAVSTAR –GPS) adı verilmiştir. Sistem, yörüngeleri bilinen uydulardan eşzamanlı olarak gönderilen sinyaller yardımı ile bağıl uzaklıklarölçerek GPS alıcısının konumunu belirlemektedir.
Kaynak: Yıldız Teknik Üniversitesi- Harita Mühendisliği Bölümü – Lisans Bitirme Tezi-Güncel GPS Uygulamaları – İlkay AYDIN