ASELSAN Sayfa Dönüş

Hangi GPS?

Erdoğan Tohum* Elektrik- Elektronik Y.Müh 

Eylül 1996 Tarihli ASELSAN dergisinde GPS'in tasarım süreci ve teknik özellikleri tanıtılmıştı. Geçen zaman içinde oluşan gelişmeler, özellikle Avrupa'nın Galileo'sunun adının anılır olması ile yerbulum servis sağlayıcılarının son durumları bu yazıda özetlenmeye çalışılmıştır. 

Bu yazıda amaçlanan GPS'in detaylı teknik özellikleri yerine şu anda dünyada mevcut ve geliştirilmekte olan küresel yerbulum sistemlerinin tanıtımı ve karşılaştırılmasıdır. 

Mevcut küresel yerbulum sistemlerinin birçok uygulamada tek başlarına, desteksiz kullanımları olanaklı olamamaktadır. Bu zorluğun çözümü için kullanılan iyileştirme (augmentation) sistemlerinin en bilinenleri, ABD'de kullanılan WAAS, Japonya'daki MSAS ve Avrupa için EGNOS dur. Bu destek sistemlerinin sunduğu hizmetin kullanımı için de almaçların uygun arauyumlarının olması gerekmektedir. (Örneğin, RTCM SC-104 ) Ayrıca GPS ve GLONASS gibi iki sistemi birlikte kullanarak daha iyi bir çözüm sağlayan almaçlar da kullanıma girmiştir. Tasarımı planlanan Galileo ise mevcut tüm sistemleri de değerlendirerek sinerji etkisi yapabilecek bir yapıda düşünülmektedir.

Herhangi bir yöngüdüm (navigation) sisteminin başarım ölçütleri; onun doğruluğu, kullanılabilirliği, sürekliliği ve bütünlüğü olarak verilmektedir. Kısaca bunların ne anlama geldiklerini görelim. (Kolay anlaşılabilmesi için çok alışık olunan GSM sistemi ile benzeşimler yapılmaktadır.)

Doğruluk-(GSM karşılığı ses kalitesi.) Bir referans değere olan yakınlık. Örneğin daha önce koordinatı bilinen bir yerin, ölçüldüğünde bu referansa göre doğruluğu veya bir saatin, referans bir istasyonda kullanılan atomik saate göre doğruluğu. 

Kullanılabilirlik-(GSM karşılığı kapsama alanı içinde olmak) Tanımlanan işlevlerinin belirtilen kapsama alanı içinde sağlanması. Birçok durumda bu terim bir yerde sinyalin varlığı anlamına gelmektedir. Bu sinyalleri yayan göndermecin kapasitesi yanında sinyalin yayıldığı ortamdaki atmosferik olaylar veya diğer sinyallerle olan girişim gibi etkiler kapsanma alanı içinde kalma oranı cinsinden ifade edilen kullanılabilirlik değerini etkilemektedir. Örneğin GPS için (standart servis) bu oran en az zamanın %99.85inde küresel kaplama olarak verilmektedir. Diğer bir deyişle bir yılda en fazla 788.4 dakikalık bir kullanılamama söz konusu olabilecektir. 

Süreklilik-(GSM karşılığı, servis sağlayıcının sistemi sürekli çalıştırması.) İdeal olarak herhangi bir yöngüdüm sistemi sürekli olarak kullanılabilir olmalıdır. Fakat planlı veya öngörülemeyen kesintiler sistemin belirli bir süre kullanılamamasına neden olabilir. Süreklilik, sistemin kesintisiz olarak öngörülen kalitede işlevini yerine getirmesidir. 

Bütünlük-Sistemin hizmet kalitesini etkileyen bir sorun oluştuğunda bu sorunun algılanması ve kullanıcının uyarılarak ürettiği çözümün hatalı olabileceğinin belirtilmesi (bazı uygulamalar için bu durum eğer bilinmezse çok tehlikeli olabilecek sonuçlara yol açabilir) gerekmektedir. GPS'te olası sistem anormalliklerine karşı çeşitli önlemler alınmıştır. Bunlar, uyduların kendi kendilerini kontrolleri (otosınama), yeryüzündeki ana kontrol merkezinden sistemin izlenmesi ve kullanıcıların bizzat kendi almaçlarında bulunan RAIM algoritmaları ile yapılmaktadır. Almaçlarda kullanılan bu RAIM kavramı herhangi bir GPS uydusunda arıza var mı? varsa hangisi? sorularına yanıt aramaktadır (1987 de Rudy Kalafus tarafından önerilmiştir).

NAVSTAR GPS

Bilindiği gibi GPS (veya Navstar GPS) Amerikan Hava Kuvvetleri tarafından işletilen askeri bir sistemdir. Uzay kısmı, hassas zaman sinyalleri yayan 24 adet uydudan oluşmaktadır. 20 yılı alan bu sistemin konuşlandırılması 10 milyar doları aşan bir maliyete neden olmuştur. Ayrıca yıllık işletme masrafı vardır. Amerikan Silahlı Kuvvetleri yöngüdümden, akıllı bombaya kadar bir çok amaç için artan bir oranda kullanmaktadır. Bununla beraber bu olanağın sivil amaçlı kullanımı hem çeşit hem de mali tutar olarak askeri uygulamaların çok ötesinde olmuştur. Uydularca sağlanan bu hizmet dünyanın her tarafına ücretsiz olarak günde 24 saat süresince sunulmaktadır. Bu olanağın sivil kullanıma açık olan kısmı, şifreli olan askeri kullanım hassasiyetinde olmasa bile, kötü kullanımına karşı tedbirler düşündürecek ölçüde dikkat gerektirmektedir(1).

 Halen 4 milyondan fazla GPS kullanıcısı dünya üzerinde mevcuttur ve GPS uygulamalarının yaratacağı pazarın gelecek 3 yılda 8'den 16 milyar dolara yükselmesi beklenmektedir (Avrupanın pazar payı yaklaşık %6). Sivil amaçlı kullanım için sinyal kalitesi SA yöntemi ile yapay olarak bozulmaktaydı. Fakat yakın zaman önce kullanım gerekçesi tartışılan (çünkü DGPS yöntemi kullanılarak bu etkiden kurtulunabiliyor ayrıca bunun yanında izin verilenden daha iyi bir hassasiyet elde edilebiliyor. Kaynakça-1'de DGPS istasyonlarının yok edilmeleri, dost olmayan kullanıma karşı alınması gerekli tedbirler arasında sayılmaktadır) bu bozucu SA etkisi de kaldırılarak(2) sivil kullanım için yaklaşık 10 katlık bir duyarlılıkta iyileşme sağlanmıştır. Ayrıca bu durum dünya üzerindeki GPS kullanımında da bir artışa yol açabilecektir. SA'nın kaldırılması ile güvenlik açısından oluşabilecek riskin de yeni teknolojiler sayesinde GPS sinyalinin yerel olarak bozulabilme yeteneğine sahip olunması gösterilmektedir. (Yani istenilen bölgenin sinyali istenildiği sürece bozulabilmektedir.) GPS teknolojisi ASELSAN'daki çeşitli projelerde kullanım alanı bulmuştur. Bunlardan "Trunk Telsiz Araç Konum İzleme Sistemi"(3) içinde GPS'in de yer aldığı bir uygulamadır. Bu sistemin olası bir uygulaması acil durumda olan ticari taksinin yerinin merkezde bulunan sayısal harita üzerinde görülerek en yakındaki emniyet birimince müdahale olanağının sağlanmasıdır. Ayrıca GPS arauyumu birçok Aselsan cihaz ve sisteminde yer almaktadır. Dikkat çeken en son sivil kullanım yerlerinden biri de Paris şehir içi otobüs ulaşımında hangi otobüsün durağa ne zaman geleceğini durak panolarında gösteren bir sistemdir. Burada ayrıca otobüslerin şehir içindeki işleyişleri de merkezden izlenebilmektedir(4).

GPS'in yalnızca ABD'nin denetiminde bir sistem olması diğer devletlerin de kendi benzer sistemlerini geliştirip kullanmasına neden olmuştur. Büyük bir imkan olmasına rağmen, bu teknolojiye sahip olamayan ülkelerce kritik askeri uygulamalarda tek başına kullanımı risk taşımaktadır. 

GLONASS

Hemen hemen GPS'le eşzamanlı olarak o zamanki adıyla SSCB'nin geliştirdiği benzer amaçlı diğer bir sistem de GLONASS'tır. Mali imkansızlıklar yüzünden GPS kadar sağlıklı işletilemese de halen kullanılan bir sistemdir. Aktif olarak çalışması amaçlanan 24 adet uydudan ancak aşağıda 9 adedi hizmet verebilmektedir. 

GALILEO

Henüz tamamlanmayan, ancak karar verilirse 2008 yılında bitmesi amaçlanan ve 3 milyar €'ya mal olacağı tahmin edilen Avrupa'nın küresel yerbulum sistemi de Galileo'dur. Bu değerdeki bir yatırımın yaratacağı pazarın oluşturması umulan vergi gelirinin bundan kat kat fazla olacağına kesin gözüyle bakılmaktadır. 
EGNOS, GNSS-1, GNSS-2 olmak üzere 3 evrede tamamlanması planlanmaktadır. Ayrıca EGNOS'un da kendi içinde,ilk aşaması tamamlanan, 3 aşamada ve 3 konuda hizmet vermesi planlanmaktadır. İlk aşaması yerbulum amaçlı olarak, GPS benzeri sinyaller gönderecek, Inmarsat'tan kiralanan 2 uydu ile kullanıcılara iki ek uydu imkanı vererek, hava araçlarının yöngüdümü gibi kritik uygulamalar için en az 6 adet uydu görülebilirliğini garanti etmektir. (GPS'te bu sayı 4'tür). Bütünlük (integrity) sağlama amaçlı ikinci aşamasında GPS, GLONASS ve EGNOS uydularının yerdeki gözlem istasyonlarından hata tahminlerinin yapılarak, bir uyduda sorun yaşandığında, kullanıcılara 10sn içinde bilgilendirilecektir. Bu servis olmasaydı bu süre en az 15 dk olurdu), üçüncü ve son aşamada da, GPS'in standart sağladığı hizmette elde edilebilir yerbulum hatasını 5-10 metre kadar iyileştireceği belirtilen, geniş alan sinyal düzeltme hizmeti amaçlanmaktadır. Avrupa kıtasında yere göre durgun erim (geostationary ranging), bütünlük izlenmesi (integrity monitoring) ve geniş alan farksal iyileştirme (wide area differential augmentation) sağlanacaktır. Bu evrenin 2002 tarihinde bitirilmesi amaçlanmaktadır. GNSS-1'de küresel olarak EGNOS, WAAS ve MSAS'nin birleştirilerek hizmet sağlanması ve son evre olacak olan GNSS-2'de de 2.nesil uydu tabanlı bir yöngüdüm sisteminin tamamlanması amaçlanmaktadır. Aslında 2000 sonunda Avrupa'nın bu sistemi tamamlamak için gerekli teknik ve mali kaynaklar ile gerekli politik isteğin var olup olmadığının ortaya çıkması beklenmektedir. Bazı kaynaklara göre böyle bir sistemin tanımlanma aşamasında alt yüklenicilik yapacak, bu konularda deneyimli, 350-400 mühendislik bir insan gücüne gerek duyulacağı ve bu sayının da Avrupa'da bu konuda şu anda mevcut insan kaynağının sınırlarında olduğu tahmin edilmektedir.

Avrupa Komisyonu (EC) ve Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından Aralık 2000 tarihinde tamamlanması düşünülen Avrupa'nın gereksinimlerini karşılayacak Galileo'nun tanımlanma evresi için iki seçeneğe odaklanıldığı bildirilmektedir: Bunlardan birincisi 21 MEO uydusu ile geniş alan iyileştirme  sistemleriyle (WAAS, EGNOS ve MSAS gibi) birlikte çalışabilecek üç GEO uydusundan oluşmasıdır. Diğeri ise 36 MEO ve 9 GEO uydusundan oluşacak tamamen bağımsız bir sistemdir. Burada Galileo'nun avantajı daha önceki sistemlerde elde edilen bilgilerin kullanılarak "tekerleğin yeniden icat edilmemesi" kolaylığıdır. Örneğin böylece yeni uydu yörüngeleri de GPS'inkine çok benzer olarak seçilmiştir.

Galileo'nun geliştirilmek istenmesinin gerekçeleri şöyle açıklanmaktadır (5):

Sonuç

Görüldüğü gibi dünyada aynı amaç için kullanılan birisi geliştirilme aşamasında olan 3 adet küresel yerbulum sistemi mevcuttur. Bunlardan Amerika Birleşik Devletleri'nin geliştirdiği GPS isimli olan hem öncülük yapmış (dolayısıyla standartları belirlemiş ve önemli bir pazar payı elde etmiştir) hem de tam olarak (son olarak SA'nın kaldırılması ile) artan bir kalitede hizmet vermektedir. 

Rusya Federasyonu'nun GLONASS sistemi de kısıtlı sayıda uydu ile hizmet vermektedir fakat gelecekte bunun tamamlanabileceği düşünülebilir. 

En son olarak ta tasarım kararı verilirse Galileo'nun sonradan gelme avantajını iyi değerlendirerek mevcutlardan daha düşük bir maliyetle ve daha yüksek bir güvenilirlikle GPS'e ciddi bir rakip olabileceği söylenebilir. Galileo'nun gerçekleşme sürecinde çeşitli aşamalar geçildikçe oluşan imkanlar hizmete sunularak peyderpey kullanım güvenliği ve kalitesi artırılmaktadır.

KISALTMALAR

DGPS: Differential GPS
EC: Avrupa Komisyonu 
EGNOS: European Geostationary Navigation Overlay Service
ESA: Avrupa Uzay Ajansı
GEO: Geosynchronous Earth Orbit
GLONASS: Global Navigation Satellite System
GNSS:Global Navigation Satellite System
GPS: Global Position System
MEO: Medium Earth Orbit
MSAS: MTSAT Satellite Based Augmentation System
MTSAT: The Japanese Multi-Functional Transport Satellite
RAIM: Receiver Autonomous Integrity Monitoring
RTCM: Radio Technical Commission for Maritime Services
SA: Selective Availability
WAAS: Wide Area Augmentation System 

KAYNAKÇA

(1) The Global Positioning System-Assessing National Policies, Critical Technologies Institude, RAND,1995 
(2) The White House, Office of the Press Secretary, For Immediate release May 1,2000," Statement By The President Regarding The United States'Decission To Stop Degrading Global Positioning System Accuracy"
(3) Trunk Telsiz Araç Konum İzleme Sistemi, Mustafa Koşaroğlu, Aselsan Dergisi sayı 44,1998
(4) "Paris Public Transit, The GPS Difference", GPS World October 1999
(5) "Galileo, Challenge and Opportunity" Galileo's World, Winter 2000,Advanstar Communications Inc.
(6) "Performance of Standalone GPS", by J.L.Leva, M.U. de Haag, and K. Van Dyke, in Understanding GPS:Principles and Applications, edited by E.D. Kaplan, Artech House Publishers,1996
(7) Institude of Navigation,Vol-V 2000
(8) Bülent Sankur-Yorgo İstefanopulos,Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Terimleri Sözlüğü, Boğaziçi Üniversitesi Yayınları, Mart 1997

ÖZGEÇMİŞ

E.Tohum 1965 yılında Ankara'da doğan Erdoğan TOHUM, Hacettepe Üniversitesi Elektrik-Elektronik Müh. Bölümünden 1987 yılında mezun olmuştur. 1990 yılında ODTÜ Elektronik Müh. Bölümünde Kontrol Sistemleri dalında yüksek lisans programını tamamlamıştır. 1988-91 yılları arasında aynı bölümde Araştırma Görevlisi olarak bulundu. Halen HC Grubu Elektronik Tasarım Müdürlüğü, Sayısal Donanım Grubunda Şef Mühendis olarak görev yapıyor.