GPS

Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) ⓘ

Küresel Konumlandırma Sistemi logosu
Menşe ülke/ler	Birleşik Devletler
Operatör(ler)	ABD Uzay Kuvvetleri
Tip	Askeri, sivil
Durum	Operasyonel
Kapsam	Küresel
Doğruluk	500-30 cm (16-0,98 ft)
Takımyıldızı boyutu
Toplam uydular	77
Yörüngedeki uydular	31
İlk fırlatma	22 Şubat 1978; 44 yıl önce
Toplam lansman	75
Yörünge özellikleri
Rejim(ler)	6 MEO uçağı
Yörünge yüksekliği	20.180 km (12.540 mil)
Diğer detaylar
Maliyet	12 milyar dolar (başlangıç takımyıldızı) Yıllık 750 milyon dolar (işletme maliyeti)
Web sitesi	gps.gov

Dünya yörüngesindeki GPS Blok IIR uydusunun sanatçı izlenimi

Denizcilik uygulamalarında sivil GPS alıcıları ("GPS navigasyon cihazı")

Bir takside otomotiv navigasyon sistemi

Bir Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı Kıdemli Havacısı Küresel Konumlandırma Sistemi uydu operasyonları sırasında bir kontrol listesinden geçiyor. ⓘ

Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS), orijinal adıyla Navstar GPS, Amerika Birleşik Devletleri hükümetine ait olan ve Amerika Birleşik Devletleri Uzay Kuvvetleri tarafından işletilen uydu tabanlı bir radyonavigasyon sistemidir. Dört veya daha fazla GPS uydusuna engelsiz bir görüş hattının olduğu Dünya üzerinde veya yakınında herhangi bir yerdeki bir GPS alıcısına coğrafi konum ve zaman bilgisi sağlayan küresel navigasyon uydu sistemlerinden (GNSS) biridir. Kullanıcının herhangi bir veri iletmesini gerektirmez ve herhangi bir telefon veya İnternet alımından bağımsız olarak çalışır, ancak bu teknolojiler GPS konumlandırma bilgilerinin kullanışlılığını artırabilir. Dünya çapında askeri, sivil ve ticari kullanıcılara kritik konumlandırma yetenekleri sağlar. Birleşik Devletler hükümeti GPS sistemini oluşturmuş, kontrol etmiş ve bakımını üstlenmiş olsa da, GPS alıcısı olan herkes tarafından serbestçe erişilebilir. ⓘ

GPS projesi 1973 yılında ABD Savunma Bakanlığı tarafından başlatılmıştır. İlk prototip uzay aracı 1978 yılında fırlatıldı ve 24 uydudan oluşan tam takımyıldızı 1993 yılında faaliyete geçti. Başlangıçta Birleşik Devletler ordusunun kullanımıyla sınırlı olan sivil kullanıma, Kore Hava Yolları'nın 007 sefer sayılı uçuşunun ardından Başkan Ronald Reagan'ın verdiği bir idari emrin ardından 1980'lerden itibaren izin verilmiştir. Teknolojideki gelişmeler ve mevcut sisteme yönelik yeni talepler, GPS'in modernize edilmesi ve yeni nesil GPS Blok IIIA uyduları ile Yeni Nesil Operasyonel Kontrol Sisteminin (OCX) uygulanması çabalarına yol açmıştır. Başkan Yardımcısı Al Gore ve Clinton Yönetimi'nin 1998'deki duyuruları bu değişiklikleri başlatmış ve 2000 yılında ABD Kongresi tarafından onaylanmıştır. ⓘ

1990'ların başından itibaren GPS'in konum doğruluğu ABD hükümeti tarafından Seçici Kullanılabilirlik adı verilen ve 1999'da Kargil Savaşı sırasında Hindistan ordusunun başına geldiği gibi sisteme erişimi seçici olarak engelleyebilen veya hizmeti herhangi bir zamanda bozabilen bir programla düşürüldü, ancak Başkan Bill Clinton tarafından imzalanan bir yasa uyarınca bu uygulamaya 1 Mayıs 2000'de son verildi. Sonuç olarak, birçok ülke başka küresel ya da bölgesel uydu navigasyon sistemleri geliştirmiş ya da kurma sürecindedir. ⓘ

Rus Küresel Navigasyon Uydu Sistemi (GLONASS) GPS ile eşzamanlı olarak geliştirilmiş, ancak 2000'li yılların ortalarına kadar dünyayı tam olarak kapsayamamıştır. GPS'e ek olarak GLONASS alımı bir alıcıda birleştirilebilir, böylece daha hızlı konum düzeltmeleri ve iki metre (6,6 ft) içinde gelişmiş doğruluk sağlamak için ek uydular kullanılabilir. ⓘ

Çin'in BeiDou Navigasyon Uydu Sistemi 2018'de küresel hizmetlere başladı ve 2020'de tam dağıtımını tamamladı. Ayrıca Avrupa Birliği Galileo navigasyon uydu sistemi ve Hindistan'ın NavIC'i de bulunmaktadır. Japonya'nın Quasi-Zenith Uydu Sistemi (QZSS), GPS'in Asya-Okyanusya'daki doğruluğunu artırmak için GPS uydu tabanlı bir artırma sistemidir ve 2023'te GPS'ten bağımsız uydu navigasyonu planlanmaktadır. ⓘ

Seçici kullanılabilirlik 2000 yılında kaldırıldığında, GPS yaklaşık beş metre (16 ft) hassasiyete sahipti. L5 bandını kullanan GPS alıcıları 30 santimetre (11,8 inç) içinde nokta tespiti yaparak çok daha yüksek doğruluğa sahipken, üst düzey kullanıcılar (tipik olarak mühendislik ve arazi ölçme uygulamaları) bant genişliği sinyallerinin birkaçında iki santimetre içinde doğruluğa ve hatta uzun vadeli ölçümler için milimetrenin altında doğruluğa sahip olabilirler. Akıllı telefonlar gibi tüketici cihazları, 4,9 m'ye kadar (veya Wi-Fi konumlandırma gibi yardımcı hizmetler de etkinleştirildiğinde daha iyi) doğru olabilir. Mayıs 2021 itibariyle 16 GPS uydusu L5 sinyalleri yayınlamaktadır ve sinyaller operasyonel öncesi olarak kabul edilmekte olup yaklaşık 2027 yılına kadar 24 uyduya ulaşması planlanmaktadır. ⓘ

GPS Blok II-F uydusunun sanatçı tarafından yapılmış bir görseli. ⓘ

Yaygın olarak kullanılan bir taşınabilir GPS sinyal alıcı cihazı. ⓘ

GPS projesi, öncelindeki navigasyon sistemlerinin kısıtlı işlevselliklerini aşabilmek amacıyla 1960'lardan gelen bir dizi gizli mühendislik çalışması da dahil olmak üzere ilk denemelerde ortaya çıkan birkaç görüşün de bütünleştirilmesi ile, 1973 yılında geliştirilmişti. GPS, ABD Savunma Bakanlığı (DoD) tarafından esas olarak 24 uydu ile çalışacak şekilde tasarlanıp yapılmış ve devreye alınmıştı. 1994 yılında tam olarak işler hale gelmiştir. Sistem, Bradford Parkinson, Roger L. Easton ve Ivan A. Getting'in icatları ile güçlendirildi. ⓘ

Tarih

GPS takımyıldızı sistemi animasyonu ⓘ

GPS projesi, önceki navigasyon sistemlerinin sınırlamalarının üstesinden gelmek için 1973 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde başlatıldı ve 1960'lardan kalma gizli mühendislik tasarım çalışmaları da dahil olmak üzere birkaç öncülden gelen fikirleri birleştirdi. ABD Savunma Bakanlığı, başlangıçta 24 uydu kullanan sistemi ABD ordusu tarafından kullanılmak üzere geliştirdi ve 1995 yılında tam olarak faaliyete geçti. Sivil kullanıma 1980'lerden itibaren izin verilmiştir. Deniz Araştırma Laboratuarı'ndan Roger L. Easton, The Aerospace Corporation'dan Ivan A. Getting ve Uygulamalı Fizik Laboratuarı'ndan Bradford Parkinson bu sistemi icat eden kişiler olarak anılmaktadır. Gladys West'in çalışmaları, GPS için gereken hassasiyetle uydu konumlarını tespit etmeye yönelik hesaplama tekniklerinin geliştirilmesinde etkili olmuştur. ⓘ

GPS'in tasarımı kısmen 1940'ların başında geliştirilen LORAN ve Decca Navigator gibi benzer yer tabanlı radyo-navigasyon sistemlerine dayanmaktadır. ⓘ

1955 yılında Friedwardt Winterberg, yapay uyduların yörüngesine yerleştirilmiş hassas atomik saatler kullanarak güçlü bir yerçekimi alanında zamanın yavaşlamasını tespit eden bir genel görelilik testi önermiştir. Özel ve genel görelilik, GPS uydularındaki saatlerin, Dünya'dakiler tarafından gözlemlendiği gibi, Dünya'dakilerden günde 38 mikrosaniye daha hızlı çalıştığını öngörüyordu. GPS'in tasarımı bu farkı düzeltmektedir; çünkü bu yapılmadığı takdirde GPS ile hesaplanan konumlarda günde 10 kilometreye (6 mil/gün) varan hatalar birikecektir. ⓘ

Öncüller

NAVSTAR GPS resmî belirtkesi		ABD Hv. K. 50. Uzay Kanatları belirtkesi

1956 yılında, Alman-Amerikan fizikçi Friedwardt Winterberg yapay uydular içinde yörüngeye yerleştirilen hassas atom saatleri kullanılarak genel görelilik denemesi (güçlü bir yerçekimi alanındaki yavaşlayan süre için) önerdi. Genel görelilik kullanılmaksızın, yörüngede günde 38 mikrosaniye daha hızlı bir şekilde süre düzeltmesi çalıştırmak için GPS brüt arızalanmasına yol açardı. Sovyetler Birliği 1957 yılında ilk insan yapımı peyk olan Sputnik'i fırlattı; bu, GPS için ilave bir esin kaynağı oldu. İki Amerikan fizikçi, William Guier ve George Weiffenbach, Johns Hopkins'in Uygulamalı Fizik Laboratuvarı'nda (APL), Sputnik'in radyo sinyali iletimlerinin izlenmesine karar verdi. Doppler etkisi nedeniyle peykin, yörünge boyunca nerede olunduğunun bilgisini içindeki saatleri ile kesin olarak verebileceğini fark etti. APL Müdürü onlara gereken yoğun hesaplamaları yapmak için kendi UNIVAC bilgisayarına verileri giriş iznini verdi. Bir sonraki bahar, Frank McClure, APL müdür yardımcısı, Guier ve Weiffenbach'a, verilen ters problemi araştırmak için bu uydunun kullanıcının yerini saptamasını sordu. Bu, (denizaltıdan-fırlatılan Polaris füzesini geliştiren Donanma'nın, denizaltı konumunu bilebilmesi için gerekliydi.) onların ve APL'nin Transit sistemini geliştirmesine yol açtı. 1959 yılında, ARPA'da (adı 1972 yılında DARPA olarak değiştirildi) Transit sisteminin geliştiriminde rol aldı. ⓘ

Amerika Birleşik Devletleri Deniz Kuvvetleri tarafından kullanılan ilk uydu navigasyon sistemi, Transit, 1960 yılında başarıyla test edildi. Yaklaşık saatte bir seyir düzeltmesi sağlayabilir bir uydu takımında (satellite constellation) beş uydu kullanıldı. 1967 yılında, ABD Deniz Kuvvetleri, GPS sisteminde gerekli bir teknoloji olarak uzay şartlarında, yüksek doğruluklu saat ölçümü için Timation uydusunu geliştirerek yeteneğini kanıtladı. 1970'lerde, yer tabanlı Omega Navigasyon Sistemi, faz karşılaştırmasına dayanarak istasyon çiftlerinden sinyalin aktarımı ile dünya çapında ilk telsiz konumlandırma sistemi olmuştur. Bu sistemlerin sınırlandırılmaları daha fazla doğruluk ile daha evrensel bir navigasyon çözümüne ihtiyacı sürdürdü. ⓘ

Geliştirilme eylemlerinin hemen hemen hiçbiri uydu takımının milyarlarca dolara mal olacak araştırmalarda, askeri ve sivil işkollarındaki doğru konumlandırma için kapsamlı ihtiyaçların temininde bir gerekçe olarak görülmedi. ABD Kongresi'nin bu harcamaları, Soğuk Savaşın silahlanma yarışı sırasında, ABD'nin varlığına nükleer bir tehdit görünümü gibi haklı bir ihtiyaca yönelik olarak yaptığı düşüncesini oluşturdu. Bu nedenle caydırıcı etkisi görülerek gizlice GPS finanse edildi. Ayrıca bu, o dönemdeki aşırı dereceli gizlilik nedeniylede dir. Nükleer üçlüsü, ABD Hava Kuvvetleri'nin stratejik bombardıman uçakları ile birlikte kıtalararası balistik füzeler (ICBM) ve ABD Donanması'na ait denizaltıdan fırlatılan balistik füzelerden (SLBM) oluşuyordu. Nükleer caydırıcılık duruşu için hayati önem arz eden, SLBM fırlatma konumunun doğru belirlenmesi bir kuvvet çarpanı olmuştur. ⓘ

ABD'nin balistik füze taşıyan denizaltı konumlarının hassas biçimde hesaplanması için yüksek doğruluklu konum belirleme gereksinimi doğdu. Nükleer üçlüden ikisi için ABD Hava Kuvvetleri'nin, aynı zamanda daha doğru ve güvenilir bir navigasyon sistemine gereksinimi vardı. Paralelinde Deniz ve Hava Kuvvetleri'nde, temelde aynı tür sorunların çözümü için ne yapılabileceği ile ilgili, kendi teknolojileri geliştirilmekte idi. ICBM'lerin beka kabiliyetlerini arttırmak için, taşınabilir fırlatma platformları kullanmak gibi (Rus SS-24 ve SS-25 sistemlerindeki gibi) öneriler vardı ve bu yüzden SLBM durumundaki gibi benzer fırlatma konumunu düzeltme ihtiyaçları oluştu. ⓘ

1960 yılında, Hava Kuvvetleri aslında 3 boyutlu konum hesaplamaya imkân veren bir LORAN olan MOSAIC (MObile System for Accurate ICBM Control) adlı bir radyo-navigasyon sistemi önerdi. Takiben Proje-57 üzerinde çalışmalar başladı; 1963 yılında bu sistem denendi ve bu çalışmadan sonra GPS kavramı doğdu. Devamında aynı yıl GPS'te şimdi gördüğünüz özelliklerin birçoğunun ilk tasarılarını barındıran Proje 621B çalışmalarına yönelindi; hem ICBM'ler hem de Hava Kuvvetleri bombardıman uçaklarına gereken hassas konum hesaplamaları için çözümler üretilmeye başlandı. Deniz Kuvvetleri Transit sisteminin güncellemeleri Hava Kuvvetleri operasyonlarının yüksek hızları için çok yavaş kalmaktaydı. Deniz Araştırma Laboratuvarı'nın kendi sisteminin geliştirmeleri devam ederken, ilk kez 1967 yılında ve üçüncüsü 1974 yılında fırlatılmak üzere, içinde atom saati bulunan uzaydaki ilk araç olan Timation (Time Navigation) uydusu yörüngeye oturtuldu. ⓘ

GPS, ABD ordusunun bir diğer önemli, farklı bir dalı haline geliyordu. 1964 yılında, ABD ordusunun, jeodezi ölçümlerinde kullanılacak SECOR (Sequential Collation of Range) jeodezi yer uydusu yörüngede ilk turuna çıktı. Henüz belirlenmeyen bir konumunda iken karada üslenen dördüncü bir istasyondan, tam olarak konumu düzeltmek için daha sonra bu sinyalleri kullanabilirdi. Son SECOR uydusu (SECOR 13) 1969 yılında fırlatıldı. Onyıllar sonra ilk yıllarında GPS, sivil yer araştırması için yeni teknolojilerinden sürekli olarak yararlanılabilen ilk sahalardan biri haline geldi. Çünkü sivil yer araştırması bilirkişilerine (surveyors) yarayan GPS uydu takımıdan gelen daha eksiksiz sinyaller, yıllar önce operasyonel ilan edilmişti. GPS sisteminin, yer tabanlı vericileri yörüngeye taşınan, SECOR sisteminin evrim geçirmiş bir türü olduğu düşünülebilir. ⓘ

1955 yılında Hollandalı deniz subayı Wijnand Langeraar, 16 Şubat 1955 tarihinde ABD Patent ofisine radyo tabanlı Uzun Menzilli Navigasyon Sistemi için bir patent başvurusunda bulundu ve 18 Nisan 1961 tarihinde US2980907A patentini aldı. ⓘ

Ertesi yılın başlarında APL'nin müdür yardımcısı Frank McClure, Guier ve Weiffenbach'tan ters problemi araştırmalarını istedi: uydunun konumu göz önüne alındığında kullanıcının konumunu saptamak. (O sırada Donanma denizaltından fırlatılan Polaris füzesini geliştiriyordu ve bu da denizaltının konumunu bilmelerini gerektiriyordu). Bu durum onları ve APL'yi TRANSIT sistemini geliştirmeye yöneltti. 1959'da ARPA (1972'de DARPA adını aldı) da TRANSIT'te rol oynadı. ⓘ

1967'de ABD Donanması, GPS için gerekli bir teknoloji olan uzaya doğru saatler yerleştirmenin fizibilitesini kanıtlayan Timation uydusunu geliştirdi. ⓘ

Gelişim

1960'lardaki bu paralel gelişmelerle birlikte, 621B, Transit, Timation ve SECOR'un en iyi teknolojilerinin çok hizmetli bir programda sentezlenmesiyle daha üstün bir sistemin geliştirilebileceği fark edildi. Yerçekimi alanındaki değişimler ve radar kırılması gibi nedenlerle ortaya çıkan uydu yörünge konum hatalarının çözülmesi gerekiyordu. Florida'daki Pan Am Havacılık ve Uzay Bölümü'nden Harold L Jury liderliğindeki bir ekip 1970-1973 yılları arasında bunu yapmak için gerçek zamanlı veri asimilasyonu ve özyinelemeli kestirim kullanarak sistematik ve artık hataları doğru navigasyona izin verecek şekilde yönetilebilir bir düzeye indirdi. ⓘ

1973'teki İşçi Bayramı hafta sonunda Pentagon'da yaklaşık on iki askeri yetkilinin katıldığı bir toplantıda bir Savunma Navigasyon Uydu Sistemi (DNSS) oluşturulması tartışıldı. GPS'e dönüşen gerçek sentez bu toplantıda oluşturuldu. Aynı yılın ilerleyen günlerinde DNSS programına Navstar adı verildi. Navstar genellikle hatalı bir şekilde "Zamanlama ve Mesafe Tayini Kullanan Navigasyon Sistemi "nin kısaltması olarak kabul edilir ancak GPS Ortak Program Ofisi tarafından hiçbir zaman böyle düşünülmemiştir (TRW bir zamanlar bu kısaltmayı kullanan farklı bir navigasyon sistemini savunmuş olabilir). Tek tek uyduların Navstar adıyla ilişkilendirilmesiyle (öncülleri Transit ve Timation'da olduğu gibi), Navstar uyduları takımyıldızını tanımlamak için daha kapsayıcı bir isim kullanıldı: Navstar-GPS. On adet "Blok I" prototip uydusu 1978 ve 1985 yılları arasında fırlatıldı (bir birim daha fırlatma arızasında yok oldu). ⓘ

İyonosferin radyo iletimi üzerindeki etkisi, 1974 yılında Hava Kuvvetleri Jeofizik Araştırma Laboratuarı (AFGRL) olarak yeniden adlandırılan Hava Kuvvetleri Cambridge Araştırma Laboratuarı'nın jeofizik laboratuarında araştırılmıştır. AFGRL, GPS konumuna iyonosferik düzeltmelerin hesaplanması için Klobuchar modelini geliştirmiştir. Avustralyalı uzay bilimci Elizabeth Essex-Cohen'in 1974 yılında AFGRL'de yaptığı çalışma da dikkate değerdir. Essex-Cohen, NavSTAR uydularından iyonosferi kat eden radyo dalgalarının yollarının eğrilmesiyle (atmosferik kırılma) ilgilenmiştir. ⓘ

Kore Hava Yolları'nın 269 kişi taşıyan 007 sefer sayılı Boeing 747 uçağının 1983 yılında Sakhalin ve Moneron Adaları civarında SSCB'nin yasaklı hava sahasına girdikten sonra düşürülmesinin ardından Başkan Ronald Reagan, GPS'in yeterince geliştirildikten sonra kamu malı olarak sivil kullanım için serbest bırakılmasını öngören bir direktif yayınladı. İlk Blok II uydusu 14 Şubat 1989'da, 24. uydu ise 1994'te fırlatıldı. Bu noktada GPS programının maliyeti, kullanıcı ekipmanlarının maliyeti hariç, ancak uydu fırlatma maliyetleri dahil olmak üzere, 5 milyar ABD doları olarak tahmin edilmektedir (2021'de 9 milyar dolara eşdeğer). ⓘ

Başlangıçta, en yüksek kalitedeki sinyal askeri kullanım için ayrılmıştı ve sivil kullanım için mevcut olan sinyal, Seçici Kullanılabilirlik olarak bilinen bir politika ile kasıtlı olarak düşürülmüştü. Bu durum, Başkan Bill Clinton'ın 1 Mayıs 2000 tarihinde, sivillere de orduya sağlanan doğruluğun aynısını sağlamak için Seçici Kullanılabilirliği kapatmaya yönelik bir politika direktifini imzalamasıyla değişti. Bu direktif ABD Savunma Bakanı William Perry tarafından, özel sektörün sivillerin doğruluğunu arttırmak için diferansiyel GPS hizmetlerinin yaygınlaşmasını göz önünde bulundurarak önerilmişti. Dahası, ABD ordusu bölgesel bazda potansiyel düşmanların GPS hizmetini reddetmek için teknolojiler geliştiriyordu. ⓘ

Kurulduğu günden bu yana ABD, GPS hizmetinde sivil kullanım için yeni sinyaller ve tüm kullanıcılar için artırılmış doğruluk ve bütünlük dahil olmak üzere çeşitli iyileştirmeler gerçekleştirmiş ve tüm bunları yaparken mevcut GPS ekipmanıyla uyumluluğu da korumuştur. Uydu sisteminin modernizasyonu, ABD Savunma Bakanlığı tarafından ordunun, sivillerin ve ticari pazarın artan ihtiyaçlarını karşılamak için bir dizi uydu satın alma yoluyla devam eden bir girişim olmuştur. ⓘ

2015 yılı başı itibariyle, yüksek kaliteli, FAA sınıfı, Standart Konumlandırma Hizmeti (SPS) GPS alıcıları 3,5 metreden (11 ft) daha iyi yatay doğruluk sağlamıştır, ancak alıcı ve anten kalitesi ve atmosferik sorunlar gibi birçok faktör bu doğruluğu etkileyebilir. ⓘ

GPS, ulusal bir kaynak olarak Birleşik Devletler hükümetine aittir ve onun tarafından işletilmektedir. GPS'in sorumlusu Savunma Bakanlığı'dır. Kurumlar Arası GPS Yürütme Kurulu (IGEB) 1996'dan 2004'e kadar GPS politika konularını denetlemiştir. Daha sonra, GPS ve ilgili sistemlerle ilgili konularda federal departmanlara ve ajanslara tavsiyelerde bulunmak ve koordinasyonu sağlamak üzere 2004 yılında başkanlık direktifiyle Ulusal Uzay Tabanlı Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama Yürütme Komitesi kurulmuştur. Yürütme komitesine Savunma ve Ulaştırma Bakan Yardımcıları birlikte başkanlık etmektedir. Üyeleri arasında Dışişleri, Ticaret ve İç Güvenlik Bakanlıkları, Genelkurmay Başkanlığı ve NASA'dan eşdeğer düzeyde yetkililer bulunmaktadır. Başkanın yürütme ofisinin bileşenleri yürütme komitesine gözlemci olarak katılır ve FCC başkanı irtibat görevlisi olarak katılır. ⓘ

ABD Savunma Bakanlığı'nın yasa gereği "dünya çapında sürekli olarak kullanılabilecek bir Standart Konumlandırma Hizmeti (federal radyo navigasyon planında ve standart konumlandırma hizmeti sinyal spesifikasyonunda tanımlandığı gibi) sürdürmesi" ve "sivil kullanımları gereksiz yere bozmadan veya azaltmadan GPS'in ve güçlendirmelerinin düşmanca kullanımını önlemek için önlemler geliştirmesi" gerekmektedir. ⓘ

Zaman çizelgesi ve modernizasyon

Uyduların özeti

Blok	Fırlatma dönem	Uydu fırlatmaları				Şu anda yörüngede ve sağlıklı ⓘ
		Suc- cess	Başarısız- ure	Hazırlık aşamasında- arasyon	Plan- ned
I	1978–1985	10	1	0	0	0
II	1989–1990	9	0	0	0	0
IIA	1990–1997	19	0	0	0	0
IIR	1997–2004	12	1	0	0	7
IIR-M	2005–2009	8	0	0	0	7
IIF	2010–2016	12	0	0	0	12
IIIA	2018–	5	0	5	0	5
IIIF	—	0	0	0	22	0
Toplam		75	2	5	22	31
(Son güncelleme: 8 Temmuz 2021) Blok IIR-M'den USA-203 sağlıksız Daha eksiksiz bir liste için GPS uyduları listesine bakınız

• 1972'de USAF Merkezi Ataletsel Rehberlik Test Tesisi (Holloman AFB), yer tabanlı sahte uydular kullanarak White Sands Füze Sahası üzerinde Y konfigürasyonunda dört prototip GPS alıcısının gelişimsel uçuş testlerini gerçekleştirdi.
• 1978 yılında ilk deneysel Block-I GPS uydusu fırlatıldı.
• 1983 yılında, Sovyet önleme uçaklarının seyir hataları nedeniyle yasak hava sahasına giren sivil yolcu uçağı KAL 007'yi düşürerek uçaktaki 269 kişinin ölümüne neden olmasının ardından, ABD Başkanı Ronald Reagan, daha önce Navigation dergisinde yayınlanmış olmasına rağmen, GPS'in tamamlandığında sivil kullanıma açılacağını ve CA kodunun (Coarse/Acquisition code) sivil kullanıcılara sunulacağını duyurdu.
• 1985 yılına gelindiğinde, konsepti doğrulamak için on deneysel Block-I uydusu daha fırlatılmıştı.
• 1988 yılından itibaren bu uyduların komuta ve kontrolü Onizuka AFS, California'dan Colorado Springs, Colorado'daki Falcon Hava Kuvvetleri İstasyonunda bulunan 2. Uydu Kontrol Filosuna (2SCS) taşındı.
• 14 Şubat 1989'da ilk modern Block-II uydusu fırlatıldı.
• 1990'dan 1991'e kadar süren Körfez Savaşı, ordunun GPS'i yaygın olarak kullandığı ilk çatışma oldu.
• 1991'de minyatür bir GPS alıcısı yaratma projesi başarıyla sonuçlandı ve önceki 16 kg'lık (35 lb) askeri alıcıların yerini 1,25 kg'lık (2,8 lb) bir el alıcısı aldı.
• 1992 yılında sistemi yöneten 2. Uzay Kanadı devre dışı bırakıldı ve yerine 50. Uzay Kanadı kuruldu.
  

  50. Uzay Kanadı Amblemi
• Aralık 1993'te GPS, tam takımyıldızı (24 uydu) mevcut olan ve Standart Konumlandırma Hizmeti (SPS) sağlayan ilk operasyonel kabiliyete (IOC) ulaştı.
• Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı (AFSPC) tarafından Nisan 1995'te Tam Operasyonel Yetenek (FOC) ilan edildi ve ordunun güvenli Hassas Konumlandırma Hizmetinin (PPS) tam kullanılabilirliği anlamına geldi.
• 1996 yılında ABD Başkanı Bill Clinton, GPS'in askeri kullanıcılar kadar sivil kullanıcılar için de önemini kabul ederek, GPS'i çift kullanımlı bir sistem olarak ilan eden ve ulusal bir varlık olarak yönetmek üzere bir Kurumlar Arası GPS Yürütme Kurulu kuran bir politika yönergesi yayınladı.
• 1998 yılında Amerika Birleşik Devletleri Başkan Yardımcısı Al Gore, özellikle havacılık güvenliği açısından daha fazla kullanıcı doğruluğu ve güvenilirliği için GPS'i iki yeni sivil sinyalle yükseltme planlarını açıkladı ve 2000 yılında Amerika Birleşik Devletleri Kongresi bu çabayı GPS III olarak adlandırarak yetkilendirdi.
• 2 Mayıs 2000'de "Seçici Kullanılabilirlik" 1996 yürütme emrinin bir sonucu olarak durduruldu ve sivil kullanıcıların küresel olarak bozulmamış bir sinyal almasına izin verildi.
• 2004 yılında Birleşik Devletler hükümeti Avrupa Topluluğu ile GPS ve Avrupa'nın Galileo sistemi ile ilgili işbirliğini tesis eden bir anlaşma imzaladı.
• 2004 yılında Amerika Birleşik Devletleri Başkanı George W. Bush ulusal politikayı güncelledi ve yürütme kurulunu Uzay Tabanlı Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama Ulusal Yürütme Komitesi ile değiştirdi.
• Kasım 2004'te Qualcomm cep telefonları için destekli GPS testlerinin başarılı olduğunu duyurdu.
• 2005 yılında ilk modernize edilmiş GPS uydusu fırlatıldı ve gelişmiş kullanıcı performansı için ikinci bir sivil sinyal (L2C) iletmeye başladı.
• 14 Eylül 2007'de, eskiyen ana bilgisayar tabanlı Yer Segmenti Kontrol Sistemi yeni Mimari Evrim Planına aktarıldı.
• 19 Mayıs 2009'da Birleşik Devletler Hükümet Sorumluluk Ofisi bazı GPS uydularının 2010'a kadar arızalanabileceği uyarısında bulunan bir rapor yayınladı.
• 21 Mayıs 2009'da Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı, "Performans standardımızı aşmaya devam edememe riskimiz çok az" diyerek GPS'in başarısız olma korkusunu yatıştırdı.
• 11 Ocak 2010'da yer kontrol sistemlerinde yapılan bir güncelleme, Sunnyvale, Kaliforniya'daki Trimble Navigation Limited'in bir bölümü tarafından üretilen 8.000 ila 10.000 askeri alıcıda yazılım uyumsuzluğuna neden oldu.
• 25 Şubat 2010'da ABD Hava Kuvvetleri, GPS navigasyon sinyallerinin doğruluğunu ve kullanılabilirliğini artırmak ve GPS modernizasyonunun kritik bir parçası olarak hizmet etmek üzere GPS Yeni Nesil Operasyonel Kontrol Sistemini (OCX) geliştirmek için sözleşme imzaladı. ⓘ

Ödüller

AFSPC Komutan Yardımcısı Korgeneral DT Thompson, Dr. Gladys West'e Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne girerken bir ödül takdim eder. ⓘ

10 Şubat 1993'te Ulusal Havacılık Birliği GPS Ekibini ABD'nin en prestijli havacılık ödülü olan 1992 Robert J. Collier Trophy'nin sahibi olarak seçti. Bu ekip Deniz Araştırma Laboratuarı, Amerikan Hava Kuvvetleri, Havacılık ve Uzay Şirketi, Rockwell International Corporation ve IBM Federal Systems Company'den araştırmacıları bir araya getirmektedir. Ödül, "50 yıl önce radyo navigasyonunun kullanılmaya başlanmasından bu yana hava ve uzay araçlarının güvenli ve verimli bir şekilde seyrüsefer ve gözetimine yönelik en önemli gelişmeyi gerçekleştirdikleri için" onları onurlandırmaktadır. ⓘ

İki GPS geliştiricisi 2003 yılı Ulusal Mühendislik Akademisi Charles Stark Draper Ödülü'nü aldı:

• The Aerospace Corporation'ın emeritus başkanı ve MIT'de mühendis olan Ivan Getting, LORAN (Long-range Radio Aid to Navigation) adı verilen İkinci Dünya Savaşı kara tabanlı radyo sistemini geliştirerek GPS'in temelini oluşturmuştur.
• Stanford Üniversitesi'nde havacılık ve uzay bilimleri profesörü olan Bradford Parkinson, 1960'ların başında mevcut uydu tabanlı sistemi tasarlamış ve ABD Hava Kuvvetleri ile birlikte geliştirmiştir. Parkinson 1957'den 1978'e kadar Hava Kuvvetleri'nde yirmi bir yıl görev yapmış ve albay rütbesiyle emekli olmuştur. ⓘ

GPS geliştiricisi Roger L. Easton 13 Şubat 2006 tarihinde Ulusal Teknoloji Madalyası almıştır. ⓘ

Francis X. Kane (Albay USAF, emekli), uzay teknolojisinin geliştirilmesindeki rolü ve Proje 621B'nin bir parçası olarak yürütülen GPS'in mühendislik tasarım konsepti nedeniyle 2 Mart 2010'da Lackland A.F.B., San Antonio, Texas'ta ABD Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne dahil edildi. ⓘ

GPS teknolojisi 1998 yılında Space Foundation Space Technology Hall of Fame'e dahil edilmiştir. ⓘ

4 Ekim 2011 tarihinde Uluslararası Astronotik Federasyonu (IAF), IAF üyesi Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (AIAA) tarafından aday gösterilen Küresel Konumlandırma Sistemi'ne (GPS) 60. Yıldönümü Ödülü'nü verdi. IAF Onur ve Ödül Komitesi, GPS programının benzersizliğini ve insanlığın yararı için uluslararası işbirliğinin oluşturulmasında oynadığı örnek rolü takdir etti. ⓘ

6 Aralık 2018'de Gladys West, GPS takımyıldızının yörüngesini belirlemek için kullanılan son derece hassas bir jeodezik Dünya modeli üzerindeki çalışmaları nedeniyle Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne dahil edildi. ⓘ

12 Şubat 2019'da projenin dört kurucu üyesi Kraliçe Elizabeth Mühendislik Ödülü'ne layık görülürken, ödülü veren kurulun başkanı şunları söyledi: "Mühendislik medeniyetin temelidir; başka bir temeli yoktur; bir şeyleri gerçekleştirir. Ve bugünün Ödül Sahipleri de tam olarak bunu yaptılar - bir şeyleri gerçekleştirdiler. Dünyamızın altyapısını önemli bir şekilde yeniden yazdılar." ⓘ

İlkeler

GPS alıcısı, birden fazla GPS uydusundan alınan verilere dayanarak uzay-zamanda kendi dört boyutlu konumunu hesaplar. Her uydu kendi konumunun ve zamanının doğru bir kaydını taşır ve bu verileri alıcıya iletir. ⓘ

Uydular birbirleriyle ve yerdeki saatlerle senkronize olan çok kararlı atomik saatler taşırlar. Yerde tutulan zamandan herhangi bir sapma günlük olarak düzeltilir. Aynı şekilde, uydu konumları da büyük bir hassasiyetle bilinmektedir. GPS alıcılarının da saatleri vardır, ancak bunlar daha az kararlı ve daha az hassastır. ⓘ

Radyo dalgalarının hızı sabit ve uydu hızından bağımsız olduğundan, uydunun bir sinyal göndermesi ve alıcının bunu alması arasındaki zaman gecikmesi, uydudan alıcıya olan mesafe ile orantılıdır. Alıcının dört bilinmeyen büyüklüğü (üç konum koordinatı ve kendi saatinin uydu zamanından sapması) hesaplayabilmesi için en az dört uydunun görüş alanında olması gerekir. ⓘ

Daha detaylı açıklama

Her GPS uydusu sürekli olarak aşağıdakileri içeren bir sinyal (modülasyonlu taşıyıcı dalga) yayınlar:

• Alıcı tarafından bilinen bir sözde rasgele kod (birler ve sıfırlar dizisi). Alıcı tarafından üretilen bir versiyon ile kodun alıcı tarafından ölçülen versiyonunu zaman hizalayarak, kod dizisindeki epok olarak adlandırılan tanımlanmış bir noktanın varış zamanı (TOA) alıcı saat zaman ölçeğinde bulunabilir
• Kod döneminin (GPS zaman ölçeğinde) iletim zamanını (TOT) ve o andaki uydu konumunu içeren bir mesaj ⓘ

Kavramsal olarak, alıcı dört uydu sinyalinin TOA'larını (kendi saatine göre) ölçer. TOA'lar ve TOT'lardan, alıcı dört uçuş zamanı (TOF) değeri oluşturur, bunlar (ışık hızı göz önüne alındığında) yaklaşık olarak alıcı-uydu menzilleri artı alıcı ve GPS uyduları arasındaki zaman farkının ışık hızıyla çarpımına eşdeğerdir, bunlara sözde menziller denir. Alıcı daha sonra üç boyutlu konumunu ve saat sapmasını dört TOF'dan hesaplar. ⓘ

Uygulamada alıcı konumu (Dünya'nın merkezinde orijinli üç boyutlu Kartezyen koordinatlarda) ve GPS zamanına göre alıcı saatinin sapması, TOF'ları işlemek için navigasyon denklemleri kullanılarak eşzamanlı olarak hesaplanır. ⓘ

Alıcının Dünya merkezli çözüm konumu genellikle elipsoidal bir Dünya modeline göre enlem, boylam ve yüksekliğe dönüştürülür. Yükseklik daha sonra esasen ortalama deniz seviyesi olan jeoide göre yüksekliğe dönüştürülebilir. Bu koordinatlar, örneğin hareketli bir harita ekranında görüntülenebilir veya bir araç yönlendirme sistemi gibi başka bir sistem tarafından kaydedilebilir veya kullanılabilir. ⓘ

Kullanıcı-uydu geometrisi

Alıcı işlemlerinde genellikle açıkça oluşturulmasa da, kavramsal varış zamanı farkları (TDOA'lar) ölçüm geometrisini tanımlar. Her bir TDOA bir hiperboloid dönüşe karşılık gelir (bkz. Multilateration). İlgili iki uyduyu (ve uzantılarını) birleştiren çizgi hiperboloidin eksenini oluşturur. Alıcı, üç hiperboloidin kesiştiği noktada bulunur. ⓘ

Bazen yanlış olarak kullanıcı konumunun üç kürenin kesiştiği noktada olduğu söylenir. Görselleştirmesi daha basit olsa da, bu durum yalnızca alıcının uydu saatleriyle senkronize bir saati varsa geçerlidir (yani alıcı, menzil farkları yerine uydulara olan gerçek menzilleri ölçer). Uydularla senkronize bir saat taşıyan kullanıcı için belirgin performans avantajları vardır. En önemlisi, bir konum çözümü hesaplamak için sadece üç uyduya ihtiyaç duyulmasıdır. Eğer tüm kullanıcıların senkronize bir saat taşıması GPS konseptinin temel bir parçası olsaydı, daha az sayıda uydu yerleştirilebilirdi, ancak kullanıcı ekipmanının maliyeti ve karmaşıklığı artacaktı. ⓘ

Sürekli çalışan alıcı

Yukarıdaki açıklama bir alıcının başlangıç durumunu temsil etmektedir. Çoğu alıcı, farklı zamanlarda toplanan uydu ölçüm setlerini birleştiren, bazen izleyici olarak da adlandırılan bir izleme algoritmasına sahiptir - aslında, birbirini izleyen alıcı konumlarının genellikle birbirine yakın olmasından yararlanır. Bir dizi ölçüm işlendikten sonra, izleyici bir sonraki uydu ölçümleri setine karşılık gelen alıcı konumunu tahmin eder. Yeni ölçümler toplandığında, alıcı yeni ölçümleri izleyici tahminiyle birleştirmek için bir ağırlıklandırma şeması kullanır. Genel olarak, bir izleyici (a) alıcı konumunu ve zaman doğruluğunu iyileştirebilir, (b) kötü ölçümleri reddedebilir ve (c) alıcı hızını ve yönünü tahmin edebilir. ⓘ

Bir izleyicinin dezavantajı, hız veya yöndeki değişikliklerin yalnızca bir gecikmeyle hesaplanabilmesi ve iki konum ölçümü arasında kat edilen mesafe, konum ölçümünün rastgele hatasının altına veya yakınına düştüğünde türetilen yönün yanlış hale gelmesidir. GPS üniteleri, hızı doğru bir şekilde hesaplamak için alınan sinyallerin Doppler kayması ölçümlerini kullanabilir. Daha gelişmiş navigasyon sistemleri GPS'i tamamlamak için pusula veya ataletsel navigasyon sistemi gibi ek sensörler kullanır. ⓘ

Navigasyon dışı uygulamalar

GPS, doğru navigasyon için dört veya daha fazla uydunun görünür olmasını gerektirir. Navigasyon denklemlerinin çözümü, alıcının konumunun yanı sıra alıcının yerleşik saati tarafından tutulan zaman ile günün gerçek zamanı arasındaki farkı verir, böylece daha hassas ve muhtemelen pratik olmayan alıcı tabanlı bir saate olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Zaman transferi, trafik sinyali zamanlaması ve cep telefonu baz istasyonlarının senkronizasyonu gibi GPS uygulamaları bu ucuz ve yüksek doğruluktaki zamanlamayı kullanır. Bazı GPS uygulamaları bu zamanı görüntülemek için kullanır ya da temel konum hesaplamaları dışında hiç kullanmaz. ⓘ

Normal çalışma için dört uydu gerekli olsa da, özel durumlarda daha azı geçerlidir. Bir değişken zaten biliniyorsa, bir alıcı yalnızca üç uydu kullanarak konumunu belirleyebilir. Örneğin, açık okyanustaki bir geminin genellikle 0m'ye yakın bir yüksekliği vardır ve bir uçağın yüksekliği biliniyor olabilir. Bazı GPS alıcıları, dört uydudan daha azı göründüğünde (muhtemelen bozulmuş) bir konum vermek için bilinen son yüksekliği yeniden kullanma, ölü hesaplama, eylemsiz navigasyon veya araç bilgisayarından bilgi dahil etme gibi ek ipuçları veya varsayımlar kullanabilir. ⓘ

Yapı

Geçerli GPS üç ana parçadan oluşur. Bunlar, uzay bölümü (SS - space segment), kontrol bölümü (CS - control segment) ve bir kullanıcı bölümüdür (US - user segment). ABD Hava Kuvvetleri, uzay ve kontrol bölümlerini çalıştırır, geliştirir ve korur. GPS uyduları uzayda gönderilen sinyallerin yayını gerçekleştirir ve her GPS alıcısı kendi üç boyutlu konumunu (enlem, boylam ve yükseklik) ve anlık zamanı hesaplamak için bu sinyalleri kullanır. ⓘ

Uzay bölümü orta Dünya yörüngesinde 24 ile 32 uydudan oluşan ve aynı zamanda yörüngeye bunları başlatmak için gerekli arttırıcı yükü ile adaptörleri içerir. Kontrol bölümü bir ana yönleme istasyonu, başka bir ana yönleme istasyonuna ve adanmış ve ortak zemin antenleri ve görüntüleme istasyonlarının bir dizisinden oluşur. Kullanıcı kesimi ise Standart Konumlama Hizmeti sivil, ticari ve bilimsel kullanıcılar (GPS cihazlarına bakınız) ABD'nin yüz binlerce güvenli GPS Hassas Konumlandırma Hizmetini alan müttefik askeri kullanıcıları ve sivil milyonlarca kullanıcısından oluşur. ⓘ

Uzay segmenti

Fırlatılmamış GPS Blok II-A uydusu San Diego Hava ve Uzay Müzesi'nde sergileniyor ⓘ

Dünya dönerken hareket halindeki 24 uydulu GPS takımyıldızının görsel bir örneği. Dünya yüzeyindeki belirli bir noktadan görünen uydu sayısının zamanla nasıl değiştiğine dikkat edin. Bu örnekteki nokta Golden, Colorado, ABD'dir (39.7469°N 105.2108°W). ⓘ

Uzay segmenti (SS) orta Dünya yörüngesindeki 24 ila 32 uydudan ya da Uzay Araçlarından (SV) oluşur ve bunları yörüngeye fırlatmak için gereken iticilere yük adaptörlerini de içerir. GPS tasarımı başlangıçta her biri yaklaşık dairesel üç yörüngede sekizer adet olmak üzere 24 adet SV öngörmekteydi, ancak bu tasarım her biri dört uydu içeren altı yörünge düzlemi olarak değiştirilmiştir. Altı yörünge düzlemi yaklaşık 55° eğime (Dünya'nın ekvatoruna göre eğim) sahiptir ve yükselen düğümün 60° sağ yükselişi (ekvator boyunca bir referans noktasından yörüngenin kesişme noktasına kadar olan açı) ile ayrılmıştır. Yörünge periyodu bir buçuk sidereal gün, yani 11 saat 58 dakikadır, böylece uydular her gün aynı yerlerden ya da hemen hemen aynı yerlerden geçerler. Yörüngeler, en az altı uydu Dünya yüzeyindeki her yerden her zaman görüş alanı içinde olacak şekilde düzenlenmiştir (bkz. sağdaki animasyon). Bu hedefin sonucu, dört uydunun her yörüngede eşit aralıklarla (90°) yerleştirilmemesidir. Genel anlamda, her bir yörüngedeki uydular arasındaki açısal fark 30°, 105°, 120° ve 105°'dir ve bunların toplamı 360°'dir. ⓘ

Yaklaşık 20,200 km (12,600 mil) yükseklikte ve yaklaşık 26,600 km (16,500 mil) yörünge yarıçapında yörüngeye oturan her SV, her gün aynı yer izini tekrarlayarak her bir sidereal günde iki tam yörünge çizer. Bu, geliştirme sırasında çok yardımcı oldu çünkü sadece dört uydu olsa bile, doğru hizalama, dördünün de her gün birkaç saat boyunca tek bir noktadan görülebilmesi anlamına geliyor. Askeri operasyonlar için, yer izi tekrarı, savaş bölgelerinde iyi bir kapsama sağlamak için kullanılabilir. ⓘ

Şubat 2019 itibariyle GPS takımyıldızında 31 uydu bulunmaktadır ve bunların 27'si belirli bir zamanda kullanımda olup geri kalanı yedek olarak tahsis edilmiştir. 32. uydu 2018'de fırlatıldı, ancak Temmuz 2019 itibariyle hala değerlendirme aşamasında. Hizmet dışı bırakılan daha fazla uydu yörüngede ve yedek olarak mevcut. İlave uydular, yedek ölçümler sağlayarak GPS alıcısı hesaplamalarının hassasiyetini artırmaktadır. Uydu sayısının artmasıyla birlikte takımyıldız tekdüze olmayan bir düzenlemeye dönüştürülmüştür. Böyle bir düzenlemenin doğruluğu artırdığı, ancak aynı zamanda birden fazla uydu arızalandığında tek tip bir sisteme göre sistemin güvenilirliğini ve kullanılabilirliğini artırdığı gösterilmiştir. Genişletilmiş takımyıldızla, dokuz uydu genellikle Dünya'nın herhangi bir noktasından açık bir ufukla herhangi bir zamanda görülebilir ve bir konum için gereken minimum dört uydudan önemli ölçüde fazlalık sağlar. ⓘ

Kontrol bölümü

Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Müzesinde sergilenen, 1984'ten 2007'ye kadar kullanılan yer gözlem istasyonu. ⓘ

Kontrol bölümü (CS) şunlardan oluşur:

1. bir ana kontrol istasyonu (MCS),
2. alternatif bir ana kontrol istasyonu,
3. dört özel yer anteni ve
4. altı özel izleme istasyonu. ⓘ

MCS ayrıca Uydu Kontrol Ağı (SCN) yer antenlerine (ek komuta ve kontrol kabiliyeti için) ve NGA (Ulusal Jeo-uzamsal-İstihbarat Ajansı) izleme istasyonlarına da erişebilir. Uyduların uçuş yolları Hawaii, Kwajalein Atoll, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs, Colorado ve Cape Canaveral'daki özel ABD Uzay Kuvvetleri izleme istasyonlarının yanı sıra İngiltere, Arjantin, Ekvador, Bahreyn, Avustralya ve Washington DC'de işletilen ortak NGA izleme istasyonları tarafından takip edilmektedir. İzleme bilgileri Colorado Springs'in 25 km (16 mil) doğusundaki Schriever Uzay Kuvvetleri Üssünde bulunan ve ABD Uzay Kuvvetleri 2. Uzay Operasyonları Filosu (2 SOPS) tarafından işletilen MCS'ye gönderilir. Daha sonra 2 SOPS her GPS uydusuyla düzenli olarak özel ya da ortak (AFSCN) yer antenleri (GPS özel yer antenleri Kwajalein, Ascension Adası, Diego Garcia ve Cape Canaveral'da bulunmaktadır) kullanarak bir navigasyon güncellemesiyle temas kurar. Bu güncellemeler uydulardaki atom saatlerini birbirleriyle birkaç nanosaniye içinde senkronize eder ve her uydunun dahili yörünge modelinin efemerisini ayarlar. Güncellemeler, yer izleme istasyonlarından gelen girdileri, uzay hava durumu bilgilerini ve diğer çeşitli girdileri kullanan bir Kalman filtresi tarafından oluşturulur. ⓘ

Uydu manevraları GPS standartlarına göre hassas değildir, bu nedenle bir uydunun yörüngesini değiştirmek için uydunun sağlıksız olarak işaretlenmesi gerekir, böylece alıcılar onu kullanmaz. Uydu manevrasından sonra mühendisler yeni yörüngeyi yerden takip eder, yeni efemerisi yükler ve uyduyu tekrar sağlıklı olarak işaretler. ⓘ

Operasyon kontrol segmenti (OCS) şu anda kayıtların kontrol segmenti olarak hizmet vermektedir. GPS kullanıcılarını destekleyen operasyonel kabiliyeti sağlar ve GPS'i çalışır ve spesifikasyonlar dahilinde performans gösterir halde tutar. ⓘ

OCS, Eylül 2007'de Schriever Hava Kuvvetleri Üssü'ndeki 1970'lerden kalma eski ana bilgisayarın yerini başarıyla almıştır. Kurulumdan sonra sistem, yükseltmelerin yapılmasına yardımcı oldu ve ABD silahlı kuvvetlerini destekleyen yeni bir güvenlik mimarisi için temel oluşturdu. ⓘ

OCS, yeni segment olan Yeni Nesil GPS Operasyon Kontrol Sistemi (OCX) tamamen geliştirilip işlevsel hale gelene kadar yer kontrol sistemi olmaya devam edecektir. OCX tarafından sağlanan yeni kabiliyetler GPS'in görev kabiliyetlerinde devrim yaratacak ve ABD Uzay Kuvvetleri'nin ABD muharip kuvvetlerine, sivil ortaklarına ve sayısız yerel ve uluslararası kullanıcıya GPS operasyonel hizmetlerini büyük ölçüde geliştirmesini sağlayacaktır. GPS OCX programı aynı zamanda maliyeti, programı ve teknik riski de azaltacaktır. Etkin yazılım mimarisi ve Performansa Dayalı Lojistik sayesinde %50 idame maliyet tasarrufu sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Buna ek olarak, GPS OCX'in dört kat daha fazla yetenek sağlarken OCS'yi yükseltme maliyetinden milyonlarca daha az maliyetli olması beklenmektedir. ⓘ

GPS OCX programı GPS modernizasyonunun kritik bir parçasını temsil etmekte ve mevcut GPS OCS programına göre önemli bilgi güvencesi iyileştirmeleri sağlamaktadır.

• OCX, GPS eski uydularının yanı sıra yeni nesil GPS III uydularını da kontrol etme ve yönetme yeteneğine sahip olacak ve askeri sinyallerin tamamını mümkün kılacaktır.
• Günümüzün ve geleceğin GPS kullanıcılarının değişen ihtiyaçlarına hızla uyum sağlayabilecek esnek bir mimari üzerine inşa edilen OCX, güvenli, doğru ve güvenilir bilgiler aracılığıyla GPS verilerine ve takımyıldız durumuna anında erişim sağlar.
• Savaşçılara durumsal farkındalığı artırmak için daha güvenli, eyleme geçirilebilir ve öngörücü bilgiler sağlar.
• Yeni modernize edilmiş sinyalleri (L1C, L2C ve L5) etkinleştirir ve eski sistemin yapamadığı M kodu özelliğine sahiptir.
• Siber saldırıları tespit etme ve önleme, bu tür saldırılar sırasında izole etme, kontrol altına alma ve çalıştırma dahil olmak üzere mevcut programa göre önemli bilgi güvencesi iyileştirmeleri sağlar.
• Daha yüksek hacimli, neredeyse gerçek zamanlı komuta ve kontrol kabiliyet ve yeteneklerini destekler. ⓘ

14 Eylül 2011 tarihinde ABD Hava Kuvvetleri GPS OCX Ön Tasarım İncelemesinin tamamlandığını duyurmuş ve OCX programının geliştirmenin bir sonraki aşamasına hazır olduğunu teyit etmiştir. ⓘ

GPS OCX programı önemli kilometre taşlarını kaçırdı ve lansmanını 2021'e, orijinal son tarihten 5 yıl sonraya erteledi. Hükümet Muhasebe Ofisi'ne göre, bu yeni son tarih bile sallantılı görünüyor. ⓘ

Kullanıcı segmenti

GPS alıcıları arabalara, telefonlara ve saatlere entegre edilen cihazlardan bu gibi özel cihazlara kadar çeşitli biçimlerde sunulmaktadır. ⓘ

İlk taşınabilir GPS ünitesi olan Leica WM 101, Maynooth'taki İrlanda Ulusal Bilim Müzesi'nde sergilenmektedir. ⓘ

Kullanıcı kesimi (ABD), güvenli GPS Hassas Konumlandırma Hizmetinin yüz binlerce ABD ve müttefik askeri kullanıcısından ve Standart Konumlandırma Hizmetinin on milyonlarca sivil, ticari ve bilimsel kullanıcısından oluşur. Genel olarak, GPS alıcıları uydular tarafından iletilen frekanslara ayarlanmış bir anten, alıcı-işlemciler ve son derece kararlı bir saatten (genellikle bir kristal osilatör) oluşur. Ayrıca kullanıcıya konum ve hız bilgisi sağlamak için bir ekran da içerebilirler. Bir alıcı genellikle kanal sayısı ile tanımlanır: bu, aynı anda kaç uyduyu izleyebileceğini gösterir. Başlangıçta dört ya da beş ile sınırlı olan bu sayı yıllar içinde giderek artmış ve 2007 itibariyle alıcılar tipik olarak 12 ila 20 kanala sahip olmuştur. Birçok alıcı üreticisi olmasına rağmen, neredeyse hepsi bu amaç için üretilen yonga setlerinden birini kullanmaktadır. ⓘ

Tipik bir OEM GPS alıcı modülü 15 mm × 17 mm (0,6 inç × 0,7 inç) ölçülerindedir ⓘ

GPS alıcıları RTCM SC-104 formatını kullanarak diferansiyel düzeltmeler için bir giriş içerebilir. Bu tipik olarak 4,800 bit/s hızında bir RS-232 portu şeklindedir. Veriler aslında çok daha düşük bir hızda gönderilir ve bu da RTCM kullanılarak gönderilen sinyalin doğruluğunu sınırlar. Dahili DGPS alıcılarına sahip alıcılar, harici RTCM verileri kullananlardan daha iyi performans gösterebilir. 2006 yılı itibariyle, düşük maliyetli üniteler bile yaygın olarak Geniş Alan Artırma Sistemi (WAAS) alıcılarını içermektedir. ⓘ

Entegre antenli tipik bir GPS alıcısı. ⓘ

Birçok GPS alıcısı NMEA 0183 protokolünü kullanarak konum verilerini bir bilgisayara ya da başka bir cihaza aktarabilir. Bu protokol resmi olarak Ulusal Deniz Elektroniği Birliği (NMEA) tarafından tanımlanmış olsa da, bu protokole yapılan atıflar kamu kayıtlarından derlenmiştir ve gpsd gibi açık kaynak araçlarının fikri mülkiyet yasalarını ihlal etmeden protokolü okumasına izin verir. SiRF ve MTK protokolleri gibi diğer tescilli protokoller de mevcuttur. Alıcılar seri bağlantı, USB veya Bluetooth gibi yöntemler kullanarak diğer cihazlarla arayüz oluşturabilir. ⓘ

Uygulamalar

Aslında askeri bir proje iken, GPS'nin, önemli askeri ve sivil uygulamaları vardır, yani bir çift kullanımlı teknoloji olarak kabul edilir. ⓘ

GPS ticaret, bilimsel kullanım, izleme ve gözetim için yaygın olarak dağıtılan ve kullanışlı olan bir araç haline gelmiştir. GPS doğru bir zaman kesinliğinde iyi eşitlenmede el-dışı anahtarlama vererek bankacılık, cep telefonu işlemleri ve enerji ağları hatta kontrolü gibi günlük etkinlikleri kolaylaştırır. ⓘ

Sivil

Bu anten, hassas zamanlama gerektiren bilimsel bir deneyi içeren bir kulübenin çatısına monte edilmiştir. ⓘ

Birçok sivil uygulama GPS'in üç temel bileşeninden birini veya daha fazlasını kullanır: mutlak konum, göreli hareket ve zaman aktarımı.

• Amatör radyo: FT8, FT4 ve JS8 gibi çeşitli dijital modlar için gerekli saat senkronizasyonu; ayrıca APRS ile konum bildirme için kullanılır; acil durum ve afet iletişim desteği sırasında genellikle kritiktir.
• Atmosfer: troposfer gecikmelerinin (su buharı içeriğinin geri kazanımı) ve iyonosfer gecikmelerinin (serbest elektron sayısının geri kazanımı) incelenmesi. Atmosferik basınç yüklemesi nedeniyle Dünya yüzeyindeki yer değiştirmelerin geri kazanımı.
• Astronomi: hem konumsal hem de saat senkronizasyon verileri astrometri ve gök mekaniğinde ve hassas yörünge belirlemede kullanılır. GPS ayrıca hem küçük teleskoplarla amatör astronomide hem de güneş dışı gezegenleri bulmak için profesyonel gözlemevleri tarafından kullanılmaktadır.
• Otomatik araç: Otomobil ve kamyonların insan sürücü olmadan çalışması için konum ve rotaların uygulanması.
• Haritacılık: hem sivil hem de askeri haritacılar GPS'i yaygın olarak kullanmaktadır.
• Hücresel telefon: saat senkronizasyonu, hücreler arası aktarımı kolaylaştırmak ve mobil acil durum aramaları ve diğer uygulamalar için hibrit GPS/hücresel konum tespitini desteklemek üzere yayılma kodlarını diğer baz istasyonlarıyla senkronize etmek için kritik olan zaman aktarımını sağlar. Entegre GPS'li ilk telefonlar 1990'ların sonunda piyasaya sürülmüştür. ABD Federal İletişim Komisyonu (FCC), acil servislerin 911'i arayanların yerini tespit edebilmesi için 2002 yılında bu özelliği el cihazında ya da kulelerde (üçgenlemede kullanılmak üzere) zorunlu kılmıştır. Üçüncü taraf yazılım geliştiricileri daha sonra Nextel'den GPS API'lerine erişim elde etti, bunu 2006'da Sprint ve kısa bir süre sonra Verizon izledi.
• Saat senkronizasyonu: GPS zaman sinyallerinin doğruluğu (±10 ns), dayandıkları atomik saatlerden sonra ikinci sıradadır ve GPS disiplinli osilatörler gibi uygulamalarda kullanılır.
• Afet yardımı / acil durum hizmetleri: birçok acil durum hizmeti, konum ve zamanlama yetenekleri için GPS'e bağlıdır.
• GPS donanımlı radyosondlar ve dropsondlar: Dünya yüzeyinden 27 km (89.000 ft) uzaklığa kadar atmosferik basıncı, rüzgar hızını ve yönünü ölçer ve hesaplar.
• Hava durumu ve atmosferik bilim uygulamaları için radyo okültasyonu.
• Filo takibi: bir veya daha fazla filo aracını gerçek zamanlı olarak tanımlamak, yerini belirlemek ve iletişim raporlarını sürdürmek için kullanılır.
• Jeodezi: günlük ve günlük kutup hareketi ve gün uzunluğu değişkenlikleri, Dünya'nın kütle merkezi - jeomerkez hareketi ve düşük dereceli yerçekimi alanı parametreleri dahil olmak üzere Dünya oryantasyon parametrelerinin belirlenmesi.
• Geofencing: araç takip sistemleri, kişi takip sistemleri ve evcil hayvan takip sistemleri, bir kişi, araç veya evcil hayvan tarafından takılan veya taşınan cihazların yerini belirlemek için GPS kullanır. Uygulama sürekli takip sağlayabilir ve hedef belirlenen (veya "çitle çevrili") bir alandan ayrılırsa bildirim gönderebilir.
• Coğrafi etiketleme: Nikon GP-1 gibi cihazlarla harita katmanları oluşturmak gibi amaçlarla fotoğraflar (Exif verilerinde) ve diğer belgeler gibi dijital nesnelere konum koordinatlarını uygular.
• GPS uçak takibi
• Madencilik için GPS: RTK GPS kullanımı sondaj, kürekle kazma, araç takibi ve ölçme gibi birçok madencilik işlemini önemli ölçüde geliştirmiştir. RTK GPS santimetre düzeyinde konumlandırma doğruluğu sağlar.
• GPS veri madenciliği: Hareket kalıplarını, ortak yörüngeleri ve ilginç konumları anlamak için birden fazla kullanıcıdan GPS verilerini toplamak mümkündür.
• GPS turları: konum, hangi içeriğin görüntüleneceğini belirler; örneğin, yaklaşan bir ilgi noktası hakkında bilgi.
• Ruh sağlığı: ruh sağlığı işleyişinin ve sosyalliğin izlenmesi.
• Navigasyon: Navigatörler dijital olarak hassas hız ve yönelim ölçümlerinin yanı sıra yörünge ve saat düzeltmelerinin desteğiyle gerçek zamanlı olarak hassas konumlara değer verir.
• GOCE, GRACE, Jason-1, Jason-2, TerraSAR-X, TanDEM-X, CHAMP, Sentinel-3 ve CubETH gibi bazı küp uydular gibi üzerinde GPS alıcısı bulunan alçak yörüngeli uyduların yörünge tespiti.
• Fazör ölçümleri: GPS, güç sistemi ölçümlerinin yüksek doğrulukta zaman damgası almasını sağlayarak fazörlerin hesaplanmasını mümkün kılar.
• Rekreasyon: örneğin, Geocaching, Geodashing, GPS çizimi, yol işaretleme ve Pokémon Go gibi diğer konum tabanlı mobil oyunlar.
• Referans çerçeveleri: Küresel Jeodezik Gözlem Sistemi çerçevesinde yersel referans çerçevelerinin gerçekleştirilmesi ve yoğunlaştırılması. Küresel jeodezik parametrelerin türetilmesi için Uydu lazer menzili ve mikrodalga gözlemleri arasında uzayda ortak konumlandırma.
• Robotik: enlem, boylam, zaman, hız ve istikameti hesaplayan GPS sensörlerini kullanan, kendi kendini yönlendiren, otonom robotlar.
• Spor: futbol ve ragbide antrenman yükünün kontrolü ve analizi için kullanılır.
• Ölçme: ölçmeciler harita yapmak ve mülk sınırlarını belirlemek için mutlak konumları kullanırlar.
• Tektonik: GPS depremlerin fay hareketlerinin doğrudan ölçülmesini sağlar. Depremler arasında GPS, sismik tehlike haritaları oluşturmak için sismik gerilme birikimini tahmin etmek amacıyla kabuk hareketini ve deformasyonunu ölçmek için kullanılabilir.
• Telematik: GPS teknolojisi, otomotiv navigasyon sistemlerinde bilgisayarlar ve mobil iletişim teknolojisi ile entegre edilmiştir. ⓘ

Sivil kullanım kısıtlamaları

ABD hükümeti bazı sivil alıcıların ihracatını kontrol etmektedir. Deniz seviyesinden 60,000 ft (18 km) yükseklikte ve 1,000 kn (500 m/s; 2,000 km/s; 1,000 mph) üzerinde çalışabilen veya insansız füzeler ve uçaklarla kullanılmak üzere tasarlanmış veya modifiye edilmiş tüm GPS alıcıları mühimmat (silah) olarak sınıflandırılır - bu da Dışişleri Bakanlığı ihracat lisansları gerektirdikleri anlamına gelir. Bu kural, sadece L1 frekansını ve C/A (Coarse/Acquisition) kodunu alan tamamen sivil birimler için bile geçerlidir. ⓘ

Bu sınırların üzerinde çalışmayı devre dışı bırakmak alıcıyı mühimmat olarak sınıflandırılmaktan muaf tutar. Satıcı yorumları farklılık göstermektedir. Kural hem hedef irtifada hem de hızda çalışmayı ifade eder, ancak bazı alıcılar hareketsizken bile çalışmayı durdurur. Bu durum, düzenli olarak 30 km'ye (100.000 feet) ulaşan bazı amatör radyo balon fırlatmalarında sorunlara neden olmuştur. ⓘ

Bu sınırlar yalnızca Amerika Birleşik Devletleri'nden ihraç edilen üniteler veya bileşenler için geçerlidir. Diğer ülkelerden gelen GPS üniteleri de dahil olmak üzere çeşitli bileşenlerin ticareti giderek artmaktadır. Bunlar açıkça ITAR'dan muaf olarak satılmaktadır. ⓘ

Askeri

GPS güdüm kitinin aptal bir bombaya takılması, Mart 2003. ⓘ

M982 Excalibur GPS güdümlü top mermisi. ⓘ

2009 itibariyle, askeri GPS uygulamaları şunları içermektedir:

• Navigasyon: Askerler karanlıkta ya da bilmedikleri bir bölgede bile hedeflerini bulmak, birlik ve ikmal hareketlerini koordine etmek için GPS kullanırlar. Birleşik Devletler silahlı kuvvetlerinde komutanlar Komutanın Dijital Asistanını, daha düşük rütbeliler ise Askerin Dijital Asistanını kullanır.
• Hedef takibi: Çeşitli askeri silah sistemleri, potansiyel kara ve hava hedeflerini düşman olarak işaretlemeden önce izlemek için GPS kullanır. Bu silah sistemleri hedef koordinatlarını hassas güdümlü mühimmatlara aktararak hedefleri doğru bir şekilde vurmalarını sağlar. Askeri uçaklar, özellikle havadan karaya rollerde, hedefleri bulmak için GPS kullanırlar.
• Füze ve mermi yönlendirme: GPS, ICBM'ler, seyir füzeleri, hassas güdümlü mühimmatlar ve top mermileri dahil olmak üzere çeşitli askeri silahların doğru hedeflenmesini sağlar. Gömülü GPS alıcıları 12,000 g veya yaklaşık 118 km/s² (260,000 mph/s) ivmeye dayanabilecek şekilde 155 milimetrelik (6.1 inç) obüs mermilerinde kullanılmak üzere geliştirilmiştir.
• Arama ve kurtarma.
• Keşif: Devriye hareketleri daha yakından yönetilebilir.
• GPS uyduları, Birleşik Devletler Nükleer Patlama Tespit Sisteminin önemli bir bölümünü oluşturan ve bhangmeter adı verilen bir optik sensör, bir X-ışını sensörü, bir dozimetre ve bir elektromanyetik darbe (EMP) sensöründen (W-sensör) oluşan bir dizi nükleer patlama detektörü taşımaktadır. General William Shelton gelecekteki uyduların tasarruf amacıyla bu özellikten vazgeçebileceğini belirtmiştir.

GPS tipi navigasyon savaşta ilk kez 1991 Basra Körfezi Savaşı'nda, GPS 1995 yılında tam olarak geliştirilmeden önce, Koalisyon Güçlerinin savaşta yön bulmasına ve manevra yapmasına yardımcı olmak için kullanıldı. Bu savaş aynı zamanda Irak kuvvetlerinin muhtemel hedeflere radyo gürültüsü yayan ve zayıf GPS sinyalinin alınmasını engelleyen karıştırıcı cihazlar yerleştirmesiyle GPS'in karıştırılmaya karşı savunmasız olduğunu da göstermiştir. ⓘ

GPS'in karıştırılmaya karşı savunmasızlığı, karıştırma ekipmanı ve deneyimi arttıkça büyümeye devam eden bir tehdittir. GPS sinyallerinin yıllar boyunca askeri amaçlarla birçok kez karıştırıldığı rapor edilmiştir. Rusya'nın bu davranışının, Amerikan sistemlerine olan güvenlerini sarsarken komşularına gözdağı vermek, GLONASS alternatifini tanıtmak, Batılı askeri tatbikatları aksatmak ve varlıkları insansız hava araçlarından korumak gibi çeşitli amaçları var gibi görünüyor. Çin, tartışmalı Spratly Adaları yakınlarındaki ABD gözetleme uçaklarını caydırmak için sinyal bozucu kullanıyor. Kuzey Kore, Güney Kore sınırı yakınlarında ve açık denizde uçuşları, gemiciliği ve balıkçılık faaliyetlerini aksatan birkaç büyük sinyal bozma operasyonu düzenledi. İran Silahlı Kuvvetleri PS752 sefer sayılı sivil yolcu uçağını düşürdüğünde uçağın GPS'ini bozmuştur. ⓘ

Zaman Yönetimi

Sıçrama saniyeleri

Çoğu saat zamanını Koordineli Evrensel Zaman'dan (UTC) alırken, uydulardaki atomik saatler "GPS zamanına" ayarlıdır. Aradaki fark, GPS zamanının Dünya'nın dönüşüne uyacak şekilde düzeltilmemiş olmasıdır, bu nedenle artık saniye veya UTC'ye periyodik olarak eklenen diğer düzeltmeleri içermez. GPS zamanı 1980'de UTC ile eşleşecek şekilde ayarlanmıştır, ancak o zamandan beri farklılaşmıştır. Düzeltmelerin olmaması, GPS zamanının Uluslararası Atomik Zaman (TAI) ile sabit bir ofsette kaldığı anlamına gelir (TAI - GPS = 19 saniye). Yer saatleriyle senkronize olmalarını sağlamak için yerleşik saatlerde periyodik düzeltmeler yapılır. ⓘ

GPS navigasyon mesajı GPS zamanı ile UTC arasındaki farkı içerir. Ocak 2017 itibariyle, 31 Aralık 2016'da UTC'ye eklenen artık saniye nedeniyle GPS zamanı UTC'den 18 saniye ileridedir. Alıcılar, UTC ve belirli saat dilimi değerlerini hesaplamak için bu ofseti GPS zamanından çıkarır. Yeni GPS üniteleri, UTC ofset mesajını alana kadar doğru UTC saatini göstermeyebilir. GPS-UTC ofset alanı 255 artık saniyeyi (sekiz bit) barındırabilir. ⓘ

Doğruluk

GPS vericilerindeki atomik saatlerin Uluslararası Atomik Zamana göre yaşadığı saat kayması nedeniyle GPS zamanı teorik olarak yaklaşık 14 nanosaniyeye kadar doğrudur Çoğu alıcı sinyalleri yorumlarken bir miktar doğruluk kaybeder ve yalnızca yaklaşık 100 nanosaniyeye kadar doğrudur. ⓘ

Biçim

Gregoryen takviminin yıl, ay ve gün formatının aksine, GPS tarihi bir hafta numarası ve bir hafta içi saniye numarası olarak ifade edilir. Hafta numarası C/A ve P(Y) navigasyon mesajlarında on bitlik bir alan olarak iletilir ve bu nedenle her 1,024 haftada (19.6 yıl) tekrar sıfır olur. GPS sıfır haftası 6 Ocak 1980'de 00:00:00 UTC'de (00:00:19 TAI) başladı ve hafta numarası ilk kez 21 Ağustos 1999'da 23:59:47 UTC'de (22 Ağustos 1999 00:00:19 TAI) tekrar sıfır oldu. Bu ikinci kez 6 Nisan 2019'da 23:59:42 UTC'de gerçekleşmiştir. Geçerli Miladi tarihi belirlemek için, GPS tarih sinyalini doğru bir şekilde çevirmek üzere bir GPS alıcısına yaklaşık tarih (3.584 gün içinde) sağlanmalıdır. Gelecekte bu endişeyi gidermek için modernize edilmiş GPS sivil navigasyon (CNAV) mesajı, yalnızca 8.192 haftada bir (157 yıl) tekrarlanan 13 bitlik bir alan kullanacak ve böylece 2137 yılına kadar (GPS sıfır haftasından 157 yıl sonra) sürecektir. ⓘ

İletişim

GPS uyduları tarafından iletilen seyir sinyalleri, içsel saatlerin durumu, ağ sağlığı ve uydu pozisyonları da dahil olmak üzere çeşitli bilgileri kodlamaktadır. Bu sinyaller, ağdaki tüm uydular için ortak olan iki ayrı taşıyıcı frekans üzerinden aktarılır. İki farklı kodlama kullanılır: düşük çözünürlüklü navigasyon sağlayan bir kamu kodlaması ve ABD ordusu tarafından kullanılan bir şifreli kodlama. ⓘ

Mesaj formatı

GPS ileti biçimi

Alt çerçeveler	Açıklaması
1	Uydu saati, GPS zaman ilişkisi
2-3	Efemeris (kesin uydu yörüngesi)
4-5	Almanak bileşeni (uydu ağı özeti, hata düzeltimi)

ⓘ

Her bir GPS uydusu sürekli olarak saniyede 50 bitlik (bit hızı bakınız) bir oranda, L1, C / A ve L2, S / Y frekanslarında bir seyir mesajını yayınlar. Her tamamlama mesajını tamamlamak için 750 saniye (12 1/2 dakika) sürer. İleti yapısı, 1500-bit uzunluğundaki çerçevenin temel biçiminde, her alt çerçeve, 300 bit uzunluğunda (6 saniye) olmak üzere beş alt çerçeveden oluşur. Tam bir veri iletisi 25 tam çerçevenin iletimini gerektirdiğinden, böylece alt çerçeveler 4 ve 5, 25 kez alt komütasyonlu olur. Her alt çerçeve, her biri 30 bit uzunluğunda on kelimeden oluşur. Bu nedenle, bir alt-kat olarak 300 bitlik bir çerçeve içinde 5 alt-çerçeve, bir mesajı 25 kare, her bir mesajı 37500 bit uzunluğundadır. 50 bit / saniyelik bir iletim oranında bütün almanak mesajını (GPS) iletmek 750 saniye sürer. Her 30 saniyelik çerçeve dakikasında veya her uydunun üzerinde atom saati ile gösterilen şekilde yarım dakika üzerinde tam olarak başlar. ⓘ

Her çerçevenin ilk alt çerçevesi hafta numarasını ve hafta içinde zamanın, yanı sıra uydu sağlığı ile ilgili verileri kodlar. Uydu için hassas yörünge - ikinci ve üçüncü alt çerçeveler ephemerisi içerirler. Dördüncü ve beşinci alt çerçeveler kaba yörünge ve Almanak bileşenini yani uydu ağı özetini ve hata düzeltimini içerirler. Bu durumda, alıcı, 18-30 saniye boyunca çözüm içinde her bir uydudan gelen mesajı demodüle ederek gereken bu iletilen mesajını doğru olan bir uydu konumunu elde etmek için kullanır. Tüm iletilen almanakları toplamak amacıyla alıcının 732-750 saniye veya 12 1/2 dakika mesajı demodüle etmesi gerekmektedir. ⓘ

Tüm uydular aynı frekanslarda yayın yaparlar. Sinyaller bireysel uydulardan gelen mesajları, her uydunun (alıcı farkında olması gerektiğini) benzersiz kodlamalara dayalı birbirinden ayırt edilmesi için kod bölmeli çoklu erişim (CDMA) kullanılarak kodlanmıştır. CDMA kodlamalarının iki farklı türleri kullanılır: genel kamu tarafından erişilebilir olan, kaba / edinim (C / A) kodu, ve sadece ABD askeriyesince erişebilir hassas (P (E)) kodu. ⓘ

Efemeris her 2 saatte bir güncellenir ve nominal olmayan koşullarda güncellemeleri her 6 saatte bir veya daha uzun süre için hükümleri ile, genel olarak 4 saat için geçerlidir. Almanak genellikle her 24 saatte bir güncellenmektedir. Birkaç hafta için ek veriler veri yükleme gecikme iletim güncellemeleri halinde yüklenir. ⓘ

Alt çerçeve #	Sayfa #	Adı	Sözcük #	Bitleri	Ölçeği	İmzalı ⓘ
1	tümü	Hafta sayısı	3	1-10	1:1	Hayır
1	tümü	L2 üzerinde CA veya P	3	11,12	1:1	Hayır
1	tümü	URA Dizini	3	13-16	1:1	Hayır
1	tümü	SV Sağlığı	3	17-22	1:1	Hayır
1	tümü	IODC(MSB)	3	23,24	1:1	Hayır
1	tümü	L2P veri bayrağı	4	1	1:1	Hayır
1	tümü	ResW4	4	2-24	Kullanılamaz	Kullanılamaz
1	tümü	ResW5	5	1-24	Kullanılamaz	Kullanılamaz
1	tümü	ResW6	6	1-24	Kullanılamaz	Kullanılamaz
1	tümü	ResW7	7	1-16	Kullanılamaz	Kullanılamaz
1	tümü	TGD	7	17-24	2^-31	Evet
1	tümü	IODC (LSB)	8	1-8	1:1	Hayır
1	tümü	TOC	8	9-24	2^4	Hayır
1	tümü	AF2	9	1-8	2^-55	Evet
1	tümü	AF1	9	9-24	2^-43	Evet
1	tümü	AF0	10	1-22	2^-31	Evet

Alt çerçeve #	Sayfa #	Adı	Sözcük #	Bitleri	Ölçeği	İmzalı ⓘ
2	tümü	IODE	3	1-8	1:1	Hayır
2	tümü	CRS	3	9-24	2^-5	Evet
2	tümü	Delta N	4	1-16	2^-43	Evet
2	tümü	M0 (MSB)	4	17-24	2^-31	Evet
2	tümü	M0 (LSB)	5	1-24
2	tümü	CUC	6	1-16	2^-29	Evet
2	tümü	e (MSB)	6	17-24	2^-33	Hayır
2	tümü	e (LSB)	7	1-24
2	tümü	CUS	8	1-16	2^-29	Evet
2	tümü	root A (MSB)	8	17-24	2^-19	Hayır
2	tümü	root A (LSB)	9	1-24
2	tümü	TOE	10	1-16	2^4	Hayır
2	tümü	FitInt	10	17	1:1	Hayır
2	tümü	AODO	10	18-22	900	Hayır

Alt çerçeve #	Sayfa #	Adı	Sözcük #	Bitleri	Ölçeği	İmzalı ⓘ
3	tümü	CIC	3	1-16	2^-29	Evet
3	tümü	Omega 0 (MSB)	3	17-24	2^-31	Evet
3	tümü	Omega 0 (LSB)	4	1-24
3	tümü	CIS	5	1-16	2^-29	Evet
3	tümü	i0 (MSB)	5	17-24	2^-31	Evet
3	tümü	i0 (LSB)	6	1-24
3	tümü	CRC	7	1-16	2^-5	Evet
3	tümü	Omega (MSB)	7	17-24	2^-31	Evet
3	tümü	Omega (LSB)	8	1-24
3	tümü	Omega Noktası	9	1-24	2^-43	Evet
3	tümü	IODE	10	1-8	1:1	Hayır
3	tümü	IDOT	10	9-22	2^-43	Evet

Uydu frekansları

GPS frekansına genel bakış

Bant	Frekans	Açıklama
L1	1575.42 MHz	Kaba alım (C/A) ve şifreli hassas (P(Y)) kodları, ayrıca Blok III ve daha yeni uydularda L1 sivil (L1C) ve askeri (M) kodları.
L2	1227.60 MHz	P(Y) kodu, ayrıca Blok IIR-M ve daha yeni uydularda L2C ve askeri kodlar.
L3	1381.05 MHz	Nükleer patlama (NUDET) tespiti için kullanılır.
L4	1379.913 MHz	Ek iyonosferik düzeltme için çalışılıyor.
L5	1176.45 MHz	Blok IIF ve daha yeni uydularda sivil yaşam güvenliği (SoL) sinyali olarak kullanılır.

ⓘ

Tüm uydular aynı iki frekansta yayın yapar: 1.57542 GHz (L1 sinyali) ve 1.2276 GHz (L2 sinyali). Uydu ağı, düşük bit hızlı mesaj verilerinin her uydu için farklı olan yüksek hızlı sözde rasgele (PRN) diziyle kodlandığı bir CDMA yayılma spektrumu tekniği kullanır. Alıcı, gerçek mesaj verilerini yeniden yapılandırmak için her uydunun PRN kodlarından haberdar olmalıdır. Sivil kullanım için C/A kodu saniyede 1.023 milyon çip hızında veri iletirken, ABD askeri kullanımı için P kodu saniyede 10.23 milyon çip hızında veri iletir. Uyduların gerçek iç referansı, Dünya'daki gözlemcilerin yörüngedeki vericilere göre farklı bir zaman referansı algılamasına neden olan rölativistik etkileri telafi etmek için 10.22999999543 MHz'dir. L1 taşıyıcısı hem C/A hem de P kodları tarafından modüle edilirken, L2 taşıyıcısı sadece P kodu tarafından modüle edilir. P kodu, sadece uygun bir şifre çözme anahtarına sahip askeri teçhizat tarafından kullanılabilen P(Y) kodu olarak şifrelenebilir. Hem C/A hem de P(Y) kodları kullanıcıya günün kesin saatini verir. ⓘ

1.38105 GHz frekansındaki L3 sinyali uydulardan yer istasyonlarına veri iletmek için kullanılır. Bu veriler Amerika Birleşik Devletleri Nükleer Patlama (NUDET) Tespit Sistemi (USNDS) tarafından Dünya atmosferindeki ve yakın uzaydaki nükleer patlamaları (NUDET'ler) tespit etmek, yerlerini belirlemek ve rapor etmek için kullanılır. Bir kullanım alanı da nükleer test yasağı anlaşmalarının uygulanmasıdır. ⓘ

1.379913 GHz'deki L4 bandı ek iyonosferik düzeltme için incelenmektedir. ⓘ

1.17645 GHz'deki L5 frekans bandı GPS modernizasyonu sürecinde eklenmiştir. Bu frekans havacılık navigasyonu için uluslararası düzeyde korunan bir aralıkta yer alır ve her koşulda çok az ya da hiç parazit vaat etmez. Bu sinyali sağlayan ilk Blok IIF uydusu Mayıs 2010'da fırlatılmıştır. 5 Şubat 2016'da 12. ve son Blok IIF uydusu fırlatıldı. L5, birbiriyle dörtlü fazda olan iki taşıyıcı bileşenden oluşur. Her bir taşıyıcı bileşen ayrı bir bit dizisi tarafından modüle edilen iki fazlı kaydırmalı anahtardır (BPSK). "Üçüncü sivil GPS sinyali olan L5, nihayetinde havacılık için can güvenliği uygulamalarını destekleyecek ve gelişmiş kullanılabilirlik ve doğruluk sağlayacaktır." ⓘ

2011 yılında LightSquared'e L1 bandı yakınında karasal bir geniş bant hizmeti işletmesi için şartlı bir feragatname verildi. LightSquared'in 1525 ila 1559 bandında faaliyet göstermek için 2003 yılında lisans başvurusunda bulunmasına ve bu başvurunun kamuoyu görüşüne açılmasına rağmen, FCC LightSquared'den GPS alıcılarını test etmek ve LightSquared karasal ağından gelen daha büyük sinyal gücü nedeniyle ortaya çıkabilecek sorunları belirlemek için GPS topluluğu ile bir çalışma grubu oluşturmasını istedi. GPS topluluğu LightSquared (eski adıyla MSV ve SkyTerra) uygulamalarına, LightSquared'in Yardımcı Karasal Bileşen (ATC) yetkisinde bir değişiklik için başvurduğu Kasım 2010'a kadar itiraz etmemişti. Bu başvuru (SAT-MOD-20101118-00239), karasal baz istasyonları için aynı frekans bandında birkaç kat daha fazla güç çalıştırma talebi anlamına geliyordu ve esasen uzaydan gelen sinyaller için "sessiz bir mahalle" olması gereken yeri hücresel bir ağa eşdeğer olarak yeniden tasarlıyordu. 2011'in ilk yarısında yapılan testler, spektrumun alt 10 MHz'lik kısmının GPS cihazları üzerindeki etkisinin minimum düzeyde olduğunu göstermiştir (toplam GPS cihazlarının %1'inden azı etkilenmiştir). LightSquared tarafından kullanılması amaçlanan üst 10 MHz GPS cihazları üzerinde bir miktar etkiye sahip olabilir. Bunun birçok tüketici kullanımı için GPS sinyalini ciddi şekilde düşürebileceğine dair bazı endişeler var. Aviation Week dergisi son testlerin (Haziran 2011) LightSquared sistemi tarafından GPS'in "önemli ölçüde karıştırıldığını" doğruladığını bildirmektedir. ⓘ

Demodülasyon ve kod çözme

Kaba/Algılama Altın kodunu kullanarak GPS Uydu Sinyallerini Demodüle Etme ve Kod Çözme. ⓘ

Tüm uydu sinyalleri aynı L1 taşıyıcı frekansı üzerine modüle edildiğinden, demodülasyondan sonra sinyallerin ayrılması gerekir. Bu, her uyduya Altın kod olarak bilinen benzersiz bir ikili dizi atanarak yapılır. Sinyaller demodülasyondan sonra alıcı tarafından izlenen uydulara karşılık gelen Altın kodların toplanmasıyla çözülür. ⓘ

Eğer almanak bilgisi daha önceden edinilmişse, alıcı dinleyeceği uyduları PRN'lerine göre seçer, bunlar 1 ila 32 aralığındaki benzersiz numaralardır. Eğer almanak bilgisi hafızada yoksa, alıcı uydulardan birinde bir kilit elde edilene kadar bir arama moduna girer. Bir kilit elde etmek için, alıcıdan uyduya engelsiz bir görüş hattı olması gerekir. Alıcı daha sonra almanağı alabilir ve dinlemesi gereken uyduları belirleyebilir. Her uydunun sinyalini algıladığında, onu farklı C/A kod modeliyle tanımlar. Efemeris verilerini okuma ihtiyacı nedeniyle ilk konum tahmininden önce 30 saniyeye kadar bir gecikme olabilir. ⓘ

Navigasyon mesajının işlenmesi, iletim zamanının ve bu sırada uydu konumunun belirlenmesini sağlar. Daha fazla bilgi için Demodülasyon ve Kod Çözme, Gelişmiş bölümüne bakın. ⓘ

Navigasyon denklemleri

Sorun açıklaması

Alıcı, uydu konumlarını ve gönderilen zamanı belirlemek için uydulardan alınan mesajları kullanır. Uydu konumunun x, y ve z bileşenleri ve gönderilen zaman (s) [xi, yi, zi, si] olarak belirtilir; burada i alt simgesi uyduyu gösterir ve n ≥ 4 olmak üzere 1, 2, ..., n değerini alır. Yerleşik alıcı saati tarafından gösterilen mesaj alım zamanı t̃i olduğunda, gerçek alım zamanı ti = t̃i - b'dir, burada b uydular tarafından kullanılan çok daha hassas GPS saatlerinden alıcının saat sapmasıdır. Alıcı saat sapması, alınan tüm uydu sinyalleri için aynıdır (uydu saatlerinin hepsinin mükemmel şekilde senkronize olduğu varsayılır). Mesajın geçiş süresi t̃i - b - si'dir, burada si uydu saatidir. Mesajın ışık hızında (c) gittiği varsayılırsa, kat edilen mesafe (t̃i - b - si) c'dir. ⓘ

N uydu için sağlanması gereken denklemler şunlardır:

$d_{i}=\left({\tilde {t}}_{i}-b-s_{i}\right)c,\;i=1,2,\dots ,n$

Burada d_i, alıcı ile i uydusu arasındaki geometrik mesafe veya menzildir (alt simgesiz değerler alıcı konumunun x, y ve z bileşenleridir):

$d_{i}={\sqrt {(x-x_{i})^{2}+(y-y_{i})^{2}+(z-z_{i})^{2}}}$

Sözde menzilleri şu şekilde tanımlamak $p_{i}=\left({\tilde {t}}_{i}-s_{i}\right)c$gerçek aralığın yanlı versiyonları olduğunu görüyoruz:

$p_{i}=d_{i}+bc,\;i=1,2,...,n$ .

Denklemlerde dört bilinmeyen [x, y, z, b] olduğundan - GPS alıcısının konumunun üç bileşeni ve saat sapması - bu denklemleri çözmeye çalışmak için en az dört uydudan gelen sinyaller gereklidir. Bu denklemler cebirsel ya da sayısal yöntemlerle çözülebilir. GPS çözümlerinin varlığı ve tekliği Abell ve Chaffee tarafından tartışılmıştır. N dörtten büyük olduğunda, bu sistem aşırı belirlenmiştir ve bir uydurma yöntemi kullanılmalıdır. ⓘ

Sonuçlardaki hata miktarı, alınan uyduların gökyüzündeki konumlarına göre değişir, çünkü belirli konfigürasyonlar (alınan uydular gökyüzünde birbirine yakın olduğunda) daha büyük hatalara neden olur. Alıcılar genellikle hesaplanan konumdaki hatanın çalışan bir tahminini hesaplar. Bu, alıcının temel çözünürlüğünün, kullanılan uyduların göreceli gökyüzü yönlerinden hesaplanan geometrik konum seyreltme (GDOP) faktörleri olarak adlandırılan miktarlarla çarpılmasıyla yapılır. Alıcı konumu, WGS 84 jeodezik datumu veya ülkeye özgü bir sistem kullanılarak enlem ve boylam gibi belirli bir koordinat sisteminde ifade edilir. ⓘ

Geometrik yorumlama

GPS denklemleri sayısal ve analitik yöntemlerle çözülebilir. Geometrik yorumlar bu çözüm yöntemlerinin anlaşılmasını geliştirebilir. ⓘ

Küreler

2 boyutlu Kartezyen gerçek menzilli çoklu yönlendirme (trilaterasyon) senaryosu. ⓘ

Sözde menziller olarak adlandırılan ölçülen menziller saat hataları içerir. Menzillerin senkronize edildiği basitleştirilmiş bir idealleştirmede, bu gerçek menziller, her biri verici uydulardan birini merkez alan kürelerin yarıçaplarını temsil eder. Alıcının konumu için çözüm bu kürelerin yüzeylerinin kesiştiği yerdedir; bkz. trilaterasyon (daha genel olarak, gerçek menzilli multilaterasyon). En az üç uydudan gelen sinyaller gereklidir ve bunların üç küresi tipik olarak iki noktada kesişir. Bu noktalardan biri alıcının konumudur, diğeri ise ardışık ölçümlerde hızla hareket eder ve genellikle Dünya yüzeyinde olmaz. ⓘ

Uygulamada, saat yanlılığının yanı sıra rastgele hatalar ve kürelerin merkezleri birbirine nispeten yakınsa birbirine yakın sayıların çıkarılmasından kaynaklanan hassasiyet kaybı potansiyeli de dahil olmak üzere birçok yanlışlık kaynağı vardır. Bu da üç uydudan hesaplanan konumun tek başına yeterince doğru olamayacağı anlamına gelir. Daha fazla uydudan elde edilen veriler, rastgele hataların iptal edilme eğilimi nedeniyle ve ayrıca küre merkezleri arasında daha büyük bir yayılma sağlayarak yardımcı olabilir. Ancak aynı zamanda, daha fazla küre genellikle bir noktada kesişmeyecektir. Bu nedenle, tipik olarak en küçük kareler yoluyla yakın bir kesişim hesaplanır. Ne kadar çok sinyal mevcutsa, yaklaşımın o kadar iyi olması muhtemeldir. ⓘ

Hiperboloidler

Üç uydunun ("istasyonlar" A, B, C olarak etiketlenmiştir) konumları bilinmektedir. Bir radyo sinyalinin her bir uydudan alıcıya ulaşması için geçen gerçek süreler bilinmemektedir, ancak gerçek zaman farkları bilinmektedir. O halde, her bir zaman farkı alıcıyı uydulara odaklanmış bir hiperbolün bir dalı üzerinde konumlandırır. Alıcı daha sonra iki kesişim noktasından birinde konumlandırılır. ⓘ

Alıcı ile i uydusu arasındaki sözde uzaklık ve alıcı ile j uydusu arasındaki sözde uzaklık çıkarılırsa, pi - p_j, ortak alıcı saat sapması (b) iptal olur ve di - d_j mesafeleri arasında bir fark ortaya çıkar. İki noktaya (burada iki uyduya) sabit bir mesafe farkı olan noktaların konumu düzlemde bir hiperbol ve 3B uzayda bir hiperboloiddir (daha spesifik olarak, iki tabakalı bir hiperboloid) (bkz. Multilaterasyon). Böylece, dört sözde menzil ölçümünden alıcı, her biri bir çift uyduda odaklanan üç hiperboloidin yüzeylerinin kesiştiği noktaya yerleştirilebilir. İlave uydularla birlikte, çoklu kesişimlerin benzersiz olması gerekmez ve bunun yerine en uygun çözüm aranır. ⓘ

Girintili küre

Daha küçük bir daire (kırmızı), karşılıklı olarak teğet olması gerekmeyen diğer dairelerin (siyah) içine yazılır ve onlara teğettir. ⓘ

Alıcı konumu, alıcı saat sapması b (ışık hızı c ile ölçeklendirilmiş) tarafından verilen bc yarıçaplı bir yazılı kürenin (insphere) merkezi olarak yorumlanabilir. Insphere konumu diğer kürelere temas edecek şekildedir. Çevreleyen küreler, yarıçapları ölçülen sözde aralıklar pi'ye eşit olan GPS uydularında merkezlenir. Bu yapılandırma, kürelerin yarıçaplarının yansız ya da geometrik aralıklar di olduğu yukarıda açıklanan yapılandırmadan farklıdır. ⓘ

Hiperkoniler

Alıcıdaki saat genellikle uydulardakiyle aynı kalitede değildir ve uydularla doğru bir şekilde senkronize olmayacaktır. Bu da uydulara olan gerçek mesafelere kıyasla büyük farklar içeren sahte mesafeler üretir. Bu nedenle, pratikte, alıcı saati ile uydu saati arasındaki zaman farkı bilinmeyen bir saat sapması b olarak tanımlanır. Denklemler daha sonra alıcı konumu ve saat sapması için aynı anda çözülür. Çözüm uzayı [x, y, z, b] dört boyutlu bir uzay-zaman olarak görülebilir ve en az dört uydudan gelen sinyallere ihtiyaç vardır. Bu durumda denklemlerin her biri, tepe noktası uyduda bulunan ve tabanı uydunun etrafındaki bir küre olan bir hiperkoni (veya küresel koni) tanımlar. Alıcı bu tür dört ya da daha fazla hiperkoninin kesişme noktasındadır. ⓘ

Çözüm yöntemleri

En küçük kareler

Dörtten fazla uydu mevcut olduğunda, hesaplama alıcı kanallarının sayısına, işlem kapasitesine ve hassasiyetin geometrik seyreltilmesine (GDOP) bağlı olarak en iyi dört uyduyu veya aynı anda dörtten fazlasını (tüm görünür uydulara kadar) kullanabilir. ⓘ

Dörtten fazlasını kullanmak, benzersiz bir çözümü olmayan aşırı belirlenmiş bir denklem sistemi içerir; böyle bir sistem en küçük kareler veya ağırlıklı en küçük kareler yöntemiyle çözülebilir. ⓘ

$\left({\hat {x}},{\hat {y}},{\hat {z}},{\hat {b}}\right)={\underset {\left(x,y,z,b\right)}{\arg \min }}\sum _{i}\left({\sqrt {(x-x_{i})^{2}+(y-y_{i})^{2}+(z-z_{i})^{2}}}+bc-p_{i}\right)^{2}$ ⓘ

Yinelemeli

Hem dört uydu için denklemler hem de dörtten fazla uydu için en küçük kareler denklemleri doğrusal değildir ve özel çözüm yöntemlerine ihtiyaç duyar. Yaygın bir yaklaşım, Gauss-Newton algoritması gibi denklemlerin doğrusallaştırılmış bir formu üzerinde iterasyon yapmaktır. ⓘ

GPS başlangıçta sayısal en küçük kareler çözüm yönteminin kullanıldığı varsayılarak geliştirilmiştir, yani kapalı form çözümleri bulunmadan önce. ⓘ

Kapalı form

Yukarıdaki denklem setine yönelik kapalı formda bir çözüm S. Bancroft tarafından geliştirilmiştir. Bu yöntemin özellikleri iyi bilinmektedir; özellikle de savunucuları düşük GDOP durumlarında yinelemeli en küçük kareler yöntemlerine kıyasla daha üstün olduğunu iddia etmektedir. ⓘ

Bancroft'un yöntemi sayısal değil cebirseldir ve dört ya da daha fazla uydu için kullanılabilir. Dört uydu kullanıldığında, temel adımlar 4x4'lük bir matrisin ters çevrilmesi ve tek değişkenli ikinci dereceden bir denklemin çözülmesidir. Bancroft'un yöntemi bilinmeyen büyüklükler için bir veya iki çözüm sağlar. İki tane olduğunda (genellikle durum böyledir), yalnızca bir tanesi Dünya'ya yakın mantıklı bir çözümdür. ⓘ

Bir alıcı çözüm için dörtten fazla uydu kullandığında, Bancroft bir çözüm bulmak için genelleştirilmiş tersi (yani pseudoinverse) kullanır. Aşırı belirlenmiş doğrusal olmayan en küçük kareler problemlerini çözmek için Gauss-Newton algoritması yaklaşımı gibi iteratif yöntemlerin genellikle daha doğru çözümler sağladığı bir durum ortaya konmuştur. ⓘ

Leick ve diğerleri (2015) "Bancroft'un (1985) çözümünün ilk olmasa da çok erken bir kapalı form çözümü olduğunu" belirtmektedir. Daha sonra başka kapalı form çözümleri de yayınlanmıştır, ancak bunların uygulamada benimsenmesi belirsizdir. ⓘ

Hata kaynakları ve analizi

GPS hata analizi, GPS sonuçlarındaki hata kaynaklarını ve bu hataların beklenen boyutunu inceler. GPS alıcı saat hataları ve diğer etkiler için düzeltmeler yapar, ancak bazı kalıntı hatalar düzeltilmemiş olarak kalır. Hata kaynakları arasında sinyal varış zamanı ölçümleri, sayısal hesaplamalar, atmosferik etkiler (iyonosferik/troposferik gecikmeler), efemeris ve saat verileri, çok yollu sinyaller ve doğal ve yapay girişimler yer alır. Bu kaynaklardan gelen artık hataların büyüklüğü hassasiyetin geometrik seyrelmesine bağlıdır. Yapay hatalar, sinyal bozucu cihazlardan kaynaklanabilir ve gemi ve uçakları tehdit edebilir ya da doğruluğu ≈ 6-12 m (20-40 ft) ile sınırlayan, ancak 1 Mayıs 2000'den beri kapatılan seçici kullanılabilirlik yoluyla kasıtlı sinyal bozulmasından kaynaklanabilir. ⓘ

GPS alıcıları ile ilgili düzenleyici spektrum sorunları

Amerika Birleşik Devletleri'nde GPS alıcıları Federal İletişim Komisyonu'nun (FCC) 15. Bölüm kuralları kapsamında düzenlenmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde satılan GPS özellikli cihazların kılavuzlarında belirtildiği gibi, bir Bölüm 15 cihazı olarak, "istenmeyen çalışmaya neden olabilecek girişimler de dahil olmak üzere alınan her türlü girişimi kabul etmelidir." Özellikle GPS cihazları ile ilgili olarak FCC, GPS alıcısı üreticilerinin "kendilerine tahsis edilen spektrum dışındaki sinyallerin alınmasına karşı makul bir şekilde ayrımcılık yapan alıcılar kullanmaları gerektiğini" belirtmektedir. Son 30 yıldır GPS alıcıları Mobil Uydu Hizmeti bandının yanında çalışmakta ve Inmarsat gibi mobil uydu hizmetlerinin alımına karşı herhangi bir sorun olmaksızın ayrımcılık yapmaktadır. ⓘ

FCC tarafından GPS L1 kullanımı için tahsis edilen spektrum 1559 ila 1610 MHz iken, Lightsquared'in sahip olduğu uydudan yere kullanım için tahsis edilen spektrum Mobil Uydu Hizmeti bandıdır. FCC, 1996 yılından bu yana 1525 ila 1559 MHz'lik GPS bandına komşu spektrumun lisanslı kullanımını Virginia şirketi LightSquared'e vermiştir. 1 Mart 2001'de FCC, LightSquared'in selefi Motient Services'ten tahsis edilen frekansları entegre bir uydu-kara hizmeti için kullanmak üzere bir başvuru aldı. 2002 yılında ABD GPS Endüstri Konseyi LightSquared ile LightSquared'in yer tabanlı istasyonlarının 1559 ila 1610 MHz'lik komşu GPS bandına yayın yapmasını önlemek için bir bant dışı emisyon (OOBE) anlaşması yaptı. 2004 yılında FCC, LightSquared'e uydu sistemlerine yardımcı bir yer tabanlı ağ kurma yetkisi verirken OOBE anlaşmasını kabul etti - Yardımcı Kule Bileşenleri (ATC'ler) olarak bilinir - "MSS ATC'ye, eklenen karasal bileşenin ana MSS teklifine yardımcı olmasını sağlayan koşullara tabi olarak izin vereceğiz. Karasal bileşenin tek başına bir hizmet haline gelmesini amaçlamıyoruz ve buna izin vermeyeceğiz." Bu yetkilendirme, ABD Tarım Bakanlığı, ABD Uzay Kuvvetleri, ABD Ordusu, ABD Sahil Güvenlik, Federal Havacılık İdaresi, Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA), ABD İçişleri Bakanlığı ve ABD Ulaştırma Bakanlığı'nı içeren ABD Departmanlar Arası Radyo Danışma Komitesi tarafından incelenmiş ve onaylanmıştır. ⓘ

Ocak 2011'de FCC, LightSquared'in Best Buy, Sharp ve C Spire gibi toptan müşterilerinin LightSquared'den yalnızca entegre uydu-yer tabanlı hizmet satın almasına ve bu entegre hizmeti LightSquared'in tahsis ettiği 1525 ila 1559 MHz frekanslarını kullanarak yalnızca yer tabanlı sinyali kullanacak şekilde donatılmış cihazlarda yeniden satmasına şartlı olarak izin verdi. Aralık 2010'da GPS alıcısı üreticileri FCC'ye LightSquared'in sinyalinin GPS alıcı cihazlarıyla etkileşime gireceğine dair endişelerini dile getirmiş, ancak FCC'nin Ocak 2011 kararına giden politika değerlendirmeleri yer tabanlı LightSquared istasyonlarının azami sayısında veya bu istasyonların çalışabileceği azami güçte önerilen herhangi bir değişiklikle ilgili olmamıştır. Ocak 2011 kararı, nihai yetkilendirmeyi LightSquared liderliğindeki bir çalışma grubu tarafından GPS endüstrisi ve Federal kurumların katılımıyla yürütülen GPS enterferans sorunlarına ilişkin çalışmalara bağlı kılmaktadır. 14 Şubat 2012'de FCC, NTIA'nın potansiyel GPS parazitini azaltmanın şu anda pratik bir yolu olmadığı sonucuna dayanarak LightSquared'in Şartlı Feragat Emrini iptal etmek için işlemleri başlattı. ⓘ

GPS alıcısı üreticileri GPS alıcılarını GPS'e tahsis edilen bandın ötesinde spektrum kullanacak şekilde tasarlamaktadır. Bazı durumlarda, GPS alıcıları 1575.42 MHz'lik L1 frekansının her iki yönünde 400 MHz'e kadar spektrum kullanacak şekilde tasarlanmıştır, çünkü bu bölgelerdeki mobil uydu hizmetleri uzaydan yere ve mobil uydu hizmetleriyle orantılı güç seviyelerinde yayın yapmaktadır. FCC'nin 15. Bölüm kuralları kapsamında düzenlendiği üzere, GPS alıcıları GPS'e tahsis edilmiş spektrum dışındaki sinyallerden korunma garantisine sahip değildir. GPS'in Mobil Uydu Hizmeti bandının yanında çalışmasının ve aynı zamanda Mobil Uydu Hizmeti bandının GPS'in yanında çalışmasının nedeni budur. Spektrum tahsisinin simbiyotik ilişkisi, her iki bandın kullanıcılarının işbirliği içinde ve özgürce çalışabilmesini sağlar. ⓘ

FCC, Şubat 2003'te LightSquared gibi Mobil Uydu Hizmeti (MSS) lisans sahiplerinin "karasal kablosuz spektrumun daha verimli kullanımını teşvik etmek" amacıyla lisanslı spektrumlarında az sayıda yardımcı yer tabanlı kule inşa etmelerine izin veren kuralları kabul etti. 2003 tarihli bu kurallarda FCC şunları belirtmiştir: "Bir ön mesele olarak, karasal [Ticari Mobil Radyo Hizmeti ("CMRS")] ve MSS ATC'nin farklı fiyatlara, kapsama alanına, ürün kabulüne ve dağıtımına sahip olması beklenmektedir; bu nedenle, iki hizmet en iyi ihtimalle, ağırlıklı olarak farklı pazar segmentlerinde faaliyet gösterecek olan birbirlerinin kusurlu ikameleri gibi görünmektedir... MSS ATC'nin aynı müşteri tabanı için karasal CMRS ile doğrudan rekabet etmesi olası değildir...". 2004 yılında FCC, yer tabanlı kulelerin yardımcı olacağını açıklığa kavuşturdu ve "MSS ATC'ye, eklenen karasal bileşenin ana MSS teklifine yardımcı olmasını sağlayan koşullara tabi olarak izin vereceğiz. Karasal bileşenin tek başına bir hizmet haline gelmesini amaçlamıyoruz ve buna izin vermeyeceğiz." Temmuz 2010'da FCC, LightSquared'in "karasal mobil sağlayıcılar tarafından sağlananlara benzer mobil genişbant hizmetleri sağlamak ve mobil genişbant sektöründeki rekabeti artırmak" için entegre bir uydu-karasal hizmet sunma yetkisini kullanmasını beklediğini belirtti. GPS alıcı üreticileri, LightSquared'in 1525 ila 1559 MHz'lik lisanslı spektrumunun, 2003 ve 2004 FCC ATC kararlarının Yardımcı Kule Bileşeninin (ATC) aslında birincil uydu bileşenine yardımcı olacağını açıkça ortaya koymasına dayanarak, yüksek hızlı kablosuz geniş bant için kullanılmasının hiçbir zaman öngörülmediğini savunmuşlardır. GPS alıcısı üreticisi Trimble Navigation Ltd. 2004 yılında FCC'nin Mobil Uydu Hizmeti bandında basit bir yer tabanlı LTE hizmetine karşı LightSquared'in yardımcı karasal bileşenine izin vermesini sürdürme çabalarına kamuoyu desteği oluşturmak için "GPS'imizi Kurtarma Koalisyonu "nu kurdu. ⓘ

FCC ve LightSquared, ağın çalışmasına izin verilmeden önce GPS paraziti sorununu çözmek için kamuoyuna taahhütte bulundu. Uçak Sahipleri ve Pilotlar Derneği'nden Chris Dancy'ye göre, etkilenecek türden sistemlere sahip havayolu pilotları "rotadan çıkabilir ve bunun farkına bile varmayabilir". Sorunlar aynı zamanda Federal Havacılık İdaresi'nin hava trafik kontrol sistemine yaptığı güncellemeyi, Birleşik Devletler Savunma Bakanlığı'nın yönlendirmelerini ve 911 dahil yerel acil durum hizmetlerini de etkileyebilir. ⓘ

14 Şubat 2012 tarihinde FCC, ordu ve diğer federal hükümet kuruluşları için spektrum kullanımlarını koordine eden federal kurum olan Ulusal Telekomünikasyon ve Bilgi İdaresi (NTIA) tarafından "şu anda potansiyel paraziti azaltmanın pratik bir yolu olmadığı" konusunda bilgilendirildikten sonra LightSquared'in planlanan ulusal geniş bant ağını engellemek için harekete geçti. LightSquared FCC'nin bu kararına itiraz ediyor. ⓘ

Benzer sistemler

GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou-2 ve Iridium takımyıldızları, Uluslararası Uzay İstasyonu, Hubble Uzay Teleskobu ve sabit yörüngenin (ve onun mezarlık yörüngesinin) yörünge boyutu karşılaştırması, Van Allen radyasyon kuşakları ve Dünya ölçeklendirilmiştir. Ay'ın yörüngesi sabit yörüngeden yaklaşık 9 kat daha büyüktür. (SVG dosyasında, vurgulamak için bir yörüngenin veya etiketinin üzerine gelin; makalesini yüklemek için tıklayın). ⓘ

Kullanımda olan veya çeşitli geliştirme aşamalarında olan diğer önemli uydu navigasyon sistemleri şunlardır:

• Beidou - Çin Halk Cumhuriyeti tarafından konuşlandırılan ve işletilen sistem, 2019'da küresel hizmetlere başlıyor.
• Galileo - Avrupa Birliği ve diğer ortak ülkeler tarafından geliştirilmekte olan, 2016 yılında faaliyete geçen ve 2020 yılına kadar tamamen devreye girmesi beklenen küresel bir sistem.
• GLONASS - Rusya'nın küresel navigasyon sistemi. Dünya çapında tamamen çalışır durumda.
• NavIC - Hindistan Uzay Araştırma Organizasyonu tarafından geliştirilen bölgesel bir navigasyon sistemi.
• QZSS - Japonya odaklı olmak üzere Asya-Okyanusya bölgelerinde kullanılabilen bölgesel bir navigasyon sistemi. ⓘ

Tarihi

GPS sistemi ilk askeri gereksinimler için tasarlanmıştı. Tasarımı kısmen 1940'lı yılların başlarında geliştirilen, II. Dünya Savaşı sırasında kullanılan ve daha sonra da uzun süre kullanılmış o dönem için bir çözüm olan LORAN (LORAN - Long Range Navigation) ve Decca Gezgini gibi benzer yer tabanlı radyo-seyir sistemlerine dayanmaktadır. GPS'in ilk kullanımı İkinci Dünya Savaşı'nın hemen sonrasına dayanır. Sistem, sinyal alıcıları ile yön bulmakta, askeri planlarda ve konum hesaplamalarında ve güdümlü roketlerin kontrolünde kullanılmak üzere tasarlanmıştı. GPS sistemi, ancak 1980'lerde sivil kullanıma açılmıştır. ⓘ

Askeri

GPS seyir füzelerinde (kıtalar arası füzelerde) ve hassas güdümlü füzelerde kullanılmaktadır. Balistik füzelere de de fırlatma pozisyonunun daha doğru olarak hesaplanması için kullanılmaktadır. Ayrıca Amerikan Nükleer Patlama Gözlemleme Sisteminin büyük bir parçası olarak GPS uyduları nükleer patlama dedektörleri içerir. ⓘ

Türk Silahlı Kuvvetleri de izlediği savunma politikasına paralel olarak birçok alanda GPS uygulamalarından yararlanmaktadır. Örnek olarak komando birlikleri intikal, travers, arazide yön bulma gibi birçok alanda GPS kullanmaktadır. ⓘ

• Arama ve Kurtarma: Düşen pilotlar daha hızlı pozisyon biliniyorsa bulunabilir.
• Keşif: Devriye hareketi daha yakından idare edilebilir. ⓘ