Küresel Konumlandırma Sistemi - Global Positioning System

Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS)
NAVSTAR GPS logosu.png

Menşe ülke/ülkeler Amerika Birleşik Devletleri
Operatör(ler) ABD Uzay Kuvvetleri
Tip Askeri, sivil
Durum operasyonel
Kapsam küresel
Kesinlik 500–30 cm (16–0.98 ft)
takımyıldız boyutu
Toplam uydu 77
yörüngedeki uydular 31
İlk lansman 22 Şubat 1978 ; 43 yıl önce ( 1978-02-22 )
Toplam lansman 75
yörünge özellikleri
rejim(ler) 6x MEO uçakları
yörünge yüksekliği 20.180 km (12.540 mil)
Diğer detaylar
Maliyet 12 milyar dolar
(ilk takımyıldızı)
yılda 750 milyon dolar
(işletme maliyeti)
Sanatçının Dünya yörüngesindeki GPS Blok II-F uydusu anlayışı.
Bir deniz uygulamasında sivil GPS alıcıları (" GPS navigasyon cihazı ").
Bir Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı Kıdemli Havacısı , Küresel Konumlandırma Sistemi uydu operasyonları sırasında bir kontrol listesinden geçer.

Küresel Konumlama Sistemi ( GPS ), aslen Navstar GPS , bir olan uydu bazlı radyonavigasyon ait sistem ABD hükümeti tarafından işletilen ABD Uzay Kuvvetleri . Bu biridir küresel seyrüsefer uydu sistemleri sağlamaktadır (GNSS) coğrafi konum ve zaman bilgilerini a GPS alıcısı veya dört veya daha fazla GPS uydularına engel olmadan görüş çizgi vardır Dünya yakınlarında her yerde. Dağlar ve binalar gibi engeller nispeten zayıf GPS sinyallerini engelleyebilir .

GPS, kullanıcının herhangi bir veri iletmesini gerektirmez ve herhangi bir telefon veya İnternet alımından bağımsız olarak çalışır, ancak bu teknolojiler GPS konumlandırma bilgisinin kullanışlılığını artırabilir. GPS, dünya çapındaki askeri, sivil ve ticari kullanıcılara kritik konumlandırma yetenekleri sağlar. Amerika Birleşik Devletleri hükümeti sistemi yarattı, bakımını ve kontrolünü yaptı ve GPS alıcısı olan herkes tarafından serbestçe erişilebilir hale getirildi.

GPS projesi 1973'te ABD Savunma Bakanlığı tarafından başlatıldı. İlk prototip uzay aracı 1978'de fırlatıldı ve 24 uydudan oluşan tam takımyıldızı 1993'te faaliyete geçti. Başlangıçta Birleşik Devletler ordusunun kullanımıyla sınırlıydı, sivil kullanıma ABD'den izin verildi. 1980'ler , Korean Air Lines Flight 007 olayından sonra Başkan Ronald Reagan'ın bir icra emrini takiben . Teknolojideki ilerlemeler ve mevcut sistemdeki yeni talepler artık GPS'i modernize etme ve yeni nesil GPS Block IIIA uydularını ve Yeni Nesil Operasyonel Kontrol Sistemini (OCX) uygulama çabalarına yol açmıştır . 2000 yılında ABD Kongresi tarafından yetkilendirilen bu değişiklikleri 1998 yılında Başkan Yardımcısı Al Gore ve Clinton Yönetimi'nin açıklamaları başlatmıştır .

1990'larda, GPS kalitesi ABD hükümeti tarafından "Seçici Kullanılabilirlik" adı verilen bir programda düşürüldü; bu, 1 Mayıs 2000'de Başkan Bill Clinton tarafından imzalanan bir yasa ile durduruldu .

GPS hizmeti, 1999'da Kargil Savaşı sırasında Hindistan ordusunun başına geldiği gibi sisteme erişimi seçici olarak reddedebilen veya herhangi bir zamanda hizmeti bozabilen ABD hükümeti tarafından kontrol ediliyor . Sonuç olarak, birçok ülke başka küresel veya bölgesel uydu navigasyon sistemleri geliştirmiş veya kurma sürecindedir. Rus Küresel Navigasyon Uydu Sistemi ( GLONASS ) GPS ile eş zamanlı olarak geliştirildi, ancak 2000'lerin ortalarına kadar yerkürenin eksik kapsama alanından muzdaripti. GLONASS, GPS cihazlarına eklenebilir, böylece daha fazla uydu kullanılabilir hale gelir ve konumların iki metre (6,6 ft) içinde daha hızlı ve doğru bir şekilde sabitlenmesi sağlanır. 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'si var . Japonya'nın Quasi-Zenith Uydu Sistemi (QZSS), 2023 için planlanan GPS'den bağımsız uydu navigasyonu ile Asya-Okyanusya'da GPS'in doğruluğunu artırmak için GPS uydu tabanlı bir büyütme sistemidir .

2000 yılında seçici kullanılabilirlik kaldırıldığında, GPS yaklaşık beş metre (16 ft) doğruluğa sahipti. L5 bandını kullanan GPS alıcıları, 30 santimetre (11.8 inç) içinde nokta atışı yaparak çok daha yüksek doğruluğa sahip olabilirken, üst düzey kullanıcılar (tipik olarak mühendislik ve arazi etüt uygulamaları) bant genişliği sinyallerinden birkaçında iki mesafeye kadar doğruluk sağlayabilir. Uzun süreli ölçümler için santimetre ve hatta milimetre altı doğruluk. Mayıs 2021 itibariyle, 16 GPS uydusu L5 sinyalleri yayınlıyor ve sinyaller operasyon öncesi olarak kabul ediliyor ve yaklaşık 2027 yılına kadar 24 uyduya ulaşması planlanıyor.

Tarih

GPS takımyıldızı sistemi animasyonu

GPS projesi, 1960'lardaki sınıflandırılmış mühendislik tasarım çalışmaları da dahil olmak üzere birçok öncülden gelen fikirleri birleştirerek, önceki navigasyon sistemlerinin sınırlamalarının üstesinden gelmek için 1973'te Amerika Birleşik Devletleri'nde başlatıldı. ABD Savunma Bakanlığı aslen ABD ordusu tarafından kullanılmak üzere, 24 uyduyu kullanılan sistem, geliştirdi ve 1980 den izin verildi 1995. Sivil kullanımda tam olarak faaliyete başladı. Roger L. Easton arasında Donanma Araştırma Laboratuarı , Alma İvan A. arasında Aerospace Corporation ve Bradford Parkinson ait Uygulamalı Fizik Laboratuvarı bunu icat ile yatırılır. Gladys West'in çalışması, GPS için gereken hassasiyetle uydu konumlarını tespit etmek için hesaplama tekniklerinin geliştirilmesinde araçsal olarak kabul edilir.

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

1955'te Friedwardt Winterberg , yapay uydular içinde yörüngeye yerleştirilmiş doğru atomik saatler kullanarak güçlü bir yerçekimi alanında zamanın yavaşladığını tespit eden bir genel görelilik testi önerdi . Özel ve genel görelilik, GPS uydularındaki saatlerin, Dünya'nın gözlemcileri tarafından, Dünya'daki saatlerden günde 38 mikrosaniye daha hızlı çalıştığını göreceğini tahmin ediyor. GPS tasarımı bu farkı düzeltir; bunu yapmadan, GPS tarafından hesaplanan konumlar günde 10 kilometreye kadar (6 mi/d) hata biriktirirdi.

öncekiler

Ne zaman Sovyetler Birliği ilk yapay uyduyu (başlattı Sputnik 1 , 1957 yılında), iki Amerikalı fizikçiler, William Guier ve George Weiffenbach, Johns Hopkins Üniversitesi 'nin Uygulamalı Fizik Laboratuvarı (APL) onun radyo yayınlarını izlemek karar verdi. Saatler içinde, Doppler etkisi nedeniyle uydunun yörüngesi boyunca nerede olduğunu tam olarak belirleyebildiklerini fark ettiler . APL Müdürü, gerekli ağır hesaplamaları yapmaları için onlara UNIVAC'larına erişim izni verdi .

Ertesi yılın başlarında, APL'nin müdür yardımcısı Frank McClure, Guier ve Weiffenbach'tan ters problemi araştırmasını istedi - uydunun konumu göz önüne alındığında kullanıcının yerini tam olarak belirleyerek. (O sırada Donanma, denizaltından fırlatılan Polaris füzesini geliştiriyordu, bu da denizaltının yerini bilmelerini gerektiriyordu.) Bu, onları ve APL'yi TRANSIT sistemini geliştirmeye yöneltti . 1959'da ARPA ( 1972'de DARPA olarak yeniden adlandırıldı) TRANSIT'te de rol oynadı.

TRANSIT ilk olarak 1960 yılında başarıyla test edildi . Beş uydudan oluşan bir takımyıldızı kullandı ve saatte yaklaşık bir kez navigasyon düzeltmesi sağlayabilirdi.

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

1970'lerde, istasyon çiftlerinden sinyal iletiminin faz karşılaştırmasına dayanan yer tabanlı OMEGA navigasyon sistemi, dünya çapında ilk radyo navigasyon sistemi oldu. Bu sistemlerin sınırlamaları, daha fazla doğrulukla daha evrensel bir navigasyon çözümüne duyulan ihtiyacı doğurdu.

Askeri ve sivil sektörlerde doğru navigasyon için geniş ihtiyaçlar olmasına rağmen, bunların neredeyse hiçbiri araştırma, geliştirme, konuşlandırma ve navigasyon uyduları takımyıldızının işletilmesi için harcanacak milyarlarca dolara gerekçe olarak görülmedi. Soğuk Savaş silahlanma yarışı sırasında, Birleşik Devletler Kongresi'nin görüşüne göre bu maliyeti haklı çıkaran tek ihtiyaç ABD'nin varlığına yönelik nükleer tehditti. Bu caydırıcı etki, GPS'in finanse edilmesinin nedenidir. O dönemdeki aşırı gizliliğin nedeni de budur. Nükleer üçlüsü ABD Donanma oluşuyordu denizaltından fırlatılan balistik füzeler ile birlikte (SLBMs) Amerika Birleşik Devletleri Hava Kuvvetleri (USAF) stratejik bombardıman ve kıtalararası balistik füzeler (ICBM). Nükleer caydırıcılık duruşu için hayati olduğu düşünülen SLBM fırlatma pozisyonunun doğru belirlenmesi bir kuvvet çarpanıydı .

Hassas navigasyon, Amerika Birleşik Devletleri balistik füze denizaltılarının SLBM'lerini başlatmadan önce konumlarını doğru bir şekilde tespit etmelerini sağlayacaktır. Nükleer üçlünün üçte ikisine sahip olan USAF, daha doğru ve güvenilir bir navigasyon sistemi için de gereksinimlere sahipti. ABD Donanması ve ABD Hava Kuvvetleri, temelde aynı sorunu çözmek için paralel olarak kendi teknolojilerini geliştiriyorlardı.

ICBM'lerin beka kabiliyetini artırmak için, mobil fırlatma platformlarının kullanılması (Sovyet SS-24 ve SS-25 ile karşılaştırılabilir ) bir teklif vardı ve bu nedenle fırlatma pozisyonunu sabitleme ihtiyacı SLBM durumuna benzerdi.

1960 yılında Hava Kuvvetleri, MOSAIC (Doğru ICBM Kontrolü için Mobil Sistem) adı verilen ve esasen 3 boyutlu bir LORAN olan bir radyo navigasyon sistemi önerdi. Bir takip çalışması olan Project 57, 1963'te gerçekleştirildi ve "GPS kavramı bu çalışmada doğdu". Aynı yıl, konsept, "şimdi GPS'de gördüğünüz özelliklerin çoğuna" sahip olan ve Hava Kuvvetleri bombardıman uçakları ile ICBM'ler için artan doğruluk vaat eden Proje 621B olarak takip edildi.

Donanma TRANSIT sisteminden yapılan güncellemeler, Hava Kuvvetleri operasyonunun yüksek hızları için çok yavaştı. Naval Research Laboratory (NRL) kendi ile ilerlemeler devam timation ilk taşıyan 1974 yılında üçüncüsü, ikinci 1969 yılında başlatılan ilk 1967 yılında başlatılan (Time Navigasyon) uyduları, atom saati yörüngeye ve dördüncü 1977 yılında başlattı.

GPS'in bir diğer önemli öncülü, Birleşik Devletler ordusunun farklı bir kolundan geldi. 1964'te Amerika Birleşik Devletleri Ordusu , jeodezik ölçümler için kullanılan ilk Sıralı Sıralama ( SECOR ) uydusunu yörüngeye oturttu . SECOR sistemi, yörüngedeki uydu transponderine sinyal gönderecek bilinen konumlarda üç adet yer tabanlı verici içeriyordu. Belirsiz bir konumda bulunan dördüncü bir yer tabanlı istasyon, bu sinyalleri konumunu tam olarak sabitlemek için kullanabilir. Son SECOR uydusu 1969'da fırlatıldı.

Gelişim

1960'lardaki bu paralel gelişmelerle birlikte, 621B, Transit, Timation ve SECOR'dan en iyi teknolojilerin bir çoklu servis programında sentezlenmesiyle daha üstün bir sistemin geliştirilebileceği anlaşıldı. Yerçekimi alanındaki varyasyonlar ve diğerlerinin yanı sıra radar kırılmasının neden olduğu uydu yörünge konum hataları çözülmek zorundaydı. 1970-1973 yılları arasında Florida'daki Pan Am Havacılık Bölümü'nden Harold L Jürisi tarafından yönetilen bir ekip, bunu yapmak için gerçek zamanlı veri özümseme ve özyinelemeli tahmin kullandı, sistematik ve artık hataları doğru navigasyona izin vermek için yönetilebilir bir düzeye indirdi.

1973'te İşçi Bayramı hafta sonu sırasında, Pentagon'da yaklaşık on iki askeri subayın bir toplantısında, bir Savunma Navigasyon Uydu Sisteminin (DNSS) oluşturulması tartışıldı . GPS haline gelen gerçek sentez bu toplantıda yaratıldı. O yılın ilerleyen saatlerinde DNSS programı Navstar olarak adlandırıldı . Navstar genellikle yanlışlıkla "Zamanlama ve Mesafeyi Kullanan Navigasyon Sistemi" için bir kısaltma olarak kabul edilir, ancak GPS Ortak Program Ofisi tarafından asla böyle değerlendirilmez (TRW bir zamanlar bu kısaltmayı kullanan farklı bir navigasyon sistemini savunmuş olabilir). Bireysel uyduların Navstar adıyla ilişkilendirilmesiyle (önceki Transit ve Timation'da olduğu gibi), Navstar uydularının takımyıldızı olan Navstar-GPS'yi tanımlamak için daha kapsamlı bir ad kullanıldı . 1978 ve 1985 yılları arasında on " Blok I " prototip uydusu fırlatıldı (bir fırlatma hatasında ek bir birim imha edildi).

İyonosferin radyo iletimi üzerindeki etkisi, 1974 yılında Hava Kuvvetleri Jeofizik Araştırma Laboratuvarı (AFGRL) olarak yeniden adlandırılan Hava Kuvvetleri Cambridge Araştırma Laboratuvarı'nın bir jeofizik laboratuvarında araştırıldı . AFGRL , GPS konumuna iyonosferik düzeltmeleri hesaplamak için Klobuchar modelini geliştirdi . Avustralyalı uzay bilimcisi Elizabeth Essex-Cohen'in 1974'te AFGRL'de yaptığı çalışma kayda değerdir. NavSTAR uydularından iyonosferden geçen radyo dalgalarının ( atmosferik kırılma ) yollarının eğriliği ile ilgilendi.

Sonra Kore Hava Yolları Uçuş 007 , bir Boeing 747 269 kişiyi taşıyan SSCB'nin içine ayrılmanın ardından 1983 yılında vuruldu yasak hava sahası yakınında, Sakhalin ve Moneron Adaları , Başkan Ronald Reagan , bir yönerge verme sivil kullanım için serbestçe kullanılabilir GPS yayınladı bir kez ortak bir mal olarak yeterince geliştirildiğinde. İlk Blok II uydusu 14 Şubat 1989'da, 24'üncü uydu ise 1994'te fırlatıldı. Bu noktada GPS program maliyeti, kullanıcı ekipmanlarının maliyetini değil, uydu fırlatma maliyetlerini de içerecek şekilde tahmin edilmiştir. 5 milyar ABD Doları (2020'de 9 milyar ABD Dolarına eşdeğer).

Başlangıçta, en yüksek kaliteli sinyal askeri kullanım için ayrılmıştı ve sivil kullanım için mevcut olan sinyal, Seçici Kullanılabilirlik olarak bilinen bir politikayla kasıtlı olarak düşürüldü . Bu, Başkan Bill Clinton'ın 1 Mayıs 2000'de sivillere orduya tanınan aynı doğruluğu sağlamak için Seçici Kullanılabilirliği kapatmaya yönelik bir politika yönergesini imzalamasıyla değişti . Direktif, sivil doğruluğu artırmak için özel sektör tarafından diferansiyel GPS hizmetlerinin yaygın büyümesi göz önüne alındığında , ABD Savunma Bakanı William Perry tarafından önerildi . Ayrıca, ABD ordusu, bölgesel bazda potansiyel düşmanlara GPS hizmeti vermemek için aktif olarak teknolojiler geliştiriyordu.

ABD, konuşlandırılmasından bu yana, mevcut GPS ekipmanıyla uyumluluğu korurken, sivil kullanım için yeni sinyaller ve tüm kullanıcılar için artan doğruluk ve bütünlük dahil olmak üzere GPS hizmetinde çeşitli iyileştirmeler uyguladı. Uydu sisteminin modernizasyonu , ordunun, sivillerin ve ticari pazarın artan ihtiyaçlarını karşılamak için bir dizi uydu alımı yoluyla ABD Savunma Bakanlığı tarafından devam eden bir girişimdir .

2015'in başlarından itibaren, yüksek kaliteli, FAA sınıfı, Standart Konumlandırma Hizmeti (SPS) GPS alıcıları, alıcı ve anten kalitesi ve atmosferik sorunlar gibi birçok faktör bu doğruluğu etkileyebilmesine rağmen, 3,5 metreden (11 ft) daha iyi yatay doğruluk sağladı.

GPS, ulusal bir kaynak olarak Amerika Birleşik Devletleri hükümetine aittir ve onun tarafından işletilmektedir. Savunma Bakanlığı, GPS'in kahyasıdır. Kurumlararası GPS Yönetim Kurulu (IGEB) 1996'dan Bundan sonra 2004 yılına Nezaret GPS politikası konularında, Ulusal Uzay Tabanlı Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama Yürütme Komitesi ilgilendiren konularda federal daireleri ve kurumları tavsiye ve koordine etmek 2004 yılında başkanlık direktifi tarafından kurulmuştur GPS ve ilgili sistemler. Yürütme komitesine Savunma ve Ulaştırma Bakan Yardımcıları tarafından ortaklaşa başkanlık edilir. Üyeliği, Dışişleri, Ticaret ve İç Güvenlik Departmanlarından, Müşterek Kurmay Başkanları ve NASA'dan eşdeğer düzeydeki yetkilileri içerir . Başkanın yürütme ofisinin bileşenleri yürütme komitesine gözlemci olarak katılır ve FCC başkanı bir irtibat görevlisi olarak katılır.

ABD Savunma Bakanlığı'nın yasalarca "sürekli, dünya çapında mevcut olacak bir Standart Konumlandırma Hizmeti (federal radyo seyrüsefer planında ve standart konumlandırma hizmeti sinyali spesifikasyonunda tanımlandığı gibi) sürdürmesi" ve "ölçümler geliştirmesi" gerekmektedir. sivil kullanımları gereksiz yere kesintiye uğratmadan veya aşağılamadan GPS'in düşmanca kullanımını ve artışlarını önlemek."

Zaman çizelgesi ve modernizasyon

Uyduların özeti
Engellemek Lansman
dönemi
Uydu fırlatıldı Şu anda yörüngede
ve sağlıklı
suc-
cess
süreli kesilmesine
obilyaları
hazırlık
aşamasında
Plan-
ned
ben 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: 08 Temmuz 2021)

Blok IIR-M'den USA-203 sağlıksız
Daha eksiksiz bir liste için, bkz . GPS uydularının listesi

  • 1972'de USAF Merkezi Ataletsel Güdüm Test Tesisi (Holloman AFB), White Sands Füze Menzili üzerinde , yer tabanlı sahte uydular kullanarak bir Y konfigürasyonunda dört prototip GPS alıcısının gelişimsel uçuş testlerini gerçekleştirdi .
  • 1978'de ilk deneysel Block-I GPS uydusu fırlatıldı.
  • 1983 yılında, Sovyet önleme uçakları , seyir hataları nedeniyle yasak hava sahasına giren ve gemideki 269 kişinin tamamını öldüren KAL 007 sivil uçağını vurduktan sonra , ABD Başkanı Ronald Reagan , GPS tamamlandıktan sonra sivil kullanım için hazırlanacağını duyurdu, daha önce [Navigasyon dergisinde] yayınlanmış olmasına ve CA kodunun (Kaba/Edinme kodu) sivil kullanıcılara açık olmasına rağmen.
  • 1985 yılına kadar, konsepti doğrulamak için on deneysel Block-I uydusu daha fırlatıldı.
  • 1988'den başlayarak, 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.
  • Körfez Savaşı 1990 ve 1991 yılları arasında askeri yaygın GPS kullanılan hangi ilk çatışma oldu.
  • 1991'de minyatür bir GPS alıcısı yaratma projesi başarıyla sona erdi ve önceki 16 kg (35 lb) askeri alıcıları 1.25 kg (2,8 lb) el tipi alıcıyla değiştirdi.
  • 1992 yılında, başlangıçta sistemi yöneten 2. Uzay Kanadı etkisiz hale getirildi ve yerini 50. Uzay Kanadı aldı .
  • Aralık 1993'e kadar GPS, tam bir takımyıldızı (24 uydu) mevcut ve Standart Konumlandırma Hizmeti (SPS) sağlayarak ilk operasyonel kapasiteye (IOC) ulaştı.
  • Tam Operasyonel Kabiliyet (FOC), Nisan 1995'te Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı (AFSPC) tarafından ilan edildi ve ordunun güvenli Hassas Konumlandırma Hizmetinin (PPS) tam kullanılabilirliğini ifade etti.
  • 1996 yılında, GPS'in askeri kullanıcılar kadar sivil kullanıcılar için de önemini kabul eden ABD Başkanı Bill Clinton , GPS'i çift ​​kullanımlı bir sistem ilan eden ve onu ulusal bir varlık olarak yönetmek için bir Kurumlar Arası GPS Yürütme Kurulu oluşturan bir politika yönergesi yayınladı .
  • 1998'de Amerika Birleşik Devletleri Başkan Yardımcısı Al Gore , özellikle havacılık güvenliği ile ilgili olarak gelişmiş kullanıcı doğruluğu ve güvenilirliği için GPS'i iki yeni sivil sinyalle yükseltme planlarını açıkladı ve 2000'de Amerika Birleşik Devletleri Kongresi , GPS III olarak atıfta bulunarak bu çabaya izin verdi. .
  • 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 Amerika Birleşik Devletleri hükümeti, Avrupa Topluluğu ile GPS ve Avrupa'nın Galileo sistemi ile ilgili işbirliği kuran bir anlaşma imzaladı .
  • 2004 yılında, Amerika Birleşik Devletleri Başkanı George W. Bush ulusal politikayı güncelledi ve yürütme kurulunu Uzaya Dayalı Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama Ulusal Yürütme Komitesi ile değiştirdi.
  • Kasım 2004, Qualcomm cep telefonları için destekli GPS'in başarılı testlerini 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, yaşlanan anabilgisayar tabanlı Yer Segmenti Kontrol Sistemi, yeni Mimari Evrim Planına aktarıldı.
  • 19 Mayıs 2009'da, Amerika Birleşik Devletleri Hükümet Sorumluluk Ofisi , bazı GPS uydularının 2010 yılında arızalanabileceği konusunda uyarıda bulunan bir rapor yayınladı.
  • 21 Mayıs 2009'da Hava Kuvvetleri Uzay Komutanlığı , "Performans standardımızı aşmaya devam etmeyeceğimiz için sadece küçük bir risk var" diyerek GPS arızası korkularını yatıştırdı.
  • 11 Ocak 2010'da, yer kontrol sistemlerinin bir güncellemesi, Sunnyvale, Calif'teki Trimble Navigation Limited'in bir bölümü tarafından üretilen 8.000 ila 10.000 askeri alıcı ile bir yazılım uyumsuzluğuna neden oldu.
  • 25 Şubat 2010'da ABD Hava Kuvvetleri, GPS navigasyon sinyallerinin doğruluğunu ve kullanılabilirliğini iyileştirmek ve GPS modernizasyonunun kritik bir parçası olarak hizmet etmek için GPS Yeni Nesil Operasyonel Kontrol Sistemi (OCX) geliştirme sözleşmesini verdi.

Ödüller

Hava Kuvvetleri Uzay Komutanı, Dr. Gladys West'e 6 Aralık 2018'de GPS çalışması nedeniyle Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne kabul edildiğinde bir ödül veriyor.
AFSPC Komutan Yardımcısı Korgeneral DT Thompson, Dr. Gladys West'e Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne girdiği için bir ödül sunuyor.

10 Şubat 1993'te National Aeronautic Association , GPS Takımını ABD'nin en prestijli havacılık ödülü olan 1992 Robert J. Collier Trophy'nin kazananları olarak seçti . Bu ekip, Naval Research Laboratory, USAF, Aerospace Corporation , Rockwell International Corporation ve IBM Federal Systems Company'den araştırmacıları bir araya getiriyor . Alıntı onları " 50 yıl önce radyo navigasyonunun tanıtılmasından bu yana hava ve uzay araçlarının güvenli ve verimli navigasyonu ve gözetimi için en önemli gelişme için" onurlandırıyor .

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

GPS geliştiricisi Roger L. Easton , 13 Şubat 2006'da Ulusal Teknoloji Madalyası aldı .

Francis X. Kane (Albay USAF, emekli), uzay teknolojisi geliştirme ve mühendislik tasarımındaki rolü nedeniyle 2 Mart 2010'da Lackland AFB, San Antonio, Teksas'ta ABD Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne alındı. Proje 621B kapsamında yürütülen GPS kavramı.

1998'de GPS teknolojisi, Uzay Vakfı Uzay Teknolojisi Onur Listesi'ne alındı .

4 Ekim 2011'de Uluslararası Astronomi Federasyonu (IAF), IAF üyesi Amerikan Havacılık ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (AIAA) tarafından aday gösterilen Küresel Konumlandırma Sistemine (GPS) 60. Yıldönümü Ödülü'nü verdi. IAF Onur ve Ödüller Komitesi, GPS programının benzersizliğini ve insanlığın yararına uluslararası işbirliğini inşa etmede 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 çalışmalarının tanınmasıyla Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Öncüleri Onur Listesi'ne alındı.

12 Şubat 2019'da, projenin dört kurucu üyesine, ödül kurulu başkanının "Mühendislik medeniyetin temelidir; başka bir temel yok; her şeyi gerçekleştirir. Ve tam olarak bu" diyerek Kraliçe Elizabeth Mühendislik Ödülü'ne layık görüldü. Bugünün Ödül Kazananları ne yaptı - bir şeylerin gerçekleşmesini sağladılar. Dünyamızın altyapısını büyük ölçüde yeniden yazdılar."

Temel kavram

temel bilgiler

GPS alıcısı, birden fazla GPS uydusundan alınan verilere dayanarak kendi konumunu ve zamanını hesaplar . Her uydu, konumunun ve zamanının doğru bir kaydını taşır ve bu verileri alıcıya iletir.

Uydular , birbirleriyle ve yer saatleriyle 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 iletmesi ile alıcının sinyali alması arasındaki zaman gecikmesi, uydudan alıcıya olan mesafeyle orantılıdır. En azından, dört bilinmeyen miktarı (üç konum koordinatı ve kendi saatinin uydu zamanından sapması) hesaplaması için alıcının görüş alanında olması gerekir.

Daha ayrıntılı açıklama

Her GPS uydu, bir sinyal (yayın taşıyıcı dalga ile modülasyonu ) olup aşağıdakileri içermektedir:

  • Alıcı tarafından bilinen bir rasgele kod (birler ve sıfırlar dizisi). Kodun alıcı tarafından oluşturulan versiyonu ile alıcı tarafından ölçülen versiyonunu zaman hizalayarak, kod dizisindeki tanımlı bir noktanın varış zamanı (TOA), epoch olarak adlandırılır, 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'lardan ve TOT'lardan, alıcı , (ışık hızı verilen) yaklaşık olarak alıcı-uydu aralıklarına eşdeğer olan dört uçuş zamanı (TOF) değeri oluşturur ve alıcı ile GPS uyduları arasındaki zaman farkının ışık hızıyla çarpımı, bunlara sözde aralıklar denir. Alıcı daha sonra üç boyutlu konumunu ve dört TOF'tan saat sapmasını hesaplar.

Pratikte alıcı konumu ( Dünya'nın merkezinde orijinli üç boyutlu Kartezyen koordinatlarda ) ve alıcı saatinin GPS zamanına göre ofseti , 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 daha fazla yüksekliğe dönüştürülebilir . Bu koordinatlar, hareketli bir harita gösterimi gibi görüntülenebilir veya bir araç yönlendirme sistemi gibi başka bir sistem tarafından kaydedilebilir veya kullanılabilir.

Kullanıcı-uydu geometrisi

Genellikle alıcı işleminde açıkça oluşturulmamasına rağmen, kavramsal varış zaman farkları (TDOA'lar) ölçüm geometrisini tanımlar. Her TDOA bir tekabül hiperboloit devrim (bakınız Multilaterasyon ). İlgili iki uyduyu (ve uzantılarını) birbirine bağlayan çizgi, hiperboloidin eksenini oluşturur. Alıcı, üç hiperboloidin kesiştiği noktada bulunur.

Bazen yanlış bir şekilde, kullanıcı konumunun üç kürenin kesişme noktasında olduğu söylenir. Görselleştirmesi daha basit olmakla birlikte, bu yalnızca alıcının uydu saatleriyle senkronize edilmiş bir saati varsa geçerlidir (yani, alıcı, menzil farklılıklarından ziyade uydulara olan gerçek mesafeleri ölçer). Uydularla senkronize bir saat taşıyan kullanıcıya belirgin performans avantajları vardır. Her şeyden önce, bir konum çözümünü hesaplamak için sadece üç uyduya ihtiyaç vardır. Tüm kullanıcıların senkronize bir saat taşıması gerektiği GPS konseptinin önemli bir parçası olsaydı, daha az sayıda uydu konuşlandırılabilirdi, ancak kullanıcı ekipmanının maliyeti ve karmaşıklığı artacaktı.

Sürekli çalışan alıcı

Yukarıdaki açıklama, bir alıcı başlatma durumunu temsil etmektedir. Çoğu alıcının , farklı zamanlarda toplanan uydu ölçüm setlerini birleştiren , bazen izleyici olarak da adlandırılan bir izleme algoritması vardır - aslında, ardışık alıcı konumlarının genellikle birbirine yakın olması gerçeğinden yararlanır. Bir dizi ölçüm işlendikten sonra izleyici, bir sonraki uydu ölçüm grubuna 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 birimleri, hızı doğru bir şekilde hesaplamak için alınan sinyallerin Doppler kaymasının ölçümlerini kullanabilir . Daha gelişmiş navigasyon sistemleri, GPS'i tamamlamak için pusula veya atalet navigasyon sistemi gibi ek sensörler kullanır .

Navigasyon dışı uygulamalar

GPS, doğru navigasyon için dört veya daha fazla uydunun görünür olmasını gerektirir. Çözümü navigasyon denklemleri , böylece daha doğru ve muhtemelen pratik alıcı bazlı saat ihtiyacını ortadan kaldırarak, alıcının yerleşik saati ve gerçek zamanlı günün-tarafından tutulan zaman arasındaki fark ile birlikte alıcının konumunu verir . Gibi GPS için başvurular zamanda transfer , trafik sinyal zamanlaması ve cep telefonu baz istasyonlarının senkronizasyonu , make kullanımı bu ucuz ve son derece doğru zamanlama. Bazı GPS uygulamaları bu zamanı görüntüleme için kullanır veya 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 konumunu yalnızca üç uydu kullanarak belirleyebilir. Örneğin, açık okyanustaki bir geminin genellikle 0m'ye yakın bilinen bir yüksekliği vardır ve bir uçağın yüksekliği bilinebilir . Bazı GPS alıcıları, dörtten az uydu görünür olduğunda (muhtemelen bozulmuş) bir konum vermek için bilinen son irtifa , ölü hesaplama , atalet navigasyonu veya araç bilgisayarından gelen bilgileri dahil etmek gibi ek ipuçları veya varsayımlar kullanabilir .

Yapı

Mevcut GPS, üç ana bölümden oluşmaktadır. Bunlar uzay bölümü, kontrol bölümü ve kullanıcı bölümüdür. ABD Uzay Gücü , geliştirir tutar ve uzay ve kontrol segmentlerini çalışır. GPS uyduları uzaydan sinyaller yayınlar ve her GPS alıcısı bu sinyalleri üç boyutlu konumunu (enlem, boylam ve yükseklik) ve şimdiki zamanı hesaplamak için kullanır.

Uzay segmenti

Başlatılmamış GPS bloğu II-A uydusu San Diego Hava ve Uzay Müzesi'nde sergileniyor
Dünya dönerken hareket halinde olan 24 uydulu bir GPS takımyıldızının görsel bir örneği. Dünya yüzeyindeki belirli bir noktadan görüntülenen uydu sayısının zamanla nasıl değiştiğine dikkat edin. Bu örnekteki nokta Golden, Colorado, ABD'dir ( 39.7469°K 105.2108°W ). 39°44′49″K 105°12′39″G /  / 39.7469; -105.2108

Uzay segmenti (SS), orta Dünya yörüngesindeki 24 ila 32 uydudan veya Uzay Araçlarından (SV) oluşur ve ayrıca onları yörüngeye fırlatmak için gereken güçlendiricilere faydalı yük adaptörlerini içerir. GPS tasarımı, başlangıçta, her biri yaklaşık olarak üç dairesel yörüngede sekiz olmak üzere 24 SV'yi gerektiriyordu , ancak bu, her biri dört uydu içeren altı yörünge düzlemi olarak değiştirildi. Altı yörünge düzlemleri yaklaşık olarak 55 ° olan bir eğim (Dünya göre eğim ekvator ) ve 60 ° ayrılmış olarak dik açıklık arasında artan düğümü (yörünge kesişim bir referans noktasından ekvator boyunca bir açı oluşur). Yörünge dönemi tek yarım olan yıldız günü , yani 11 saat ve 58 dakika bu nedenle uydu, aynı yerleri ya da hemen hemen aynı konumları her gün boyunca geçmesi. Yörüngeler, en az altı uydu , Dünya yüzeyinin her yerinden her zaman görüş alanı içinde olacak şekilde düzenlenmiştir (sağdaki animasyona bakın). Bu hedefin sonucu, dört uydunun her yörüngede eşit aralıklarla (90°) ayrılmamasıdır. Genel olarak, her yörüngedeki uydular arasındaki açısal fark 30°, 105°, 120° ve 105° aralıktır ve bu da 360°'ye eşittir.

Yaklaşık 20.200 km (12.600 mil) yükseklikte yörüngede; yörünge yarıçapı yaklaşık 26.600 km (16.500 mi), her SV her yıldız gününde iki tam yörünge yapar ve her gün aynı yer izini tekrarlar . Bu, geliştirme sırasında çok yardımcı oldu, çünkü yalnızca dört uyduyla bile, doğru hizalama, dördünün de her gün birkaç saat boyunca bir noktadan görülebileceği anlamına gelir. Askeri operasyonlar için, savaş bölgelerinde iyi bir kapsama alanı sağlamak için kara yolu tekrarı kullanılabilir.

Şubat 2019 itibariyle, GPS takımyıldızında 27'si belirli bir zamanda kullanımda olan ve geri kalanı yedek olarak tahsis edilen 31 uydu bulunmaktadır . 2018'de 32. piyasaya sürüldü, ancak Temmuz 2019 itibariyle hala değerlendirme aşamasında. Daha fazla hizmet dışı bırakılmış uydu yörüngede ve yedek olarak mevcut. Ek uydular, yedekli ölçümler sağlayarak GPS alıcısı hesaplamalarının hassasiyetini artırır. Artan uydu sayısı ile takımyıldızı tek biçimli olmayan bir düzenlemeye dönüştü. Böyle bir düzenlemenin doğruluğu arttırdığı, ancak aynı zamanda, birden fazla uydu başarısız olduğunda, tek tip bir sisteme göre sistemin güvenilirliğini ve kullanılabilirliğini geliştirdiği gösterilmiştir. Genişletilmiş takımyıldızla, dokuz uydu genellikle dünyanın herhangi bir noktasından herhangi bir zamanda net bir ufukla görülebilir ve bir konum için gereken minimum dört uydu üzerinde önemli miktarda fazlalık sağlar.

Kontrol segmenti

Hava Kuvvetleri Uzay ve Füze Müzesi'nde sergilenen, 1984'ten 2007'ye kadar kullanılan yer izleme istasyonu .

Kontrol segmenti (CS) şunlardan oluşur:

  1. bir ana kontrol istasyonu (MCS),
  2. alternatif bir ana kontrol istasyonu,
  3. dört özel toprak anteni ve
  4. altı özel monitör istasyonu.

MCS ayrıca Uydu Kontrol Ağı (SCN) yer antenlerine (ek komuta ve kontrol yeteneği için) ve NGA ( Ulusal Jeo-Uzamsal-İstihbarat Ajansı ) izleme istasyonlarına erişebilir . Uyduların uçuş yolları, Hawaii , Kwajalein Atolü , Ascension Adası , Diego Garcia , Colorado Springs, Colorado ve Cape Canaveral'daki ABD Uzay Kuvvetleri izleme istasyonlarının yanı sıra İngiltere, Arjantin, Ekvador, Bahreyn'de işletilen ortak NGA monitör istasyonları tarafından izleniyor. , Avustralya ve Washington DC. İzleme bilgileri, ABD Uzay Kuvvetleri'nin 2. Uzay Operasyonları Filosu (2 SOPS) tarafından işletilen Colorado Springs'in 25 km (16 mil) ESE'sindeki Schriever Uzay Kuvvetleri Üssü'ndeki MCS'ye gönderilir . Daha sonra 2 SOPS, tahsisli veya paylaşımlı (AFSCN) yer antenlerini kullanarak bir navigasyon güncellemesi ile her bir GPS uydusu ile düzenli olarak bağlantı kurar (GPS'ye tahsis edilmiş yer antenleri Kwajalein , Ascension Adası , Diego Garcia ve Cape Canaveral'da bulunur ). Bu güncellemeler, uydulardaki atomik saatleri birbirinden birkaç nanosaniye içinde senkronize eder ve her uydunun dahili yörünge modelinin efemerisini ayarlar . Güncellemeler , yer izleme istasyonlarından gelen girdileri, uzay hava durumu bilgilerini ve çeşitli diğer girdileri kullanan bir Kalman filtresi tarafından oluşturulur .

Uydu manevraları GPS standartlarına göre kesin 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 efemerisleri yükler ve uyduyu tekrar sağlıklı olarak işaretler.

Operasyon kontrol bölümü (OCS) şu anda kaydın kontrol bölümü olarak hizmet vermektedir. GPS kullanıcılarını destekleyen ve GPS'i çalışır durumda tutan ve spesifikasyon dahilinde performans gösteren operasyonel yetenek sağlar.

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

OCS, yeni segment Yeni Nesil GPS Operasyon Kontrol Sistemi (OCX) tamamen geliştirilip işlevsel hale gelene kadar kayıtların yer kontrol sistemi olmaya devam edecek. OCX tarafından sağlanan yeni yetenekler, GPS'in misyon yeteneklerinde devrim yaratmanın temel taşı olacak ve ABD Uzay Kuvvetleri'nin ABD muharebe kuvvetlerine, sivil ortaklara ve sayısız yerli ve uluslararası kullanıcıya GPS operasyonel hizmetlerini büyük ölçüde geliştirmesini sağlayacak. GPS OCX programı ayrıca maliyeti, programı ve teknik riski de azaltacaktır. Verimli yazılım mimarisi ve Performansa Dayalı Lojistik aracılığıyla %50 sürdürülebilirlik maliyet tasarrufu sağlamak üzere tasarlanmıştır. Ek olarak, GPS OCX'in dört kat daha fazla yetenek sağlarken OCS'yi yükseltme maliyetinden milyonlarca daha ucuza mal olması bekleniyor.

GPS OCX programı, GPS modernizasyonunun kritik bir parçasını temsil eder ve mevcut GPS OCS programına göre önemli bilgi güvence iyileştirmeleri sağlar.

  • OCX, eski GPS uydularının yanı sıra yeni nesil GPS III uydularını kontrol etme ve yönetme yeteneğine sahip olacak ve aynı zamanda tüm askeri sinyalleri etkinleştirecek.
  • Günümüzün ve geleceğin GPS kullanıcılarının değişen ihtiyaçlarına hızla uyum sağlayabilen, güvenli, doğru ve güvenilir bilgiler aracılığıyla GPS verilerine ve takımyıldız durumuna anında erişim sağlayan esnek bir mimari üzerine kurulmuştur.
  • Durumsal farkındalığı artırmak için savaşçıya daha güvenli, eyleme geçirilebilir ve tahmine dayalı 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 dahil olmak üzere mevcut programa göre önemli bilgi güvence iyileştirmeleri sağlarken, bu tür saldırılar sırasında izole eder, kontrol altına alır ve çalışır.
  • Gerçek zamanlıya yakın komuta ve kontrol yeteneklerini ve yeteneklerini daha yüksek hacmi destekler.

14 Eylül 2011'de ABD Hava Kuvvetleri, GPS OCX Ön Tasarım İncelemesinin tamamlandığını duyurdu ve OCX programının bir sonraki geliştirme aşamasına hazır olduğunu doğruladı.

GPS OCX programı önemli kilometre taşlarını kaçırdı ve lansmanını orijinal son tarihten 5 yıl sonra 2021'e itiyor. Devlet Muhasebe Ofisi'ne göre, bu yeni son tarih bile titrek görünüyor.

Kullanıcı segmenti

GPS alıcıları, arabalara, telefonlara ve saatlere entegre cihazlardan bunlar gibi özel cihazlara kadar çeşitli biçimlerde gelir.
İlk taşınabilir GPS ünitesi, Leica WM 101 adresinde görüntülenen İrlanda Ulusal Bilim Müzesi'nde de Maynooth .

Kullanıcı segmenti (ABD), güvenli GPS Hassas Konumlandırma Hizmetinin yüz binlerce ABD'li 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 oldukça kararlı bir saatten (genellikle bir kristal osilatör ) oluşur. Ayrıca, kullanıcıya konum ve hız bilgisi sağlamak için bir ekran içerebilirler. Bir alıcı genellikle kanal sayısıyla tanımlanır: bu, aynı anda kaç uyduyu izleyebileceğini gösterir. Başlangıçta dört veya beş ile sınırlıydı, bu yıllar içinde giderek arttı, öyle ki, 2007'den itibaren alıcılar tipik olarak 12 ila 20 kanala sahip. Birçok alıcı üreticisi olmasına rağmen, hemen hemen hepsi bu amaç için üretilmiş yonga setlerinden birini kullanıyor.

15 mm × 17 mm (0,6 inç × 0,7 inç) ölçülerinde tipik bir OEM GPS alıcı modülü

GPS alıcıları, RTCM SC-104 formatını kullanarak diferansiyel düzeltmeler için bir giriş içerebilir . Bu tipik olarak 4.800 bit/s hızında bir RS-232 bağlantı noktası biçimindedir . Veriler aslında çok daha düşük bir hızda gönderilir, bu da RTCM kullanılarak gönderilen sinyalin doğruluğunu sınırlar. Dahili DGPS alıcılarına sahip alıcılar, harici RTCM verilerini kullananlardan daha iyi performans gösterebilir. 2006 itibariyle, düşük maliyetli birimler bile yaygın olarak Geniş Alan Büyütme Sistemi (WAAS) alıcılarını içerir.

Entegre antenli tipik bir GPS alıcısı.

Birçok GPS alıcısı, NMEA 0183 protokolünü kullanarak konum verilerini bir PC'ye veya başka bir cihaza aktarabilir . Bu protokol resmi olarak Ulusal Deniz Elektroniği Birliği (NMEA) tarafından tanımlanmış olsa da, bu protokole yapılan referanslar kamuya açık kayıtlardan derlenmiştir ve gpsd gibi açık kaynaklı araçların fikri mülkiyet yasalarını ihlal etmeden protokolü okumasını sağlar . SiRF ve MTK protokolleri gibi başka tescilli protokoller de mevcuttur . Alıcılar, seri bağlantı, USB veya Bluetooth gibi yöntemleri kullanarak diğer cihazlarla arayüz oluşturabilir .

Uygulamalar

Başlangıçta askeri bir proje olmasına rağmen, GPS çift ​​kullanımlı bir teknoloji olarak kabul edilir , yani önemli sivil uygulamaları da vardır.

GPS, ticaret, bilimsel kullanımlar, izleme ve gözetim için yaygın olarak kullanılan ve kullanışlı bir araç haline geldi. GPS'in doğru zamanı, bankacılık, cep telefonu işlemleri ve hatta elektrik şebekelerinin kontrolü gibi günlük aktiviteleri iyi senkronize edilmiş devre dışı anahtarlamaya izin vererek kolaylaştırır.

Sivil

Bu anten , kesin zamanlama gerektiren bilimsel bir deney içeren bir kulübenin çatısına monte edilmiştir.

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

  • Atmosfer : troposfer gecikmelerinin (su buharı içeriğinin geri kazanılması ) ve iyonosfer gecikmelerinin (serbest elektron sayısının geri kazanılması) incelenmesi. Atmosferik basınç yüklemesi nedeniyle Dünya yüzeyi yer değiştirmelerinin geri kazanılması.
  • Astronomi : astrometri ve gök mekaniği ve hassas yörünge belirlemede hem konum hem de saat senkronizasyonu verileri kullanılır . GPS da hem kullanılan amatör astronomi ile küçük teleskoplar yanı sıra bulmak için profesyonel gözlemevi tarafından güneşdışı gezegenleri .
  • Otomatik araç : insan sürücüsü olmadan çalışacak araba ve kamyonlar için konum ve rotaların uygulanması.
  • Haritacılık : Hem sivil hem de askeri haritacılar GPS'i yoğun bir şekilde kullanır.
  • Hücresel telefon : saat senkronizasyonu, hücreler arası aktarımı kolaylaştırmak ve mobil acil aramalar ve diğer uygulamalar için hibrit GPS/hücresel konum tespitini desteklemek için yayılma kodlarını diğer baz istasyonlarıyla senkronize etmek için kritik olan zaman transferini mümkün kılar . Entegre GPS'li ilk telefonlar 1990'ların sonunda piyasaya sürüldü. ABD Federal İletişim Komisyonu (FCC), acil durum servislerinin 911'i arayanların yerini tespit edebilmesi için bu özelliği 2002'de hem telefonda hem de kulelerde (nirengide kullanım için) zorunlu kılmıştır. Üçüncü taraf yazılım geliştiricileri daha sonra piyasaya sürüldükten sonra Nextel'den GPS API'lerine erişim elde etti , ardından 2006'da Sprint ve kısa süre sonra Verizon geldi .
  • Saat senkronizasyonu : GPS zaman sinyallerinin doğruluğu (±10 ns) yalnızca dayandıkları atomik saatlerden sonra ikinci sıradadır ve GPS disiplinli osilatörler gibi uygulamalarda kullanılır .
  • Afet yardımı / acil servisler : birçok acil servis, konum ve zamanlama yetenekleri için GPS'e bağlıdır.
  • GPS donanımlı radyo sondalar ve damla sondalar : Atmosfer basıncını, rüzgar hızını ve Dünya yüzeyinden 27 km'ye (89.000 ft) kadar olan yönü ölçün ve hesaplayın.
  • Hava ve atmosfer bilimi uygulamaları için radyo tıkanması .
  • Filo takibi : gerçek zamanlı olarak bir veya daha fazla filo aracıyla ilgili iletişim raporlarını belirlemek, bulmak ve sürdürmek için kullanılır .
  • Jeodezi : günlük ve günlük altı kutup hareketi ve gün uzunluğu değişkenlikleri, Dünya'nın kütle merkezi - jeomerkez hareketi ve düşük dereceli yerçekimi alanı parametreleri dahil olmak üzere Dünya yönelim parametrelerinin belirlenmesi .
  • Geofencing : araç takip sistemleri , kişi takip sistemleri ve evcil hayvan takip sistemleri bir kişi, araç veya evcil hayvana bağlı veya onlar tarafından taşınan cihazları bulmak için GPS kullanır. Uygulama, hedef belirlenmiş (veya "çitle çevrili") bir alandan ayrılırsa sürekli izleme sağlayabilir ve bildirim gönderebilir.
  • Geotagging : 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'in kullanımı, sondaj, kürekle çıkarma, araç takibi ve ölçme gibi çeşitli madencilik operasyonlarını önemli ölçüde iyileştirdi. RTK GPS, santimetre düzeyinde konumlandırma doğruluğu sağlar.
  • GPS veri madenciliği : Hareket modellerini, ortak yörüngeleri ve ilginç yerleri anlamak için birden fazla kullanıcıdan GPS verilerini toplamak mümkündür.
  • GPS turları : konum, hangi içeriğin görüntüleneceğini belirler; örneğin, yaklaşan bir ilgi noktası hakkında bilgi.
  • Navigasyon : Navigatörler, yörünge ve saat düzeltmeleri desteği ile gerçek zamanlı olarak hassas konumların yanı sıra dijital olarak hassas hız ve oryantasyon ölçümlerine değer verir.
  • Yörünge GPS alıcısı ile düşük yörüngedeki uydu belirlenmesi gibi, dahili yüklü Goce , GRACE , Jason-1 , Jason-2 , TerraSAR-X , Tandem-X , CHAMP , Sentinel-3 , örneğin, bazı cubesats, CubETH .
  • Fazör ölçümleri : GPS, güç sistemi ölçümlerinin son derece hassas zaman damgasını 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 Jeodezi Gözlem Sistemi çerçevesinde karasal referans çerçevelerinin gerçekleştirilmesi ve yoğunlaştırılması. Küresel jeodezik parametrelerin türetilmesi için uydu lazer aralığı ve mikrodalga gözlemleri arasındaki uzayda ortak konum .
  • Robotik : Enlem, boylam, zaman, hız ve istikameti hesaplayan GPS sensörlerini kullanan kendi kendine gezinen, otonom robotlar.
  • Spor : Antrenman yükünün kontrolü ve analizi için futbol ve ragbide kullanılır.
  • Ölçme : Haritacılar, haritalar yapmak ve mülk sınırlarını belirlemek için mutlak konumları kullanır.
  • Tektonik : GPS, depremlerin doğrudan fay hareketinin ölçülmesini sağlar . Depremler arasında GPS, sismik tehlike haritaları oluşturmak için sismik gerinim oluşumunu tahmin etmek için kabuk hareketini ve deformasyonu ölçmek için kullanılabilir .
  • Telematik : Otomotiv navigasyon sistemlerinde bilgisayar ve mobil iletişim teknolojisi ile entegre GPS teknolojisi .

Sivil kullanımla ilgili kısıtlamalar

ABD hükümeti bazı sivil alıcıların ihracatını kontrol ediyor. Deniz seviyesinden 60.000 ft (18 km) ve 1.000 kn (500 m/s; 2.000 km/sa; 1.000 mph) üzerinde çalışabilen veya insansız füzeler ve uçaklarla kullanılmak üzere tasarlanmış veya modifiye edilmiş tüm GPS alıcıları mühimmat olarak sınıflandırılır. (silahlar)—bu, Dışişleri Bakanlığı ihracat lisansları gerektirdiği anlamına gelir .

Bu kural, yalnızca L1 frekansını ve C/A (Kaba/Edinme) kodunu alan tamamen sivil birimler için bile geçerlidir.

Bu sınırların üzerinde operasyonun devre dışı bırakılması, alıcıyı mühimmat olarak sınıflandırmaktan muaf tutar. Satıcı yorumları farklıdır. Kural, hem hedef yükseklikte hem de hızda çalışmayı ifade eder, ancak bazı alıcılar sabitken bile çalışmayı durdurur. Bu, düzenli olarak 30 km'ye (100.000 fit) ulaşan bazı amatör radyo balonu fırlatmalarında sorunlara neden oldu.

Bu sınırlar yalnızca Amerika Birleşik Devletleri'nden ihraç edilen birimler veya bileşenler için geçerlidir. Diğer ülkelerden GPS üniteleri de dahil olmak üzere çeşitli bileşenlerde büyüyen bir ticaret var. Bunlar açıkça ITAR'sız olarak satılmaktadır .

Askeri

Aptal bir bombaya GPS yönlendirme kiti takma , Mart 2003.
M982 Excalibur GPS güdümlü topçu mermisi .

2009 itibariyle, askeri GPS uygulamaları şunları içerir:

  • Navigasyon: Askerler, karanlıkta veya tanıdık olmayan bölgelerde bile hedefleri bulmak ve birlik ve tedarik hareketini koordine etmek için GPS kullanır. Amerika Birleşik Devletleri silahlı kuvvetlerinde, komutanlar Komutanın Dijital Asistanını ve daha düşük rütbeler Asker 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 ileterek hedefleri isabetli bir şekilde angaje etmelerini sağlar. Askeri uçaklar, özellikle havadan yere görevlerde, hedefleri bulmak için GPS kullanır.
  • Füze ve mermi rehberliği: GPS, ICBM'ler , seyir füzeleri , hassas güdümlü mühimmat ve topçu mermileri dahil olmak üzere çeşitli askeri silahların doğru şekilde hedeflenmesini sağlar . Gömülü GPS 12.000 ivmelerini dayanabilecek Alıcıları g veya 118 km hakkında / s 2 155 milimetre (6,1) kullanılmak üzere geliştirilmiştir (/ 260.000 mph s) obüs kabukları.
  • Arama kurtarma.
  • Keşif: Devriye hareketi daha yakından yönetilebilir.
  • GPS uyduları , Amerika Birleşik Devletleri'nin büyük bir bölümünü oluşturan bhangmetre adı verilen bir optik sensör , bir X-ışını sensörü, bir dozimetre ve bir elektromanyetik darbe (EMP) sensöründen (W-sensörü) oluşan bir dizi nükleer patlama dedektörü taşır. Nükleer Patlama Tespit Sistemi . General William Shelton, gelecekteki uyduların paradan tasarruf etmek için bu özelliği bırakabileceğini belirtti.

GPS tipi navigasyon ilk olarak 1991 Körfez Savaşı'nda , GPS'in 1995 yılında tamamen geliştirilmesinden önce, Koalisyon Kuvvetlerinin savaşta manevra yapmasına ve manevra yapmasına yardımcı olmak için savaşta kullanıldı. Savaş ayrıca , Irak kuvvetleri radyo gürültüsü yayan ve zayıf GPS sinyalinin alınmasını engelleyen muhtemel hedeflere sinyal bozucu cihazlar yerleştirdiğinde GPS'in sıkışmaya karşı savunmasızlığını da gösterdi .

GPS'in sinyal karıştırmaya karşı savunmasızlığı, karıştırma ekipmanı ve deneyim arttıkça büyümeye devam eden bir tehdittir. GPS sinyallerinin yıllar içinde askeri amaçlarla birçok kez sıkıştığı rapor edilmiştir. Rusya'nın bu davranış için, Amerikan sistemlerine olan güvenlerine olan güveni sarsarken komşularını korkutmak, GLONASS alternatifini teşvik etmek, Batı askeri tatbikatlarını bozmak ve varlıkları insansız hava araçlarından korumak gibi çeşitli hedefleri var gibi görünüyor. Çin, tartışmalı Spratly Adaları yakınlarındaki ABD gözetleme uçaklarını caydırmak için karıştırmayı kullanıyor . Kuzey Kore , Güney Kore sınırına yakın ve açık denizde birkaç büyük karıştırma operasyonu düzenleyerek uçuşları, nakliye ve balıkçılık operasyonlarını kesintiye uğrattı. İran Silahlı Kuvvetleri, sivil yolcu uçağı PS752'nin GPS'ini vurarak düşürdü.

Zaman İşleyişi

artık saniye

Çoğu saat, zamanlarını Koordineli Evrensel Zaman'dan (UTC) alırken , uydulardaki atomik saatler "GPS zamanına" ayarlanmıştır. Aradaki fark, GPS zamanının Dünya'nın dönüşüne uyacak şekilde düzeltilmemesidir, bu nedenle artık saniyeleri veya UTC'ye periyodik olarak eklenen diğer düzeltmeleri içermez . GPS saati 1980'de UTC ile eşleşecek şekilde ayarlandı, ancak o zamandan beri farklılaştı. Düzeltmelerin olmaması, GPS zamanının Uluslararası Atom Saati (TAI) ile sabit bir sapmada kaldığı anlamına gelir (TAI - GPS = 19 saniye). Yer saatleriyle senkronize olmaları için yerleşik saatlerde periyodik düzeltmeler yapılır.

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

Kesinlik

GPS vericilerindeki atomik saatlerin deneyimlediği Uluslararası Atomik Zamana göre saat kayması nedeniyle, GPS zamanı teorik olarak yaklaşık 14 nanosaniyeye kadar doğrudur.

Biçim

Gregoryen takviminin yıl, ay ve gün biçiminin aksine , GPS tarihi bir hafta numarası ve haftaya göre bir saniye sayısı olarak ifade edilir. Hafta numarası C/A ve P(Y) navigasyon mesajlarında on bitlik bir alan olarak iletilir ve böylece her 1.024 haftada bir (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 (00:00) tekrar sıfır oldu. :00:19 TAI 22 Ağustos 1999). İkinci kez 6 Nisan 2019'da 23:59:42 UTC'de oldu. Mevcut Gregoryen tarihini belirlemek için, GPS tarih sinyalini doğru bir şekilde çevirmek için 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 ve böylece 2137'ye kadar (GPS sıfır haftasından 157 yıl sonra) süren 13 bitlik bir alan kullanacaktır.

İletişim

GPS uyduları tarafından iletilen navigasyon sinyalleri, uydu konumları, dahili saatlerin durumu ve ağın sağlığı dahil olmak üzere çeşitli bilgileri kodlar. Bu sinyaller, ağdaki tüm uydular için ortak olan iki ayrı taşıyıcı frekansta iletilir. İki farklı kodlama kullanılır: daha düşük çözünürlüklü navigasyon sağlayan bir genel kodlama ve ABD ordusu tarafından kullanılan şifreli bir kodlama.

mesaj formatı

GPS mesaj formatı
Alt çerçeveler Açıklama
1 Uydu saati,
GPS zaman ilişkisi
2-3 Efemeris
(hassas uydu yörüngesi)
4-5 Almanak bileşeni
(uydu ağı özeti,
hata düzeltme)

Her GPS uydusu sürekli olarak L1 (C/A ve P/Y) ve L2 (P/Y) frekanslarında saniyede 50 bit hızında bir navigasyon mesajı yayınlar (bkz. bit hızı ). Her tam mesaj 750 saniye sürer ( 12+12 dakika) tamamlamak için. Mesaj yapısı, her biri 300 bit (6 saniye) uzunluğunda olan beş alt çerçeveden oluşan 1500 bit uzunluğunda bir çerçevenin temel formatına sahiptir. Alt çerçeveler 4 ve 5,her biri 25 kez alt komütasyona tabi tutulur, böylece tam bir veri mesajı 25 tam çerçevenin iletilmesini gerektirir. Her alt çerçeve, her biri 30 bit uzunluğunda on kelimeden oluşur. Böylece, bir alt çerçevede 300 bit çarpı bir çerçevede 5 alt çerçeve çarpı bir mesajda 25 çerçeve ile, her mesaj 37.500 bit uzunluğundadır. 50 bit/s iletim hızında bu, tüm almanak mesajını (GPS) iletmek için 750 saniye verir. Her 30 saniyelik kare, her uydudaki atom saati tarafından gösterildiği gibi tam olarak dakika veya yarım dakikada başlar.

Her çerçevenin ilk alt çerçevesi, uydunun sağlığı hakkındaki verilerin yanı sıra hafta numarasını ve hafta içindeki zamanı kodlar. İkinci ve üçüncü alt çerçeveler, uydunun kesin yörüngesi olan efemeris içerir . Dördüncü ve beşinci alt çerçeveler , takımyıldızdaki 32 uyduya kadar kaba yörünge ve durum bilgilerinin yanı sıra hata düzeltmeyle ilgili verileri içeren almanak'ı içerir. Bu nedenle, iletilen bu mesajdan doğru bir uydu konumu elde etmek için alıcı, çözümüne dahil ettiği her uydudan gelen mesajı 18 ila 30 saniye boyunca demodüle etmelidir. İletilen tüm almanakları toplamak için, alıcı mesajı 732 ila 750 saniye veya 12 saniye boyunca demodüle etmelidir.+12 dakika.

Tüm uydular aynı frekanslarda yayın yapar, sinyalleri benzersiz kod bölmeli çoklu erişim (CDMA) kullanarak kodlar, böylece alıcılar tek tek uyduları birbirinden ayırt edebilir. Sistem iki farklı CDMA kodlama türü kullanır: genel halk tarafından erişilebilen kaba/edinme (C/A) kodu ve yalnızca ABD ordusu ve diğerlerinin erişebileceği şekilde şifrelenen kesin (P(Y)) kodu. Şifreleme koduna erişim hakkı verilen NATO ülkeleri buna erişebilir.

Efemeris her 2 saatte bir güncellenir ve nominal olmayan koşullarda her 6 saatte bir veya daha uzun güncellemeler için hükümlerle birlikte 4 saat boyunca yeterince kararlıdır. Almanak tipik olarak her 24 saatte bir güncellenir. Ek olarak, veri yüklemesini geciktiren iletim güncellemeleri durumunda, takip eden birkaç haftaya ait veriler yüklenir.

Uydu frekansları

GPS frekansına genel bakış
Grup Sıklık Açıklama
L1 1575,42 MHz Kaba alım (C/A) ve şifreli hassas (P(Y)) kodları, ayrıca gelecekteki Block III uydularında L1 sivil ( L1C ) ve askeri (M) kodlar.
L2 1227.60 MHz P(Y) kodu, ayrıca Blok IIR-M ve daha yeni uydulardaki 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 Sivil yaşam güvenliği (SoL) sinyali olarak kullanılması önerildi.

Tüm uydular 1.57542 GHz (L1 sinyali) ve 1.2276 GHz (L2 sinyali) olmak üzere aynı iki frekansta yayın yapmaktadır. Uydu ağı, düşük bit hızlı mesaj verilerinin her uydu için farklı olan yüksek hızlı sözde rastgele (PRN) diziyle kodlandığı bir CDMA yayılmış spektrum tekniği kullanır . Alıcı, gerçek mesaj verilerini yeniden oluşturmak için her uydunun PRN kodlarından haberdar olmalıdır. Sivil kullanım için C/A kodu saniyede 1.023 milyon çip ile veri gönderirken , ABD askeri kullanımı için P kodu saniyede 10.23 milyon çip ile iletir. Uyduların gerçek dahili referansı , Dünya'daki gözlemcilerin yörüngedeki vericilere göre farklı bir zaman referansı algılamasını sağlayan göreceli etkileri telafi etmek için 10.22999999543 MHz'dir . L1 taşıyıcısı hem C/A hem de P kodları ile modüle edilirken L2 taşıyıcısı sadece P kodu ile modüle edilir. P kodu, yalnızca uygun bir şifre çözme anahtarı ile askeri teçhizatta kullanılabilen P(Y) kodu olarak şifrelenebilir. Hem C/A hem de P(Y) kodları, kullanıcıya günün tam 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, bulmak ve raporlamak için kullanılır. Bir kullanım, nükleer test yasağı anlaşmalarının uygulanmasıdır.

1.379913 GHz'deki L4 bandı, ilave iyonosferik düzeltme için incelenmektedir.

1.17645 GHz'deki L5 frekans bandı, GPS modernizasyonu sürecinde eklendi . Bu frekans, havacılık seyrüseferi için uluslararası olarak korunan bir aralığa düşer ve her koşulda çok az veya hiç parazit vaat etmez. Bu sinyali sağlayan ilk Block IIF uydusu Mayıs 2010'da fırlatıldı. 5 Şubat 2016'da 12. ve son Block IIF uydusu fırlatıldı. L5, birbiriyle faz karelemesinde olan iki taşıyıcı bileşenden oluşur. Her taşıyıcı bileşen, ayrı bir bit dizisi tarafından modüle edilen iki fazlı kaydırma anahtarıdır (BPSK). "Üçüncü sivil GPS sinyali olan L5, nihayetinde havacılık için can güvenliği uygulamalarını destekleyecek ve gelişmiş kullanılabilirlik ve doğruluk sağlayacaktır."

2011'de LightSquared'e L1 bandının yakınında karasal bir geniş bant hizmeti çalıştırması için koşullu bir feragat verildi . LightSquared, 2003 yılında 1525 ila 1559 bandında çalışmak için bir lisans başvurusunda bulunmuş ve bu lisans kamuoyuna açıklanmış olsa da, FCC, LightSquared'den GPS alıcılarını test etmek ve olası sorunları belirlemek için GPS topluluğuyla bir çalışma grubu oluşturmasını istedi. LightSquared karasal ağdan gelen daha büyük sinyal gücü nedeniyle ortaya çıkar. GPS topluluğu, LightSquared'in Yardımcı Karasal Bileşen (ATC) yetkilendirmesinde bir değişiklik için başvurduğu Kasım 2010'a kadar LightSquared (eski adıyla MSV ve SkyTerra) uygulamalarına itiraz etmemişti. Bu dosyalama (SAT-MOD-20101118-00239), karasal baz istasyonları için aynı frekans bandında birkaç büyüklük sırası daha fazla güç çalıştırma talebine karşılık geldi ve esasen uzaydan gelen sinyaller için "sessiz bir mahalle" olması gereken şeyi yeniden amaçlıyordu. hücresel ağın eşdeğeri. 2011'in ilk yarısında yapılan testler, daha düşük 10 MHz spektrumunun GPS cihazları üzerindeki etkisinin minimum olduğunu göstermiştir (toplam GPS cihazlarının %1'inden azı etkilenir). LightSquared tarafından kullanılması amaçlanan üst 10 MHz, GPS cihazları üzerinde bir miktar etkiye sahip olabilir. Bunun, birçok tüketici kullanımı için GPS sinyalini ciddi şekilde bozabileceğine dair bazı endişeler var. Aviation Week dergisi, en son testin (Haziran 2011) LightSquared'in sistemi tarafından GPS'in "önemli ölçüde sıkışmasını" doğruladığını bildiriyor.

Demodülasyon ve kod çözme

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

Tüm uydu sinyalleri aynı L1 taşıyıcı frekansına modüle edildiğinden, demodülasyondan sonra sinyaller ayrılmalıdır. Bu, her uyduya Altın kod olarak bilinen benzersiz bir ikili dizi atanarak yapılır . Sinyaller, alıcı tarafından izlenen uydulara karşılık gelen Altın kodların eklenmesi kullanılarak demodülasyondan sonra çözülür.

Almanak bilgisi daha önce alınmışsa, alıcı dinleneceği uyduları 1'den 32'ye kadar benzersiz numaralar olan PRN'lerine göre seçer. Almanak bilgisi hafızada değilse, bir kilit elde edilene kadar alıcı bir arama moduna girer. uydulardan birinde. 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 algılarken, 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 o andaki uydu pozisyonunun belirlenmesini sağlar. Daha fazla bilgi için bkz. Demodülasyon ve Kod Çözme, Gelişmiş .

Navigasyon denklemleri

Sorun Açıklaması

Alıcı, uydu konumlarını ve gönderilen zamanı belirlemek için uydulardan alınan mesajları kullanır. X, y ve z , uydu pozisyonu komponentler ve gönderilir ( ler ) olarak belirlenmiştir [ x i , y ı , z i , s i ] simge burada i uydu belirtmektedir ve değer, 1, 2 sahiptir. .., n , burada n  ≥ 4. Yerleşik alıcı saati tarafından belirtilen mesaj alım zamanı i olduğunda, gerçek alım zamanı t i = benb'dir , burada b alıcının uydular tarafından kullanılan çok daha doğru GPS saatleri. Alıcı saat yanlılığı, alınan tüm uydu sinyalleri için aynıdır (uydu saatlerinin tamamen senkronize olduğu varsayılarak). İletinin geçiş zamanı t i - b - s i nerede, s i uydu zamanıdır. Mesajın ışık hızında gittiğini varsayarsak , c , kat edilen mesafe ( i - b - s ben ) c .

n uydu için sağlanacak denklemler:

burada d ı alıcı ve uydu arasında geometrik bir mesafe ya da aralık ı (simgeler olmayan değerler , x, y ve z alıcı konumuna bileşenleri):

Tanımlanması uzunlukların olarak , biz onlar gerçek aralığının önyargılı sürümleridir bkz:

.

Denklemler dört bilinmeyene [ x, y, z, b ] (GPS alıcı konumunun üç bileşeni ve saat yanlılığı) sahip olduğundan, bu denklemleri çözmeye çalışmak için en az dört uydudan gelen sinyaller gereklidir. Cebirsel veya sayısal yöntemlerle çözülebilirler. GPS çözümlerinin varlığı ve benzersizliği Abell ve Chaffee tarafından tartışılmaktadır. Tüm N dörtten büyük olduğu durumda, bu sistem olup üstbelirlenmiş ve montaj yöntemi kullanılmalıdır.

Bazı konfigürasyonlar (alınan uydular gökyüzünde birbirine yakın olduğunda) daha büyük hatalara neden olduğundan, sonuçlardaki hata miktarı alınan uyduların gökyüzündeki konumlarına göre değişir. Alıcılar genellikle hesaplanan konumdaki hatanın çalışan bir tahminini hesaplar. Bu, alıcının temel çözünürlüğünün, kullanılan uyduların göreli gökyüzü yönlerinden hesaplanan , konumun geometrik seyreltmesi (GDOP) faktörleri olarak adlandırılan miktarlarla çarpılmasıyla yapılır . Alıcı konumu, WGS 84 jeodezik verisi 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 daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir.

küreler

2-B Kartezyen gerçek aralıklı çok katmanlı (trilaterasyon) senaryosu.

Sözde aralıklar olarak adlandırılan ölçülen aralıklar, saat hataları içerir. Menzillerin senkronize edildiği basitleştirilmiş bir idealleştirmede, bu gerçek menziller, her biri verici uydulardan birinin merkezinde bulunan kürelerin yarıçaplarını temsil eder. Alıcının konumu için çözüm bu kürelerin yüzeylerinin kesişim noktasındadır; bkz. trilaterasyon (daha genel olarak, gerçek aralıklı multilaterasyon). En az üç uydudan gelen sinyaller gereklidir ve bunların üç küresi tipik olarak iki noktada kesişir. Noktalardan biri alıcının konumudur ve diğeri ardışık ölçümlerde hızlı hareket eder ve genellikle Dünya yüzeyinde olmaz.

Uygulamada, saat yanlılığının yanı sıra, rastgele hatalar ve kürelerin merkezleri nispeten yakınsa birbirine yakın sayıların çıkarılmasından kaynaklanan kesinlik kaybı potansiyeli de dahil olmak üzere birçok yanlışlık kaynağı vardır. Bu, yalnızca üç uydudan hesaplanan konumun yeterince doğru olma olasılığının düşük olduğu anlamına gelir. Daha fazla uydudan gelen veriler, rastgele hataların birbirini götürme 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 bir yakın kavşak hesaplanır. Ne kadar fazla sinyal mevcutsa, tahminin o kadar iyi olması muhtemeldir.

hiperboloidler

Üç uydunun ("istasyonlar" A, B, C olarak etiketlenmiştir) bilinen yerleri vardır. Bir radyo sinyalinin her bir uydudan alıcıya ulaşması için geçen gerçek süreler bilinmemektedir, ancak gerçek zaman farkları bilinmektedir. Daha sonra, her zaman farkı alıcıyı uydulara odaklanmış bir hiperbolün dalına yerleştirir. Alıcı daha sonra iki kavşaktan birine yerleştirilir.

Alıcı ve uydu arasında sözde mesafe ise i ve alıcı ve uydu arasında sahte erim j çıkarıldığı, s i - P J , ortak alıcı saat meyli ( b ) mesafelerin bir fark ortaya, ortadan kaldıran, d ı - d j . İki nokta (burada, iki) geri mesafede sabit bir farka sahip noktaları eğrisinin, a, hiperbol uçağa ve devrim hiperboloit (daha özel olarak ise, bir iki-tabakalı hiperboloit 3D uzayda) (bakınız Multilaterasyon ). Böylece, dört psödo-aralık ölçümünden, alıcı, her biri bir çift uydudaki odaklara sahip üç hiperboloidin yüzeylerinin kesişimine yerleştirilebilir . Ek uydularla, çoklu kavşaklar mutlaka benzersiz değildir ve bunun yerine en uygun çözüm aranır.

yazılı küre

Yazılı ve diğer dairelere ( siyah ) teğet olan ve karşılıklı olarak teğet olması gerekmeyen daha küçük bir daire ( kırmızı ) .

Alıcı konumu , alıcı saat önyargısı b (ışık hızı c ile ölçeklendirilmiş) tarafından verilen, bc yarıçaplı yazılı bir kürenin (küre) merkezi olarak yorumlanabilir . Küre konumu, diğer kürelere dokunacak şekildedir. Çevreleyen küreler yarıçapları ölçülen sözde uzaklık eşit GPS uydularından en ortalanır p i . Bu konfigürasyon, kürelerin yarıçaplarının yansız veya geometrik d i aralıkları olduğu yukarıda açıklanan konfigürasyondan farklıdır .

Hiperkonlar

Alıcıdaki saat, genellikle uydulardaki saatlerle aynı kalitede değildir ve bunlara tam olarak senkronize edilmeyecektir. Bu , uydulara olan gerçek mesafelere kıyasla büyük farklılıklar içeren sahte aralıklar üretir . Bu nedenle, pratikte, alıcı saati ile uydu zamanı arasındaki zaman farkı, bilinmeyen bir saat yanlılığı b olarak tanımlanır . Denklemler daha sonra alıcı konumu ve saat yanlılığı için aynı anda çözülür. Çözüm uzayı [ x, y, z, b ] dört boyutlu bir uzay - zaman olarak görülebilir ve minimum dört uydudan gelen sinyallere ihtiyaç vardır. Bu durumda denklemlerin her biri, tepe noktası uyduda ve tabanı uydu çevresinde bir küre olan bir hiperkoniyi (veya küresel koni) tanımlar . Alıcı, bu tür hiperkonların dördü veya daha fazlasının kesişme noktasındadır.

Çözüm yöntemleri

En küçük kareler

Dörtten fazla uydu mevcut olduğunda, hesaplama, alıcı kanallarının sayısına, işleme kapasitesine ve geometrik kesinlik seyreltmesine (GDOP) bağlı olarak, en iyi dördü veya dörtten fazlasını (tüm görünür uydulara kadar) aynı anda kullanabilir .

Dörtten fazlasının kullanılması, benzersiz bir çözümü olmayan aşırı belirlenmiş bir denklem sistemini içerir; böyle bir sistem, en küçük kareler veya ağırlıklı en küçük kareler yöntemiyle çözülebilir .

yinelemeli

Hem dört uydu için denklemler hem de dörtten fazlası için en küçük kareler denklemleri doğrusal değildir ve özel çözüm yöntemleri gerektirir. Yaygın bir yaklaşım, Gauss-Newton algoritması gibi denklemlerin doğrusallaştırılmış bir formu üzerinde yineleme yapmaktır .

GPS başlangıçta sayısal en küçük kareler çözüm yönteminin kullanıldığı varsayılarak, yani kapalı biçimli çözümler bulunmadan önce geliştirildi.

Kapalı form

Yukarıdaki denklem setinin bir kapalı-form çözümü S. Bancroft tarafından geliştirilmiştir. Özellikleri iyi bilinmektedir; özellikle savunucular , yinelemeli en küçük kareler yöntemlerine kıyasla düşük GDOP durumlarında üstün olduğunu iddia ediyor .

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

Bir alıcı bir çözüm için dörtten fazla uydu kullandığında, Bancroft bir çözüm bulmak için genelleştirilmiş tersini (yani sözde- ters) kullanır . Aşırı belirlenmiş doğrusal olmayan en küçük kareler (NLLS) problemlerini çözmek için Gauss-Newton algoritması yaklaşımı gibi yinelemeli yöntemlerin genellikle daha doğru çözümler sağladığına dair bir vaka yapılmıştır .

Leick et al. (2015), "Bancroft'un (1985) çözümünün, ilk kapalı biçimli çözüm değilse bile çok erken bir çözüm olduğunu" belirtmektedir. Diğer kapalı biçimli çözümler daha sonra yayınlandı, ancak uygulamada benimsenmeleri net değil.

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 kalan hatalar düzeltilmeden 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 parazit bulunur. Bu kaynaklardan kalan hataların büyüklüğü, kesinliğin geometrik seyreltmesine bağlıdır. Yapay hatalar, karıştırma cihazlarından ve gemileri ve uçakları tehdit etmekten veya doğruluğu ≈ 6–12 m (20–40 ft) ile sınırlı olan, ancak 1 Mayıs 2000'den beri kapatılmış olan seçici kullanılabilirlik yoluyla kasıtlı sinyal bozulmasından kaynaklanabilir.

Doğruluk geliştirme ve ölçme

büyütme

Harici bilgileri hesaplama sürecine entegre etmek, doğruluğu önemli ölçüde artırabilir. Bu tür büyütme sistemleri genellikle bilginin nasıl ulaştığına bağlı olarak adlandırılır veya tanımlanır. Bazı sistemler ek hata bilgisi (saat kayması, efemera veya iyonosferik gecikme gibi ) iletir , diğerleri önceki hataları karakterize ederken, üçüncü bir grup ek navigasyon veya araç bilgisi sağlar.

Genişletme sistemlerine örnek olarak Geniş Alan Büyütme Sistemi (WAAS), Avrupa Yer Sabit Navigasyon Yer Paylaşımı Hizmeti (EGNOS), Diferansiyel GPS (DGPS), atalet navigasyon sistemleri (INS) ve Yardımlı GPS verilebilir . Yaklaşık 15 m'lik (49 ft) standart doğruluk, DGPS ile 3-5 m'ye (9,8-16,4 ft) ve WAAS ile yaklaşık 3 m'ye (9,8 ft) yükseltilebilir.

Hassas izleme

Doğruluk, ek veya alternatif yollarla mevcut GPS sinyallerinin hassas bir şekilde izlenmesi ve ölçülmesi yoluyla geliştirilebilir.

Kalan en büyük hata, genellikle iyonosfer boyunca öngörülemeyen gecikmedir . Uzay aracı iyonosferik model parametreleri yayınlıyor, ancak bazı hatalar devam ediyor. Bu, GPS uzay aracının en az iki frekansta, L1 ve L2'de iletim yapmasının bir nedenidir. İyonosferik gecikme, frekans ve yol boyunca toplam elektron içeriğinin (TEC) iyi tanımlanmış bir fonksiyonudur , bu nedenle frekanslar arasındaki varış zamanı farkının ölçülmesi TEC'yi ve dolayısıyla her frekanstaki kesin iyonosferik gecikmeyi belirler.

Askeri alıcılar hem L1 hem de L2'de iletilen P(Y) kodunu çözebilir. Şifre çözme anahtarları olmadan , aynı hata bilgilerinin çoğunu elde etmek için L1 ve L2 üzerindeki P(Y) kodlarını karşılaştırmak için kodsuz bir teknik kullanmak hala mümkündür . Bu teknik yavaştır, bu nedenle şu anda yalnızca özel ölçüm ekipmanlarında mevcuttur. Gelecekte, L2 ve L5 frekanslarında ek sivil kodların iletilmesi bekleniyor. Tüm kullanıcılar daha sonra çift frekanslı ölçümler gerçekleştirebilecek ve iyonosferik gecikme hatalarını doğrudan hesaplayabilecektir.

İkinci bir hassas izleme biçimi, Taşıyıcı Aşama Geliştirme (CPGPS) olarak adlandırılır. Darbe geçiş nedeniyle ortaya çıkan bu düzeltir hata PRN anlık değildir ve bu nedenle bir korelasyon (Uydu-alıcı dizisi uygun) işlemi kusursuz değildir. CPGPS bir sahiptir L1 taşıyıcı dalga kullanır dönemi arasında bir binde C / A Altın kod bit periyodunun ilgili, ek olarak iş görmek üzere saat sinyali ve belirsizliğini çözmek. Normal GPS'deki faz farkı hatası 2–3 m (6 ft 7 inç-9 ft 10 inç) belirsizliğe eşittir. Mükemmel geçişin %1'i dahilinde çalışan CPGPS, bu hatayı 3 cm (1,2 inç) belirsizliğe düşürür. Bu hata kaynağını ortadan kaldırarak, DGPS ile birleştirilmiş CPGPS normalde 20–30 cm (7,9–11,8 inç) arasında mutlak doğruluk sağlar.

Göreceli Kinematik Konumlandırma (RKP), kesin bir GPS tabanlı konum belirleme sistemi için üçüncü bir alternatiftir. Bu yaklaşımda, menzil sinyalinin belirlenmesi, 10 cm'den (3,9 inç) daha az bir hassasiyetle çözülebilir. Bu, diferansiyel GPS (DGPS) düzeltme verilerinin bir kombinasyonu kullanılarak sinyalin iletildiği ve alıcı tarafından alındığı döngü sayısının, GPS sinyal faz bilgilerinin iletilmesi ve belirsizlik çözümleme tekniklerinin istatistiksel testler yoluyla - muhtemelen gerçek olarak işleme ile - çözülmesiyle yapılır. -zamanlı ( gerçek zamanlı kinematik konumlandırma , RTK).

Taşıyıcı faz takibi (ölçüm)

Ölçme uygulamalarında kullanılan bir diğer yöntem ise taşıyıcı faz takibidir. Işık hızı ile çarpılan taşıyıcı frekansı periyodu, L1 taşıyıcısı için yaklaşık 0,19 m (7,5 inç) olan dalga boyunu verir. Ön kenarın saptanmasında dalga boyunun %1'i içindeki doğruluk, sözde aralık hatasının bu bileşenini 2 mm'ye (0.079 inç) kadar azaltır. Bu, C/A kodu için 3 m (9,8 ft) ve P kodu için 0,3 m (1 ft 0 inç) ile karşılaştırılır.

2 mm (0.079 inç) doğruluk, toplam fazın (dalga boyu ile çarpılan dalga sayısı ve özel olarak donatılmış alıcılar gerektiren kesirli dalga boyu) ölçülmesini gerektirir. Bu yöntemin birçok ölçme uygulaması vardır. Tektonik plakaların çok yavaş hareketlerinin gerçek zamanlı takibi için yeterince doğrudur , tipik olarak yılda 0–100 mm (0.0–3.9 inç).

Üçlü fark ve ardından sayısal kök bulma ve en küçük kareler tekniği, bir diğerinin konumu verilen bir alıcının konumunu tahmin edebilir. Önce uydular arasındaki, ardından alıcılar arasındaki ve son olarak dönemler arasındaki farkı hesaplayın. Diğer fark alma sıraları da aynı derecede geçerlidir. Hataların ayrıntılı tartışması atlanmıştır.

Uydu taşıyıcı toplam fazı, çevrim sayısı belirsiz bir şekilde ölçülebilir. Izin uydu taşıyıcı faz ifade j alıcı tarafından ölçülen i zamanda . Bu gösterim, i, j ve k indislerinin anlamını gösterir . Alıcı ( r ), uydu ( s ) ve zaman ( t ) argümanları olarak alfabetik sırayla gelir ve okunabilirliği ve kısalığı dengelemek için kısa bir kısaltma olsun. Ayrıca , sırasıyla alıcılar, uydular ve zaman noktaları arasındaki farkları döndüren üç fonksiyon tanımladık: . Her fonksiyon, argümanları olarak üç indisli değişkenlere sahiptir. Bu üç fonksiyon aşağıda tanımlanmıştır. Eğer üç tamsayı argümanının ( i, j ve k) bir fonksiyonu ise, o zaman şu şekilde tanımlanan değerlerle , : fonksiyonları için geçerli bir argümandır.

,
, ve
 .

Ayrıca , üç işlev için geçerli argümanlar ve a ve b sabit ise, o zaman şu şekilde tanımlanan değerlerle geçerli bir argümandır.

,
, ve
 .

Alıcı saat hataları, aynı çağda uydu 1'den ölçülen fazlarla uydu 2'den ölçülen fazları farklılaştırarak yaklaşık olarak ortadan kaldırılabilir. Bu fark olarak tanımlanır

Çift fark, alıcı 1'in uydu farkı ile alıcı 2 arasındaki farkı hesaplar. Bu, uydu saati hatalarını yaklaşık olarak ortadan kaldırır. Bu ikili fark:

Üçlü fark alma, zaman 1'den zaman 2'deki alıcı farkını çıkarır. Bu, bu belirsizliğin zamanla değişmemesi koşuluyla, taşıyıcı fazdaki dalga boylarının tam sayısı ile ilişkili belirsizliği ortadan kaldırır. Böylece üçlü fark sonucu, pratik olarak tüm saat yanlılık hatalarını ve tamsayı belirsizliğini ortadan kaldırır. Atmosferik gecikme ve uydu efemeris hataları önemli ölçüde azaltıldı. Bu üçlü fark:

Bilinmeyen değişkenleri tahmin etmek için üçlü fark sonuçları kullanılabilir. Örneğin, alıcı 1'in konumu biliniyorsa ancak alıcı 2'nin konumu bilinmiyorsa, sayısal kök bulma ve en küçük kareler kullanılarak alıcı 2'nin konumunu tahmin etmek mümkün olabilir. Üç bağımsız zaman çifti için üçlü fark sonuçları, alıcı 2'nin üç konum bileşenini çözmek için yeterli olabilir. Bu sayısal bir prosedür gerektirebilir. Böyle bir sayısal yöntemi kullanmak için alıcı 2'nin konumunun bir tahmini gereklidir. Bu başlangıç ​​değeri muhtemelen navigasyon mesajından ve küre yüzeylerinin kesişiminden sağlanabilir. Böyle makul bir tahmin, başarılı çok boyutlu kök bulmanın anahtarı olabilir. Üç zaman çiftinden ve oldukça iyi bir başlangıç ​​değerinden yineleme, alıcı 2'nin konumu için gözlemlenen bir üçlü fark sonucu üretir. Ek zaman çiftlerinin işlenmesi, birden fazla çözümle yanıtı aşırı belirleyerek doğruluğu artırabilir. En küçük kareler, aşırı belirlenmiş bir sistemi tahmin edebilir. En küçük kareler, kareler toplamını en aza indirme kriteri altında alıcı 2 konumları için gözlemlenen üçlü fark sonuçlarına en iyi uyan alıcı 2 konumunu belirler.

GPS alıcılarıyla ilgili düzenleyici spektrum sorunları

Amerika Birleşik Devletleri'nde, GPS alıcıları Federal İletişim Komisyonu'nun (FCC) Bölüm 15 kurallarına göre düzenlenir. Amerika Birleşik Devletleri'nde satılan GPS özellikli cihazların kılavuzlarında, Bölüm 15 cihazı olarak belirtildiği gibi, "istenmeyen çalışmaya neden olabilecek parazitler de dahil olmak üzere alınan tüm parazitleri kabul etmelidir." Özellikle GPS cihazlarıyla ilgili olarak, FCC, GPS alıcısı üreticilerinin "kendi tahsis edilmiş spektrumları dışındaki sinyallerin alınmasına karşı makul bir şekilde ayrım yapan alıcılar kullanmaları gerektiğini" belirtir. Son 30 yıldır, GPS alıcıları Mobil Uydu Servis bandının yanında çalışmakta ve Inmarsat gibi mobil uydu servislerinin alımında herhangi bir sorun yaşamadan ayrımcılık yapmaktadır.

FCC tarafından GPS L1 kullanımı için tahsis edilen spektrum 1559 ila 1610 MHz'dir, Lightsquared'in sahip olduğu uydudan yere kullanım için tahsis edilen spektrum ise Mobil Uydu Servis bandıdır. 1996'dan beri FCC, 1525 ila 1559 MHz GPS bandına komşu spektrumun Virginia şirketi LightSquared'e lisanslı kullanımına izin verdi . 1 Mart 2001'de FCC, LightSquared'in öncülü Motient Services'den, entegre bir uydu-karasal hizmet için tahsis edilen frekanslarını kullanmak için bir başvuru aldı . 2002 yılında, ABD GPS Endüstri Konseyi, LightSquared'in yer tabanlı istasyonlarından gelen aktarımların komşu GPS bandı olan 1559 ila 1610 MHz'e aktarım yapmasını önlemek için LightSquared ile bir bant dışı emisyon (OOBE) anlaşması yaptı. 2004'te FCC, LightSquared'in uydu sistemlerine yardımcı yer tabanlı bir ağ kurma yetkisinde OOBE anlaşmasını kabul etti - Yardımcı Kule Bileşenleri (ATC'ler) olarak bilinir - "MSS ATC'yi, aşağıdaki koşulları sağlayan koşullara tabi olarak yetkilendireceğiz: eklenen karasal bileşen, ana MSS teklifine yardımcı olarak kalır. Karasal bileşenin tek başına bir hizmet haline gelmesini düşünmüyoruz ve buna izin vermeyeceğiz." Bu yetki , ABD Tarım Bakanlığı , ABD Uzay Kuvvetleri, ABD Ordusu, ABD Sahil Güvenlik , Federal Havacılık İdaresi , Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA), ABD Dışişleri Bakanlığı'nı içeren ABD Bölümler Arası Radyo Danışma Komitesi tarafından gözden geçirildi ve onaylandı . İçişleri ve ABD Ulaştırma Bakanlığı .

Ocak 2011'de FCC, LightSquared'in Best Buy , Sharp ve C Spire gibi toptan satış müşterilerine, LightSquared'den yalnızca entegre uydu tabanlı bir hizmet satın alma ve bu entegre hizmeti yalnızca LightSquared'in tahsis edilen 1525 ila 1559 MHz frekanslarını kullanarak yer tabanlı sinyali kullanın. Aralık 2010'da, GPS alıcısı üreticileri FCC'ye, LightSquared'in sinyalinin GPS alıcı cihazlarına müdahale edeceğine dair endişelerini dile getirdiler, ancak FCC'nin Ocak 2011 emrine yol açan politika değerlendirmeleri, yer tabanlı LightSquared istasyonlarının maksimum sayısı için önerilen herhangi bir değişiklikle ilgili değildi. veya bu istasyonların çalışabileceği maksimum güç. Ocak 2011 siparişi, nihai yetkilendirmeyi, GPS endüstrisi ve Federal ajans katılımı ile birlikte LightSquared liderliğindeki bir çalışma grubu tarafından yürütülen GPS parazit sorunlarına ilişkin çalışmalara bağlı hale getiriyor. 14 Şubat 2012'de FCC, NTIA'nın potansiyel GPS parazitini azaltmanın pratik bir yolu olmadığı sonucuna dayanarak LightSquared'in Koşullu Feragat Kararını iptal etmek için işlemler başlattı.

GPS alıcısı üreticileri, GPS tarafından tahsis edilen bandın ötesindeki spektrumu kullanmak için GPS alıcıları tasarlar. Bazı durumlarda, GPS alıcıları, 1575.42 MHz'lik L1 frekansının her iki yönünde 400 MHz'e kadar spektrum kullanmak üzere tasarlanmıştır, çünkü bu bölgelerdeki mobil uydu hizmetleri, uzaydan yere ve mobil uydu hizmetleriyle orantılı güç seviyelerinde yayın yapmaktadır. . FCC'nin 15. Kısım kuralları uyarınca düzenlendiği gibi, GPS alıcıları, GPS tarafından tahsis edilen spektrumun dışındaki sinyallere karşı garantili koruma sağlamaz. Bu nedenle GPS, Mobil Uydu Hizmeti bandının yanında çalışır ve ayrıca Mobil Uydu Hizmeti bandı da GPS'in yanında çalışır. Spektrum tahsisinin simbiyotik ilişkisi, her iki bandın kullanıcılarının işbirliği içinde ve özgürce çalışabilmelerini sağlar.

FCC, Şubat 2003'te LightSquared gibi Mobil Uydu Hizmeti (MSS) lisans sahiplerinin lisanslı spektrumlarında "karasal kablosuz spektrumun daha verimli kullanımını teşvik etmek" için az sayıda yardımcı yer tabanlı kule inşa etmelerine izin veren kuralları kabul etti. Bu 2003 kurallarında FCC, "Bir ön mesele olarak, karasal [Ticari Mobil Telsiz Hizmeti ("CMRS")] ve MSS ATC'nin farklı fiyatlara, kapsama alanına, ürün kabulüne ve dağıtımına sahip olması bekleniyor; bu nedenle, iki hizmet ortaya çıkıyor, en iyi ihtimalle, ağırlıklı olarak farklı pazar segmentlerinde faaliyet gösterecek olan birbirlerinin kusurlu ikameleri olmak... MSS ATC'nin aynı müşteri tabanı için karasal CMRS ile doğrudan rekabet etmesi pek olası değildir...". 2004'te FCC, yer tabanlı kulelerin yardımcı olacağını açıklığa kavuşturdu ve "MSS ATC'yi, eklenen karasal bileşenin ana MSS teklifine yardımcı olarak kalmasını sağlayan koşullara tabi olarak yetkilendireceğiz. izin verin, karasal bileşenin bağımsız bir hizmet olmasına izin verin." Temmuz 2010'da FCC, LightSquared'in yetkisini entegre bir uydu-karasal hizmet sunma yetkisini "karasal mobil sağlayıcılar tarafından sağlananlara benzer mobil geniş bant hizmetleri sağlamak ve mobil geniş bant sektöründe rekabeti artırmak" için kullanmasını beklediğini belirtti. GPS alıcısı üreticileri, 2003 ve 2004 FCC ATC kararlarına dayanarak LightSquared'in 1525 ila 1559 MHz'lik lisanslı spektrumunun hiçbir zaman yüksek hızlı kablosuz geniş bant için kullanılmasının öngörülmediğini savundular. , birincil uydu bileşenine yardımcı. LightSquared'in yardımcı karasal bileşeninin 2004 FCC yetkilendirmesini Mobil Uydu Hizmeti bandında basit bir yer tabanlı LTE hizmetine karşı sürdürme çabalarına kamu desteği sağlamak için, GPS alıcısı üreticisi Trimble Navigation Ltd., " GPS'imizi Koruma Koalisyonu"nu kurdu.

FCC ve LightSquared, ağın çalışmasına izin verilmeden önce GPS paraziti sorununu çözmek için kamu taahhütlerinde bulundu. Chris Dancy göre uçak Sahipleri ve Pilotlar Derneği , havayolu pilotları etkilenecektir sistemlerinin tipi "Tabii çıkmak ve hatta bunun farkında olmayabilir." Sorunlar ayrıca Federal Havacılık İdaresinin hava trafik kontrol sistemine yükseltmesini , Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı rehberliğini ve 911 dahil yerel acil servislerini de etkileyebilir .

14 Şubat 2012'de FCC , askeri ve diğer federal hükümet birimleri için spektrum kullanımlarını koordine eden federal kurum olan Ulusal Telekomünikasyon ve Bilgi İdaresi (NTIA) tarafından bilgilendirildikten sonra LightSquared'in planlanan ulusal geniş bant ağını engellemeye geçti. şu anda potansiyel paraziti azaltmanın pratik bir yolu yok". LightSquared, FCC'nin eylemine meydan okuyor.

Diğer sistemler

GPS , GLONASS , Galileo , BeiDou-2 ve İridyum takımyıldızları, Uluslararası Uzay İstasyonu , Hubble Uzay Teleskobu ve yer sabit yörünge (ve onun mezarlık yörüngesi ) ile Van Allen radyasyon kuşakları ve Dünya ölçeğinin yörünge boyutu karşılaştırması .
Ay bireyin yörüngesi etrafında yörüngede kadar büyük 9 katıdır. ( SVG dosyasında, vurgulamak için bir yörüngenin veya etiketinin üzerine gelin; makalesini yüklemek için tıklayın.)

Kullanımda olan diğer önemli uydu navigasyon sistemleri veya çeşitli geliştirme durumları şunları içerir:

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar

  • FAA GPS SSS
  • GPS.gov – ABD Hükümeti tarafından oluşturulan genel halk eğitimi web sitesi