0 GPS Alıcı Tipleri

Tweet

5.1 Genel Tanımlar

GPS ölçülerinde kullanılan en önemli donanım alıcı (receiver) ve anten sistemidir. Kullanıcının sahip olduğu alıcı-anten sistemi özellikleri ve kapasiteleri ölçü planlamasından, ölçülerin arazi sonrası değerlendirme işlemlerine kadar tüm aşamaları doğrudan etkilemektedir.

GPS alıcısı temel işlev olarak uydu sinyalini kaydeder, kaydedilen sinyali işleme tabi tutar (signal processing), anlık (real-time) uygulamalar için koordinat dönüşümleri yapar, gerektiğinde navigasyon için gerekli bilgileri hesaplar.

GPS alıcı anteninin temel görevi uydulardan yayınlanan sinyalleri, çevresindeki objelerden yansıyan sinyalleri (multipath) ayıklayarak almaktır. Bazı özel tasarımlı antenler bu özelliklere ilave olarak uydulardan gelen sinyallere diğer kaynaklardan karışan (interface signals) sinyalleri de ayıklama özelliğine sahiptir. Alıcı antenleri esas olarak uydulardan yayınlanan elektromanyetik dalgalar içerisindeki enerjiyi alıcı içerisindeki elektronik devrelerde işlenebilecek elektrik akınına dönüştürmektedir. Başka bir ifadeyle, GPS alıcısı anteni uydulardan yayınlanan elektromanyetik dalgaları belirler ve bu dalgalar içerisindeki enerjiyi elektrik akımına dönüştürür, güçlendirir (amplify) ve alıcı elektrik devrelerine gönderir.

Antenlerin şekli ve boyutu çok önemli olup, bu özellikler kısmen de olsa istenmeyen zayıf sinyallerin alıcıya ulaştırılmasında rol oynarlar. Günümüzde kullanım amacına uygun olarak antenler alıcı ile aynı donanım içerisinde bütünleşik (built-in) veya ayrık yapıdadırlar. Ayrık yapıdaki antenler alıcılara bir kablo vasıtasıyla bağlanmaktadır. Kablo uzunlukları 2-60 m arasında değişmekle birlikte veri kaybının önlenmesi amacıyla olabildiğince kısa anten kabloları tercih edilmelidir. Jeodezik amaçlı antenler genellikle Ll ve L2 sinyallerinin her ikisini de alacak şekilde tasarlanmışlardır.

Kullanım amacına uygun olarak antenler yalnızca Ll frekansında (tek frekanslı) veya L1,L2 frekanslarının her ikisinde de (çift frekanslı) çalışabilir. Diğer taraftan GPS uydu 'sinyalleri RHCP (Right Hand Circularly Polarized) özellikli olduğundan GPS alıcı antenleri de RHCP özellikli olmalıdır. Bununla birlikte sinyal yansıma etkilerini en aza indirmeyi amaçlayan LHCP (Left Hand Circularly Polarized) özellikli antenler de üretilmektedir.

Farklı yapılarda anten tipleri mevcut olup bunlardan en çok kullanılan "microstrip" "dipole" ve "helix" modelleridir. Microstrip anteni günümüzde en çok tercih edilen anten modelidir. Bunlar tek ve çift frekanslarda ölçü yapabilmekte, dayanıklı ve basit yapıdadır. Dipole antenler tek frekanslı konfigürasyona sahip anten modelidir. Helix anten tipi microstrip antenler gibi Ll ve L2 frekanslarının her ikisinde de sinyal toplayabilmesine karşılık yüksek profilli bir görünüme sahiptir, GPS antenlerinin verimli çalışmasını etkileyen birçok faktör olup bunlar; ısı ve nem etkisi, tuzlu ortamlar, titreşim ve mekanik şok şeklinde sıralanabilir.

5.2 GPS Alıcı Tipleri

Günümüzde GPS alıcılarını farklı şekillerde sınıflandırmak (kanal sayısına göre, kullanım amacına göre, izlenen uydu sinyaline göre vb.) olanaklıdır. İzlenen uydu sinyaline bağlı olarak iki temel alıcı tipi vardır. Bunlar; P(Y) ve C/A kodların her ikisini de izleme yeteneğine sahip olan alıcılar ve yalnızca C/A kod izleme yeteneğine sahip olan alıcılardır.

Bu temel sınıflamadan yararlanarak alıcıları şu maddelerle tanımlayabiliriz.

a. C/A kod ölçen alıcılarla yalnızca Ll pseudorange ölçüsü yapılır. Bu tip alıcılar genellikle batarya ya da pil ile çalışan portatif el alıcılarıdır. Bunlar en az 1, en çok 6 kanallı olabilmekte ve ekranda anlık olarak 3-boyutlu konum (enlem, boylam, yükseklik veya sağa, yukarı, yükseklik) gösterebilmektedirler. Özellikle hareketli uygulamalarda en az 4 kanallı alıcı tercih edilmelidir. Bu tip alıcılar daha çok hobi amaçlı (dağcılar, yat gezileri vb.) ve özellikle CBS (Coğrafi Bilgi Sistemi) tabanlı GPS/CBS uygulamalarında (araç takip, güvenlik vb.) kullanılmaktadır.

b. C/A kodlu taşıyıcı dalga fazı ölçen alıcılar, yalnızca Ll frekansında kod ve faz ölçüleri (tek frekanslı alıcılar) ya da Ll frekansında kod ve faz ölçüleri ile L2 frekansında yalnızca faz ölçüleri yaparlar. Bunlar 4 kanaldan başlayıp 12 kanala kadar olabilmektedir. Bu alıcılarla, jeodezik amaçlı her türlü ölçü (statik, hızlı statik, kinematik vb.) yapılabilmektedir.

c. P kod Alıcıları: P kod kullanırlar ve böylece Ll ve L2 frekanslarının her ikisinde de çalışmaktadırlar. Taşıyıcı dalgalardaki P kod verileri bunların alıcı içerisinde üretilen benzeri ile karşılaştırılarak elde edilmektedir. Bu şekilde uydudan alınan sinyal ile bunun alıcıda üretilen benzerinin karşılaştırılması için çapraz korelâsyon (cross correlation) yapılmaktadır. Uydu sinyalindeki kod bileşenleri ayıklanana kadar faz ölçüsü yapmak olanaklı değildir. Bu alıcıların en önemli üstünlüğü uzun bazların (>100 km) cm mertebesinde doğruluklarla belirlenebilmesidir. Ancak AS (Anti-Spoofing) özelliğinin uygulanmaya başlanmasıyla P kod kriptolanmış ve böylece Y kod kullanılmaya başlanmıştır. Bununla birlikte P kod alıcıları ile kodsuz veya yarı kodsuz yöntemler kullanılarak faz ölçüleri ve Y kod bilgisine gereksinim olmadan L2 frekansındaki uydu-alıcı mesafeleri (pseudorange) belirlenebilmektedir. P kodlu alıcılarla L2 frekansında veri toplamak için günümüzde kullanılan yöntemler; sinyalin karesini alma (squaring) tekniği, çapraz korelâsyon (cross-correlation), kare alma tekniği kullanılarak kod korelâsyon ve Z-İzleme (Z-tracking) tekniği olarak sayılabilir.

d. Y kod alıcıları, AS etkisi altındaki P kod'a doğrudan ulaşım olanağı sağlamaktadır. Böylece, Ll ve L2 frekanslarındaki kod ve faz ölçüleri yapılabilmektedir (P kod korelâsyon tekniği). Ancak, Y kodlu alıcılar askeri amaçlı alıcılar olup bu alıcıların her bir kanalına AOC (Auxiliary Output Chip) modülü takılı olmalı ve bu tip alıcıların SM (Security Modüle) modülünün olması gerekmektedir. Bu modüller ile Y kod çözülerek P kod elde edilebilmekte ve SA (Selective Availability) etkisi ile uydu koordinatlarına uygulanan kasıtlı bozulmalar da giderilebilmektedir. Y kod alıcıları için gerekli olan AOC ve SM modüllerini ABD tarafından yetki verilen kullanıcılar alabilmektedir.