gnss teknikleri [1.5ex]lisans ders notlarıgalileo.selcuk.edu.tr/~aydin/docs/gnsstek.pdf · gnss...

GNSS Teknikleri

Lisans Ders Notları

Aydın ÜSTÜN

Kocaeli ÜniversitesiHarita Mühendisligi

[email protected]

Kocaeli, 2016

A. Üstün (Kocaeli Üniversitesi) GNSS teknikleri (v.11/10/16) 1 / 18

Içerik

1 Giris

Temel kavramlarGNSS’ye giris

2 GPS Sistemi

Kontrol segmentiKullanıcı segmenti

3 GNSS Sinyalleri

GNSS sinyallerinin özellikleri


GNSS temel esaslar

Navigasyon (yönbul): konum ve yön bulma teknigi

Radyonavigasyon: Elektromanyetik dalgaları kullanarak yerden veyauzaydan navigasyon

Sabit ya da hareketli sinyal alıcının bilinmeyen konum parametresayısı kadar radyo sinyal kaynagı gerekli

Dogrulugu yüksek zaman bilgisi de aranıyorsa bir sinyal kaynagı daha

Alıcının üç boyutlu konum vezaman bilinmeyeni içinkoordinatları bilinen en az 4uydudan (geriden kestirme)sinyal alması gerekir

SV1

SV2

SV3

SV4

b

P

Uzay bazlı ilk örnekler: Birlesik Devletler Transit ve Rusya Tsikada(görevleri sonlandı)


GPS’nin öncüleri

APL Transit(NNSS)

NRL Timation(Time Navigation)

U.S. Air ForceSystem 621B


NAVSTAR GPS

GPS’nin temelleri 1973 yılında ABD Savunma Bakanlıgı DoD (Department of Defense)dairesinde atıldı.Daha sonra NAVSTAR (Navigation System Using Timing and Ranging) GPS adını alan sistem,Block I filosu altında ilk uydunun 1978’de fırlatılmasıyla hayata geçti.

Block I Block II Block III

Fırlatılan uyduBlok Fırlatma dönemi Basarılı Basarısız Hazırlıkta Planlanmıs Aktif ve saglıklıI 1978–1985 10 1 0 0 0II 1989–1990 9 0 0 0 0IIA 1990–1997 19 0 0 0 0IIR 1997–2004 12 1 0 0 12IIR-M 2005–2009 8 0 0 0 7IIF 2010–2016 12 0 0 0 12III 2017– 0 0 4 32 0Toplam 70 2 4 32 31Kaynak: http://www.gps.gov/systems/gps/space/


http://www.gps.gov/systems/gps/space/

NAVSTAR GPS (devam)

Baslangıç olarak, her yörüngede 6 uydu olmak üzere toplam 24 uyduile tasarlandı.

Sistem yüksek dogruluklu atomik zaman frekansıyla iliskilendirilmisL1 = 1575.42 MHz ve L2 = 1227.6 MHz frekanslarına modüle edilmisuzunluk ölçme kodu ve navigasyon mesajı yayınlar.

Her uydu sinyal iletim anındaki uydu konum ve saat bilgisini içerennavigasyon mesajını kısa kod C/A (L1 üzerinde sivil SPS) ve uzun kodP(Y) (L1 ve L2 üzerinde korunmus ya da duyarlı PPS) ile gönderir.

Uydu saatine (rubidyum veya sezyum oskülatör) karsılık alıcı saati(kristal oskülatör) uydudan gelen sinyalin gelis anı ile birlikte gelennavigasyon mesajını kaydeder her iki sinyal için faz açılarını ölçer.

Bu çalısma esaslarıyla GPS hem askeri hem de sivil kullanıcılarahizmet verir.


GPS Modernizasyonu (devam)

1999’da ABD, GPS sistemi için modernizasyon kararı aldı.

Bu kapsamda GPS uydularına iki yeni sivil sinyal L2C (Block IIR(M))ve L5 = 1176.45 (Block IIF) eklendi.

L1C tasarım halinde yeni nesil Block III uydularından kullanılacak.

Yeni sinyaller sivil kullanım (ticari ve bilimsel) yeteneginin,dolayısıyla konum dogrulugunun arttırılmasına yönelik.

C/A ve P kodlarına ek olarak L1 ve L2 üzerinden askeri amaçlı M

(Block IIR(M)) kodu yayımlanmaya baslandı.

Block III uydularının SA (Selective Availability; Seçimli Dogruluk)özelligi yok.


GLONASS

Rusya Uzay Savunma Dairesi tarafından isletilen küresel uydunavigasyon sistemi

1976’da gelistirilmeye baslanan sistem 1982’de ilk uydununfırlatılmasıyla hayata geçti.

1990’larda kapasitesi azaltılan sistem 2000’li yıllardayenileme-gelistirme çalısmalarına geri dönüldü.

Rusya Federal Uzay Ajansı’nın en pahalı projesi haline gelen sistembugün 24 uydu ile tam kapasiteye çıkarıldı.

GPS gibi iki frekanstan sinyal (L1 = 1602 MHz veL2 = 1602+ n0.5625 MHz), yayımlanır.

GLONASS sistemi GPS’nin WGS84’den yaklasık 40 cm farklı PZ90koordinat sistemini kullanır.


GLONASS

Blok Fırlatılan Çalısan Kullanılamaz Emekli Basarısız DüsüncelerUragan Block I 10 0 0 10 0Uragan Block IIa 6 0 0 6 0Uragan Block IIb 12 0 0 6 6Uragan Block IIv 59 0 0 59 0Uragan-M 43 24 3 10 6 FırlatılıyorUragan-K1 1 0 1 0 0 FırlatılıyorToplam 131 24 4 91 12


GALILEO

1998’de Avrupa Birligi GPS’den bagımsız sivil amaçlı navigasyonsistemi olusturma kararı aldı.21 Ekim 2011’de ilk iki, 12 Ekim 2012’de diger iki IOV (In-OrbitValidation) uydularının fırlatılmasıyla konum belirleme (arama vekurtarma amaçlı) devreye girmis oldu.22 Agustos 2014’te FOC (Full Operational Capability) uydularınınfırlatılmasına baslandı (ilk ikisi basarısız).Kullanıcılara, i) 1 m konum dogrulugunda açık erisim navigasyon, ii)cm dogruluklu konum belirleme (ticari), iii) güvenlik amaçlı açıkerisim navigasyon ve iv) kamu hizmetlerine yönelik navigasyon ve v)arama-kurtarma hizmetlerini vermeyi amaçlıyor.

Blok Fırlatılan Basarısız Çalısan HazırdaGIOVE 2 0 0 0IOV 4 0 3 0FOC 8 2 6 4Toplam 18 2 9 4Son güncellestirme: 24.05.2016


GNSS sistemleri

Uydu sistemi/ Yörünge Uydu KapsamÜlke/Url Yüksekligi Düzlemi Aktif PlanlananGPS1 MEO 6 31 32 KGLONASS2 MEO 3 23 28 KGalileo3 MEO 3 10 30 KBeiDou-24 MEO,GEO 5 15 5 GEO, 30 MEO B/KIRNSS5 GSO,GEO 2 4 3 GEO, 4 GSO BQZSS6 GSO 3 1 4 GSO B1 ABD, http://gps.gov2 Rusya Federasyonu, http://www.gsa.europa.eu3 Avrupa Birligi, https://glonass-iac.ru4 Çin, http://en.beidou.gov.cn5 Hindistan, http://irnss.isro.gov.in5 Japonya, http://qzss.go.jp


http://gps.gov

http://www.gsa.europa.eu

https://glonass-iac.ru

http://en.beidou.gov.cn

http://irnss.isro.gov.in

http://qzss.go.jp

GNSS uydu yörüngeleri

GeostationaryEarth Orbit

GPSGLONASS

Galileo COMPASSMEO satellites

Iridium Hubble

ISS

Radius of orbit

10 Mm20 Mm30 Mm40 Mm

10000 miles20000 miles

Height abovesea level

10 Mm 20 Mm 30 Mm

10000 miles 20000 miles

Orbital period

5 hours

10 hours

15 hours

20 hours

Orbital speed

25000 km/h

20000 km/h

15000 km/h

15000 mph

10000 mph


Uydu yörünge dagılımı

A1

A2

A3

A4

B1

B2

B3

B4

C1

C2

C3

C4

D1

D2

D3

D4

E1

E2

E3

E4

F1

F2

F3

F4

A1

A2

A3

A4

B1

B2

B3

B4

C1

C2

C3

C4

D1

D2

D3

D4

E1

E2

E3

E4

F1

F2

F3

F4


GNSS navigasyonu frekans bandları


GNSS sinyalleri


GPS sinyal modülasyonu


Temel gözlem modelleri

Zaman denklemleri

τ GPS sistem zamanı

ti = τi + δti i uydu zamanı (3.1)

tk = τk +∆tk k alıcı zamanı (3.2)

∆tik= tk − ti Sinyalin yolculuk zamanı (hatalı) (3.3)

Kod gözlem modeli

PiFk=�

(τk −τi) + (∆tk −δti)�

c+∆Aik

PiFk= ρi

k+ (∆tk − δti)c+

f20

f2F

∆Iik+∆Ti

k(3.4)

Faz gözlem modeli

ΦiFk= Φi

Fk(tk)−Φ

iF(t

i) +NiFk+∆Ai

k

λF

ΦiFk=∆ρi

k

λF

+ (∆tk − δti)c

λF

+NiFk+∆Ai

k

λF

LiFk=∆ρi

k+ (∆tk − δti)c+λFNi

Fk+

f20

f2F

∆Iik+∆Ti

k(3.5)


Kaynaklar I


gnss teknikleri [1.5ex]lisans ders notlarıgalileo.selcuk.edu.tr/~aydin/docs/gnsstek.pdf · gnss...

Documents