ÖZET
GPS ölçmeleri günümüzde birçok alanda kullanılan, Amerikan menşeli bir sistemdir. Ölçmeler yapılırken sonuçlara etki eden birçok hata bulunmaktadır. Bu hataların bir kısmı çeşitli yollar giderilirken, bazı hatalar sadece azaltılabilmektedir. Sinyal yayılma hatasının (multipath) elimine edilmesi çok daha zor olmaktadır. Bu yüzden dikkat edilmesi gereken durumlar vardır.
1. GİRİŞ
GPS ilk olarak Amerikan Savunma Dairesi (Department of Defence) askeri amaçlar ile üretilmiş olsa da, bu sistem bugün hayatın her alanında kullanılabilir bir hale gelmiştir. Haritacılık ve ölçme alanında çok büyük bir öneme sahip olan bu sistem, konum ölçmesi işlemlerini olukça kolaylaştırmıştır.
GPS ile konum belirleme işlemi; uydulardan yayınlanan radyo dalgaları yardımıyla, uydu ile yeryüzündeki noktalar arasındaki uzaklığın belirlenmesi, diğer bir değişle uzayda geriden kestirme işlemidir. (URL-1)
2. HATA KAYNAKLARI
GPS ile ölçümler yapılan esnasında, tüm sistemlerde olduğu gibi çeşitli sebeplerle elde dilen sonuçları etkileyen bazı rastlantısal ve sistematik hatalar oluşmaktadır. Bu hatalar ve sapmalar değerlendirme esnasında giderilmeye çalışılmaktadır. Her hatanın ölçümü ettiği etki farklıdır (Şekil-1). Hata kaynakları değerlendirme sürecinde tamamen veya kısmen ortadan kaldırılabiliyor ise düzenli hatalar, tespit edilemediğinden etkileri sonuç değerleri direkt etkileyen ve minimize edilmeye çalışılan düzensiz hatalar olmak üzere ikiye ayrılır. Bu hatalar başlıca;
A) Düzenli Hatalar
1. Uydulara Bağlı Hatalar
a.Yörünge modelleme sapmaları
b.Uydu saati modelleme sapmaları
2. Alıcıya Bağlı Hatalar
a.Alıcı saati sapmaları
b.Alıcı gürültüsü
3. Ortamdan Kaynaklanan Hatalar
a.İyonosfer etkisi
b.Troposfer etkisi
c.Ambiguity
B) Düzensiz Hatalar
1. Sinyal yansımaları (Multipath)
2. Anten faz merkezi kayıklığı
3. Faz sıçramaları (Cycle Slips)
d.Rastgele tesadüfi hatalar
e.İstasyon koordinatları hatalarıdır.
3. SİNYAL YAYILMA HATASI (MULTİPATH)
GPS sinyallerinin alıcıya iki ya da daha fazla yol izleyerek ulaşmasıyla sonuçlanan bir yayılma fenomeni olan multipath etkisi, GPS ile konum belirlemede en önemli hata kaynaklarından biridir. GPS alıcıları ile birlikte kullanılan antenlerin tamamı tüm yönlerden gelen uydu sinyallerini eşzamanlı alabilme özelliğine sahiptir. Antenin kurulduğu arazi yapısına ve sinyal yükseklik açısına (cutoff angle; elevation angle) bağlı olarak kaydedilen uydu sinyallerinde arzu edilmeyen sinyal yansımalarının da karışması söz konusudur. (Özlüdemir, 2004)
Kapsamlı olarak belirtecek olursak uydulardan yayınlanan sinyallerin yeryüzünde herhangi bir noktada kurulu olan antene bir veya daha fazla sayıda yol izleyerek ve esas sinyale karışarak ulaşmasına sinyal yansıma (multipath) etkisi denir.
 |
| Şekil-1 (Yalçın, 2007) |
Sinyal yansıması uydu ve antenin her ikisi için de söz konusudur. Başka bir deyişle sinyal yansımalarını, uyduların neden olduğu yansımalar (satellite multipath) ve alıcı anteninin çevresindeki yüzeylerin neden olduğu yansımalar (antenna multipath) diye ikiye ayırmak mümkündür.
Uyduların neden olduğu etkiler özellikle yerel ağlardaki orta uzunluklu bazlarda (~100-200 km) bazın her iki ucundaki anten için de aynı büyüklüğe sahip olacağından göreli konumlama yöntemi kullanıldığında büyük ölçüde elimine olacaktır. (Şekil-2) Uyduların neden olduğu sinyal yansıma etkisi ihmal edilebilecek kadar küçüktür. (Kahveci, 1997)
 |
| Şekil-2 (Erdoğan vd., 2005) |
Anten çevresinin neden olduğu yansımaların olası kaynakları ise yapılar, araçlar, su yüzeyleri (deniz, göl) ve diğer yansıtıcı yüzeylerdir. (Şekil-3) Bu sinyal yansımaları faz ve/veya kod (pseudo- range) gözlemlerini, geçiş anındaki uydu-alıcı geometrisine bağlı olarak sistematik, zamana bağlı sinüzoidal sinyaller şeklinde bozarlar. Sinyal yansıma etkisi frekansa bağımlı olmayıp L1 ve L2 frekanslarında yapılan taşıyıcı dalga faz gözlemlerinin her ikisi için de aynı sinyal kuvvetine (genlik) sahiptir. Sinyal yansıma etkisinin büyüklüğü dalga boyu ile orantılı olup bu etkinin neden olduğu hata P-kod (Precise/Protected-Code) için taşıyıcı dalga fazına göre yaklaşık yüz kat daha fazladır. (Kahveci, 1997)
 |
| Şekil-3 (Erdoğan vd.,2005) |
4. MULTİPATH ETKİSİNİN AZALTILMASI
GPS gözlemlerini değerlendiren yazılımlardaki önemli gelişmeler sonucu milimetre duyarlıklı baz uzunlukları elde etmek olanaklı olmuştur. Baz uzunluklarını bağlı iyonosfer, yörünge vb. hataların yeni ve iyileştirilmiş yazılım modelleri ile giderilmesiyle, nokta konumuna bağımlı bir hata olan multipath, doğruluk sınırlayıcı önemli bir faktör haline gelmiştir. Sinyal yansıma etkisi uydu-anten-yansıtıcı yüzey geometrisi nedeniyle rastlantısal olmayan sistematik bir hata kaynağıdır ve fark gözlemleri oluşturularak giderilemezler. (Tiryakioğlu vd.,2007)
Sinyal yayılma etkisi için dikkat edilmesinde yarar olan konular vardır. (Kahveci, 1997)
1. En etkin önlem anten kurulacak yerin seçimine özen göstermektir. Bu gibi yerler olabildiğince yansıtıcı yüzeylerden (metal, araba, su vb.) olabildiğince uzak olarak seçilmelidir.
2. Gözlemlerde sinyal yansıma etkisine uygun tasarımlı antenler (microstip, choke ring, cavity baked, ground plane) kullanılmalıdır.
3. Anten çevresindeki yansımayı engelleyici malzemeler kullanılabilir.
4. Düşük yükseklikli uydulardan gelecek sinyaller sinyal yansıma etkisine daha çok maruz kalırlar, bu nedenle GPS ile gözlemlerde yükseklik açısı 10-20 derece arası seçilmektedir. Veri toplama açısının yüksek seçilmesi aynı zamanda üçüncü ve daha üst dereceden iyonosferik etkileri de giderecektir. Diğer taraftan, düşük yüksekli uydulara ait gözlemlerin kullanılmasının yükseklik belirlemeye önemli katkıları olduğu da bilinen bir gerçektir.
5. Şehir alanlarında özellikle en önemli etki sinyal yansıma etkisidir. Dolayısıyla anten için yansıtıcı yüzeylerden tamamen arındırılmış bir yer bulmak olanaklı değilse, bu durumda göreli konumlama yönteminde multipath etkisi en aza indirmek için gözlemler en az 30 dakika yapılmalıdır. Çünkü kısa gözlem süreleri söz konusu olduğunda bu hata olduğu gibi konum bilgilerine girecektir. Bu durum özellikle kinematik GPS uygulamaları için önemli bir sorun teşkil etmektedir. Oysa statik gözlemlerde yeteri kadar uzun gözlem periyodu uygulandığında sinyal yansıma etkisi ortalama bir değere geleceğinden, bu durum bir sorun oluşturmayacaktır. Ancak bu da zaman alıcı ve pahalı bir yöntem olup pratik uygulamalar için uygun değildir. (Mekik ve Can, 2007)
6. GPS gözlemlerindeki amaç eğer çok yüksek duyarlıklı yükseklik belirlemek ise bu durumda mutlaka uzun süreli gözlem yapılmalıdır. Dolayısıyla, GPS ile duyarlı yükseklik belirlemede hızlı statik yöntemin uygun olmadığı sonucuna varılabilir. Araştırmalara göre multipath etkisi nedeniyle yükseklikte hata 15 cm olabilmektedir. (Yalçın, 2007)
7. Kısa baz uzunluklarında göreli konumlama ile faz gözlemlerinde multipath etkisinden dolayı gelecek hata uygun uydu geometrisi ve yeterli ölçü süresi durumda 1 cm’nin altında olmaktadır. Ancak bu durumda bile aynı gün veya ardışık günlerde anten yüksekliğinde basit bir değişikliğin etkiyi önemli ölçüde artırdığı belirlenmiştir. Örneğin, bir araştırmada 30 metrelik bir bazda anten yüksekliği ilk güne göre 60 cm kadar düşünüldüğünde sonuç çözümle elde edilen baz uzunluğunda 1 cm fark belirlenmiştir. (Tiryakioğlu vd. 2005)
5. SONUÇ
Günümüzde halen tam olarak bu hata sıfıra indirgenemediği için GPS ile yüksek hassaslıkta ölçme yaparken multipath etkisini dikkate almak çok önemlidir. Sonuçları ne kadar etkileyebileceği değişken olduğu için olabildiğince çevre şartlarına olabildiğince dikkat etmek gerekir.
KAYNAKÇA
Erdoğan, S., Güllü, M., Baybura, T., Tiryakioğlu, İ., 2005. Global Konum Belirlemede Hata Kaynakları, Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi
Kahveci, M., 1997. Türkiye Koşullarında Yapılan GPS Gözlemlerinde Ortam Etkilerinin Araştırılması, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü
Mekik, Ç., Can, Ö., 2007. Gerçek Zamanlı Kinematik GPS’te Sinyal Yansıması Etkilerinin İncelenmesi ve Bir Uygulama, 3. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
Özlüdemir, M.T., 2004. The Stochastic Modeling of GPS Observations, Turkish J. Eng. Env. Sci
Tiryakioğlu, İ., Güllü, M., Baybura, T., Erdoğan, S., 2005. GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması, 2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
URL-1, https://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System (20.12.2018 tarihinde erişildi)
Yalçın, B., 2007. Yerel Bir Ağda GPS Ölçü Süresinin Nokta Konum Doğruluğuna Etkisinin Araştırılması, (Yüksek Lisans Tezi) Selçuk Üniversitesi
