GPS, hayatımızda büyük bir devrim yarattı. Uydular ve hassas saatler sayesinde, cebimizde taşıdığımız tek bir cihazla gezegen üzerindeki konumumuzu kesin olarak belirleyebiliyoruz. Peki, her gün kullandığımız GPS tam olarak nedir ve nasıl çalışır?
Bilimkurgu yazarı ve gelecekbilimci Arthur C. Clarke, “Yeterince gelişmiş herhangi bir teknoloji, sihirden ayırt edilemez” diye yazmıştı. Aslında bu sihri A noktasından B noktasına gitmek istediğimiz her gün parmaklarımızla gerçekleştiriyoruz. Uygulamayı açarsınız, varış noktanızı girersiniz ve birkaç saniye içinde, otomatik olarak birkaç olası rota oluşur.
Uydu navigasyonu sihir gibi görünür. Harita tam olarak nerede olduğunuzu gösterir. Siz arabayı sürerken, arabanızın sembolü her zaman doğru yerde olacak şekilde harita hareket eder. Cihaz, hangi yöne gittiğinizi ve o anda üzerinde bulunduğunuz yolun adını veya numarasını bilir. Sizi trafik beklemelerine karşı uyarır. Ne kadar hızlı gittiğinizi, hız sınırını ne zaman aştığınızı, trafik kameralarının nerede olduğunu ve oraya varmanıza ne kadar kaldığını bilir. Peki ama GPS nasıl çalışır?
GPS Nedir?
GPS sistemi 1970’lerde tasarlandı, ancak tam olarak işler hale gelmesi, yani minimum 24 uyduluk bir takımyıldızın tamamlanması 1995 yılına kadar sürdü. İlk yıllarda GPS alıcılarını kullanmak, günümüzle kıyaslandığında neredeyse beş kat daha pahalıydı.
1990’larda mobil telefon teknolojisinin yaygınlaşması, küçük ekran teknolojisinin (örneğin, ışık yayan diyot (LED) ekranlar) maliyetini önemli ölçüde düşürdü. Aynı zamanda, harita verileri daha erişilebilir hale geldi ve Google Maps ile Google Earth gibi platformlar sayesinde birçok harita verisi tamamen ücretsiz oldu.
GPS alıcılarının gerçekten tüketici ürünü haline gelmesi, ancak bu teknolojilerin maliyetlerinin düşmesiyle mümkün oldu. Nitekim bu maliyet düşüşünün hemen ardından, GPS donanımlı akıllı telefonlar piyasaya çıktı.
Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS), Dünya’nın 26.600 km yukarısında dönen 32’ye kadar uydudan oluşan bir takımyıldızdır. Bir GPS alıcısının çalışabilmesi için en az dört uyduyu “gömesi” gerekir. Alıcı açıldığında, önce uydu sinyallerini bulur ve ardından uydulardan gelen verileri indirir. Ancak konum belirleme işlemi başlayabilmesi için iki temel prensibin gerçekleşmesi gerekir:
Orijinal GPS tasarımı, her biri Dünya’nın 20.200 km yukarısında bulunan 24 uydudan oluşuyordu. Zamanla eklenen uydularla birlikte bu sayı günümüzde 31’e çıktı. Ancak sistemin temel çalışma prensibi hâlâ 24 uyduya dayanıyor.
Bu uydular, ekvator ile 55 derecelik açı yapan altı ayrı yörünge düzlemine yerleştirilmiştir. Bu uydu ağına “takımyıldız” denir. Her yörüngede eşit aralıklarla yerleştirilmiş dört uydu bulunur. Yörüngelerin yarıçapı, uyduların her 11 saat 58 dakikada bir aynı konuma dönmesini sağlayacak şekilde hesaplanmıştır.
Bu özel düzenleme, gezegenin herhangi bir noktasında, herhangi bir zamanda en az dört uydunun erişilebilir olmasını garanti eder. Ancak hangi uyduların kullanılacağı, Dünya’nın ve uyduların dönüşüne bağlı olarak değişir.
GPS Konumunuzu Nasıl Belirler?
GPS, konum belirlemek için zamanlama sinyallerini kullanır. Bir uydu, alıcınıza bir sinyal gönderdiğinde, cihazınız bu sinyalin geliş süresine bakarak uydunun ne kadar uzakta olduğunu hesaplar. Bu, sizi uydu merkezli ve 21.000 km yarıçaplı bir kürenin yüzeyine yerleştirir. Ancak tek bir uydu, kesin konum belirlemek için yeterli değildir çünkü yalnızca mesafe bilgisi sağlar, yön hakkında bilgi vermez.
İkinci bir uydu devreye girdiğinde, ikinci bir küre oluşur. İki kürenin kesiştiği noktalar, potansiyel konumlarınızı belirler. Üçüncü bir uydu daha eklenirse, üçüncü kürenin kesişimi yalnızca tek bir noktada mümkün olacaktır.
Bunu daha iyi anlamak için bir koordinat sisteminde durduğunuzu hayal edin. Üç uydu, sizinle olan mesafelerini hesaplıyor: biri 5 birim, diğeri 6 birim, üçüncüsü 7 birim uzakta. Her bir uyduyu merkez alarak, belirlenen yarıçaplarla üç çember çizerseniz, bu üç çemberin kesiştiği nokta sizin tam olarak bulunduğunuz yeri gösterir.
Dördüncü bir uydu ise, zamanlama hatalarını düzelterek ölçüm doğruluğunu artırır ve üç boyutlu uzayda yükseklik bilgisi sağlayarak, konum belirlemeyi daha kesin hale getirir.
GPS Nasıl Çalışır?
Herhangi bir GPS alıcısı (örneğin akıllı telefonunuz), en az dört uydu tarafından sürekli olarak izlenir. Her uydu, konumu ve sinyal iletildiğinde saatin kaç olduğunu içeren bir sinyal gönderir. Telefonunuz bu sinyalleri algılar ve her bir uyduyla arasındaki mesafeyi hesaplar
Mesafe hesaplaması Yol = Hız x Zaman formülüyle yapılır. Burada hız, ışık hızıdır. Alıcınız, sinyalin ne kadar sürede geldiğini ölçerek uydulara olan uzaklığını belirler. Bu bilgiler kesişim noktalarına göre işlenerek tam konumunuz belirlenir.
Ancak bu hesaplamalar, görelilik teorisini de dikkate almak zorundadır. Uydular, Dünya’daki saatlere göre günde yaklaşık 38 mikrosaniye daha hızlı çalışır. Eğer bu hata düzeltilmezse, birkaç dakika içinde fark edilir hale gelir ve konum belirlemede her gün yaklaşık 10 km sapmaya neden olur. Bu yüzden GPS sistemleri, görelilik etkisini düzeltmek için özel algoritmalar kullanır.
GPS Ne İşe Yarar?
GPS, başlangıçta ABD Ordusu, Donanması ve Hava Kuvvetleri için konum belirleme amacıyla tasarlanmıştı. Ancak, kullanıma sunulmasından bu yana, hiç düşünülmemiş birçok farklı alanda kullanılmaya başlandı. Günümüzde GPS, günlük hayatı kolaylaştıran birçok bilgiye erişmemizi sağlıyor. Bunun yanı sıra, arama-kurtarma operasyonları gibi acil durumlarda da hayati bir rol oynuyor.
GPS, robotik teknolojilerle birleştirildiğinde, sürücüsüz araçlar daha düşük maliyetle geliştirilebiliyor ve büyük madencilik şirketleri tam otomatik madenleri verimli bir şekilde işletebiliyor.
Ayrıca, GPS’in mobil iletişim teknolojileriyle birleşmesi, tamamen yeni bir sektörün doğmasına neden oldu: konum tabanlı hizmetler. Günümüzde birçok uygulama ve dijital hizmet, kullanıcıların gerçek zamanlı konum bilgisine dayalı çözümler sunarak işlev görüyor. Bu gelişmeler, GPS’in yalnızca askeri bir araç olmaktan çıkıp, modern yaşamın vazgeçilmez bir parçası haline gelmesini sağladı.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- GPS: Everything you need to know about the space-based technology keeping us on track. Yayınlanma tarihi: Bağlantı: https://www.space.com/gps-what-is-it
- How Does Global Positioning System (GPS) Work? Yayınlanma tarihi: 27 Ağustos 2022. Bağlantı: https://www.scienceabc.com
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
