GNNS

NAV-GNSS-
GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEMS - THE INSIDE
(UYDUYA DAYALI KÜRESEL SEYRÜSEFER SİSTEMİ)
 Günümüzde en-route seyrüsefer yeryüzüne konuşlandırılmış seyrüsefer yardımcıları vasıtasıyla yapılmaktadır. En-route seyrüseferde kullanılan seyrüsefer cihazları VOR, DME ve NDB cihazlarıdır. Uçakta bulunan sensörler yeryüzüne konuşlandırılmış bu seyrüsefer yardımcılarının yayınlarını kullanarak pozisyonlarını tahmin ederler.

Hassas yaklaşma ise, ILS sistemi kullanılarak yapılır. Hassas yaklaşma ve iniş için kullanılmak üzere ICAO tarafından MLS (Microwave Landing System) de tanımlanmıştır, fakat bu sistem günümüzde sadece birkaç havaalanında kullanılmaktadır.

Uyduya Dayalı Küresel Seyrüsefer Sistemi (GNSS) dünya çapında pozisyon ve zaman tanımlama sistemidir. Sistem uydu takımlarından, alıcılardan ve sistem bütünlük monitörlerinden oluşur.

GNSS = GPS + GLONASS + Geostationary Uyduları + İyileştirici Birimler

GNSS’in gelecekte sivil seyrüsefer için yegane araç olarak tüm beklentileri karşılaması öngörülmektedir.

Tanımlamalar :
Pozisyonlandırma (Positioning) : Üç boyutta pozisyon ve davranışın tanımlanması.
Rehberlik (Guidance) : Bir aracı ilk pozisyonundan son pozisyonuna yönlendirmek.
Seyrüsefer (Navigation) : Bir aracın bir noktadan diğerine olan hareketini planlama, kaydetme ve kontrol etme işlemi.
Özetle, Seyrüsefer aynı anda Pozisyonlandırma ve Rehberlik işleminin gerçekleştirilmesidir.

Seyrüsefer seçilmiş bir kritere bağlı olarak iki tipte sınıflandırılabilir. En temel sınıflandırma aracın dışından toplanan bilgilere dayandırılan kritere göre yapılandır. Bu kritere göre;

•     Görerek Seyrüsefer (Visual Navigation) : Harita üzerindeki şehir, akarsu, yol gibi birtakım elemanlar vasıtayla aracın pozisyonunun tanımlanması.
•     Aletli Seyrüsefer (Instrumental Navigation) : Elektromanyetik metotlar kullanılarak dışarıdan alınana veya uçağın kendisine ait cihazlar vasıtasıyla sağlanan bilgiler ışığında aracın pozisyonunun tanımlanması.
 
YERE DAYALI SEYRÜSEFER SİSTEMLERİ
Yere Dayalı Seyrüsefer Sistemleri uzun bir tarihe ve dünya çapında çok sayıda kullanıcıya sahiptir. Yere Dayalı Seyrüsefer Sistemleri yeryüzüne yerleştirilmiş vericilerden oluşur. Uçakta bulunan seyrüsefer sistemi radyo sinyallerini tarar ve bunları kullanarak pozisyonunu hesaplar.

VOR ( VHF OMNI-DIRECTIONAL RANGE )

VHF frekans bandında çok yönlü radyo yayını olarak bilinen VOR, uluslararası standartta orta ve kısa mesafe navigation cihazı olarak bilinir. Pilota manyetik kuzeye göre açı bilgisi sağlanması amacıyla kullanılır. VOR yayınları VHF frekans bandında ve 108-118 MHz aralığında yapılır.

DME ( DISTANCE MEASUREMENT EQUIPMENT )

Bir istasyona doğru uçan hava taşıtının o noktaya kadar olan mesafe bilgisi, bu cihazlar tarafından sağlanır. Bu cihazlar için tahsis edilen frekans bandı 960-1215 MHz aralığıdır. Bu aralıkta 252 (126X+126Y) frekans kullanımı mevcut olup, bunlar kanal numaraları olarak adlandırılırlar. DME kanal frekanslarının tamamı VHF bandındaki VOR/LOC frekanslarına karşılık gelir. DME cihazları genel olarak VOR ve ILS sistemleri ile birlikte kullanılırlar.

NDB ( NON DIRECTIONAL RADIOBEACON )

     NDB cihazları yön belirlemeye yarayan cihazlardır. Çok hassas olmayan ve bu nedenle hava seyrüseferi açısından özellikle yaklaşma ve iniş sırasında limitlerin oldukça üzerinde hesaba katılan bir sistemdir. Temel olarak, bir orta dalga vericisi olarak görev yapar ve 285 kHz-525 kHz frekans bandında hizmet verirler.

ILS (INSTRUMENT LANDING SYSTEM)

Aletli iniş sistemi olan ILS sistemi piste 40 kilometre mesafeden itibaren yatay ve düşey olarak uçağa kılavuzluk görevi yaparak piste otomatik olarak inmesini sağlar. Özellikle görüşün kısıtlı olduğu sisli, yağmurlu ve karlı havalarda güvenli bir iniş yapılmasına imkan sağlayan ILS sistemi
4 ana cihazdan oluşmaktadır.
1. Localizer:

Havaya yayılan elektronik sinyaller vasıtasıyla uçağın pist merkez hattını tam olarak karşılamasını sağlar.

2. Glidepath:

Aynı şekilde havaya yayınlanan elektronik sinyaller vasıtasıyla uçakların piste uygun süzülme açısında yaklaşmasını ve inişini sağlar.

3. Middle Marker:

Pist başına belirli bir mesafeye tesis edilir. İnişte olan uçağın pilotuna önemli bir karar noktası olan bu mesafede bulunduğunu ikaz eder.

4. Outher Marker:

Pist başına Middle Markerden daha uzak, iniş hazırlıklarının yapılması gerekli özel bir mesafeye tesis edilir ve inişe başlayan uçağın pilotuna bu mesafede olduğunu ikaz eder.

ILS sisteminin bir havaalanına tesis edilebilmesi için havaalanı civarının topoğrafik yapısının uygun olması gerek ILS sisteminden yeterli kalitede sinyal elde edilebilmesi, gerekse piste uygun açıda direk yaklaşma yapılabilmesi açısından önemlidir. Havaalanı civarındaki arazi yapısının uygun olması halinde ancak ILS sistemi tesis edilerek fayda sağlanabilir.

ILS sistemi ile yapılan inişlerde minima diğer seyrüsefer yardımcı cihazlarına (VOR,DME,NDB) nazaran daha düşüktür (daha iyi). Categori I ILS sistemi ile yere nazaran 60 metre, Categori II ILS sistemi ile yere nazaran 30 metreye kadar iniş minimasına ulaşılabilmektedir.

MLS (MICROWAVE LANDING SYSTEM)

MLS sistemi ILS sistemine göre oldukça gelişmiş özelliklere sahiptir. Pist merkez hattına göre ?40 derece yatay kaplama sağlayarak eğrisel yaklaşmaya müsaade eder. Süzülüş yolunun da 0.1 ve 15 derece arasında olabilmesi nedeniyle de helikopterler tarafından da kullanılabilir. MLS sistemi 200 frekans kanalı kapasitesine sahiptir. Bu sayı enterfrans olmaksızın limitsiz sayıda MLS kullanımına izin vermektedir.

GPS

GPS konfigrasyonu Colorado Springs’deki ana kontrol istasyonuna ek olarak Hawaii, Kwajalein, Ascension Adası ve Diego Garcia ‘da kurulu bulunan 4 adet İzleme istasyonu içerir. Ana kontrol istasyonu epheremis ve saat hatalarının hesaplamalarını gerçekleştirir. İzleme istasyonları ise, aldığı sinyallerle gerekli analizleri yaparak ana kontrol istasyonuna gerekli ölçümleri sağlar. 
 
GPS uydularından gönderilen sinyaller küresel bir form oluştururlar. Verilen belirli bir zamanda, küre yüzeyi üzerindeki herhangi bir noktadan alınan bilgi, kürenin yarıçapı ile tanımlanan mesafeyi kateden sinyal için gerekli zamana eşit zaman periyodu süresince uydudan gönderilenle aynı olacaktır. Sinyal uydu anteninden ışık hızında (c=300.000 km/sn) yayınlanır.

Alıcı saatinden, her bir uydudan gelen sinyalin gecikmesi tespit edilebilir. Bu gecikme sadece uydudan alıcıya gelen sinyalin seyahat süresi değil, aynı zamanda uydu saatine göre alıcı saatindeki gecikmedir. Bu gecikme alınan her bir sinyal için aynıdır. 4 adet uydunun koordinatları ve (x,y,z) alıcı koordinatı kullanılarak ve ?T alıcı saatindeki gecikmeyi gösterdiği kabul edilerek, kartezyen koordinat sisteminde :

denklemleri yazılabilir. Burada 4 adet bilinmeyen vardır : alıcı koordinatına ait x,y ve z ile ?T süresi. 4 bilinmeyenin çözümü için gerekli olan dört uydunun koordinat bilgileridir. Bu nedenle, bir alıcının koordinatının hesaplanabilmesi için minimum 4 uyduya ihtiyaç bulunmaktadır. 
 
MENZİL BULMA

Menzil bulmanın prensibi, gönderilen yayılım hızı ışık hızına eşit sinyalin yayınlandığı ve alındığı zamanlar arasındaki farkın ölçülmesine dayanır. 


 
PSEUDO RANGE ÖLÇÜMÜ 
GPS UYDULARININ SİNYAL YAPISI

     Sistemin doğruluğunun esas anahtarı, bütün sinyal bileşenlerinin atomik saatler vasıtasıyla kontrol edilmesidir. GPS uydularının temel frekansı 10,23 MHz frekansıdır. Bu temel frekanstan iki adet frekans türetilir : L1 ve L2. L1 ve L2 taşıyıcı dalgaları temel frekansın sırasıyla 154 ve 120 ile çarpılması ile elde edilirler.

     L1 = 1575,42 MHz          L2 = 1227,60 MHz

     Bu dual frekanslar özellikle iyonosferik hataların eliminasyonu için oldukça önemlidir. Her bir uydudan alıcıya gelen sinyalin seyahat süresinden üretilen pseudorange’lar iki temel taşıyıcı dalgaları üzerinde modüle edilmiş kod’ları kullanır.

     Birinci kod, C/A kod (Coarse/Acquisition-code)’dur. Standart Pozisyonlandırma Servisi (SPS) olarak isimlendirilir, sivil kullanım için geçerlidir. C/A-kod sadece L1 üzerinde modüle edilir.

     İkinci kod, P kod (Precision-code)’dur. Hassas Pozisyonlandırma Servisi (PPS) olarak isimlendirilir, Amerikan ordusunun ve yetkilendirilmiş kullanıcıların kullanımı için geçerlidir. P-kod, L1 ve L2 taşıyıcıları üzerinde modüle edilir.

DIFFERENTIAL GPS (DGPS)

GPS in kullanımı esnasında çeşitli nedenlerden kaynaklanan hataları minimuma indirmek için DGPS tekniği kullanılır. Bu amaçla, tam doğru konumu bilinen Referans Alıcı’lar kullanılır. Referans istasyon, standart bir GPS alıcısıdır, kesin konumu bilindiği için, bilinen konumu ile hesapladığı konum arasındaki farkı tanımlayabilir. Diferansiyel düzeltme olarak tanımlanan bu fark, referans istasyon vericisi tarafından kaplama alanındaki tüm kullanıcılara ulaştırılmak üzere GEO uydularına gönderilir ve böylece hatalar minimuma indirgenir.

Sivil kullanıcıların kullandığı sinyallerin doğruluğunda değişikliğe sebep olan Selective Availability (SA) 2000 yılında ABD tarafından kullanımdan kaldırıldı.

GLONASS

GLONASS sistemi ile ilgili ilk çalışmalar 70li yıllarda Rusya’da başladı. GLONASS’ın gelişim süreci GPS ile yaklaşık aynı zamana rastlar. GLONASS sistemi de GPS gibi arkeri amaçlarda kullanılmak üzere dizayn edildi. Sisteme ait ilk uzay aracı 1982 ‘de yörüngeye yerleştirildi. 
 
GLONASS PERFORMANS KARAKTERİSTİKLERİ

     Yatay pozisyon doğruluğu : 57-70 metre (% 99,7 olasılıkla)
     Dikey pozisyon doğruluğu : 70 metre (% 99,7 olasılıkla)

GPS İLE SEYRÜSEFER

     Lüksemburg (ELLX) ‘dan Cenova (LSGG) görerek uçuş koşullarında (VFR) yapılacak bir uçuş ele alınacak olursa:

     *Kalkış ve iniş yapılacak havaalanları GPS alıcısının database’inden seçilir. Havaalanlarına ait tanıtma, pozisyon, pist bilgileri ve radyo haberleşmeleriyle ilgili bilgilerin tümü database ‘de kayıtlıdır.
     *Yol boyunca kullanılacak VOR, DME ve NDB cihazları GPS alıcısının database’inden seçilir. Seyrüsefer yardımcı cihazının tipi, koordinatları ve frekansı database ‘de kayıtlıdır.
     * Kullanıcı için bir isim ve bir pozisyon girilir.

     Böylece kayıt işlemi tamamlanır. GPS ünitesi otomatik olarak takip edilecek yolla ilgili tüm açı ve mesafe hesaplamalarını gerçekleştir. İstenirse bu yola ait bilgiler bir sonraki uçuşta kullanılmak üzere kayıtta edilebilir.

   UZAYA DAYALI İYİLEŞTİRME SİSTEMLERİ
  (SPACE BASED AUGMENTATION SYSTEMS - SBAS)

     Yere konuşlandırılmış olan ağ, Referans İstasyonlar’dan ve Master Kontrol İstasyonu’ndan oluşmaktadır. Referans istasyonlar (RS), GPS alıcısı niteliğindedirler. Bu alıcılar sürekli olarak GNSS uydularını izlerler ve GNSS ölçümlerini Master kontrol istasyonlarına (MCS) gönderirler. MCS, RS’larından aldığı gözlem sonuçlarına dayanarak iyonosferik gecikmeleri de kapsayan düzeltmeler tanımlarlar ve tanımladığı bu düzeltmeleri GEO uydularına gönderir. GEO uyduları ise MCS’dan gelen bu düzeltmeleri tüm kullanıcılara iletir. GEO uyduları, bir SBAS sistemidir.

     EGNOS
     
     Avrupa’da konuyla ilgili çalışmalar 1984 yılında başlatıldı. 1994’de, Avrupa Uzay Ajansı, Avrupa Birliği ve Eurocontrol’ün katılımıyla oluşturulan Avrupa Üçlü Birliği (ETG) kuruldu. Oluşturulan bir birlik EGNOS ‘un geliştirilmesi ve hayata geçirilmesi ile ilgili çalışmaları yürütmektedir. EGNOS yapısı itibariyle Bir SBAS sistemidir.

     EGNOS’un yapısı 4 birimden oluşur:
•     Yer birimi
•     Uzay birimi
•     Kullanıcı birimi
•     Yardımcı kolaylıklar

Yer birimi, RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Stations), NLES (Navigation Land Earth Stations) ve MCC (Master Control Center) istasyonlarını kapsar. RIMS istasyonları vasıtasıyla toplanan bilgiler MCC istasyonlarına gönderilir. MCC istasyonlarında, uydulara (GPS, GEO, GLONASS) ilişkin ephemeris ve saat düzeltmeleri hesaplanır ve bu düzeltmeler EGNOS kullanıcılarına ulaştırılmak üzere NLES istasyonları üzerinden GEO uydularına gönderilir.
Uzay birimi, INMARSAT-3 ve ESA ARTEMIS uydu transponderlarından oluşmaktadır.
Kullanıcı birimi ise, EGNOS Standart Alıcısına sahip kullanıcılardan oluşmaktadır.

YERE DAYALI İYİLEŞTİRME SİSTEMLERİ
(GROUND BASED AUGMENTATION SYSTEMS - GBAS)

Yaklaşma ve alçalma operasyonlarının büyük bir bölümü için, GPS ve GLONASS’ın her ikisinin performansı da yetersizdir. Gereksinimler için ilave iyileştirici sistemler gerekmektedir. GNSS iyileştirmeleri uçağın içerisinde veya harici olabilirler. GBAS sistemleri, dar bir bölgede kullanıcıya ilave bilgiler sağlarlar.

Prensipte, GBAS’ın temeli tamamen yeni değildir. ILS sistemindeki marker istasyonlarının veya MLS sistemindeki DME/P cihazının benzeri bir prensibe sahiptir.

GBAS, her türlü yaklaşma, iniş, kalkış ve yüzey operasyonlarında kullanılmak üzere tasarlanmaktadır.

GBAS sistemi:
•     2 ya da daha fazla referans alıcısı,
•     1 adet Bilgi Yayınlama Vericisi,
•     1 adet İzleme Sistemi,
•     İşlemci ‘den oluşur.