GPS SİNYAL YANSIMASININ (MULTIPATH)

GPS SİNYAL YANSIMASININ (MULTIPATH) NOKTA KONUMLARINA
ETKİSİNİN ARAŞTIRILMASI
İ.TİRYAKİOĞLU1 , M. GÜLLÜ2 , T.BAYBURA3 , S. ERDOĞAN4
1
Afyon Kocatepe Üniversitesi,Afyon Mühendislik Fakultesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği
Bölümü, Afyon, [email protected]
2
Afyon Kocatepe Üniversitesi,Afyon Mühendislik Fakultesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği
Bölümü, Afyon, [email protected]
3
Afyon Kocatepe Üniversitesi,Afyon Mühendislik Fakultesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği
Bölümü, Afyon, [email protected]
4
Afyon Kocatepe Üniversitesi,Afyon Mühendislik Fakultesi, Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği
Bölümü, Afyon, [email protected]
Özet
Başlangıçta askeri amaçlı navigasyon çalışmaları için geliştirilen GPS tekniği, günümüzde gerek jeodezik
uygulamalarda, gerekse de sivil yaşamın pek çok alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bütün
uyduları ile birlikte hazır hale getirilmiş olan sistem her ne kadar çok kullanılıyor olsa da bazı özel
durumlarda istenilen doğruluğun yeterli oranda olmayabildiği görülmüştür. Bunun temel sebebi olarak
GPS’e etki eden hata kaynakları gösterilmiştir. Bu hata kaynakları uydu ve alıcı saat hataları, uydu
yörünge hataları, iyonosferik ve troposferik gecikme sinyal yansıması ve alıcı hataları şeklinde
sıralanabilir. Bu hata kaynaklarının çoğu uygun ölçme tekniği kullanılarak en aza indirilebilmektedir.
Fakat bazı hatalar vardır ki hala elimine edilmekte zorlanılmaktadır. Bu hataların başında sinyal
yansıma hatası (multipath) gelmektedir. Eğer alıcıya gelen sinyal doğrudan gelen sinyal ve bir şekilde
yansıyarak farklı yoldan gelmiş sinyalin birleşiminden oluşmuş ise Sinyal yansıma hatası (Multipath
hatası) ortaya çıkmış demektir.
Bu çalışmada sinyal yansıma hatasının nokta konumlarına etkisini araştırmak test ağı kurulmuştur. test
ağında düzgün olmayan F modundaki yansımanın etkisini incelemek için galvanizli oluklu sac levha
kullanılmıştır. Test ağında yapılan GPS ölçüleri GAMIT/GLOBK programında değerlendirilmiştir. Test
ağına ait noktaların WGS84 sistemindeki koordinat değerleri bulunmuştur. Bulunan bu değerler
yardımıyla GPS sinyal yansımasının nokta konumlarına etkisi bulunmuş ve yorumlanmıştır.
Anahtar kelimeler: GPS, Hata Kaynakları, Sinyal Yansıması, Multipath
THE STUDY OF GPS SIGNAL REFLECTION (MULTIPATH) EFFECTS ON POINT
POSITION
Abstract
GPS technique that was initially developed for military navigation purposes is now used widely in
geodetic applications as well as in many fields of civil life. The all satellites has almost been achieved
and with it increased use of the system has shown that in specific cases the accuracies reached may be
inadequate. These error sources can be given as satellite and receiver clock errors, satellite orbit errors,
ionespheric and tropospheric delay, multipath and receivers errors. The most of error sources can be
minimised by the application of proper measurement techniques. But some of errors such as multipath
can not be eliminated easily. Multipath errors occur if the received GPS signal is composed of the direct
line of sight signal and one or more constituents which have propagated along paths of a different length.
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
534
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
In this study the effect of multipath for point position is examined. For this purpose, test networks are
established. Test network to examine the effect of the F mode scatter, galvanized corrugated sheet metal
is used. Collected GPS data for two test networks are processed by GAMIT/GLOBK software package.
With this process WGS84 coordinates of test point are determined. With these coordinates the effect of
multipath are examined.
Keywords: GPS, Error Sources, Signal to Reflect, Multipath.
1. Giriş
En basit anlamda GPS (Global Positioning System); herhangi bir kullanıcının, uydu sinyallerinden
yararlanarak, herhangi bir yerde ve anda, her türlü hava koşulunda, ortak bir koordinat sisteminde, konum
(enlem, boylam, yükseklik), hız ve zaman bilgilerini elde etmesine olanak veren uzay teknolojisine dayalı
bir radyo seyrüsefer sistemidir. Navigation Satellities Timing And Ranging, Global Positioning System
(NAVSTAR GPS) programı, TRANSIT ve diğer navigasyon sistemlerindeki yetersizlikleri gidermek,
yeterli doğrulukta anlık konumlama gereksinimini karşılayabilmek amacıyla, Amerikan Savunma Dairesi
tarafından askeri amaçlar güdülerek geliştirilmiş bir sistemdir.
GPS sistemi her ne kadar bugüne kadar geliştirilmiş yüksek doğruluklu global bir konum belirleme ve
navigasyon sistemi olmasına karşın, diğer sistemlerde olduğu gibi, bazı zayıf tarafları da vardır. Başka bir
deyişle, GPS ölçülerinden elde edilen sonuçları da etkileyen bazı rastlantısal ve sistematik sapmalar söz
konusudur. Bu sapmaları biz hata olarak isimlendiririz. Bu hatalar GPS uygulamalarında birçok etmen
olarak karşımıza çıkar ve yapılan ölçüleri etkilemektedir. Jeodezik uygulamalarda sonuçlar üzerindeki
etkileri nedeniyle bu hatalar ve hata kaynakları dikkate alınmak durumundadır.
2. GPS Gözlemlerine Etki Eden Hata Kaynakları
GPS gözlemlerine etki eden hatalar çok farklı şekillerde olmakla beraber genel olarak uydulardan
kaynaklanan hatalar, alıcı donanıma bağlı hatalar ve ortam etkilerine bağlı hatalar olarak sınıflandırılabilir
(Şekil 1.). Bu sınıflandırmadan yola çıkarak GPS ölçülerine etkiyen başlıca hata kaynakları ve
büyüklükleri aşağıda verilmiştir (Çizelge 1.).
Çizelge 1. GPS hata büyüklükleri (Kahveci 1997, Shaw vd. 2000)
Hata
Uydu Saat
Alıcı Saat
Uydu Yörünge
İyonosferik Etki
Troposferik Etki
Alıcı Gürültü (Noise)
C/A Kod
Taşıyıcı Faz
Sinyal Yansıma (Multipath)
C/A Kod
Taşıyıcı Faz
Büyüklük
2 m (broadcast düzeltmeleri ile)
10-100 m(alıcı osilatör türüne bağlı olarak)
5-25 m
4 m (zenit doğrultusunda)
0.7 m (zenit doğrultusunda)
10 cm-3 m (alıcı türüne bağlı)
0.5 -5 mm (alıcı türüne bağlı)
50 cm- 1.50 m (GPS donanımına ve konumuna bağlı)
Bir kaç cm (GPS donanımına ve konumuna bağlı)
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
535
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
Uydu Saat Hataları
Uydu Yörünge Hataları
Atmosferik
Troposferik Gecikme
İyonosferik
Alıcı Saat
Hatası
Sinyal Yansıma Hatası
(Multipath)
Alıcı Gürültü (Noise) Hatası
Şekil 1. GPS etki eden hata kaynakları
Bu hatalardan sinyal yansıma hatası dışındakilerinin giderilmesi için çeşitli metotlar kullanılmıştır.
Meydana gelen hataların bazılarının elimine edilmesi için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Uydu ve alıcı
saati hatalarının her ikisi birden elemine edilebilmesi için temel olarak ikili farklar (double differences)
kullanılır. Bu yöntem kısaca eş zamanda iki farklı uydu için oluşturulan tekli farklar arasındaki farktır.
GPS değerlendirme programlarının algoritmaları genellikle bu yönteme dayanmaktadır. Kısa bir baz
uzunluğunu ölçerek uydu yörünge hataları iyonosferik gecikme hataları da tamamen yada büyük ölçüde
giderilmiş olur. Uzun baz ölçümlerinde ise GPS değerlendirme programlarında kullanılan troposferik ve
iyonosferik modeller yardımıyla iyonosferik ve troposferik gecikme hatası elimine edilmiş olur. Geriye
multipath, cycle slips ve rasgele meydana gelmiş ölçüm hataları kalır. Çeşitli GPS yazılımları ile cycle
slips ve rasgele hatalar tespit edilip giderilebilmektedir.
3. Sinyal Yansıma Hatası (Multipath)
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
(omnidirectional) 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. Kelime anlamı birden fazla yol olan multipath, uydudan gönderilen
sinyallerin alıcıya birden fazla yol izleyerek ulaşmasına denmektedir. Daha 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. Multipath etkisi, özellikle de büyük yansıtıcı yüzeylerin yakınındaki istasyonlarda yapılan
ölçmelerde etkisini hissettirir.
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. Bunlardan 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 (Young vd.1989). Dolayısıyla, burada anten sinyal yansımaları üzerinde durulacaktır.
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
536
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
Direkt gelen sinyal
Yansıtıcı yüzey
Yansıyan sinyal
Yansıtıcı yüzey
Şekil 2. Sinyal yansıma hatası (Multipath)
Multipath terimi yansıyan/seken sinyaller yüzünden farklı yayılım yollarını anlatır. Multipath sinyaller ek
bir mesafeyi kat ettikleri için doğrudan gelen sinyallere “Line-Of-Sight” (LOS) göre daha geç ulaşırlar.
Bu göreceli (rölatif) zaman gecikmesi, multipath karakteristiğinin anlaşılması için tanımlanan
parametrelerden bir tanesidir (Van Nee 1992).
3.1 GPS Sinyalinin Elektromanyetik Özellikleri
Bir elektromanyetik dalganın elektrik ve magnetik alanının uzay da yayılışı birbirine bağlıdır.
Elektromanyetik dalga yayılma esnasında magnetik ve elektrik alandaki değişimiyle bir alan diğer alanı
üretir ve ışık hızıyla boş uzayda yayılır. (Şekil 3)’ de görüldüğü gibi dalganın düzlem yolculuğunda
elektrik alan ( E ) ve magnetik alan (H) birbiri her yerde diktir. Onlar birlikte elektrik ve magnetik alan
vektörleri dik doğrultuda yayılırlar (Şekil 3). Böyle bir dalga enine doğrultuda ve düzlem üzerinde E ve H
birbirine dikse buna enine elektromanyetik dalga “Transverse Electromagnetik Wave” (TEM) denir.
Elektromanyetik dalga doğrusal dairesel ve eliptik şekilde kutuplaşırlar. GPS için üretilen dalgalar sağ el
kuralına göre dairesel kutuplaşmış enine elektromanyetik “Right Hand Circularly Polarized” (RHCP)
dalgadır. Uydu sinyalleri dairesel kutuplaşmış olarak üretilir. Çünkü doğrusal kutuplamış sinyalin
kutuplaşması iyonosferden geçerken değişikliklere maruz kalır (Ray 2000).
Şekil 3. Elektrik alan ve magnetik alan vektörleri
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
537
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
3.2. Elektromanyetik Dalganın Yansıması
Sinyal yansıma ifadesi alıcıya gelen multipath sinyalinin izlediği yolu ifade etmektedir. Bu sinyal
yansıyan sinyal ve direkt gelen sinyallerin birleşmesidir (Braasch 1996). Buradan hareketle GPS sinyali ;
n
2 πd i 

S(t ) = D(t )C(t )Λ ∑ α i cos 2 πf L + θ 0 +

λ 

i =0
(1)
olur. Burada S(t):Birleşen sinyal (direkt +yansıyan sinyal), D(t):Sinyal üzerine yazılmış konum bilgisinin
bölümleri, C(t):C/A kod, Λ:Taşıyıcı sinyalin genliği , αi : Direk ve yansıyan sinyalin katsayıları ;(pratikte
direk sinyal ile bir yada birkaç yansıyan sinyaller ile uyuşmaktadır 0 ≤ α ≤ 1 ), fL: Taşıyıcı frekans (m),
di:Direkt sinyale göre sinyalin geciktiği yol, λ: Dalga boyu (m), θ0: Başlangıç fazını gösterir.
Direkt sinyalin indisi sıfıra eşittir (i=0). Direkt sinyalde gecikme yoksa (d=0) ve yansınma katsayısı
maksimum değerine ulaşır (α0 =1). Bu sinyalin üretilmesi genellikle alıcı içinde ve sayısal olarak
üretildiğini ayrıca bir osilatör ile izlenip, uydudan gelen sinyalle karşılaştırılır (Moelker, 1997, Reichert
vd.1999). Bu ifadede navigasyon bilgisi ihmal edilirse ölçülen GPS sinyali
 π
2 πd i  


 ∑ R (τ − δ i )α i sin  ψ +
λ 

i =0

Ψ = arctan π

2 πd i  

 ∑ R (τ − δ i )α i cos ψ +

λ  

 i =0
(2)
olur. Burada Ψ:Ölçülen sinyal, ψ :Yansıyan sinyal, R:Oto korelasyon fonksiyonu, τ:Alıcı içinde üretilen
kodla ilgili olarak direkt sinyalin gecikmesi, δ:Direkt sinyalle ilgili geciken multipath sinyalini gösterir.
Şayet yansıma yoksa sinyal α0 =1 α1…n =0 ve δ0 =0 dır.Bundan dolayı Ψ= ψ ölçülen faz doğru fazdır.
Şayet yansıyan sinyal Ψ = ψ ise iki terim arasındaki farkı bir ifade ile temsil etmeye ihtiyaç
duyulmuştur. Bu fark multipath yüzünden taşıyıcı faz ölçüsü içindeki hata ∆Ψ ile gösterilir. Bu hata
çevrenin toplam yansımaya etkisi gerçekte tek bir yansıtıcının konumu ve şiddeti, direkt sinyalin zaman
bağlı fonksiyonu ile bağlantılı sunulmuştur (Van Nee 1995, Brasch 1996).


R (τ − δ )α sin γ
∆Ψ = arctan 

 R (τ ) + R (τ − δ )α cos γ 
(3)
Burada ∆Ψ:Tek bir antenin multipath hatası, α:Yansıma katsayısı, γ: Yansıyan sinyalin fazını
göstermektedir. İfade tek bir parametrede geciken yol ve yansıma katsayısının sadeleştirilmiş ve
basitleştirilmiştir. Ayrıca yansıma katsayısının ismini α0 olarak değiştirilp 2 parametreye indirgenerek
 α sin γ 
∆Ψ = arctan  0

1 + α 0 cos γ 
şeklini almıştır (Ray 2000).
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
538
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
(4)
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
3.3 GPS Sinyal Yansıma Geometrileri
Sinyal yansıması 3 tür yayılım özelliği gösterir ve bunlar GPS sinyal yansıma yayılımının ana
modları olarak düşünülebilir. Bu modlar kısaca F-modu (Forward mode), BA-modu (Backscarter
A mode) ve BB-modu (Backscarter B mode) olarak isimlendirilmiştir (Hannah 2001). F-Modu
zeminden sekerek ileriye doğru yansıyan sinyali (Şekil 4.8), BA-Modu anten seviyesinin
altından geriye doğru yansıyarak ulaşan sinyalleri temsil eder (Şekil 4.9). BB-Modu ise aşağıdan
gelen ve geri yönde yansıyan sinyalleri belirtir (Şekil 4-5.).
Direkt Gelen Sinyal
Yansıyan Sinyal
Direkt Gelen
2θ
Sinyal
Yansıyan Sinyal
θ
θ
θ
Şekil 4. F ve BA modu sinyal yansıması
Direkt Gelen Sinyal
Yansıyan Sinyal
θ
θ
Şekil 5. BB modu sinyal yansıması
Speküler yansıma modlarında multipath sinyalinin rölatif gecikmesi yansıtıcı yüzey ile anten arasındaki
fiziksel ilişkiye bağlıdır. Standart bir 0.5 çip korelator aralıklı bir alıcı için, 1.5 çipten (440 m. veya 1466
nanosaniye) daha yüksek mesafeden meydana gelen sinyal gecikmeleri etkili olarak dekorele olduğu için
uzunluk ölçüsü hassasiyetine etki etmez (Braasch 1992,1994,1995).
Bu mesafe 0.1 çip korelator aralıklı bir alıcı için 1.1 çipten daha yüksektir. Buda yaklaşık olarak 1075
nanosaniye yada 320 metre olarak ifade edilmiştir (Van Dierendonck vd,1992). Farklı bir ifadeyle
meydana gelen sinyal yansımalarında GPS sinyalinin kuvvetinin azalacağı bir gerçektir. Standart bir alıcı
için 440 metreden daha fazla bir sinyal gecikmesi meydana gelmesi durumunda GPS alıcısının geciken bu
sinyali fark edemeyeceği bulunmuştur (Hannah 2001).
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
539
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
Genelde F-mod multipath’in dekorele olmadığı ifade edilmiştir. BA-Mod multipath ise (Şekil 4.9)’ da
görüldüğü gibi yersel ve yayılma açı aralığı konularında oldukça sınırlı bir etki bölgesine sahiptir. BA
modu için, antenin yansıma ara yüzünden yaklaşık olarak 440 metreden daha fazla mesafede
yerleştirilmiş olması halinde BA modunun ya olmadığı yada oldukça dekorele olduğu bulunmuştur. BBMod’da, multipath modunda geniş yansıma bölgesinden dolayı etki alanı daha büyüktür (Hannah 2001).
4. Uygulama
Uygulama kullanılan test ağı Afyon-Eskişehir karayolunun 10. km’ sinde Afyon Kocatepe Üniversitesi.
Ahmet Necdet Sezer Kampus bölgesine tesis edilmiştir. Test ağı 5 pilye ve 1 zemin noktasından
oluşmaktadır (Şekil 6). Çalışmada 6 adet Ashtech Z-Xtreme GPS alıcısı kullanılmıştır. Bu alıcılar L1 ve
L2 frekanslarında kayıt yapabilen çift frekanslı ve 12 kanallıdır. GPS anteni olarak Geodetic IV. Rew A
kullanılmıştır. GPS sinyalinin yansımasını sağlamak amacıyla 3 m. boyunda 1 m. eninde 2 mm.
kalınlığında ve her biri 9 kg. ağırlığında 120 adet galvanizli sac levha kullanılmıştır. Yansımanın düzgün
yansıma olmaması için kullanılan levhalar oluklu levha olarak seçilmiştir.
Veri toplama için kayıt aralığı 5 saniye olarak ayarlanmıştır. Ayrıca düşük açılı uydularda daha fazla
sinyal yansıması olduğu için uydu yükseklik açısı 5 derece olarak seçilmiştir. Veri toplama işleminde
yansıtıcı sac levhalar test ağının merkezinde bulunan 1888 numaralı nokta etrafında uydu geçişlerine göre
kuzey. güney. doğu. batı yönlerinde farklı mesafeler ve konumlarda yerleştirilmişler ve F modunda sinyal
yansımaları meydana getirilmeye çalışılmıştır (Şekil 7).
0m
200.0 m
400.0 m
600.0 m
Şekil 6. Test ağı
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
540
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
Şekil 7. Galvanizli sac levhalar
Genelde F-modunda meydana gelen multipath’in dekorele olmadığı bulunmuştur (Hannah 2001). Bu
yüzden uygulama esnasında F modunda meydana gelen sinyal yansımasının etkisisin araştırılmıştır. 1888
numaralı nokta etrafında levhaların konumları (Çizelge 2) ’de verilmiştir.
Çizelge 2. Test ağında yapılan GPS ölçümleri
Oturum No
1. Oturum
2. Oturum
3. Oturum
4. Oturum
5. Oturum
6. Oturum
7. Oturum
8. Oturum
9. Oturum
10. Oturum
Levha Konumları
Merkezde 360 m2
Merkezden 50 m Uzakta Kuzey-Güney-Doğu-Batı Yönlerinde 90 m2 Levha
Merkezden 100 m Uzakta Kuzey-Güney-Doğu-Batı Yönlerinde 90 m2 Levha
Merkezden 150 m Uzakta Kuzey-Güney-Doğu-Batı Yönlerinde 90 m2 Levha
Merkezden 25 m Uzakta Kuzey-Güney-Doğu-Batı Yönlerinde 90 m2 Levha
Merkezden 50 m Uzakta Sadece Güney Yönünde 90 m2 Levha
Merkezden 50 m Uzakta Sadece Batı Yönünde 90 m2 Levha
Merkezden 50 m Uzakta Sadece Kuzey Yönünde 90 m2 Levha
Merkezden 50 m Uzakta Sadece Doğu Yönünde 90 m2 Levha
Levhasız Ölçüm
10 oturama ait GPS ölçüleri GAMIT/GLOBK programında değerlendirilerek 1888 nolu noktaya ait
WGS84 sistemindeki koordinatlar hesaplanmıştır (Çizelge 3.). Levhasız ölçümde hiç bir şekilde sinyal
yansımasının olmamasından dolayı 10. oturumda hesaplanan koordinatlar hatasız kabul edilerek diğer
oturumlardaki değerlerden olan farklarının uyuşumsuz olup olmadığı test edilmiş olup sonuçlar (Çizelge
4)’te verilmiştir.
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
541
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
Çizelge 3. 1888 nolu noktaya ait WGS84 koordinatlar
OTURUM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
NN
1888
1888
1888
1888
1888
1888
1888
1888
1888
1888
X
4287166.4979
4287166.5003
4287166.4996
4287166.4986
4287166.4983
4287166.4976
4287166.4995
4287166.4980
4287166.4977
4287166.4941
Y
2528213.6035
2528213.6066
2528213.6023
2528213.6052
2528213.6055
2528213.6048
2528213.6061
2528213.6059
2528213.6041
2528213.5984
Çizelge 4. Uyuşumsuzluk testi
Durum
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tablo Değeri
3.95
3.95
3.95
3.95
3.95
3.95
3.95
3.95
3.95
tx
0.714171
0.768433
0.748551
0.726248
0.720748
0.709773
0.746020
0.715737
0.711190
ty
0.663080
0.703658
0.653561
0.682088
0.686213
0.676970
0.695254
0.692119
0.668994
Açıklama
Kabul
Kabul
Kabul
Kabul
Kabul
Kabul
Kabul
Kabul
Kabul
5. Sonuçlar ve Öneriler
Yapılan GPS ölçülerinin sadece sinyal yansıma etkisine maruz kalması için diğer hataları elimine
edilmesi gerekmektedir. Diğer hatalar ölçme yöntemleri kullanılan algoritmalar ile elimine edilmiştir.
1888 no’lu noktada yansıtıcı levhalar yerde olduğu ve etrafında başka bir yansıtıcı yüzey olmadığı için
meydana gelen sinyal yansımasının sebebi sac levhalardır. (Çizelge 3)’te verilen 1888 no’lu noktaya ait
koordinatların gerçek koordinatlardan farkı, X koordinatında maksimum 6.2 mm Y koordinatında ise
maksimum 6.8 mm olduğu görülmektedir. 1888 no’lu noktada meydana gelen koordinat değişiminin
sebebi olarak GPS sinyallerinin yansımasının bir etkisi olarak yorumlanabilir.
Yapılan uygulamalarda GPS sinyal yansımasının nokta konumlarına etkisinin 1 cm’den daha küçük
değerlerde olduğu görülmüştür. Sinyal yansıma etkisi gelişen GPS teknolojisine paralel olarak minimize
edilmiştir. Ancak düzenli bir hata olmadığı için tamamen giderilememiştir. Özellikle yüksek prezisyon
istenen GPS uygulamalarında bu etki GPS değerlendirmelerinde hatalı sonuçlar ortaya çıkarabilir. Bu
nedenle GPS gözlemlerinden yüksek prezisyon elde etmek isteniyorsa aşağıdaki konulara dikkat edilmesi
gerekmektedir.
•
Sinyal yansımasına maruz kalmamak için uygulanacak yöntemlerden en kolayı ve en ucuzu anten
kurulacak noktanın doğru seçimidir. Noktaların seçiminde mümkün olduğunca yansıtıcı
yüzeylerden uzak durulması gerekmektedir. Bunun için modern bir GPS anteni, yansıtıcı
yüzeyden 320 metre uzakta bu etkiye maruz kalmamaktadır (Hannah 2001).
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
542
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul
GPS Sinyal Yansımasının (Multipath) Nokta Konumlarına Etkisinin Araştırılması
•
•
Gözlemlerde sinyal yansımasını azaltıcı antenler (Choke Ring, Ground Plane) kullanılmalıdır.
F modundaki sinyal yansımasında sol yönde kutuplaşma olduğu için antenler tarafından sinyaller,
yansıyan sinyal olarak algılanabilmektedir. BA-BB modunda ise sinyal yansıması ise sağ yönde
kutuplaşma olduğu için anten tarafından kolay algılanamamaktadır. Bu yüzden özellikle kent içi
GPS ölçmelerinde ölçü süresini uzatarak BA-BB modundaki sinyal yansıma etkisi
azaltılabilmektedir.
Kaynaklar
Braasch, M. S., (1992). On the Characteristics of Multipath Errors in Satellite-Based Precision Approach
and Landing Systems , Depertmant of the Electrical and Computer Engineering. Ohio University
Braasch, M. S., (1994). Isolation of GPS Multipath and Receiver Tracking Errors, .Navigation: Journal of
The Institude of Navigation, vol.41
Braasch, M. S.,(1995). GPS and DGPS Multipath Effects and Modelling, ION GPS-95.,Navtech
Seminars
Braasch, M. S., (1996). Multipath Effects, Global Positioning Systems: Theory and
American Institute of Aeronautics and Astronautics
Application,
Hannah, B., (2001). Modelling and Simulation of GPS Multipath Propagation, Doktora tezi,
Cooperative Resarch Center for Satellite Systems Queensland Univercity of Technology, Australia
The
Kahveci, M., (1997). Türkiye Koşullarında Yapılan GPS Gözlemlerinde Ortam Etkilerinin Araştırılması,
Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, , İstanbul
Moelker, D-J., (1997). Multiple Antennas for
Advanced
GNSS
Multipath Mitigation
and
Multipath Direction Finding, Proceedings of the International Technical Meeting of The Institute of
Navigation, Salt Lake city,
Ray, J.K., (2000). Mitigation of GPS Code and Carrier Phase Multipath Effects Using a Multi-Antenna
System, Doktora tezi , University of Calgary, Canada
Reichert, A. ve Axelrad, P., (1999). GPS Carrier Phase Multipath Reduction Using SNR Measurements to
Characterize an Effective Reflector.” Proceedings of the International Technical Meeting of The Institute
of Navigation, Nashville
Shaw, M., Sandhoo, K., and Turner, D., (2000). GPS Error Sources and Magnitudes Modernization of the
Global Positioning System. GPS ,11
Van Dierendonck,A.J., Fenton P., ve Ford T., (1992)., Theory and Performance of Narrow Coerlator
Spacing in a GPS Receivers, The Instıtute of Navigation National Technical Meeting, San Diego
Van Nee,R. D.J., (1995). Multipath and Multi-Transmitter Interference in Spread-Spectrum
Communication and Navigation Systems” ,Delft University Press, Delft, The Netherlands
Harita ve Kadastro Mühendisleri Odası, Mühendislik Ölçmeleri STB Komisyonu
2. Mühendislik Ölçmeleri Sempozyumu
543
23-25 Kasım 2005, İTÜ – İstanbul