GPS sinyalini tespit etmek
- GPS uyduları, tüm dünyaya hizmet verebilmek için yalnızca yaklaşık 30 tane bulunur. Bu, küresel DNS'in 13 kök sunucudan başlamasına benzer bir tasarımdır.
- GPS sinyalleri, irtifa ya da hava durumu fark etmeksizin her zaman etrafımızda bulunur. Vücudumuzun içinden geçen elektromanyetik dalgaların dilini anlayabilirsek, her zaman ve her yerde konumumuzu hassas biçimde belirleyebiliriz.
- GPS, insanlığın şimdiye kadar denediği en cüretkâr jeomühendislik projelerinden biridir. Bir anteniniz ve biraz kararlılığınız varsa, izlerini hissedebilirsiniz.
Zayıf GPS sinyali
- GPS uydularından yayılan sinyalin gücü ev tipi bir ampul düzeyindedir, ancak yeryüzüne ulaştığında son derece zayıflar.
- Bu, 20 bin km uzakta saniyede 1 milyon kez yanıp sönen bir ampulün ışığını görmek gibidir. Ama bu zayıf titreşim bile tespit edilip çözülebilir, anlaşılabilir ve işe yarar şekilde kullanılabilir.
- GPS sinyali çok zayıf olduğu için GPS hizmeti için ücret talep etmek zordur. Uydular açısından bakıldığında, sadece sinyali yayarlar.
GPS sinyalini dinlemek
- GPS, elektromanyetik dalgalarla iletilir; bu da radyo ile aynı şeydir. Frekans burada kritik unsurdur.
- GPS sinyalini almak için GPS frekansına ayarlanmış bir software-defined radio (SDR) gerekir.
- SDR'yi kurup bias tee, AGC, IQ düzeltmesi gibi ayarları yaptıktan sonra spektrumu tarayabilirsiniz.
Zayıf sinyali yakalamak
- Yeryüzüne ulaşan GPS sinyali, çevresindeki gürültüden 100 bin kat daha zayıftır. Yani termal gürültüden 50db'den fazla daha düşük bir seviyededir.
- Ancak GPS, sinyal işleme teknikleri sayesinde gürültü içinde bile sinyali tanımlayıp çözebilir.
- GPS, hem uydunun hem de alıcının bildiği C/A kodunu kullanır. Uydu bunu saniyede 1000 kez tekrar tekrar yayınlar.
- Alıcı, aldığı sinyali sürekli biriktirip beklenen C/A sinyaliyle karşılaştırır. Gürültünün ortalaması 0'a yaklaşırken C/A sinyali giderek büyür.
- Buna despreading spectrum denir ve birden çok uyduya uygulamak için code division multiple access tekniği kullanılır.
- Gerçek veri, C/A kodunun üzerine bindirilerek gönderilir. C/A saniyede 1 milyon bit, veri ise saniyede 50 bit hızında iletilir.
C/A kodu üretimi
- Her GPS uydusunun kendine özgü bir C/A kodu vardır. Bu, sivil GPS spesifikasyonunda tanımlanmıştır.
- İnternette C/A kodu üretim yöntemiyle ilgili çok sayıda kaynak var, ancak gerçek kod örnekleri pek yok; bu yüzden kendi ürettiği kodu paylaşıyor.
GPS uydu sinyalini tespit etmek
- Alıcı, 32 uydunun C/A kodu kopyalarını üretir ve bunları antenle alınan verilerle çapraz korelasyona sokar.
- Alınan sinyalde Doppler kayması, faz farkı gibi bozulmalar oluşur.
- Alıcı, her uydu için C/A kodunu, beklenen Doppler kayması aralığını ve faz farklarını birlikte hesaba katmak zorundadır.
- Tespit aşamasının hesaplama yükü yüksektir. Bu nedenle çok sayıda optimizasyon araştırması yürütülmektedir.
- Faz farkını ve Doppler kaymasını aynı anda ele almak için frekans alanında çapraz korelasyon uygulanır.
- En güçlü korelasyonu gösteren Doppler kaymasını bulmak için ikili arama kullanılır.
GN⁺'un görüşü
- GPS etkileyici bir teknolojidir, ancak mevcut teknolojilerin incelikli biçimde birleştirilmiş halidir. Devrim niteliğinde tamamen yeni bir teknoloji değildir.
- Özel donanımla da GPS alımı mümkündü, ama bunun yazılımla da yapılabilir hale gelmesi büyük bir ilerlemedir. Önümüzdeki dönemde donanım işlevlerinin yazılımla yer değiştirme eğilimi daha da hızlanacak gibi görünüyor.
- GPS sinyalinin zayıf olması güvenlik açısından yardımcı olabilir. Kasıtlı karıştırma ya da spoofing daha zor hale gelir.
- GPS askeri bir teknoloji olarak başladı, ancak sivil kullanıma açıldıktan sonra uygulama alanları patlayıcı biçimde arttı. Teknolojiyi açmak ve paylaşmak yeniliği hızlandırır.
- İlk GPS alıcıları büyük ve pahalıydı; bugün ise hepsi akıllı telefonların içinde yer alıyor. Bu, teknoloji ilerledikçe yaygınlaşma, ucuzlama ve küçülme sürecini gösteriyor.
1 yorum
Hacker News görüşü
En yeni doğrudan RF örneklemeli alıcılar, GPS sinyallerini işleyecek kadar yüksek hızda çalışıyor ve Xilinx RFSoC ya da NI'nin FlexRIO'su gibi ürünler piyasaya çıkmış durumda. Ancak fiyatları hâlâ oldukça yüksek.
GPS 1978'de kullanıma sunuldu ve bugün nüfusun yarısından fazlası GPS'siz bir dönemi hiç bilmeden yaşıyor. 2000 yılına kadar doğruluğu kasıtlı olarak düşüren Selective Availability özelliği etkin olduğundan günlük hayatta çok büyük bir fayda sağlamıyordu.
gypsum'un cold start durumunda 1 dakika içinde konum belirleme hızı, günümüz ticari alıcılarına kıyasla daha iyi sayılır. Geçmişte ilk ticari alıcıların konum bulması 15-20 dakika sürüyordu.
Eskiden saatte 600 milden daha hızlı hareket ederken navigasyon yapabilen GPS alıcıları, ITAR kapsamında askeri malzeme olarak sınıflandırılıyordu. Günümüzde düzenlemeler daha karmaşık hâle geldiği için bunun hâlâ geçerli olup olmadığı belirsiz.
iPhone ile uçuş sırasında fotoğraf çekildiğinde, inişten sonra fotoğrafa konum bilgisi eklenebiliyor; böylece merak uyandıran bir araziyi daha sonra bulup incelemek mümkün oluyor.
GPS, uçak modunda da çalışır ve mobil ağ ya da Wi‑Fi olmadan da işlev görür. Sistem ABD tarafından işletilir ve gerektiğinde belirli bölgelerde hizmeti kesebilir; bu yüzden birçok ülke kendi uydu navigasyon sistemlerini geliştiriyor.
GPS uyduları konum değil, yalnızca zaman bilgisi iletir. Yıldız seyrüseferinin de doğru zamana dayanması ilginç.
GPS'in geliştirme sürecini ilgi çekici biçimde anlatan "GPS Declassified" adlı kitap ile geliştiricilerle yapılan röportajları içeren "The Lonely Halls Meeting" belgeseli YouTube'da izlenebilir.