Pusula İle Yön Bulmak

Pusula ile yön bulmak 4 temel başlıkta toplanabilir:

- Pusulada Açı Ayarlamak
- Harita Üzerinde Pusula Açısı Ayarlamak
- Kerteriz Almak - Arazide Açı Ölçmek
- Kerteriz Takip Etmek

Kerteriz; Bir noktadan diğerine giderken yönümüzü belirlemek için kullandığımız derece cinsinden açıdır. Referans olarak gerçek kuzey çizgisi alınır ve ona göre ölçülür. Başka deyişle, manyetik kuzey (pusulanın manyetik iğnesinin gösterdiği yön) ile hedef nokta arasındaki açıdır.

Pusulada Açı Ayarlamak
Verilen bir açıyı pusulada ayarlamak için: döner bilezik üzerinde uygun rakamın (kerteriz açısı) referans çizgisi ile kesiştirilmesi demektir. Örneğin; Eğer pusulanızı 45 dereceye ayarlamanız söylendi ise yapmanız gereken şudur: Pusulanızı çıkartıp döner bilezikteki 45 rakamını referans çizgisi ile çakıştırırsınız. Bu açıyı sizin bulmanız gerekebilir. Bunu elinizdeki haritadan ya da doğada karşınızdaki bir yerden ölçebilirsiniz

Harita Üzerinde Pusula Açısı Ayarlamak
Haritada belirlediğiniz bir noktadan diğerine hangi açı ile gideceğinizi bulmak için; Başlangıç ve varış noktalarını bir çizgi ile birleştirin. Üzerinde gitmek istediğiniz bu hayali çizgi pusulanın uzun kenarına gelecek şekilde pusulayı haritaya yerleştirin. Kerteriz açısını bulmak için döner bileziği döndürerek üzerindeki kırmızı "N" harfini haritanın kuzeyine getirin. Kapsül içindeki paralel çizgiler haritanın kuzey-güney çizgilerine paralel olacaktır, ok haritanın kuzeyini gösterecektir. Bileziği kenarındaki referans çizgisine denk gelen açıyı okuyun.

Kerteriz Almak - Arazide Açı Ölçmek -
Diyelim ki, ilerideki bir tepeye çıkmak istiyorsunuz. Aranızda belirgin bir coğrafi engel yok ama ormanın içine girdiğinizde ağaçlar zirveyi görmenize engel olacak ve siz ormanın içinde yol bulmakla uğraşıp vakit kaybetmek istemiyorsunuz. Zirvenin kerterizini almalısınız.
Kerteriz almak için pusulayı, gidilen yön oku zirveyi gösterecek şekilde elinizde tutmanız gerekir. Daha kolay ve hassas ölçüm yapmak için pusulayı göz seviyenizde tutabilirsiniz ama pusula tabanının yere tam paralel olması gerektiğini unutmayın. Döner bileziği çevirerek manyetik kuzey ibresi ile kuzeyi gösteren "N" işaretini ve kırmızı oku çakıştırın. Çakışma noktasında kapsül içindeki çizgiler ile iğne paralel olacaktır. Böylece manyetik kuzey ile hedef arasındaki açıyı, kerteriz açısını bulursunuz.

Kerterizi Takip Etmek
Önceden harita üzerinden okunmuş veya arazide alınmış kerteriz açılarını ya da kendi aldığınız kerterizi kullanarak arazide pusula ile ilerleyebilirsiniz. Örneğin eğer sapakta indiğinizde 60 derece ile yaklaşık 10 dakika yürüyüp uygun bir kamp alanına varacağınız söylendi ise yapmanız gereken şudur: Sapakta indikten sonra pusulanızı çıkartıp döner bilezikteki 60 rakamını referans çizgisi ile çakıştırırsınız. Sonra pusulanın tamamını (yürüyeceğiniz için vücudunuzu da) döndürerek, manyetik iğnenin kuzey ucu ile bilezik üzerinde "N" (kuzey) işaretini çakıştırırsınız. (Silva pusulalarda kuzeyi göstermesi gereken bütün bu bölümler kırmızıdır ve hızlı çalışırlar). Pusulanızın üst kısmında yer alan "gidilen yön" okları size kamp alanının yönünü göstermektedir. Bu hedefe gitmek için bazı noktalara dikkat etmeniz gerekir ama merak etmeyin biraz çalışma ile pusula kullanımında serileşirsiniz.

Alınmış kerterizi izlemek teorik olarak basittir ama hepimiz biliriz ki arazide uzakta belirgin görünen noktalar örneğin bahsettiğimiz zirve, biz ilerledikçe görünmez olurlar ve yön şaşırabiliriz. Ara sıra pusuladan yapacağınız yön kontrolü çok sağlıklı olmaz. (Bakınız Pusulanın Sınırlı Kullanımı, sayfa W) Hiç hata yapmamak için pusulayı hep elimizde tutmamız gerekir. Onun yerine ilerlemeniz gereken hayali bir çizgi üzerinde belirgin noktalar saptayıp devam etmek daha kolaydır. Mesela, berlirgin bir ağaç tam olarak ilerleme hattınızdaysa, ilk önce ağaca gidersiniz. Bunu yaparken ağacı görerek bir gölün çevresinden dolaşabilirsiniz, biraz sağa ya da sola kayarak köprü geçebilirsiniz. Ağaç birinci kerteriz noktanızdı ve yanına geldiğinizde pusuladaki kerteriz açısı yine varmak istediğiniz noktayı, zirveyi göstermektedir. Zirveyi göremeseniz bile başka ara kerteriz noktaları belirleyerek adım adım hedefe varabilirsiniz.Orman içinde yürürken sıklıkla pusulayı kullanarak ilerleme yönünüzün doğru olduğunu kontrol edin.

Kerteriz ya da hedef açısını takip etmek demek, yürürken sürekli olarak okuduğumuz açıya sadık kalmamız demektir. Pusulanın bileziğini kaydırmak, pusulaya bakmadan yürüyüp hattan çıkmak ve sonra tekrar eski açıya bakmak bizi yanlış yerlere götüren basit hatalardan ikisidir. Sadece pusula açısına bakarak ile ilerlemek, zorunlu bazı haller dışında hem pratik değildir, hem de pusulaya hakim değilseniz hayra alamet !

GPS Nedir ve Nasıl Çalışır?

Şartlar ne olursa olsun, bir GPS alıcısı size yeryüzünde nerede olduğunuzu söyleyebilir. Neredeyse her yerde 365 gün 24 saat çalışabilirler. Tipide, yoğun siste, hatta okyanusun ortasında referans noktanız olmadığı zaman bile çalışırlar.

Sadece, uydu sinyallerini engelleyebilecek nesnelerin, yoğun ağaçların gökyüzünü kapladığı ya da binaların sık olduğu yerlerde performansı düşebilir. GPS alıcıları bir sonraki durağınızın neresi olacağını, oraya ne kadar uzakta olduğunuzu ve hangi yönden oraya ulaşabileceğinizi bulmanıza yardımcı olurlar. Hatta nasıl gidileceğini unuttuğunuz gizli balık yatağına veya geçen kış rastladığınız kaplıcaya yönlendirebilecek bilgileri kendiniz için kaydedebilirsiniz ve bunları istediğiniz zaman yeniden bulabilirsiniz.

GPS ler bu özelliklerinden dolayı dağcılık,yamaç paraşütü, trekking gibi doğa sporları tutkunları arasında populeritesini arttırmıştır ve geniş bir kullanıcı kitlesine ulaşmıştır.

GPS, Global Positioning System. (Global Yer Belirleme Sistemi) Düzenli olarak kodlanmış bilgi yollayan bir uydu ağıdır ve uydularla aramızdaki mesafeyi ölçerek dünya üzerindeki kesin yerimizi tespit etmeyi mümkün kılar. Bu sistem, ABD savunma bölümüne ait, yörüngede sürekli olarak dönen 24 uydudan oluşur. Bu uydular çok düşük güçlü radyo sinyalleri yayarlar.

Yeryüzündeki GPS alıcısı, bu sinyalleri alır. Böylece konum belirlenmesi mümkün olur. Bu olağanüstü sistemi kurmak Amerika'ya ucuza mal olmamıştır. Sistemin kurulum değeri yaklaşık olarak 12 milyar ABD Dolarıdır. Devam eden bakım masrafları sistemin değerini arttırmaktadır.

Bu sistemin ilk kuruluş hedefi tamamen askeri amaçlar içindi. GPS alıcıları yön bulmakta, askeri çıkartmalarda ve roket atışlarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Ancak, 1980'lerde GPS sistemi sivil kullanıma da açılmıştır.

Kullanım Alanları
GPS' in karada, havada ve denizde bir çok kullanım alanı vardır. Basit bir anlatımla, GPS size bulunduğunuz yerleri işaretleme ve belirlediğiniz noktaya geri dönme imkanı sağlar. GPS, kapalı alanlar ve su altı gibi sinyallerin alınmasının güçleştiği yerler dışında dünya üzerinde her yerde çalışır.

GPS Sistemi
NAVSTAR sistemi, uzay bölümü (uydular), kontrol bölümü (yer istasyonları) ve kullanıcı bölümünden (GPS alıcısı) oluşur.

Uzay Bölümü
Uzay bölümü, en az 24 uydudan (21 aktif uydu ve 3 yedek) oluşur ve sistemin merkezidir. Uydular, “Yüksek Yörünge” adı verilen ve dünya yüzeyinin 20.000 km üzerindeki yörüngede bulunurlar. Bu kadar fazla yükseklikte bulunan uydular oldukça geniş bir görüş alanına sahiptirler ve dünya üzerindeki bir GPS alıcısının her zaman en az 4 adet uyduyu görebileceği şekilde yerleştirilmişlerdir.

Uydular saatte 7.000 mil hızla hareket ederler ve 12 saatte, dünya çevresinde bir tur atarlar. Güneş enerjisi ile çalışırlar ve en az 10 yıl kullanılmak üzere tasarlanmışlardır. Ayrıca güneş enerjisi kesintilerine karşı (güneş tutulması vs.) yedek bataryaları ve yörünge düzeltmeleri için de küçük ateşleyici roketleri vardır.
GPS projesi ilk uydunun 1978'de ateşlenmesiyle başlamıştır. 24 uyduluk ağ 1994'de tamamlanmıştır. Projenin devamlılığı ve geliştirilmesi ile ilgili bütçe ABD Savunma Bölümüne aittir.

Uyduların her biri, iki değişik frekansta ve düşük güçlü radyo sinyalleri yayınlamaktadır. (L1, L2) Sivil GPS alıcıları L1 frekansını (UHF bandında 1575,42 Mhz), ABD Savunma bölümü alıcıları L2 (1227,60 Mhz) frekansını dinlemektedirler. Bu sinyal “Görüş Hattında – Line of Sight” ilerler. Yani bulutlardan, camdan ve plastikten geçebilir ancak duvar ve dağ gibi katı cisimlerden geçemez.
Daha rahat anlaşılması için, bildiğimiz radyo istasyonu sinyalleri ile L1 frekansını kıyaslamak istersek; FM radyo istasyonları 88 ile 108 Mhz arasında yayın yaparlar, L1 ise 1575,42 Mhz' i kullanır. Ayrıca GPS' in uydu sinyalleri çok düşük güçtedirler. FM radyo sinyalleri 100.000 watt gücünde iken L1 sinyali 20-50 watt arasındadır. İşte bu yüzden GPS uydularından temiz sinyal alabilmek için açık bir görüş alanı gereklidir.

Her uydu yerdeki alıcının sinyalleri tanımlamasını sağlayan iki adet özel “pseudo-random” (şifrelenmiş kod) kodu yayınlar. Bunlar Korumalı (Protected – P code) kod ve Coarse/Acquisition (C/A code) kodudur. P kodu karıştırılarak sivil izinsiz kullanımı engellenir, bu olaya “Anti-Spoofing” adı verilir. P koduna verilen başka bir isimde “P (Y)” yada sadece “Y” kodudur.
Bu sinyallerin ana amacı yerdeki alıcının, sinyalin geliş süresini ölçerek, uyduya olan mesafesini hesaplamayı mümkün kılmasıdır. Uyduya olan mesafe, sinyalin geliş süresi ile hızının çarpımına eşittir. Sinyallerin kabul edilen hızı ışık hızıdır. Gelen bu sinyal, uydunun yörünge bilgileri ve saat bilgisi, genel sistem durum bilgisi ve ionosferik gecikme bilgisini içerir. Uydu sinyalleri çok güvenilir atom saatleri kullanılarak zamanlanır.

Kontrol Bölümü
Adından anlaşılacağı gibi, Kontrol Bölümü, GPS uydularını sürekli izleyerek, doğru yörünge ve zaman bilgilerini sağlar. Dünya üzerinde 5 adet kontrol istasyonu bulunmaktadır. Bunlardan dördü insansız, biri insanlı ana kontrol merkezidir. İnsansız kontrol merkezleri, topladıkları bilgileri ana merkeze yollarlar. Ana merkezde bu bilgiler değerlendirilerek gerekli düzeltmeler uydulara bildirilir.

Kullanıcı Bölümü
Kullanıcı bölümü yerdeki alıcılardır. Daha önce bahsedildiği gibi çeşitli amaçlarla GPS kullanarak yerini belirlemek isteyen herhangi bir kişi, sistemin kullanıcı bölümüne dahil olur.

GPS' in Çalışma Prensibi

? Uyduların Konumunun Önemi
GPS alıcısı yerini belirlemek için, öncelikle uyduların kesin yerini bilmelidir ve onlara ne kadar uzaklıkta olduğunu bulmalıdır. Şimdi GPS' in uyduların yerini nasıl öğrendiğini inceleyecek olursak; Alıcı uydudan iki çeşit bilgi alır. Bunlardan birisi, uyduların konumlarını bildiren “almanac data – almanak bilgisi “ dır. Almanak bilgisi sürekli olarak yollanır ve GPS' in hafızasında saklanır. Bu sayede GPS her uydunun yörüngesini bilir ve olması gereken konumu hesaplar. Uydular konum değiştirdikçe almanak bilgisi yenilenir.
Uydu yörüngelerinde ufak sapmalar meydana gelebilir. Bu sapmaların hesaplanması için kontrol bölümü uyduların yörünge bilgilerini sürekli olarak izler. Elde edilen bu hata verileri Ana kontrol merkezine ulaştırılır ve düzeltilerek buradan uydulara geri gönderilir. Bu düzeltilmiş kesin konum bilgilerine Ephemeris Data – Geçici Bilgi adı verilir. Bu bilgiler güncelliğini 4 ila 6 saat arasında korur. Ephemeris bilgisi daha sonra kodlanarak GPS alıcısına gönderilir.
Almanak ve Ephemeris bilgilerini alan GPS alıcısı, uyduların kesin konumlarını sürekli olarak belirler.

? Zamanlamanın Önemi
GPS alıcısının uyduların kesin konumlarını bilmesinin yanı sıra uydulara olan uzaklığını da bilmesi gerekir. Bu sayede, dünya üzerindeki yerini hesaplayabilir. Bunun için basit bir formül kullanılır.
Uyduya olana uzaklık; gönderilen sinyalin geliş süresiyle, hızının çarpımına eşittir.
(Geliş Süresi x Hız = Mesafe)

Uzaklığı belirlemek için kullanılan bu formülde, hızı zaten bilmekteyiz. Radyo dalgasının hızı, atmosferdeki ufak etkiler sayılmazsa, Işık Hızına eşittir. (c = 300.000 km/sn)
Bundan sonra, formülün zaman kısmının hesaplanması gerekir. Çözüm uydulardan gelen kodlanmış sinyallerin içinde saklıdır. Gönderilen koda “Pseudo-Random Kod” adı verilir. Böyle adlandırılmasının sebebi, çok düzensiz bir sinyal olmasıdır. GPS alıcısı da aynı kodu üreterek, uydudan gelen kodla eşleştirmeye çalışır. Bu iki kodu karşılaştırarak aradaki gecikmeyi tespit eder, bu gecikme miktarı ile ışık hızının çarpımı mesafeyi verir.
Yaklaşık olarak bir uydudan sinyalin dünyaya ulaşma süresi 0,06 saniyedir. Saniyenin binde birinde oluşacak bir hata, mesafe ölçümünde 300 km' lik bir kaymaya sebep olacaktır. GPS alıcısının saati, uydudaki saatler kadar hassas değildir. Alıcıya bir Atom Saati koymak ise çok pahalı ve çok hantal olurdu. Bu yüzden, uyduya olan mesafe ölçümü, “Pseudo Range” olarak adlandırılır. Bu bilgiyi kullanarak pozisyon belirlemek için, 4 uydu kullanılarak saat hatasını

? Geometrik Hesap
Şimdi uyduların yerlerini ve uydulara olan uzaklıları biliyoruz. Diyelim ki, birinci uyduya olan uzaklık 20.000 km; bizim yerimiz, merkezi uydu olan ve 20.000 km çapındaki kürenin yüzeyi üzerindeki her hangi bir nokta olabilir. İkinci bir uyduya da 21000 km uzaklıkta olalım. Bu durumda, ikinci küre birinci küre ile kesişerek ara kesitte bir çember oluşturur. Eğer buna 22.000 km uzaklıkta üçüncü bir uydu eklersek, üç kürenin ortak kesim noktası olan 2 nokta elde ederiz.

İki olası pozisyon belirlenmesine rağmen bu iki nokta arasında büyük koordinat farkları mevcuttur. Bu iki noktadan hangisinin gerçek pozisyon olduğunu bulmak için, GPS alıcısına yaklaşık yükseklik verisinin girilmesi gerekir. Bu şekilde GPS geriye kalan iki-boyut içinde kesin pozisyonu belirleyebilir. Fakat üç-boyutta yer belirlenmesi için GPS dördüncü bir uydu daha kullanır. Diyelim ki dördüncü uyduda bizden 19.000 km uzaklıkta olsun, bu dördüncü küreyi, önceki kürelerle kesiştirirsek, elimizde sadece bir ortak kesim noktası kalır. Bu da üç-boyutta kesin konumu belirtir.

? Almanak Bilgisi
GPS sürekli olarak, uyduların konumları ile ilgili bilgileri depolar. Depolanan bu bilgiye Almanak Bilgisi denir. GPS uzun süre çalıştırılmazsa, daha önce toplanmış olan Almanak bilgisi güncelliğini yitirir. Buna GPS' in “soğuması” (cold) adı verilir.
GPS “soğuk” iken çalıştırılırsa uydudan bilgi toplaması uzun sürebilir. Uydulardan alınan bilgiler dört ile altı saat güncelliğini korur, bu süre içinde GPS tekrar açılır ise bu durumda GPS “sıcak” (warm) olarak nitelendirilir ve çalışmaya başlaması çok daha kısa süre alır. GPS' lerin özellikleri arasında “Sıcak” ve “Soğuk” başlatma süreleri yer alır.

? GPS Alıcı Teknolojisi
Çoğu modern GPS alıcıları paralel, çok kanallı çalışma sistemine sahiptir. Daha önceleri yaygın olan tek kanallı GPS alıcı modelleri çeşitli ortamlarda sürekli olarak uydu takip edemiyorlardı. Paralel alıcılar ise her biri bir uyduyu izlemek üzere, 5 ile 12 alıcı devresine sahiptirler. Bunların içinden en kuvvetli dört sinyal takip edilir. Paralel alıcılar uydulara hızla kilitlenebildikleri gibi, yüksek binalar, sık ormanlar gibi zor ortamlarda da efektif bir şekilde çalışırlar.

GPS İle Pozisyon Ölçümünde Hata Kaynakları
Sivil GPS alıcıları aşağıdaki çeşitli nedenlerden dolayı pozisyon hataları yapmaya meyillidirler.

? Uydu Hataları
Zamanlama GPS için kritik bir faktör olduğu için GPS uyduları atom saatleri ile donatılmışlardır. Ancak atom saatleri de mükemmel değildir. Zamanlamada oluşan çok ufak hatalar, mesafe ölçümünde küçümsenmeyecek yanılgılara yol açar.
Uyduların uzaydaki pozisyonları ise hesaplamanın başlangıç noktasıdır. GPS uyduları yüksek yörüngelere yerleştirilmişlerdir ve dünyanın üst atmosferinin bozucu etkilerinden etkilenmezler. Buna karşın tahmin edilen yörüngelerinde ufak kaymalar yapabilirler. Bu da pozisyon hatalarına yok açar

? Atmosfer
GPS uyduları zamanlama bilgilerini radyo sinyalleri olarak gönderirler ve bu da ayrı bir hata kaynağıdır. Çünkü dünya atmosferinde, radyo sinyalleri her zaman tahmin edildiği gibi hareket etmezler.
Radyo sinyallerinin atmosfer içinde ışık hızında hareket ettiği ve bu hızın sabit olduğu kabul edilse de, ışık hızı sadece vakum ortamında sabittir. Radyo sinyalleri, içinde bulundukları ortama göre yavaşlama gösterirler.
GPS sinyalleri İyonosfer'de yüklü parçacıklar ve Trotosferde su buharı tarafından geciktirilir. Tüm hesaplamalarda ışık hızı sabit kabul edildiğinden bu gecikmeler uydunun uzaklığını ölçmede hatalara yol açar.
İyi alıcılar atmosfer içindeki bu tipik yolculukta doğacak hataları düzeltmek için bir düzeltme faktörü kullanırlar. Ancak atmosfer farklı yerlerde ve zamanlarda değişiklik göstereceği için teorik bir hata modeli oluşturulamaz.

? Değişken Rota Hatası
Sonunda dünya yüzeyine ulaşan GPS sinyalleri GPS alıcısına ulaşmadan önce katı cisimler tarafından yansıtılır veya engellenir. Bu hata formuna “Değişken Rota” (Multipath) hatası denir. İlk olarak antene gelen sinyal direkt gelirse daha hızlı ulaşır, sonradan yansıyarak gelen sinyal diğerinden daha geç ulaşır ve bu sinyaller birbirleriyle karışarak gürültülü sonuç yaratırlar.

? Alıcı Hatası
Yerdeki alıcılar da mükemmel değildir. Kendi saatlerinde oluşan kaymaların yanı sıra iç gürültülerden dolayı da hata yaparlar.

? Seçici Kullanılabilirlik (Selective Availability)
Yukarıda anlatılan doğal hatalardan daha kötüsü, ABD Savunma Bölümü tarafından yapılan "Kasti Hatalardır". Bu "Seçici Kullanılabilirlik" politikasının altında yatan amaç ise, karşı güçlerin GPS sisteminin ABD ve yandaşlarına karşı kötü niyetli kullanımını önlemektir.
ABD Savunma Bölümü tarafından GPS uydu saatlerinde ve uyduların yörüngelerinde bazı küçük sapmalar yaratılır. Bu etkiler, sistemin sivil kullanımdaki hassasiyetini önemli ölçüde azaltır.
Eğer sabit bir GPS alıcısını hareketinin konum grafiğini, Seçici Kullanılabilirlik devrede iken çizmek istersek, pozisyonumuzun 100 m çapındaki bir daire içinde dolaştığını görürüz.
Askeri alıcılarda bulunan kod çözücü anahtarlar, hangi hataların devrede olduğunu ve ne kadar olduğunu söyler; böylece hatalar giderilebilir. Bu yüzden askeri GPS alıcıları, çok daha hassas ölçüm kabiliyetine sahiptir.