LORAN-C ve EUROFİX HAKKINDA

İÇİNDEKİLER

Sayfa No:

İÇİNDEKİLER           ..................................................................................................................1

GİRİŞ................................................................................................................................2

I.BÖLÜM

1.1 Loran-C Veri Gönderimi........................................................................................... 4

            1.1.1 DGPS Veri Formatı..................................................................................... 4

            1.1.2 İleri Hata Düzeltmeleri (Forward Error Correction)................................. 4

1.2 GPS/Loran-C Entegrasyon Modları......................................................................... 5

            1.2.1 Tek Başına Loran-C.....................................................................................5

            1.2.2 Tek Başına GPS...........................................................................................5

            1.2.3 Loran-C ve GPS Entegrasyonu..................................................................6

            1.2.4 RAAS (Regional Area Augmentation System)- DPGS..............................6

1.3 Test Süreci..................................................................................................................6

            1.3.1 SYLT Loran-C İstasyonu DGPS Servisi ....................................................6

            1.3.2 Statik Test Sonuçları...................................................................................6

            1.3.3 Dinamik Test Süreci....................................................................................8

            1.3.4 Çok İstasyonlu Kullanım........................................................................... .8

 

SONUÇ VE DEĞERLENDİRME........................................................................................9

KAYNAKÇA......................................................................................................................10

EKLER.............................................................................................................................. 11

 

 

 

 

 

 

 

            GİRİŞ

            Uydu tabanlı mevki belirleme sistemlerinin en bilinen problemi L-band dalgalaranın  özellikle şehir bölgelerinde düşük yayılım imkanı olmasıdır. Bu dalgalar özellikle yüksek binaların olduğu şehirlerde yayılım alanı olarak ciddi kısıtlamalara uğramaktadır. Loran-C istasyonları mevcut GNSS sinyalleri ile karşılaştırıldığında daha düşük frekansta yayılım yaptıklarından dalga boyları büyümekte ve büyüyen dalga boylarının yüksek binalara çarpması ve engellenmesi daha az olmaktadır. Fakat yinede 100 kHZ lik Loran-C sinyalleri faz değişikliklerine uğramaktadır. Bunun daha ilginç olan tarafı ise bu değişikliğin dalganın elektrik ve manyetik alan taraflarında farklı olmaktadır.

            Düşük frekansta yayılım yapan dalgalar dünya yüzeyine yakın yayılırlar ve satıh dalgası olarak adlandırılmaktadırlar. Bu nedenle suyun ve toprağın iletkenliğinde meydana gelen değişmeler dalganın yayılmasında ilave gecikmelere neden olur. Deniz suyunun iletkenliğinin değişiminden meydana gelen gecikmeye Secondary phase Factor (SF) denilmektedir. Bu sebeple meydana gelen gecikmeler Loran-C istasyonun konumuna göre kolaylıkla tahmin edilebilmekte ve hesaba katılmaktadır. Fakat tatlı suyun ve toprağın iletkenliği deniz suyuna nazaran oldukça düşüktür. Ayrıca toprağın iletkenliği de çeşidine göre çok fazla değişim götermektedir. Bu nedenle ikinci bir gecikme faktörü olan ve Additional Secondary phase Factor (ASF) ifade ortaya çıkmaktadır. Eğer bir kullanıcı ASF düzeltmeleri alır ise bu onun konumunu/mevkisini büyük bir doğruluk ile bulmasını sağlayacaktır.

            Loran-C yayının ilave modülasyonlar ile daha geniş alanlara ulaşabilen ve DGPS düzeltmelerinin yanında ilave bilgi aktarımı yapabilen bir sistem kurulabilir. Sekiz alt kanaldan oluşacak bu sistemde kanallardan birisi bu amaç ile kullanılırken diğerleri DGLONASS ve DGNSS mesajları için tahsis edilebilir. Yayınlanacak sinyallerde üç fazlı modulasyon tekniğinin kullanılması yapılacak yeni sistemin mevcut Loran-C sistemine gözardı edilebilcek seviyede etki etmektedir[1].

            Şekil-1'de eğer Avrupa'da bulunan 17 Loran-C ve Chayka (Loran-C benzeri bir sistem) istasyon kullanıldığında sistemin kapsama alanı görülmektedir.

            Eurofix kullanıcıları DGPS düzeltmelerini %95 olasılıkla üç metreden düşük bir hata ile alabilmektedir. DGPS sistem performansının çok iyi olması durumunda elde edilen ASF(Additional Secondary phase Factor) düzeltmeleri sürekli güncellenebilir ve bir veritabanında saklanabilir.Bu sayede mevcut diğer sistemlere göre bu yöntem ile elde edilen ASF tabloları ile elde edilen düzeltmelere göre çok daha avantajlı bir sistem olmaktadır. Bu sistem sayesinde kullanıcı GPS sinyallerinin olmadığı bir noktada kendi konumunu düzeltilmiş Loran-C sinyalleri vasıtası ile elde edebilecektir.

           

Şekil 1- Mevcut EuroFix Kapsama Alanı

            GPS ve Loran-C sistemlerinin beraber kullanımından elde edilebilecek avantajlar temel olarak üç tanedir:

1- DGPS servisinin Loran-C sistemi aracılığı ile büyük bir kapsama alanına sahip olmasıdır.

2- GPS sistemine erişilememesi halinde dahi düzeltilmiş Loran-C sinyalleri sayesinde gelişmiş erişilebilirlik ve devamlılık sağlaması.

3- Bu sistem vasıtası ile ilave bilgi aktarımı sağlanmasıdır.

            Mevcut DGPS sistemlerinin en önemli dezavantajı bu sistemlerin sadece mevki düzeltmesi sağlması sadece bazı zamanlarda bilgi aktarımı için kullanılabilmesidir. Sistemin erişilebilirliği ancak GPS ve DGPS düzeltmesinin aynı anda çalışması ile mümkün olabilmektedir. Fakat Eurofix sistemine baktığımızda bu sistem yer tabanlı bir GNSS-1 versiyonu olarak görülebilir. Eurofix sistemine benzer uzay tabanlı sistemler de mevcuttur(EGNOS-WAAS-MSAS-GAGAN). Eurofix mevcut altyapısı ile Avrupanın ve çevresinin tümünü kapsayabilmektedir.

            1.BÖLÜM             1.1 Loran-C Veri Gönderimi

            Eurofix veri-linki  güvenilir bir şekilde sekiz alt kanal ile uzun mesafe yayın yapabilmektedir. Bu alt kanallar farklı veriler taşımak için modüle edilebilmektedir. Bunlardan bir tanesi GPS düzeltmeleri ve ilave bilgiler için kullanılmakta diğer iki tanesi DGLONASS ve DLORAN-C sistemi geriye kalanları ise Short Message Services(SMS) için kullanılmaktadır. DGPS sistemi aktif olduğu hallerde bu sistem Loran-C sisteminin en temel hali ile sağladığı çok güvenilir olmayan mevki bilgilerini sürekli düzeltmekte ve GPS sistemi çöktüğünde ya da ulaşılamaz halde olduğunda kullanıcıya 10-20m hata ile mevki verebilmektedir. Loran-C sisteminin ayrıca kendine has bir mevki bildirme sistemi olmasından dolayı ilave bilgi gönderimi bu sistemin tekrar modülasyonunu gerektirmektedir. İlave veri eklenmesi mevcut Loran-C sistemine negatif bir etki yapmamalıdır.

            1.1.1 DGPS Veri Formatı

            Düzeltme bilgileri kullanıcıya asenkron şekilde gönderilmektedir. Bunun anlamı göndericinin yayın yapmadan önce kullanıcı ile herhangi bir iletişime geçmemesidir. Herbir GRI'ın(Grup Tekrarlama Aralığı) 8 atımından 6 tanesi 7 bitlik veri taşımak üzere düzenlenmektedir. Bu sayede 8 GRI vasıtası ile 56 bite ulaşılabilir. Veri gecikmesini engellemek için RCTM(The Radio Technical Commission for Maritime Services) type-9 56 bitlik veri formatı tercih edilmiştir.(Şekil-2)

Adsı1z.png

Şekil 2- RCTM type 9 Mesaj Formatı

            Eurofix veri-yolu performansı RTCM'in Reed-Solomon Forward Error Correction ve Cyclic Redundancy Check (CRC) kombinasyonu ile daha da güçlendirilmiştir. Daha sonraki dönemdelerde RTCM tarafından bir Eurofix alt komitesi kurulmuş ve SC104 komitesi altında bir  "RTCM recommended standart for Differential Navstar GPS service" standartizasyona gidilmiştir. [2]

            1.1.2 İleri Hata Düzeltmeleri (Forward Error Correction)

            Güvenilir veri iletişimini artırmak için Loran-C istasyonlarında FEC kodlamaları uygulanmaktadır. Bu kodlama sayesinde nadiren meydana gelebilecek hatalara karşı bir önlem alıınmaktadır. Bu önlemin sisteme yükü ilave ise veri yükünün yani gönderilen datanın biraz daha ağırlaşması yani bit/byte sayısının artmasdır. Herbir mesaj 14 bitlik bir CRC ile doğrulanmaktadır. Ayrıca her bir 56 bitlik mesaj da Reed-Solomon sayesinde koruma altına alınmaktadır. Yapılan son testlerde 30 GRI'ın message iletimi için yeterli olduğu görülmüştür. Bu süre GRI (40-100 ms) arasında değştiğinden DGPS güncellemesi 3 sn ve 1.2 sn arasında değişmektedir. Adsız2.png

Şekil 3-Eurofix Mesaj Format

            Elde edilen Eurofix mesajı kullanıcı tarafından farklı yollar ile decode/demodule edilebilmektedir.

1- Daha önce alınmış bir DGPS mesajı ile karşılaştırma

2- Reed-Solomon kodunun kullanılması

3- Cyclic Redundancy Check (CRC) kullanılmasıdır. 

            1.2 GPS/Loran-C Entegrasyon Modları

            Eurofix kullanıcıları basit olarak Loran-C ve GPS mevki bilgilerini, GPS düzeltme mesajlarını(bu mesajlar bir yada daha çok Loran-C vericisi ile güçlendirilmiş DGPS istasyonlarından) alabilirler.Bu durumda bir kaç farklı kombinasyon söz konusu olmaktadır.

            1.2.1 Tek Başına Loran-C

            Kullanıcılar sadece Loran-C verisine ulabilirler. Bu modun konvansiyonel Loran-C'den bir farkı yoktur. Konvansiyonel Loran-C ile aynı standartlara haizdir. Hata oranın yüksek olmasından dolayı RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring)  için bir opsiyon değildir.[3]

            1.2.2 Tek Başına GPS

            Kullanıcı sadece GPS mevkilerini kullanabilir. Bu modda SPS(Standart Positioning System) geçerlidir. Bu durumda erişilebilirlik tamamen RAIM ile alakalıdır.

            1.2.3 Loran-C ve GPS Entegrasyonu

            Bu kombinasyonda Loran-C ve GPS den alınan mevkilering ağırlıklı ortalamaları alınır ve mevki bulunur. Bu sistemin avantajı herhangi birinin erişilemez olduğu durumda diğer sistem ile yola devam edilebilmesidir. Eğer alınan mevkiler her iki sistemde de eşit değil ise mevki doğrulaması çok detaylı ve farklı yöntemler ile elde edilebilir. Bu nedenle bu durumda her iki mevki bilgisi de sağlıksız olarak nitelendirilir.

            1.2.4 RAAS (Regional Area Augmentation System)- DPGS

            Referans istasyonların birbiri ile iletişimi sonucu ortaya çıkacak bir düzeltme yerine referans istasyonun direk olarak kullanıcıya düzeltme göndermesi Eurofix sisteminin temel olarak dizayn edilme amacıdır. Kullanıcı farklı LAAS (Local Area Augmentation System) sistemlerinden düzeltme alabilecektır. 3 adet Eurofix Loran-C istasyonundan veri alabilen kullanıcı 1 milyon km2 alanda bir metreden az hata ile mevkisini belirleyebilecektir.

            Bilindiği gibi kısa mesafelerde LAAS yaklaşımı ile mevki bulma oldukça iyi sonuçlar vermektedir. Fakat uzun mesafelerde uzaysal bozulmalar(Spatial Decorrelation) 100km başına 0.4 metre hata vermektedir. Loran-C kullanıcıları göz önüne alındığında(1000km) bu hata oldukça artmaktadır. Bu hata hesaplanırken kullanıcıya (SA) kasıtlı bir bozulma verilmediğini göz önünde bulundurmak ve iyonosferinde sabit olduğunu düşünkemteyiz. LAAS Ephemeris Error(SA) yı düzeltememektedir.

            Loran-C istasyonlarının Eurofix istasyonu olarak kullanılmasından faydalanılırsa aynı anda birkaç DGNSS istasyonuna erişim mümkün olabilmektedir. Bu durumda güzel bir uygulama olarak RAAS(Regional Area Augmentation System) oluşmaktadır. Bu durumda da bu istasyonlar arasında bir iletişim zorunlu hale gelmektedir. Eurofix ise bu iletişim zorunluluğunu ortadan kaldırmaktadır. Bütün istasyonlar dolaysız olarak direk kullanıcıya bilgi aktarabilmektedir. Bu durumda 3 istasyondan veri alınması Uzay kaynaklı hatayı oldukça düşürecektir. Fakat yukarıdada bahsedildiği gibi bu durumda da kasıtlı hata verilmesi(SA) göz ardı edilmiştir.

            1.3 Test Süreci

            1.3.1 SYLT Loran-C İstasyonu DGPS Servisi

            1997 yılında Delft Üniversitesi Almanya'da bulunan SLYT Loran-C istasyonuna kurduğu sistem ile test yayını yapmaya başladı. Bu istasyonda 12 kanallı bir Gps alıcısı ile görünür olan 8-7 uydunun saat ve mevki düzeltmesi verilebilmekteydi. Bu test süresince Eurofix modulasyonun konvonsiyonel Loran-C sinyalinde herhangi bir bozulmaya sebeğ olmadığı görüldü. Bu test işlemleri 2 ay sürdü ve bu sürece Birleşik Devletler Sahil Güvenlik(USCG) Güçleri de nezaret etti.

            1.3.2 Statik Test Sonuçları

            Testlerin Başlangıcından itibaren yayınlanan verinin kalitesi Delft Üniversitesi tarafıdan sürekli ölçüldü. Farklı modulasyonlar ile kodlamalar denendi ve sinyal kaliteleri ölçüldü. Ölçümler sırasında tekbir DGPS sinyalinin dahi kaybı yaşanmadı(Şekil-4). Ayrıca CRC hatasına da rastlanmadı. Delft ve Sylt arası mesafenin 400km olmasından kaynaklanan bazı göksel hatalar tahmin edilen seviyede kaldı.

Adsı3z.png

Şekil 4-Örnek Eurofix Alıcısı(Test Amaçlı)

                Test esnasında kullanılan ekipmanlar:

- 486 DX 100 MHz PC

- 12 Kanallı NovAtel  GPS PC Kartı

- 12-bit 400 kHz A/D çeviri kart

- NovAtel GPS anteni

-Loran-C anteni

Alınan veri demodule edilerek standart RTCM type-9 a çevirilir ve DGPS verisine çevrilir.

Eurofix sistemindeki bantgenişliğinin düşük olmasından kaynaklanan hatalar vardır. Bunlardan birisi de 2 sn de ancak bir uydu ile ilgili düzeltme alınabilmesidir. Bu nedenle 9 uydudan alınacak düzeltme süresi 18 sn olacaktır. Bu süre GRI süresi ile değşikli göstermek ile beraber uzunbir periyottur. Bu nedenle örneğin 1 nolu uydu için bir sonraki düzeltme ancak 18 sonra gelmektedir.

Adsasız.png

Şekil 5-Eurofix Hata 16 Saatlik Ölçüm

            Şekil 5 te görüldüğü gibi sadece bir Eurofix istasyonu kullanılarak elde edilen veriler ile ortalama 2.2m olmak üzere 5m'yi geçmeyen hata ile mevki tesğiti yapılmıştır. Bu hata payı ortalama yöntemi ile bulunursa bu oran 1.54m ye düşmektedir.

            Bu ölçümlerin sadece bir Eurofix istasyonu ile yapıldığı göz önüne alınırsa ve kullanıcının aynı anda birçok istasyona erişimi söz konusu olduğundan çok daha iyi seviyelerde ölçüm yapılabileceği görülebilir.

            1.3.3 Dinamik Test Süreci

            Bir önceki başlıkta Eurofix denemeleri için sabit bir kullanıcı kullanılmıştı. Bu başlıkta ise bi van araca yüklenen kullanıcı cihazları Avrupa'nın çeşitli yerlerinde dinamik olarak yani hareketli test sonuçları incelenecektir. Bu testler otoyollarda ve şehir merkezlerinde gerçekleştirilmiştir. Test esnasında sadece köprü altlarında veri kaybı söz konusu olmuştur. Bu testler ile Eurofix in 1000km kapsama alanı doğrulanmış oldu. Ayrıca kapsama alanının verici çıkış gücü, toprak geçirgenliği ve atmosferik koşulların bir fonksiyonu olduğu görüldü.

            Şehir bölgelerinde GPS devre dışı olduğu zamanlarda Loran-C erişiminin sorunsuz olduğu ve düzeltmelerin çok net alındığı görüldü. [4]

            1.3.4 Çok İstasyonlu Kullanım

            Sabit (Statik) ölçümlerde bazı hatalarar rastlandığı yukarıdaki açıkmalamalarda görüldü. Avrupa'da birçok Eurofix istasyonu göz önüne alındığındabunların kullanımının nasıl beraber olacağı ve RAAS oluşturacağı ölçülmeye çalışılmıştır.Diğer DGPS sistemlerinin aksine referans istasyonlar arasındaki birleştirilmiş düzeltmeyi Eurofix sisteminde kullanıcı yapmaktadır. Kullanıcının aynı anda i istasyondan j adet uydu ile ilgili düzeltme aldğını varsayarsak bu durumda kullanıcının i. uygu ile ilgili aldığı düzeltme herbir j istasyonu için farklı olacaktır. Bunu düzeltmek için enlem ve boylam kullanılarak bir lineerizasyon ile düzeltme fonksiyonu bulunmuştur. Bütün bu düzeltmeler ile hata oranının

Ads1222ız.pngqAdsız.png

Şekil 6-Tek İstasyon Hata Oranları                                      Şekil 7-Çoklu İstasyon Hata Oranları

           

           

SONUÇ VE DEĞERLENDİRME

            Eurofix'in 1989'da duyurulmasından sonra bu sistem çok gelişme kaydetmiştir. Bu sistemin uzun mesafelerde elde ettiği sonuçları RDF istasyonları orta mesafelerde bile elde edememiştir.

 

            Avrupa'da 1000 km yarıçapında bir alanı kapsayan birçok Loran-C istasyonu sayesinde bu sistem ile birçok alanda DGPS/DGLONASS sistemi kullanılabilmektedir. SA(Selective Availability) haricinde birçok hata düzeltilmiştir. Eurofix WAAS/EGNOS sistemleri kadar alan kaplamak ile bereber ilave bilgi taşıyabilmesi ve çok daha iyi düzeltme yapması açısıdan oldukça faydalıdır. Eurofix sistemi sadece Avrupa ve Amerika ile sınırlı kalmamış aynı zamanda Güney Kore'de de uygulama alanı bulmuştur.[5] Eurofix’in en önemli avantajlarından birisi de, bağlantısı kesil dahi daha önce aldığı düzeltmeler ile sadece Loran-C sinyalleri ile 10m hatanın altında çalışabilmesidir.

           

            Bu sistem sayesinde hava, deniz ve karada kullanıcılar şehir merkezlerinde bile DGPS imkanına sahip olabilecek %95 olasılıkla 3 metreden daha düşük hata ile mevki tesbiti yapabileceklerdir.

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KAYNAKÇA

 

A.KİTAPLAR

      1.Integrated Navigation System: Eurofix,Gerardus Wilhelmus Aloysius Offermans, Arthur Willem Sebastiaan Helwig,2003

 

B.MAKALELER

      1.Eurofix Installation & Checkout On FERNS Korean Transmitter,Gerard Offermans,Arthur Helwig,reelektronika bv, the Netherlands,Seagull Kim,IESTEC, Korea,International Loran Association,30thAnnual Convention and Technical Symposium

 

            2. New Views on the System Aspects of Eurofix,by D. van Willigen, G.W.A. Offermans,A.W.S. Helwig & E.J. Breeuwer,the 25th Annual Technical Symposium of the International Loran Association,San Diego, CA, November 3-7, 1996.

           

            3.EUROFIX: Definition and Cuirrent Status,D. van Willigen, G.W.A. Offermans and A.W.S. Helwig,Devt University of Technology,1998

 

            4.Euro®x System and its Developments, G. W. A. Offermans, A. W. S. Helwig and D. van Willigen, (Delft University of Technology),1998

 

C.İNTERNET

            1. http://loran.org  ( Erişim Tarihi: 3 Aralık 2013)

 

            2. http://rtcm.org/overview ( Erişim Tarihi: 3 Aralık 2013)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ek-1 Eurofix Gelişim Kronolojisi

 

1997 Şubat:

–Sylt (Germany) Loran-C Eurofix Entegrasyonu

–DGPS Referans İstasyonu Kurulması

1998 Mart:

–Wildwood (USA) Loran-C Eurofix Entegrasyonu

–DGPS Referans İstasyonu & Veri-link

1999 Nisan:

–Bryansk Chayka Eurofix Entegrasyonu

–DGPS ve DGlonass Referans İstasyonu

2000 Temmuz:

–4 NELS vericisi kurulumu, Lessay, Sylt, Bø & Værlandet

–DGPS Referans İstasyonları

2001 Ocak:

–4 NELS vericisi kurulumu, Lessay, Sylt, Bø & Værlandet

–DGPS Bütünleşik Monitör & Veri-link Bütünleşik Mönitör Kurulumu

 

 



[1]Euro®x System and its Developments

G. W. A. Offermans, A. W. S. Helwig and D. van Willigen

(Delft University of Technology)

[2]http://www.rtcm.org/overview.php

[3]New Views on the System Aspects of Eurofix

dr. Durk van Willigen, Gerard W.A. Offermans,

Arthur W.S. Helwig & Edward J. Breeuwer

Delft University of Technology

[4]Van Willigen, D. (1989). Euro®x. This Journal, 42, (3), 375±381, September, 1989.

[5] Eurofix Installation & Checkout On FERNS Korean Transmitter

Gerard Offermans, Arthur Helwig,reelektronika bv, the Netherlands

Seagull Kim,IESTEC, Korea,International Loran Association

30thAnnual Convention and Technical Symposium

Yorum Yaz
Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !