Yer tabanlı destek sistemleri için uyarlamalı bölgesel iyonküre izleme yöntemi geliştirilmesi

Hava araçlarının inişleri esnasında doğruluğu yüksek konumlama bilgisini sağlayabilmek amacıyla, hava alanlarına yerleştirilmiş Yer Tabanlı Destek Sistemleri (YTDS) kullanılmaktadır. YTDS'ler birbirlerine göre belli mesafelerde konumlandırılmış GPS alıcı istasyonları ve bu alıcıların verilerini işleyerek anlamlandıran merkez istasyondan meydana gelir. GPS işaretleri uydudan alıcıya gelirken iyonkürenin değişken elektron yoğunluğu nedeniyle zamanda farklı gecikmelere uğrar. Bu durum GPS alıcıların konum kestirimlerinde 40 m'ye varan hatalara neden olur. YTDS iyonküre kaynaklı konum hatalarını algılayabilmek ve düzeltebilmek amacıyla bölgesel iyonküre izleme algoritmaları kullanmaktadır. İyonküre izleme algoritmalarında iyonkürede meydana gelen değişimleri gözlemleyebilmek için iyonküre gecikmeleri kullanılır. İyonküredeki elektron yoğunluğunun bir ifadesi olan Eğik Toplam Elektron İçeriği (ETEİ) kestirimlerinden elde edilir. ETEİ kestirimleri çift frekanslı GPS alıcılarının ölçüm dosyaları ve uydulara ait yanlılık bilgileri kullanılarak kestirilir. İyonkürede meydana gelen bir bozulma ETEİ verileri üzerinde sinüs biçimli değişimler veya ani yükselişler olarak gözlemlenir. Birbirine yakın iki GPS alıcısının iyonküre eğik gecikmeleri arasındaki farkın alıcılar arasındaki uzaklığa bölünmesiyle bulunan değer iyonküresel gradyant olarak tanımlanır. İzleme algoritmalarında birkaç günlük veya birkaç yıllık ölçümlere göre aynı uyduya bakan, alıcı çiftlerinden hesaplanan gradyant değerleri kullanılarak bir güvenli seviye tanımlanır ve bu eşik seviyeyi aşan değişimler iyonküre tehdidi olarak kabul edilir. Ancak mevcut sistemlerde algılanan bozulmaların parametresi kestirilmemekte ve zamanda takibi yapılmamaktadır. Kullanılan gradyant eşik değerleri yön ve saatlere göre sabittir. Bu durum iyonküre izleme algoritmalarının hatalı sezim olasılıklarını oldukça artırmaktadır. Ayrıca, mevcut sistemlerde kullanılan izleme algoritmaları yaklaşık 150 km bandı gibi yerel bir alanda çalışmaktadır. Bu tez çalışmasında, iyonküre izleme algoritmalarına girdi olabilecek yakın gerçek zamanda daha geniş bölgeleri kapsayarak çalışabilen, bozulmaları algılayıp parametre kestirimlerini gerçekleştiren sistematik ve stokastik bir yöntem önerilmiştir. Bölgedeki tehditlerin zamandaki değişimlerini inceleyebilmek için bozulmaların zamandaki değişim hızı yoğunluğunu ifade eden 'Differential Rate of TEC' (DROT) parametresi Türkiye üzerinde bulunan GPS istasyonları ve uyduları için hesaplanmıştır. Hesaplanan DROT değerleri genliklerine göre kategorilere ayrılarak tehdit sınıfları oluşturulmuş ve bu sınıfların zamanda oluşum sıklıkları incelenmiştir. Bozulma sınıflarının oluşum sıklıklarında literatürdeki bilgilerle örtüşen 8-9 saatten 15-16 güne kadar değişebilen periyodik yönsemeler olduğu bulunmuştur. İyonküre bozulmalarının uzay-zamanda değişimlerini inceleyebilmek için de mevcut iyonküre izleme algoritmalarında kullanılan gradyant değerleri her uydu-alıcı için hesaplanmıştır. Hesaplanan gradyant değerleri üzerinden farklı uydu yönleri, farklı zaman dilimleri ve farklı istasyon uzaklık gruplarına göre gradyant yönsemeleri bulunarak yönsemelere ait parametrik Olasılık Yoğunluk Fonksiyonları (OYF) kestirilmiştir. Yarım güneş döngüsü boyunca gerçekleştirilen analizlerde en yüksek gradyant değerinin 25 mm/km olduğu ve bozulmaların yönsemesinin konum, zaman ve yönlere göre değiştiği sonucu elde edilmiştir. DROT ve gradyant analizleri gerçekleştirilerek Türkiye iyonküresi için bozulmaların konum ve zaman değişimlerini gösteren çok geniş bir veritabanı oluşturulmuştur. Yakın gerçek zamanda çalışabilen iyonküre tehdit izleme algoritmasının birinci basamağında ETEİ değerleri üzerinden Krigleme yöntemlerine dayalı aradeğerleme yapılarak, yüksek çözünürlüklü ETEİ haritaları kestirimi için IONOLAB-SMAP algoritması geliştirilmiştir. IONOLAB-SMAP ile iyonkürenin geniş anlamda durağan kabul edildiği 15 dakikalık süre boyunca kestirilen yüksek çözünürlüklü ETEİ haritası, bozulmaların yön, dalga boyu ve genliklerini kestirebilen yöntemin ikinci basamağı olarak iki boyutlu Varyasyonel Kip Ayrıştırımı algoritması tabanlı parametre kestirim yöntemine girdi sağlamaktadır. ETEİ haritalarındaki alt yüzey ve parametre kestirim yönteminin başarımını belirleyebilmek amacıyla tek bileşenli ve çok bileşenli sinüs biçimli sentetik yüzeyler DROT ve gradyant veri tabanlarındaki bilgilere göre oluşturularak bozulma parametrelerinin kestirim başarımları belirlenmiştir. Geliştirilen parametre kestirim yöntemi literatürde çok kuvvetli birden fazla büyük ölçekli bozulma olduğu bildirilen Aziz Patrick Günü (17 Mart 2015) için Avrupa ve Türkiye üzerinde uygulanarak, elde edilen sonuçlar literatürde bildirilen sonuçlar ile karşılaştırılıp doğrulanmıştır. Uygulama sonucunda farklı enerjilere sahip, enlemde 32°, 16° ve 5-8° arasında dalga boyuna sahip kutuplardan ekvatora doğru ilerleyen bozulmalar tespit edilerek zaman içinde parametre kestirimleri elde edilmiştir.