Mengungkap Cara Kerja GPS Receiver (Global Positioning System)

Contributed by YCØVM Donni Hanafi
Wednesday, 30 August 2006

Maret 1994, Satelit GPS NAVSTAR 24 unit serta 3 unit cadangan telah siap di orbit beroperasi untuk pengembangan teknologi navigasi diantaranya dapat dipergunakan untuk bahan penelitian, Sport, Pertanian, Militer, Pilot, Surveyor, Pendaki Gunung, Pengemudi, Nakhoda pelayaran, dan masih banyak lagi kegunaan alat ini. GPS adalah sistem navigasi berbasis satelit, terdiri dari jaringan 27 satelit (24 beroperasi, 3 cadangan) yang di tempatkan di orbit bumi oleh US Department of Defense (US DoD). Awalnya GPS diperuntukan bagi kepentingan militer (NavStar, nama yang diberi US DoD untuk GPS).

Pengembangan sistem GPS ini memakan biaya kurang lebih $ 12 Bilion secara khusus dibuat untuk US Military dengan saluran transmisi band “L.2″ .(1227.60 MHz). Selanjutnya sekitar tahun 1983-1984, pemerintah AS mengijinkan sistem yang dikembangkan untuk pertama kali dipergunakan oleh sipil. GPS dapat bekerja di segala cuaca, di manapun di seluruh belahan dunia, 24 jam perhari 7 hari selama seminggu, tanpa harus membayar biaya berlangganan atau pemasangan untuk penggunaan umum. Sistem Satelit GPS Satelit GPS NAVSTAR Produksi dari Rockwell International USA memiliki bobot ±1.900 Lbs dengan rentang solar panel 5,66 meter, memancarkan daya maksimal 50 Watt. Tiap satelit dibuat dengan masa kerja 7.5 tahun. Dua Puluh Empat (24) satelit yang membentuk jaringan itu mengorbit setinggi 17.120 km. Secara konstan bergerak, mengorbit mengelilingi Bumi dua kali per harinya (Orbit Periode setiap12 Jam) dengan kecepatan ±8.500 km per jam.

Orbit dari satelit-satelit ini didesign sedemikian rupa sehingga kapanpun, dimanapun di permukaan bumi, Receiver GPS akan dapat mengakses paling tidak 4 satelit. Daya listrik untuk satelit GPS dimemakai energi matahari dengan solar panel, selain itu baterai cadangan tersedia agar satelit bisa tetap bekerja saat gerhana matahari atau saat energi matahari tidak tersedia. Roket kecil berfungsi sebagai booster untuk memastikan dan mengkoreksi lintasan satelit mengorbit bumi secara tepat. Selain SystemGPS di orbit dengan ke 24 satelitnya serta 3 cadangan diperlukan pula stasiun pendukung dipermukaan bumi yang dipergunakan untuk memonitor kondisi dari satelite serta orbit satelit agar sesuai.

Navstar GPS system dikontrol oleh 5 Master ground Stasiun yang secara khusus memonitor satelit satelit GPS di angkasa yang berlokasi : Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein, dan Colorado Spring Satelit GPS mengelilingi bumi dua kali sehari dalam orbit yang amat presisi sambil memancarkan sinyal ke bumi. GPS receiver (kita sebut receiver saja) menerima informasi ini menggunakan metode Triangulasi untuk menghitung secara pasti di mana lokasi receiver.

Pada dasarnya, receiver membandingkan timing dalam micro second pulsa waktu dari sinyal yang ditransmisikan oleh satelit dengan timing pulsa waktu, yang diterima pada receiver dengan transmisi pseudo random code. Perbedaan waktu inilah yang akan memberitahu receiver seberapa jauh dan arah satelit berada darinya.

Setelah jarak diukur dengan sejumlah satelit GPS lainnya, receiver bisa. menentukan posisinya dalam koordinat lintang dan bujur derajat. Receiver harus mengunci paling tidak 3 satelit untuk menghitung posisi 2 dimensi (garis lintang dan garis bujur) dan lintasan pergerakan. Dengan 4 atau lebih satelit yang dapat di acess, receiver dapat menentukan posisi 3 dimensi (+ ketinggian). Sekali posisi dari pengguna dapat ditentukan, receiver GPS dapat juga menentukan informasi lain seperti kecepatan, lintasan yang telah dilewati, jarak perjalanan yang sudah ditempuh, jarak ke tempat tujuan, waktu sunrise dan sunset dan lain sebagainya.

Metode TriangulasiDengan menggunakan 3 Satelite Navstar serta metode triangulasi system GPS dapat menentukan posisi GPS Receiver dipermukaan bumi secara sangat akurat. Untuk pertama kali 3 unit satelite Navstar menentukan jarak antara satelite dan GPS Receiver dipermukaan bumi dengan perhitungan secara matematik. Satu Satelite Navstar mampu menangkap dan menghitung arah dan jarak sinyal dari GPS receiver sejauh 11.000 miles atau 17.600 km.

Satelite ke dua menentukan arah dan jarak sekitar 12.000 Miles (19.200km), dari dua satelite yang menentukan jarak dan arah GPS Receiver sudah terdapat titik temu di permukaan bumi, namun untuk lebih akurat lagi maka tugas Satelit ORARI Daerah Jakarta http://www.odj.or.id Powered by Joomla! Generated: 3 December, 2009, 23:42 ke 3 Navstar menentukan arah dan jarak GPS Receiver sejauh 13.000 mil (20.800km) dan masing masing satelit di orbit mempunyai sinyal ID dan selalu di transmisikan guna perhitungan yang lebih kompleks lagi dilakukan oleh Receiver GPS..

Menghitung dengan Atomic Clock Atomic clock berjalan tidak menggunakan atomic energi, tapi itu hanya nama kiasan dari oscillations of a particular atom dengan nama “Metronome” dan dapat bekerja secara akurat sebagai “Clock”, hingga kini masih terus dikembangkan teknologinya. Trilangulasi dalam ruang tiga dimensi agak rumit dijelaskan. Kita mulai saja dengan penjelasan sederhana dari triangulasi dua dimensi. Bayangkan Anda sedang berada di suatu tempat di Amerika, dan Anda benar-benar tersesat:(Anda bertemu dengan seorang penduduk setempat dan bertanya “Di mana saya sekarang berada?’. la menjawab “Anda berada 625 mil dari kota Boise, Idaho”. Informasi yang bagus, namun tetap saja belum bermanfaat untuk Anda. Anda bisa saja berada di titik mana pun seluas 625 mil dari kota Boise. Lalu Anda bertanya lagi kepada orang lain, di manakah Anda berada, dan dia mengatakan “Anda berada 690 mil dari kota Minneapolis, Minnesota”. Jika Anda mengkombinasikan informasi ini dengan informasi kota Boise, Andamendapatkan dua lingkaran yang saling berpotongan. Sekarang Anda tahu pasti Anda berada di antara perpotongan dua buah lingkaran tersebut.

Lalu, jika ada orang ketiga memberitahu bahwa Anda berada 615 mil dari kota Tucson, Arizona; Anda bisa membuang salah satu dari dua titik kemungkinan di atas, karena lingkaran yang ketiga akan berpotongan dengan salah satu titik. Nah sekarang Anda tahu secara pasti di mana Anda berada – di kota Denver, Colorado. Metoda triangulasi inilah yang digunakan satelit GPS untuk menentukan titik lokasi receiver. Untuk mendukung perhitungan triangulasi, receiver harus mengetahui dua hal:

1. Lokasi dari paling tidak 3 satelit yg dapat di akses
2. Jarak antara Anda dengan satelit-satelit tersebut.

Sinyal GPS

Satelit GPS mengirim dua sinyal transmisi gelombang radio dengan emisi “Code-Phase”dan “Carrier-Phase” untuk menghitung jarak Satelite dan GPS Receiver agar lebih akurat, dengan frekuensi L1(1,57542 GHz ) GPS transmisi Signal diperuntukan pengguna sipil dan L,2.(1227.60 MHz) US GPS transmisi Sinyal untuk keperluan militer dengan spesifikasi keakuratan serta Eror Correction lebih baik. Sinyal satelite GPS Navstar memancar menyorot permukaan bumi sesuai dengan karakter signal Microwave pada band sekitar 1.2- 1,5 GHZ, menembus awan, kaca dan plastik namun tidak akan bisa menembus benda padat/keras seperti bangunan atau gunung.

Sinyal GPS mengandung tiga informasi yaitu kode pseudorandom, data ephemeris dan data almanak. Sinyal transmisi dari satelit GPS merupakan sinyal identifikasi satelit saat sedang mengirim informasi terhadap GPS Receiver.

Selanjutnya Receiver GPS menghitung timing waktu rambatan gelombang dari satelite Navstar dengan menghitung selisih timing pulsa antara “pseudo random code” dari Receiver GPS bangkitkan dengan sinyal yang identik dari satelit GPS Navstar. Kelebaran freqwensi (Bandwidth) yang dibutuhkan untuk mentransmisikan pseudo random code sekitar 1 MHz, sehingga transmisi sinyal GPS ditransmisikan pada gelombang 20 cm atau sekitar 1.2 -1.5 GHZ. Perhitungan Sinyal pseudo random code-Data ephemeris adalah data yang selalu dikirim satelit, berisi informasi penting mengenai status satelit, data dan waktu terkini dari jam atom yang ada di satelit GPS, Bagian inilah yang sangat penting untuk menentukan posisi.

* Data almanak memberitahu receiver di manakah orbit setiap satelit seharusnya berada setiap waktu sepanjang hari. Faktor yang mengakibatkan error pada receiver sehingga menurunkan keakuratan informasi antara lain:
* Delay di ionosphere dan troposphere: sinyal satelit terganggu saat melewati atmosfir bumi lapisan ini terdapat di permukaan bumi pada ketinggian 50 – 500 km. Partikel partikel yang terionisasi pada lapisan ini membuat pengaruh pada GPS sinyal sehingga mengakibatkan salah satu penyebab eror tertinggi dalam penentuan jarak dan lokasi pada ORARI Daerah Jakarta http://www.odj.or.id Powered by Joomla! Generated: 3 December, 2009, 23:42 GPS Receiver. Sedangangkan lapisan Troposphere berada ketinggian 50 Km kebawah sampai dengan permukaan bumi yang selalu mengalami perubahan temperature tekanan awan ,debu, hanya relatif sedikit sebagai mengganggu sinyal transmisi dari Satelit GPS yang menjadi penyebab eror atau kesalahan perhitungan dari GPS Receiver.
* Signal multipath: terjadi ketika sinyal GPS dipantulkan oleh gedung tinggi atau permukaan padat seperti pegunungan sebelum sinyal mencapai receiver. Hal Ini menambah lama waktu perjalanan sinyal (timing), karena itu menyebabkan error pada perhitungan Receiver GPS.
* Error pada clock di receiver. Built-in Clock di receiver tidak seakurat atomic clock yang ada di satelit GPS. Maka dari itu, akan mudah terjadi error dalam penentuan waktu.
* -Orbital (ephemeris) error, hal ini terjadi akibat ketidakakuratan laporan lokasi satelit.
* Jumlah satelit terlihat: Semakin banyak satelit yang bisa Acess oleh receiver, semakin akurat informasi yang didapat. Bangunan, kontur bumi, interferensi peralatan elektronika atau bahkan rimbun dedaunan, dapat mengganggu penerimaan sinyal yang menyebabkan kesalahan posisi. Receiver biasanya tidak bisa bekerja di dalam ruangan, di dalam air atau di bawah tanah.
* Geometri satelit: Ini merujuk pada posisi relatif satelit di suatu waktu tertentu. Geometri satelit ideal terjadi ketika satelit berada di sudut yang lebar relatif terhadap satelite lainnya. Geometry yang buruk terjadi ketika satelit berada satu garis atau jarak yang terlalu dekat dengan yang lainnya mengakibatkan melesetnya perhitungan yang dilakukan receiver GPS Teknologi GPS di Eropa telah trend sejak tahun 2000 lalu, semua jenis kendaraan telah dilengkapi dengan GPS

Receiver sebagai alat Navigator Otomatis. Perkembangan GPS juga telah melibatkan negara Rusia, yang akhitr-akhir ini mencapai kata kesepakatan dengan Amerika untuk mensinergikan system GPS yang telah beroperasi penuh sejak 1994. Selain dua system satelite tersebut Uni Eropa juga merencanakan System Navigasi dengan nama Galileo. Peluncuran pertama akan dilaksanakan akhir tahun 2006,Peluncuran Galileo terdiri dari 30 satelit mengorbit bumi dan diperkirakan akan beroperasi pada tahun 2012, System GPS Galileo merupakan penyempurnaan dari teknologi terdahulu dengan kelebihan kemampuan di operasikan di celah celah gedung bertingkat dan juga di dalam ruangan sekalipun dan tidak menutup kemungkinan suatu saat nanti GPS Receiver dapat beroperasi di dalam tanah dan air.