Memahami GPS   Leave a comment

GPS (Global Positioning System) merupakan sistem navigasi satelit yang dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat (US DoD = United States Department of Defense). GPS memungkinkan kita mengetahui posisi geografis kita (lintang, bujur, dan ketinggian di atas permukaan laut). Jadi dimanapun kita berada di muka bumi ini, kita dapat mengetahui posisi kita dengan tepat.
GPS terdiri dari 3 segmen: Segmen angkasa, kontrol/pengendali, dan pengguna:
• Segmen angkasa: terdiri dari 24 satelit yang beroperasi dalam 6 orbit pada ketinggian 20.200 km dan inklinasi 55 derajat dengan periode 12 jam (satelit akan kembali ke titik yang sama dalam 12 jam). Satelit tersebut memutari orbitnya sehingga minimal ada 6 satelit yang dapat dipantau pada titik manapun di bumi ini. Satelit tersebut mengirimkan posisi dan waktu kepada pengguna seluruh dunia.
• Segmen Kontrol/Pengendali: terdapat pusat pengendali utama yang terdapat di Colorodo Springs, dan 5 stasiun pemantau lainnya dan 3 antena yang tersebar di bumi ini. Stasiun pemantau memantau semua satelit GOS dan mengumpulkan informasinya. Stasiun pemantau kemudian mengirimkan informasi tersebut kepada pusat pengendali utama yang kemudian melakukan perhitungan dan pengecekan orbit satelit. Informasi tersebut kemudian dikoreksi dan dilakukan pemuktahiran dan dikirim ke satelit GPS.
• Segmen Pengguna: Pada sisi pengguna dibutuhkan penerima GPS (selanjutnya kita sebut perangkat GPS)yang biasanya terdiri dari penerima, prosesor, dan antena, sehingga memungkinkan kita dimanapun kita berada di muka bumi ini (tanah, laut, dan udara) dapat menerima sinyal dari satelit GPS dan kemudian menghitung posisi, kecepatan dan waktu.

Bagaimana cara kerja GPS?
Setiap satelit mentransmisikan dua sinyal yaitu L1 (1575.42 MHz) dan L2 (1227.60 MHz). Sinyal L1 dimodulasikan dengan dua sinyal pseudo-random yaitu kode P (Protected) dan kode C/A (coarse/aquisition). Sinyal L2 hanya membawa kode P. Setiap satelit mentransmisikan kode yang unik sehingga penerima (perangkat GPS) dapat mengidentifikasi sinyal dari setiap satelit. Pada saat fitur ”Anti-Spoofing” diaktifkan, maka kode P akan dienkripsi dan selanjutnya dikenal sebagai kode P(Y) atau kode Y.
Perangkat GPS yang dikhususkan buat sipil hanya menerima kode C/A pada sinyal L1 (meskipun pada perangkat GPS yang canggih dapat memanfaatkan sinyal L2 untuk memperoleh pengukuran yang lebih teliti.
Perangkat GPS menerima sinyal yang ditransmisikan oleh satelit GPS. Dalam menentukan posisi, kita membutuhkan paling sedikit 3 satelit untuk penentuan posisi 2 dimensi (lintang dan bujur) dan 4 satelit untuk penentuan posisi 3 dimensi (lintang, bujur, dan ketinggian). Semakin banyak satelit yang diperoleh maka akurasi posisi kita akan semakin tinggi. Untuk mendapatkan sinyal tersebut, perangkat GPS harus berada di ruang terbuka. Apabila perangkat GPS kita berada dalam ruangan atau kanopi yang lebat dan daerah kita dikelilingi oleh gedung tinggi maka sinyal yang diperoleh akan semakin berkurang sehingga akan sukar untuk menentukan posisi dengan tepat atau bahkan tidak dapat menentukan posisi.
Bagaimana GPS digunakan?
Perangkat GPS menerima sinyal dari satelit dan kemudian melakukan perhitungan sehingga pada tampilan umumnya kita dapat mengetahui posisi (dalam lintang dan bujur), kecepatan, dan waktu. Disamping itu juga informasi tambahan seperti jarak, dan waktu tempuh. Posisi yang ditampilkan merupakan sistem referensi geodetik WGS-84 dan waktu merupakan referensi USNO (U.S. Naval Observatory Time).
Siapa yang dapat menggunakan GPS?
GPS dipergunakan pada berbagai bidang antara lain, sistem navigasi pesawat, laut dan darat, pemetaan dan geodesi, survei, sistem penentuan lokasi, pertanian, eksplorasi sumber daya alam, dan masih banyak lagi.
Apakah GPS itu gratis?
Teknologi GPS dapat digunakan oleh siapa saja, yang kita butuhkan hanya membeli perangkat penerima GPS dan selanjutnya informasi posisi dapat kita dapatkan tanpa membayar apapun.

Bagaimana akurasi GPS?
GPS memiliki dua tingkat ketelitian:
• Sistem posisi standar (standard positioning system / SPS)
SPS merupakan yang disediakan untuk umum (sipil). Tingkat akurasi yang dihasilkan adalah 100 m untuk posisi horisontal dan 150 meter untuk posisi vertikal.
• Sistem posisi presisi (precision positioning system / PPS)
PPS digunakan oleh Departemen Pertahanan AS dan tidak disediakan untuk umum.
Sejak Mei 2000, Pemerintah AS telah meningkatkan akurasi untuk SPS dengan menon-aktifkan SA (selective availability) hingga 20 meter untuk posisi horisontal.
Apa saja perangkat GPS itu?
Perangkat GPS ada bermacam-macam dan umumnya tergantung dari tujuan dan aktivitas yang akan kita lakukan. GPS untuk udara (aviation GPS) akan berbeda arsitekturnya dengan yang akan kita gunakan untuk navigasi di darat/mobil. Secara umum perangkat GPS dibagi menjadi 3 (tiga) fungsi yaitu navigasi udara (aviation), laut (marine) dan darat (land).
Apakah GPS juga Kompas?
GPS itu bukan Kompas magnetik, kecuali disebutkan bahwa perangkat GPS tersebut memiliki fungsi sebagai kompas magnetik sehingga anda tahu dimana arah Utara. Namun demikian GPS dapat memberitahu arah mana kita BERGERAK, sehingga kita dapat mengetahui dimana arah Utara. Apabila anda tidak bergerak, maka arah yang ditnjukkan kemungkinan benar SALAH.
Perangkat GPS apa yang cocok buat saya?
Mulai saja dengan perangkat GPS yang sederhana. Selain harganya terjangkau dan anda bisa membiasakan diri menggunakan GPS dan mengerti kebutuhan anda yang sebenarnya. Ada beberapa vendor GPS yang tersedia, diantaranya Garmin, Magellan, Trimble, dan Leica. Hal yang paling penting adalah, apapun perangkat GPS yang anda beli, pastikan bahwa perangkat tersebut memiliki 12 channel penerima untuk mendapatkan hasil yang memuaskan.
Saya memiliki GPS dan saya tetap tersesat!!
Masalahnya bukan pada GPS-nya, tetapi cara anda menggunakannya. Anda harus memahami cara kerja perangkat GPS anda dengan baik. Luangkan waktu untuk membaca manual dan petunjuk pemakaian.
Saya memiliki PDA, apakah dapat memiliki fungsi GPS juga?
Anda dapat menambahkan perangkat GPS pada PDA anda. Anda dapat memilih perangkat GPS-CF atau Bluetooth GPS, atau bahkan perangkat GPS biasa. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya. Silahkan googling aja dech kalo mau tau banyak . Intinya, PDA anda ditambahkan perangkat GPS dan instalasi perangkat lunak yang mendukung dan selanjutnya silahkan bergembira dengan GPS anda. Bagaimana menyambungkan perangkat tersebut dengan PDA anda, semuanya diterangkan dengan jelas dalam manual perangkat GPS yang bluetooth atau CF yang anda beli.
Apakah Ponsel (Hand Phone) bisa ditambahkan perangkat GPS?
Beberapa ponsel sudah dilengkapi dengan GPS, contohnya Garmin NavTalk dan HP IPAQ hw6515. Beberapa ponsel bisa ditambahkan perangkat GPS antara lain SE P910i, Nokia beberapa tipe.

Sistem Kedudukan Sejagat
Sistem Kedudukan Sejagat atau Sistem Penentududukan Sejagat (bahasa Inggeris: Global Positioning System, GPS) merujuk kepada sistem yang menentukan kedudukan seseorang melalui rujukan silang dengan satelit yang mengelilingi Bumi. Ia merupakan satu-satunya sistem pandu arah satelit yang berfungsi hari ini. Sekumpulan antara 24 dan 32 satelit memancarkan isyarat masa jitu menggunakan radio kepada penerima GPS, yang membolehkan kedudukannya (longitud, latitud dan altitud) dikenal pasti dalam apa jua cuaca, siang dan malam di mana-mana di Bumi.

Sejak mula beroperasi pada 1993, GPS telah menjadi kemudahan sejagat yang penting, amat diperlukan untuk pandu arah moden di darat, laut dan udara di serata dunia, selain menjadi alat penting dalam pembuatan peta dan pengukuran tanah. GPS juga memberikan rujukan masa jitu, seperti yang diperlukan dalam telekomunikasi dan sesetengah kajian saintifik, termasuklah kajian mengenai gempa bumi.

Pada mulanya GPS direka untuk tujuan ketenteraan oleh Jabatan Pertahanan Amerika Syarikat bagi mengendali sistem pensasaran peluru berpandu semasa Perang Dingin, tetapi kini ia telah digunakan bagi kegunaan awam. Nama rasminya ialah NAVSTAR GPS dan ia dikawal selia dari Kem Tentera Udara Schriever di Colorado. Kos penyelenggaraan sistem ini ialah US$400 juta setahun.

GPS mula diaktifkan untuk umum pada 17 Julai 1995. Mulai Ogos 2000, Sistem Penambahan Luas-Kawasan (WAAS) meningkat ketepatan isyarat GPS sehingga 2 untuk penerima GPS yang sesuai. Dengan menggunakan teknik tertentu seperti Pembezaan GPS (DGPS), kejituan GPS boleh mencapai 1 cm untuk jarak dekat.

Kegunaan
Ketenteraan: GPS membolehkan peluru berpandu menepati sasaran, dan juga memperbaiki pemerintahan dan pengawalan tentera melalui kesedaran lokasi yang bertambah. Penerima GPS awam mempunyai had secepat mana maklumat mengenai kelajuan dan altitud sesuatu koordinat dikemaskini bagi mengelakkan pihak lain menggunakannya untuk tujuan penyasaran peluru berpandu.

* Pandu arah:
GPS digunakan di seluruh dunia sebagai pembantu pandu arah dalam kereta, pesawat dan kapal. Sistem ini juga boleh digunakan dalam mesin penuai, trak lombong dan lain-lain. Penerima GPS tangan boleh digunakan oleh pendaki gunung dan pengembara. Penerima GPS murah seringkali diberkaskan dengan PDA, komputer kereta ataupun sistem pengesan kenderaan.
* Pengukuran: Peninjau dan pengukur tanah menggunakan alat GPS yang lebih mahal dan tepat untuk mencari sempadan, struktur dan penanda tinjauan, dan untuk pembinaan jalan.
* GPS dalam kapal terbang: Kebanyakan sistem penerbangan membenarkan kegunaan alat GPS biasa dalam penerbangan, kecuali ketika mendarat dan berlepas, sama seperti alat elektronik lain. Larangan menggunakan GPS biasanya disebabkan oleh isu keselamatan, iaitu tidak mahu penumpang memetakan jalan penerbangan. Sebaliknya, sesetengah penerbangan pula menyepadukan GPS ke dalam sistem hiburan penerbangan.

Sistem tetap juga boleh menggunakan GPS, untuk mendapat masa yang tepat. Antena di bumbung pondok ini mengandungi eksperimen saintifik yang memerlukan kejituan masa.

* Rujukan masa jitu:
Banyak sistem penyegerakan menggunakan GPS sebagai sumber masa yang tepat. Contohnya ketika menggunakan penderia semasa dalam eksperimen seismologi, GPS boleh digunakan untuk merekod masa tepat sesuatu aktiviti berlaku.

Jam atom pada satelit diset pada “masa GPS”, iaitu bilangan saat sejak 00:00:00 UTC, 6 Januari 1980. Hari ini, masa GPS adalah cepat 14 saat berbanding UTC, disebabkan ia tidak mempunyai saat lompat. Jadi setiap penerima akan menambahkan pengimbang masa (yang turut dipancarkan secara berkala) untuk menunjukkan waktu UTC atau waktu tempatan dengan betul.

Penerangan teknikal
Satelit
Sistem GPS menggunakan kumpulan sekurang-kurang 24 satelit aktif di orbit bulatan pertengahan. Kumpulan ini mempunyai tiga satelit simpanan, sekiranya ada yang rosak. Setiap satelit mengelilingi Bumi dua kali tepat setiap hari pada altutud 20,200 km. Orbit ini dijajarkan supaya sekurang-kurang empat satelit terletak dalam garis penglihatan (LoS) dari mana-mana tempat di Bumi. Terdapat empat satelit dalam setiap daripada enam satah orbit. Setiap orbit dicondongkan 55 darjah daripada satah khatulistiwa, dan jarak hamal nod naikan berbeza 60 darjah.

Jalan penerbangan satelit ini diukur oleh lima stesen monitor di seluruh dunia (Hawaii, Kwajalein, Pulau Ascension, Diego Garcia, Colorado Springs). Stesen utama Kem Tentera Udara Schriever akan memproses cerapan ini dan menghantar sebarang pengemaskinian melalui stesen di Pulau Ascension, Diego Garcia dan Kwajalein. Kemaskini tersebut menyelaraskan jam atom setiap satelit sehingga 1 mikrosaat, dan juga membetulkan efemeris model orbit dalaman satelit supaya sepadan dengan pemerhatian satelit tersebut dari darat.

Setiap satelit berulangkali memancarkan waktu tepat mengikut jam atomnya bersama-sama dengan paket data. Data tersebut mengandungi unsur berorbit kedudukan jitu satelit, mesej status satelit, dan almanak anggaran kedudukan setiap satelit aktif lain. Almanak ini mebolehkan penerima GPS menggunakan data daripada isyarat satelit yang paling kuat untuk mencari satelit lain.

Penerima
Penerima GPS mengira kedudukan sekarangnya (latitud, longitud, altitud) dan masa tepat, menggunakan proses penigasegian. Ini melibatkan pengukuran jarak kepada sekurang-kurangnya empat satelit dengan membandingkan penghantaran isyarat masa berkod (kod PRN) satelit. Penerima mengira orbit setiap satelit berasaskan maklumat yang terdapat dalam isyarat radio, dan mengukur jarak ke setiap satelit, dipanggil julat semu, daripada kelambatan masa isyarat dihantar sehingga diterima.

Untuk mengukur kelambatan tersebut, satelit itu berulang kali menghantar jujukan pseudorawak sepanjang 1,023 bit; penerima akan mengira jujukan yang sama daripada satu nombor benih yang diketahui, dan menganjaknya sehingga kedua-dua jujukan sepadan. Setiap satelit menggunakan jujukan yang berlainan, yang membolehkan mereka berkongsi frekuensi radio yang sama, menggunakan capaian pemultipleks pembahagian kod (CDMA), sementara membolehkan penerima mengenal pasti setiap satelit.

Apabila kedudukan dan jarak setiap satelit diketahui, penerima sepatutnya secara teori berada di persimpangan empat sfera khayalan, satu disekeliling setiap satelit, dengan jejari bersamaan kelambatan masa antara satelit dan penerima dikali dengan laju isyarat radio. Pada praktiknya, pengiraan GPS adalah lebih runit kerana beberapa sebab. Satu kerumitan ialah penerima GPS tidak mempunyai jam atom, jadi waktu jitu isyarat diterima tidak diketahui. Mujurlah jam penerima yang sederhana itu boleh memberikan perbandingan tepat masa isyarat satelit berbeza. Penerima dapat menentukan dengan tepat bila isyarat diterima dengan melaraskan jam dalamannya (dan oleh itu jejari sfera) supaya semua sfera itu bertembung berhampiran satu titik.

Salah satu masalah terbesar ketepatan GPS ialah keadaan atmosfera yang berubah akan menukar kelajuan isyarat GPS semasa melalui ionosfera. Kesan ini dikurangkan jika satelit berada tepat di atas dan bertambah apabila mengampiri ufuk, kerana isyarat satelit harus merambat melalui “ketebalan” ionosfera yang lebih apabila sudut bertambah. Apabila kedudukan kasar diketahui, satu model matematik dalaman boleh digunakan untuk menganggar dan membetulkan ralat.

Disebabkan kelambatan ionosfera menjejaskan kelajuan gelombang radio mengikut frekuensi, jalur frekuensi kedua (L2) digunakan untuk membantu menghapuskan ralat ini. Sesetengah penerima tentera dan tujuan-pengukuran yang mahal boleh membandingkan perbezaan antara frekuensi L1 dan L2 untuk mengukur lambatan atmosfera dan membetulkan dengan tepat.

Isyarat GPS juga boleh terjejas akibat isu berbilang laluan, di mana isyarat radio dipantulkan oleh persekitaran – bangunan, dinding ngarai, tanah keras dan lain-lain. Kelambatan ini akan mengurangkan kejituan. Pelbagai teknik penerima, contohnya “langkauan pengkorelasi sempit”, telah dimajukan mengurangkan ralat ini. Untuk lambatan berbilang laluan yang lama, penerima boleh mengenal isyarat tersebut dan menolaknya. Untuk lambatan yang singkat yang dipantul tanah, antena khas boleh digunakan. Ralat ini lebih sukar disaring kerana ia hanya lambat sedikit daripada isyarat yang diterima terus, sukar dibezakan daripada naik turun biasa yang disebabkan oleh lambatan atmosfera.

Banyak penerima GPS boleh menghantar data kedudukan ke PC ataupun peranti lain menggunakan protokol NMEA 0183. Yang terbaru ialah NMEA 2000. Kedua-duanya tidak percuma, dimiliki oleh National Marine Electronics Association (NMEA) di AS. Namun begitu, terdapat alat sumber terbuka seperti gpsd yang boleh membaca protokol NMEA tanpa melanggar undang-undang hak harta intelektual.

Frekuensi
Terdapat beberapa frekuensi dalam spektrum elektromagnet GPS:

* L1 (1575.42 MHz):
Membawa kod kasar-pemerolehan (coarse-acquisition) (C/A) yang boleh digunakan umum serta kod ketepatan (precision) P(Y) rahsia.
* L2 (1227.60 MHz):
Biasanya cuma membawa kod P(Y). Kunci penyulitan kod ini dikawal ketat oleh kerajaan AS dan biasanya hanya diberikan kepada tentera. Kunci ini ditukar setiap hari. Bagaimanapun, beberapa pembuat penerima GPS atasan memajukan teknik menggunakan isyarat ini walaupun tanpa kunci (cara yang berbelit-belit) untuk menambahkan kejituan dan mengurangkan ralat lambatan ionosfera. Akibatnya, satelit IIR-M moden kini turut memancarkan isyarat awam yang disisipkan kepada isyarat ketenteraan pada L1 dan L2.
* L3 (1381.05 MHz):
Membawa isyarat untuk fungsi lain GPS iaitu mengesan pelancaran peluru berpandu/roket (tambahan kepada satelit ketenteraan) dan letupan nuklear.
* L4 (1841.40 MHz):
Dalam kajian untuk pembetulan ionosfera tambahan.
* L5 (1176.45 MHz):
Dicadangkan untuk isyarat keselamatan jiwa (SoL). Frekuensi ini terletak dalam julat yang dilindungi antarabangsa untuk pandu arah penerbangan, menjanjikan tiada atau sedikit sahaja gangguan dalam semua keadaan. Satelit Blok IIF yang boleh menyediakan isyarat ini dijadualkan dilancarkan pada 2009.[1]

GPS dan kerelatifan

Jam pada satelit dipengaruhi oleh kerelatifan khas dan am, yang menyebabkan mereka menjadi lebih laju sedikit daripada jam di permukaan Bumi. Perbezaannnya adalah sekitar 38 mikrosaat setiap hari. Sebagai penyelesaian, piawai frekuensi di atas satelit diperlahankan sedikit daripada yang sepatutnya di Bumi, iaitu pada 10.22999999543 MHz berbanding 10.23 MHz.[2] Pengimbangan ini merupakan tunjuk cara praktikal teori kerelatifan dalam sistem dunia-sebenar; ia berfungsi betul-betul seperti yang diramalkan dalam teori, tertakhluk kepada kejituan ukuran.

Pengesanan GPS

Sistem pengesan GPS menggunakan GPS untuk menentukan kedudukan kenderaan, orang atau binatang peliharaan dan merekod kedudukan tersebut secara berkala untuk mendapatkan fail jejakan atau log aktiviti. Data yang dirakam boleh disimpan dalam unit pengesan tersebut, atau dihantar ke lokasi utama, atau komputer berinternet, mnggunakan modem selular, radio 2-hala, atau satelit. Ini membolehkan data dilaporkan dalam masa sebenar, menggunakan sama ada alat berasaskan pelayar web atau perisian khusus.

Penyesakan GPS

Mana-mana sistem pandu arah radio, termasuklah yang berasaskan satelit boleh disesakkan. Tentera udara AS pernah membuat latihan penyesakan pada 2003 dan turut memiliki keupayaan anti-olokan. Pada 2002, penerangan terperinci cara membina penyesak jarak dekat GPS L1 C/A pernah dipos di tapak penggodam oleh orang yang tidak diketahui. Terdapat juga satu kes yang didokumenkan mengenai penyesakan tidak sengaja oleh sebuah prapenguat antena TV yang rosak. Jika isyarat penyesakan tersebut lebih kuat, ia boleh mengganggu penerima penerbangan GPS yang terletak dalam garis penglihatan. Selain itu, isyarat GPS juga boleh diganggu oleh ribut geomagnet tabii, terutamanya pada latitud besar.

Penyesak GPS sebesar kotak mancis dikatakan boleh didapati dari Rusia, namun keberkesanannya dipersoalkan selepas digunakan semasa serangan ke atas Iraq. Sesetengah pegawai AS percaya penyesak boleh digunakan untuk menarik peluru berpandu ke struktur awam, manakala yang lain pula langsung tidak percaya ia berkesan. Apa-apapun, penyesak boleh menjadi sasaran peluru anti-sinaran. Penyesak berkuasa rendah mungkin kurang berkesan dan yang berkuasa tinggi senang dikesan dan dimusnahkan.

Sistem lain

Rusia mempunyai sistem asing dipanggil GLONASS (global navigation system), walaupun dengan cuma 12 satelit pada 2004, ia tidak begitu berguna. Terdapat usaha untuk mengembalikan GLONASS ke status penuh menjelang 2008. Kesatuan Eropah pula sedang memajukan Galileo sebagai alternatif kepada GPS, dijangka beroperasi mulai 2013. China juga sedang memajukan sistem pandu arah satelit yang dipanggil COMPASS.

Posted 24 Agustus 2011 by hartoyosbk in Tehnik Sains

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d blogger menyukai ini: