Senin, 10 Desember 2012

Global Positioning System (GPS)


                                                GLOBAL POSITIONING SYSTEM  

1.1 GPS (Global Positioning System) 
adalah sistem satelit navigasi dan penentuan posisi. Sistem ini didisain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga-dimensi serta informasi mengenai waktu, secara kontinyu di seluruh 


dunia tanpa bergantung waktu dan cuaca, bagi banyak orang secara simultan

1.2  Kemampuan GPS
Beberapa kemampuan GPS  antara lain dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan waktu secara cepat, akurat, murah, dimana saja di bumi ini tanpa tergantung cuaca. Ketelitian penentuan posisi dari GPS dapat mencapai beberapa mm, untuk ketelitian kecepatan dapat mencapai beberapa cm/s, dan untuk ketelitian waktu dapat mencapai beberapa nanodetik.
Untuk tingkat ketelitian posisi sangat tergantung pada beberapa faktor yaitu metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian data, dan metode pengolahan datanya.


1.3   Segmen Penyusun Sistem GPS

Secara umum ada tiga segmen dalam sistem GPS yaitu segmen segmen satelit, segmen kontrol, dan segmen pengguna.


Gambar 1. Segmen Sistem GPS

- segmen satelit
Satelit GPS dapat dianalogikan sebagai stasiun radio angkasa, yang diperlengkapi dengan antena-antena untuk mengirim dan menirima sinyal-sinyal gelombang. Sinyal-sinyal ini selanjutnya diterima oleh receiver GPS di permukaan bumi atau dekat permukaan bumi, dan digunakan untuk menentukan informasi posisi, kecepatan, maupun waktu. Satelit GPS yang terdapat di orbit berjumlah 24 satelit, dibagi dalam 6 (enam) bidang orbit. Lintasan orbit mendekati lingkaran dan berjarak dari bumi 20.200 km dengan periode orbit 12 jam.




Gambar 2. Konfigurasi Satelit GPS
- Segmen Kontrol
Secara umum segmen sistem kontrol berfungsi mengontrol dan memantau operasional satelit dan memastikan bahwa satelit berfungsi sebagaimana mestinya. Segmen kontrol ini terdiri dari Master Control Station (MCS) + Monitor Station (MS), Monitor Station (MS) dan Groun Antena Station (GAS).
Untuk MCS terletak di Colorado Springs (USA), skema kerja segmen kontrol seperti gambar berikut :


Gambar 3.  Skema Kerja Sistem Kontrol

- Segmen Pengguna
Segmen pengguna terdiri dari para pengguna satelit GPS di manapun berada. Dalam hal ini alat penerima sinyal GPS (GPS receiver) diperlukan  untuk menerima dan memproses sinyal-sinyal dari satelit GPS untuk digunakan dalam penentuan posisi, kecepatan dan waktu. Komponen utama dari suatu receiver GPS secara umum adalah antena dengan pre-amplifier, bagian pengidentifikasi sinyal dan pemroses sinyal, pemroses mikro untuk pengontrolan receiver, data sampling dan pemroses data (solusi navigasi), osilator presisi, catu daya, unit perintah dan tampilan, dan memori serta perekam data.

1.4 Prinsip penentuan posisi dengan GPS

Prinsip penentuan posisi dengan GPS yaitu menggunakan metode reseksi jarak, dimana pengukuran jarak dilakukan secara simultan ke beberapa satelit yang telah diketahui koordinatnya. Pada pengukuran GPS, setiap epoknya memiliki empat parameter yang harus ditentukan : yaitu 3 parameter koordinat X,Y,Z atau L,B,h dan satu parameter kesalahan waktu akibat ketidaksinkronan jam osilator di satelit dengan jam di receiver GPS. Oleh karena itu diperlukan minimal pengukuran jarak ke empat satelit.


                                Gambar 4.    Sistem Koordinat Kartesian dan Geosentrk


1.5  Tipe alat (Receiver ) GPS
Ada 3 macam tipe alat GPS, dengan masing-masing memberikan tingkat ketelitian (posisi) yang berbeda-beda.
Tipe alat GPS pertama adalah tipe Navigasi (Handheld, Handy GPS). Tipe nagivasi harganya cukup murah, sekitar 1 - 5 juta rupiah, namun ketelitian posisi yang diberikan saat ini baru dapat mencapai 3 sampai 6 meter. 
Tipe alat  yang kedua adalah tipe geodetik single frekuensi (tipe pemetaan), yang biasa digunakan dalam survey dan pemetaan yang membutuhkan ketelitian posisi sekitar sentimeter sampai dengan beberapa desimeter. 

 



Gambar 5. Perbandingan Tingkat Ketelitian Tipe GPS dan Harga GPS 

Tipe terakhir adalah tipe Geodetik dual frekuensi yang dapat memberikan ketelitian posisi hingga mencapai milimeter. Tipe ini biasa digunakan untuk aplikasi precise positioning seperti pembangunan jaring titik 
kontrol, survey deformasi, dan geodinamika.  Harga receiver tipe geodetik cukup mahal, mencapai ratusan juta rupiah untuk 1 unitnya 

                                  Gambar 6. Contoh GPS Tipe Navigasi
                                         Henheld (Garmin 12Cx)  


1.6  Sinyal dan Bias pada GPS
GPS memancarkan dua sinyal yaitu frekuensi  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 (receiver 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. 
Ketika sinyal melalui lapisan atmosfer, maka sinyal tersebut akan terganggu oleh konten dari atmosfer tersebut. Besarnya gangguan di sebut bias.  Bias sinyal yang ada utamanya terdiri dari 2 macam yaitu bias ionosfer dan bias troposfer. 
Bias ini harus diperhitungkan (dimodelkan atau diestimasi atau melakukan teknik differencing untuk metode diferensial dengan jarak baseline yang tidak terlalu panjang) untuk mendapatkan solusi akhir koordinat dengan ketelitian yang baik.  Apabila bias diabaikan maka dapat memberikan kesalahan posisi sampai dengan orde meter.
1.7 Metoda penentuan posisi dengan GPS
Metoda penentuan posisi dengan GPS pertama-tama terbagi dua, yaitu metoda absolut, dan metoda diferensial.  

Masing-masing metoda kemudian dapat dilakukan dengan cara real time dan atau post-processing. Apabila obyek yang ditentukan posisinya diam maka metodenya disebut statik.  Sebaliknya apabila obyek yang ditentukan posisinya bergerak, maka metodenya disebut kinematik
Lebih lanjut (detail) lagi, berbagai macam pengembangan metoda-metoda seperti SPP (Standar Positioning Service), DGPS (Differential GPS), RTK (Real Time Kinematic), Survei GPS, Rapid statik, pseudo kinematik, dan stop and go, serta masih ada beberapa metode lainnya.