BAB IV SISTEM SATELIT NAVIGASI COMPASS

Transkripsi

1 BAB IV SISTEM SATELIT NAVIGASI COMPASS Pada bab ini pembahasan akan ditekankan pada ketiga segmen utama dari sistem satelit navigasi COMPASS, sistem koordinat, sistem waktu, dan juga akan membahas bagaimana perbandingan serta keuntungan sistem ini terhadap sistem GNSS lain. Pada bagian pertama akan dijelaskan bagaimana desain konstelasi satelit yang akan digunakan oleh COMPASS sebagai suatu komponen penting yang ditempatkan di angkasa. Kedua, akan dibahas mengenai bagian-bagian sistem kontrol dan bagaimana sistem kontrolnya bekerja. Konsep pelayanan dan receiver yang akan digunakan oleh pengguna nantinya akan dibahas pada bagian ketiga. Selanjutnya pembahasan akan mengarah pada sistem koordinat dan sistem waktu yang digunakan. Sedangkan bagaimana perbandingan dan keuntungannya terhadap sistem GNSS lain, akan dibahas pada bagian terakhir dari bab ini. 4.1 Segmen Angkasa Konstelasi satelit Sistem COMPASS menggunakan 3 jenis satelit, yaitu satelit GEO (Geostasioner Orbit), IGSO (Inclined Geosynchronouos Orbit) dan MEO (Medium Earth Orbit). Satelit GEO dan MEO diilustrasikan oleh Gambar 4.1 dan 4.2. Satelit GEO dan IGSO adalah satelit dengan orbit geosynchronous. Orbit geosynchronous adalah orbit suatu benda (umumnya satelit buatan) dengan bumi sebagai pusatnya, yang mempunyai perioda sama dengan rotasi bumi (24 jam). Jika sebuah satelit dengan orbit geosinkron mempunyai bentuk orbit lingkaran sempurna dan mengorbit sebidang dengan garis khatulistiwa atau ekuator bumi, maka satelit itu disebut satelit Geostasioner (GEO). Sedangkan apabila sebuah satelit mengorbit dengan perioda yang sama dengan bumi namun mempunyai sudut orbit (inklinasi) yang lebih besar dari 0 dengan ekuator bumi, maka satelit itu disebut satelit Inclined Geosynchronouos (IGSO). 46

2 Satelit MEO atau Medium Earth Orbit adalah satelit yang mengorbit pada ketinggian sekitar km diatas permukaan bumi, dibawah satelit yang mempunyai orbit geosinkron. Lintasan orbit dirancang agar melewati kutub bumi Utara dan Selatan dan membentuk orbit elips (Siregar, 2009). Gambar 4.1 Satelit GEO (Siregar, 2009) Gambar 4.2 Satelit MEO (Siregar, 2009) Secara umum, karakteristik satelit GEO dan MEO dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut (Anggarayudha, 2001). Tabel 4.1 Karakteristik satelit GEO dan MEO MEO (Medium Earth Orbit) GEO (Geosynchronous Earth Orbit) Ketinggian km km Periode orbit 5-12 jam 24 jam Waktu dalam keadaan line of sight dari stasiun kontrol di bumi 2-4 jam 24 jam 47

3 Konstelasi satelit yang digunakan dalam sistem satelit COMPASS dibagi menjadi tiga tahap berdasarkan tahap proses pembangunannya. Tahap itu adalah : a. Fase I Tahap pertama adalah tahap Beidou-I atau Beidou Navigation Satellite Demonstration System. Berdasarkan presentasi China Satellite Navigation Office pada pertemuan ICG ke-5 di Italia, konstelasi satelit pada fase ini terdiri dari 3 buah satelit berjenis geostasioner (GEO) yang mempunyai karakteristik seperti pada Tabel 4.2. Tabel 4.2 Karakteristik konstelasi COMPASS fase I (CSNO, 2010) Orbit GEO Semi-major Axis (km) Eccentricity 0 Inclination (deg) 0 RAAN (deg) 180E, 210.5E, 240E Argument perigee (deg) 0 Mean anomaly (deg) 0 Satellite number 3 Longitude (deg) 80E, 110.5E, 140E Fungsi utama dan spesifikasi kinerja dari Beidou Navigation Satellite Demonstration System menggunakan desain konstelasi satelit ini adalah : f. Fungsi utama : penentuan posisi, penentuan waktu one-way dan two-way, dan layanan SMS. g. Area pelayanan : China dan wilayah sekitarnya. h. Ketelitian posisi : hingga ketelitian 20 meter. i. Ketelitian waktu : 100 ns pada one way, 20 ns pada two way. j. SMS : 120 Chinese karakter per waktu. 48

4 b. Fase II Fase ini disebut juga Beidou Navigation Satellite (Regional) System atau Beidou- 2/COMPASS. Konstelasi satelit pada segmen ini akan terdiri dari 5 satelit GEO, 5 satelit IGSO dan 4 satelit MEO dengan karakteristik seperti yang ada pada Tabel 4.3. Tabel 4.3 Karakteristik konstelasi COMPASS fase II (CSNO, 2010) Parameter orbit GEO IGSO MEO Semi-major Axis (km) Eccentricity Inclination (deg) Longitude of E, 180E, 218E, 98E, 338E, Ascending Node (deg) 210.5E, 240E, 260E 218E, 98E 0E, 120E Argument perigee (deg) Mean anomaly (deg) 0 218E, 0.98E, 105, 150, 270, E, E, E Satellite number Longitude (deg) 58.75E, 80E, 110.5E, 140E, 160E 0, 120, 240 0, 120, 240 Fungsi utama dan kinerja dari Beidou Navigation Satellite (regional) System yang dihasilkan oleh desain konstelasi ini adalah : g. Fungsi utama : penentuan posisi, pengukuran kecepatan, penentuan waktu one-way dan two-way, dan layanan SMS. h. Area pelayanan : China dan sebagian wilayah Asia-Pasifik, termasuk Indonesia. i. Ketelitian posisi : hingga ketelitian 10 meter. j. Ketelitian kecepatan : hingga ketelitian 0.2 m/s. k. Ketelitian waktu : 50 ns. l. SMS : 120 Chinese karakter per waktu. 49

5 c. Fase III Segmen angkasa sistem satelit navigasi COMPASS nantinya akan terdiri dari 35 konstelasi satelit, yaitu 5 satelit GEO (Geostationary Orbit) dan tidak lebih dari 30 satelit non-geo yang terdistribusi di tiga bidang orbit. Ilustrasi dari desain konstelasi sistem ini dapat dilihat pada Gambar 4.3. Gambar 4.3 Ilustrasi konstelasi satelit sistem COMPASS (Cao, 2008) Satelit GEO secara berturut-turut terletak pada BT, 80 BT, BT, 140 BT dan 160 BT pada ketinggian sekitar km diatas permukaan bumi. Terdiri dari modul layanan (upload) dan modul muatan (payload) dan dirancang dengan umur operasional selama 8 tahun. Sedangkan satelit non-geo terdiri dari 27 buah satelit MEO (Medium Earth Orbit) dan 3 satelit IGSO (Inclined Geo-Syncrhonous). Satelit MEO beroperasi pada ketinggian km dengan sudut inklinasi sebesar 55 pada tiga bidang orbit. Desain satelit MEO berbeda dengan satelit COMPASS lainnya. Satelit ini mempunyai berat kotor sekitar 800 kg dan kapasitas muatan sebesar 280 kg. Distabilkan oleh tiga sumbu dan menghasilkan output daya sebesar 1500 kw. Satelit IGSO dalam desainnya mirip dengan satelit geostasioner, namun ditempatkan di orbit geosinkron pada ketinggian km dengan inklinasi sebesar 55 dan akan memotong ekuator bumi pada bujur

6 Semua parameter orbit dari masing-masing tipe satelit telah direncanakan dengan baik sehingga mengurangi banyaknya manuver yang harus dilakukan oleh satelit dan mempermudah proses pemeliharaan satelit pada orbit selama masa operasionalnya. Hal ini juga akan meningkatkan nilai ketersediaan sinyal, menghemat jumlah bahan bakar yang digunakan dan tentu saja menghemat biaya. Secara keseluruhan, parameter-parameter konstelasi atau parameter orbit satelit COMPASS yang telah direncanakan dapat dilihat pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 Parameter konstelasi satelit COMPASS (CSNO, 2010) Parameter GEO (5) IGSO (3) MEO (27) First launch Beidou-1A (30 oct 2000) Beidou 2-05 (31 juli 2010) Beidou 2-01 (13 April 2007) Semi-major Axis km km km Altitudes km km km Eccentricity Longitude of Ascending Node (deg) E, 180E, 210.5E, 240E, 260E 0, 120, 240 0, 120, 240 Inclination Satellite bus DFH-3B DFH-3B DFH-3B Gross mass 4600 kg 4200 kg 2200 kg Propelant mass 3050 kg 2300 kg 2160 kg Power output 6800 W 6200 W 3000 W Designed life 8 years 8 years 8 years Launch vehicle CZ-3C CZ-3A CZ-3A Planes

7 4.1.2 Sinyal dan frekuensi CDMA atau Code Division Multiple Acces adalah suatu sistem komunikasi wireless yang dipakai oleh para mobile operator seperti operator layanan seluler dan operator penyedia layanan satelit navigasi. Sistem ini menggunakan teknologi spread spectrum atau spektra kode yang menyebar yang memberikan akses pemakaian pada banyak pengguna pada frekuensi dan waktu yang sama. Hal ini dapat dilakukan dengan pemberian kode unik untuk setiap komunikasi. CDMA dapat menyediakan layanan bagi banyak pengguna daripada teknologi komunikasi lainnya (Aingindra.com, 2009) Pada teknologi satelit navigasi, prinsip CDMA banyak digunakan dalam mendistribusikan sinyal dan frekuensi. Faktanya, GPS dan GALILEO menggunakan sistem ini dalam beroperasi dan melayani para pengguna. CDMA tidak hanya dipakai oleh dua layanan sistem navigasi itu, namun juga digunakan oleh sistem satelit navigasi COMPASS. Melalui sistem ini, COMPASS berencana akan menyediakan dua layanan navigasi, yaitu layanan terbuka (open service) untuk konsumen komersil dan layanan penentuan posisi yang dilindungi (authorized service) seperti dalam kepentingan militer. Menurut pengajuan yang dilakukan China terhadap International Telecommunication Union (ITU), satelit COMPASS akan memancarkan sinyal melalui empat frekuensi pembawa, yaitu 1561MHz (E2), 1589 MHz (E1), 1268MHz (E6) dan 1207MHz (E5b). Sinyal navigasi ini dimodulasi dengan bit stream yang telah ditentukan sebelumnya, mengandung data waktu dan kode ephemeris, serta memiliki bandwith yang cukup untuk menghasilkan navigasi yang presisi. Saat ini belum ada informasi resmi yang lebih terinci dari otoritas China mengenai aspek teknis sinyal yang akan digunakan sistem COMPASS secara global di masa depan. Namun dengan adanya peluncuran satelit COMPASS pertama yaitu COMPASS-M1, pemerintah China dapat mengidentifikasi sinyal-sinyal yang akan digunakan. Dari hasil identifikasi transmisi Satelit COMPASS-M1 inilah pemerintah China mengajukan alokasi frekuensi yang akan digunakan kepada ITU. Satelit COMPASS-M1 adalah satelit pertama yang merepresentasikan generasi baru sistem satelit navigasi China. Satelit ini adalah satelit MEO pertama China. Satelit COMPASS-M1 yang diluncurkan pada 13 April 2007 merupakan satelit eksperimen untuk menvalidasi sinyal serta frekuensi yang akan digunakan sistem COMPASS. 52

8 China mengizinkan para peneliti independen untuk meneliti dan mempelajari karakteristik umum dari sinyal satelit itu. Salah satunya penelitian yang dilakukan oleh Centre National d Etudes Spatiales (CNES) di Prancis yang dimulai sehari setelah satelit itu mengangkasa. Menurut peneliti dari CNES, Thomas Grelier (2007), COMPASS-M1 mentransmisikan sinyal melalui 4 pita frekuensi yaitu E1, E2, E5b, dan E6, sama seperti yang dinyatakan otoritas China kepada ITU. Namun dari hasil pengamatan, sinyal pada frekuensi E1 sampai saat ini belum bisa terdeteksi. Setiap pita frekuensi memiliki dua sub-sinyal yang koheren namun mempunyai beda fase 90. Dua komponen sinyal ini kemudian dikenal dengan komponen I dan Q. Komponen I mempunyai kode yang lebih pendek dan lebih diutamakan untuk frekuensi pelayanan terbuka (open service). Sedangkan komponen Q mempunyai kode yang lebih panjang, lebih tahan gangguan dan lebih digunakan pada layanan authorized. Karakteristik sinyal COMPASS menurut CNES berdasarkan penelitian pada satelit COMPASS-M1 ditunjukkan pada Tabel 4.5. Tabel 4.5 Karakteristik umum sinyal satelit COMPASS (Grelier et al, 2007) Notasi COMPASS Frekuensi Modulasi Service B1 (I) Open (E2) QPSK B1 (Q) Authorized B (E1) QPSK Open B2 (I) Open (E5b) QPSK B2 (Q) Authorized B (E6) QPSK Authorized Dari karakteristik umum sinyal satelit COMPASS diatas diketahui bahwa sinyal satelit COMPASS akan mengalami tumpang tindih (overlay) dengan beberapa sinyal yang digunakan oleh sistem GPS dan GALILEO. Fakta ini tentu saja akan membawa berbagai macam dampak dalam dunia GNSS nantinya. Karena itu, data dan laporan terinci dari aspek teknis sinyal dan frekuensi yang digunakan COMPASS sangatlah penting untuk diketahui, agar dapat menilai dampak apa yang akan dibawanya. 53

9 Karakteristik umum dari sinyal COMPASS-M1 yang didapatkan oleh CNES (Tabel 4.5), menurut China Satellite Navigation Office (CSNO) merupakan karakteristik sinyal yang digunakan pada sistem COMPASS fase II, yang terdiri dari 5 sinyal dalam 3 frekuensi. Lebih jauh lagi CSNO menyatakan bahwa pada sistem COMPASS fase III (global), akan digunakan kombinasi 10 sinyal dalam 3 frekuensi pembawa. Karakteristiknya ditunjukkan oleh Tabel 4.6. Tabel 4.6 Karakteristik umum sinyal satelit COMPASS fase III (CSNO, 2010) Komponen Frekuensi (MHz) Tipe modulasi Layanan B1-CD MBOC (6,1,1/11) Open B1-CP B1 BOC (14,2) Authorized B2aD B2ap B2bD AltBOC (15,10) Open B2bD B3 QPSK Authorized B3-AD BOC (15,2.5) Authorized B3-Ap 54

10 Sampai saat ini belum semua aspek teknis dari sinyal itu telah terdefinisi. Beberapa karakteristik sinyal yang telah terdefinisi diantaranya dinyatakan oleh European Space Agency (ESA) dalam situs internetnya navipedia.net. a. Sinyal COMPASS B1 Meskipun semua aspek teknis dari sinyal COMPASS di B1 masih belum didefinisikan lagi, sebuah perencanaan untuk sinyal gelombang sudah disampaikan kepada International Telecommunication Union (ITU) seperti yang disimpulkan pada tabel sebelumnya. Untuk menyimpulkan beberapa aspek teknis sinyal COMPASS di B1 berdasarkan pengajuan yang dilakukan China pada ITU, dapat ditunjukkan oleh Tabel 4.7 berikut (ESA navipedia, 2011). Tabel 4.7 Karakteristik sinyal B1 satelit COMPASS (ESA navipedia, 2011) GNSS system Compass Compass Compass Service name B1 GSO B1 N-GSO B1 GSO and N-GSO Phase I Q Centre frequency Frequency band Access technique Carriers at MHz (B1) and MHz (B1-2) B1 CDMA Spreading modulation QPSK (2) Sub-carrier frequency - Code frequency MHz MHz Signal component Data Data Data Primary PRN code length Code Family Secondary PRN code length Data rate 500 bps 50 bps 500 bps Minimum received power (dbw) -163 dbw Elevation

11 b. Sinyal COMPASS B2 Sama dengan sinyal B1 dan B1-2, tidak semua aspek teknis dari sinyal COMPASS pada B-2 telah terdefinisikan. Meskipun begitu, rencana dan karakteristik gelombang sinyal yang digunakan telah diajukan ke ITU. Karakteristik sinyal COMPASS pada B-2 ditunjukkan pada Tabel 4.8. Tabel 4.8 Karakteristik sinyal B2 satelit COMPASS (ESA navipedia, 2011) GNSS system Compass Compass Compass Service name B2 GSO B2 N-GSO B2 GSO and N-GSO Phase I Q Centre frequency Frequency band Access technique Carriers at MHz B2 CDMA Spreading modulation QPSK Sub-carrier frequency - Code frequency MHz MHz Signal component Data Data Data Primary PRN code length Code Family Secondary PRN code length Data rate 500 bps 50 bps 500 bps Minimum received power (dbw) -163 dbw Elevation

12 c. Sinyal COMPASS B3 Sinyal B3 adalah sinyal terakhir yang digunakan oleh sitem COMPASS. Pemakaian sinyal ini hanya untuk pelayanan tertentu atau disebut juga authorized service. Sama dengan dua sinyal sebelumnya, belum semua aspek teknis sinyal B3 yang telah didefinisikan. Namun karakteristiknya sudah diajukan ke ITU. Tabel 4.9 berikut menunjukkan beberapa karakteristik dari sinyal B3 pada COMPASS. Tabel 4.9 Karakteristik sinyal B3 satelit COMPASS (ESA navipedia, 2011) GNSS system Compass Compass Compass Service name B3 GSO B3 N-GSO B3 GSO and N-GSO Phase I Q Centre frequency Frequency band Access technique Carriers at MHz B3 CDMA Spreading modulation QPSK (2) Sub-carrier frequency - Code frequency MHz MHz Signal component Data Data Data Primary PRN code length Code Family Secondary PRN code length Data rate 500 bps 50 bps 500 bps Minimum received power (dbw) -163 dbw Elevation

13 4.2 Segmen Kontrol Segmen sistem kontrol merupakan salah satu bagian penting dari arsitektur satelit navigasi global. Fungsi utama dari segmen kontrol adalah untuk memonitor satelit, mengatur pergerakan satelit, mendefinisikan parameter-parameter satelit, dan memproses data. Sama seperti segmen kontrol sistem lainnya, segmen kontrol sistem COMPASS terdiri dari beberapa bagian yang terintegrasi. Menurut China Satellite Navigation Office (CSNO), hingga saat ini sistem COMPASS terdiri dari Master Control Station (MCS), Upload Station (US) dan jaringan Monitor Station (MS). Skema umum kerja segmen kontrol dalam melayani operasional sistem satelit COMPASS terutama dalam menentukan posisi diilustrasikan dalam Gambar 4.4. Gambar 4.4 Skema umum segmen kontrol COMPASS Pertama sinyal ditransmisikan oleh segmen pengguna ke satelit. Masing-masing satelit yang melintas menerima sinyal itu dan mentransmisikannya ke MS. MS mengumpulkan setiap data dan sinyal dari setiap satelit yang diamati, lalu mengirimkan data pengamatan itu ke MCS untuk diproses dan diolah. MCS mengolah dan menghitung posisi 3D receiver berdasarkan data sinyal yang diterima. Melalui Upload Station (US), MCS mengirimkan data yang telah diproses ke satelit. Proses akhir adalah satelit menyiarkan atau mentrasmisikan sinyal yang telah diolah oleh MCS menjadi data posisi kembali ke pengguna. 58

14 a) Master Control Station Master Control Station atau MCS adalah sebuah fasilitas yang bertanggung-jawab untuk mengontrol semua bagian-bagian sistem satelit yang digunakan dan menghasilkan perintah navigasi (navigation message). Tugas utama MCS seperti yang dikatakan China Satellite Navigation Office adalah sebagai berikut : Mengumpulkan data pengamatan dari tiap-tiap MS. Mengolah data pengamatan. Menghasilkan perintah navigasi. Wide area differential data dan integritas informasi. Melakukan perencanaan dan penjadwalan. Mengadakan pengawasan dan pengontrolan sistem operasi. Hingga saat ini sistem COMPASS menggunakan satu Master Control Station yang terletak di Weinan, Provinsi Shaanxi, bernama Xi an Satellite Control Centre (XSCC). XSCC adalah pusat komunikasi, pusat komando dan kontrol, pusat pengolahan data dan kantor pusat administrasi telemetri, pelacakan, serta kontrol jaringan luar angkasa China. XSCC ditunjukkan oleh Gambar 4.5. Gambar 4.5 Xi an Satellite Control Center (9abc.net, 2011) 59

15 Xi an Satellite Control Center terdiri dari tujuh bagian sistem utama yang saling terintegrasi, yaitu (Yinlong, 1996) : a. Tracking system Dengan menggunakan peralatan radio tracking and telemetry yang dapat memperoleh parameter pergerakan satelit seperti jarak, sudut orientasi, pitch angle, dan rata-rata variasi jarak untuk memutuskan elemen orbit satelit. b. Telemetry system Sistem peralatan radio telemetri menerima dan memodulasikan kembali sinyal telemetri satelit untuk memperoleh parameter teknis dan parameter telemetri satelit. c. Remote control system Sistem peralatan radio remote control adalah untuk mengeluarkan kontrol komando bagi satelit, dan juga untuk mengatur pergerakan dan status operasi satelit. d. Data processing system Bagian ini adalah bagian sistem komputer untuk memproses data-data dari satelit menjadi parameter posisi, seperti posisi satelit, posisi receiver atau pengguna sistem. e. Communication system Sistem ini terdiri dari circuit terminal, terminal transmisi data, exchange equipment, dan jaringan data, yang mana jaringan data ini lebih jauh terbagi lagi menjadi saluran kabel, saluran wireless dan saluran komunikasi satelit. Bentuk komunikasi yang digunakan adalah suara, telegrafi telemetri, faksimili, transmisi data dan transmisi gambar pada televisi. f. Time frequency system (TFS) Sistem ini terdiri dari peralatan penentuan waktu, generator sinyal dan sumber frekuensi. Sistem ini adalah bagian yang paling penting dari sistem COMPASS dalam sinkronisasi dan pengukuran waktu. Penjelasan lebih lanjut sistem ini akan dilakukan di bagian sistem waktu COMPASS. g. Command and control system Sistem ini berfungsi sebagai pengatur dan pemberi perintah bagi seluruh jaringan sistem segmen kontrol COMPASS. 60

16 b) Upload Station Upload Station (US) adalah bagian sistem kontrol yang bertanggung jawab mengupload koreksi orbit, transmisi data dan navigational message dari MCS ke satelit. Semua data-data dan informasi yang akan ditransmisikan ke satelit dari MCS, diatur dan dikontrol oleh bagian ini. Sampai saat ini China menggunakan dua Upload Station yang digunakan oleh sistem COMPASS, yaitu Xi an Satellite Control Center (XSCC) dan Beijing Aerospace Command and Control Center (BACC) seperti yang terlihat pada Gambar 4.6 Gambar 4.6 COMPASS upload station (news.xinhuanet.com, 2008) 61

17 c) Monitor Station Monitor station (MS) adalah bagian yang bertanggung-jawab dalam memonitor dan melacak satelit. Fungsi utama dari Monitor Station dapat disimpulkan sebagai berikut : Melacak dan memantau satelit secara kontinyu. Mengumpulkan data pengamatan satelit dari masing-masing lokasi. Menerima sinyal dari satelit. Mengirim data hasil observasi kepada Master Control Station agar diolah dan diproses. Menurut Tsinghua University, sampai saat ini China menggunakan 30 Monitor Station yang tersebar di seluruh dunia. Posisi dan distribusi monitor dan tracking station yang digunakan oleh China diantaranya dijelaskan oleh Gambar 4.7 (a dan b) dan Tabel CHANGCHUN KHASHI BEIJING XI AN LUOYANG MINXI XIAMEN NANNING Gambar 4.7a COMPASS monitor station in China (globalsecurity.org, 2011 ) 62

18 Gambar 4.7b COMPASS monitor station in world (online-wsj.com, 2011 ) Tabel 4.10 Distribusi COMPASS monitor station (dragoninspace.com, 2012) Station Name Weinan Changchun Karshi Minxi Xiamen Nanning Qingdao Guiyang Yilan Karachi Malindi Swakopmund Dongara Santiago Daerah/Negara Shaanxi (China) Jilin (China) Xinjiang (China) Fujian (China) Fujian (China) Guangxi (China) Shandong (China) China China Pakistan Kenya Namibia Australia Chile 63

19 4.3 Segmen Pengguna Segmen pengguna sistem COMPASS terdiri dari receiver pengguna COMPASS yang menerima sinyal navigasi dari satelit dan menghitung persamaan navigasi yang ditransmisikan oleh satelit, untuk mendapatkan koordinat posisi receiver tersebut COMPASS receiver Receiver COMPASS (Gambar 4.8) merupakan perangkat yang mampu menentukan posisi pengguna, kecepatan, dan waktu yang tepat dengan mengolah sinyal yang ditransmisikan oleh satelit COMPASS. Menurut European Space Agency (ESA), modulasi sinyal, struktur, format, dan isi pesan navigasi GNSS sering berbeda antara setiap sinyal dari sistem yang sama dan juga dari sistem yang berbeda. Namun sebagian besar perbedaan karakteristik ini mudah diimplementasikan pada receiver, contohnya dengan cara memodifikasi perangkat lunaknya seperti penggunaan kode PRN yang berbeda atau kemampuan untuk mengatasi struktur pesan yang berbeda. Perbedaan utama antara receiver GNSS terletak hanya pada karakteristik tertentu, seperti teknik akses atau modulasi yang digunakan. COMPASS, sebagaimana GPS dan GALILEO, menggunakan prinsip CDMA dalam sistem transmisinya. Hal ini memungkinkan penggunaan modul transmisi yang lebih sederhana, karena semua sinyal pada frekuensi yang sama memiliki gelombang pembawa yang umum. Oleh karena itu receiver COMPASS harusnya sama saja dengan receiver GNSS lainnya. Namun, COMPASS mempunyai layanan pesan singkat dalam lingkup regional yang memungkinkan pengguna untuk mengirimkan atau meminta informasi ke stasiun kontrol. Jalur komunikasi tambahan ini menambah kompleksitas sistem receiver. Karena itu, bisa jadi biaya receiver yang dapat mendeteksi sinyal COMPASS berpotensi lebih mahal. Gambar 4.8 COMPASS user segment (Cao, 2009 ) 64

20 Pada tahun 2008, biaya satu receiver COMPASS adalah CN RMB (US$2929 atau jika dirupiahkan sekitar 30 juta rupiah), sepuluh kali lebih mahal daripada harga satu receiver GPS. Alasannya karena receiver COMPASS menggunakan chip impor yang harganya relatif lebih mahal. Namun, tampaknya saat ini China telah menemukan chip pengganti yang lebih murah yang harganya bisa lebih rendah hingga kurang dari CN 1000 RMB atau hanya sekitar Rp (wikipedia.com, 2012). Perlu dicatat bahwa tren yang sedang berkembang saat ini adalah setiap penyedia layanan GNSS memfasilitasi konsumen untuk dapat mengakses layanan dari setiap sistem GNSS yang berbeda, atau dikenal juga dengan receiver-multi konstelasi. Oleh karena itu, sebagian diskusi dan kesepakatan antara penyedia sistem dilakukan dalam arti mewujudkan upaya ini, dengan fokus pada aspek kompatibilitas dan interoperabilitas dalam sistem. Mewujudkan kompatibilitas dan interoperabilitas dalam sistem GNSS tidak hanya menjadi bagian diskusi dari penyedia layanan saja, mau tidak mau bagian ini juga akan melibatkan pihak pengembang atau developer pabrikan produsen receiver GNSS, sebagai pihak yang paling penting dalam perwujudan konsep receiver-multi konstelasi. Mereka adalah aktor utama untuk merealisasikan konsep ini. Saat ini semua produsen receiver GNSS tengah berlomba-lomba menawarkan dan memperbaharui sistem receiver yang mereka punya agar dapat kompatibel dengan teknologi GNSS yang sedang berkembang. Itu artinya setiap produsen receiver GNSS akan mempunyai produk yang tidak hanya dapat mendeteksi sistem GPS dan GLONASS saja, namun juga akan menawarkan kemampuan mendeteksi sistem GNSS yang sedang berkembang, yaitu GALILEO dan COMPASS. Leica Geosystem misalnya, sebagai produsen receiver GNSS dan perusahaan yang telah lebih dari 200 tahun melayani pengukuran bumi dengan produk yang dihasilkannya, saat ini telah mengembangkan berbagai macam jenis dan tipe receiver GNSS yang dapat mendeteksi banyak sinyal dan konstelasi dari sistem-sistem GNSS yang tersedia hanya dengan menggunakan satu receiver saja. Begitu juga dengan produsen-produsen receiver GNSS lainnya yang telah banyak dikenal dan digunakan seperti Trimble, Javad, Novatel, dan lain sebagainya. 65

21 Beberapa diantara produsen receiver GNSS yang telah menyediakan layanan receiver multi-konstelasi, dirangkum dari berbagai sumber pada Tabel 4.11 berikut ini. Tabel 4.11 Receiver GNSS multi konstelasi Nama Jenis Sistem GNSS GPS GLONASS GALILEO COMPASS Novatel OEM628 GNSS Receivers Trimble NetR9 GNSS Reference Receiver Trimble SPS855 GNSS Modular Receiver Trimble SPS985 GNSS Smart Antenna Javad Triumph Chip GNSS Chip Baseband Spirent GSS8000 Multi-GNSS Constellation Simulator Fastrax IT600 GNSS Receiver Module Olinkstar CNS100 GNSS Receiver Olinkstar CC100 GNSS Receiver Olinkstar Otrack- 32 Multi-GNSS Baseband Chip 66

22 Tabel 4.11 Receiver GNSS multi konstelasi (lanjutan) Nama Jenis Sistem GNSS GPS GLONASS GALILEO COMPASS Olinkstar NavCore-S Multi-GNSS Baseband Chip Leica AR25 GNSS Antenna Leica AR10 GNSS Antenna Leica AS10 GNSS Antenna Leica Viva GS25 GNSS Surveying receiver Leica Viva GS12 GNSS Receiver Leica Viva GS10 GNSS Receiver Leica Viva GS15 GNSS Receiver SOUTH RTK S82T GNSS Receiver Sementara itu, mengacu kepada pesatnya kemajuan pembangunan sistem COMPASS, beberapa software pengolahan dan processing data yang kompatibel dengan data sistem COMPASS mulai dikembangkan. Software-software itu misalnya PANDA software (Chuang, 2008), Bernese software (Montenbruck et al, 2012), SHODE software (Xiaoya et al, 2009), dan NAPEOS software (positim.com, 2010). 67

23 4.3.2 Konsep pelayanan Berdasarkan wilayahnya, COMPASS memberikan pelayanan sebagai berikut (CSNO, 2011) : a. Global Service Pelayanan ini dapat dibagi lagi menjadi dua layanan yang berbeda, yaitu : Open Service Open service atau layanan terbuka ini sama dengan layanan terbuka milik sistem GPS dan GALILEO. Layanan ini gratis dan terbuka untuk semua pengguna di seluruh dunia. Pengguna dapat menghitung posisi navigasi dengan menggunakan prinsip yang sama dengan sistem GNSS lainnya. Parameter layanan yang diberikan ditunjukkan pada Tabel Tabel 4.12 Karakteristik COMPASS open service Fungsi utama Area pelayanan Akurasi posisi Akurasi kecepatan Akurasi waktu Sinyal frekuensi Penentuan posisi, pengukuran kecepatan, one-way dan two-way timing, pesan singkat dengan 120 chinese karakter. Global 10 meter 0.2 m/s 20 ns B1 (I), B1-2, B2 (I) Authorized Service Layanan ini adalah layanan yang diberikan untuk pihak berwenang yang memerlukan tingkat akurasi tinggi bahkan dalam kondisi kompleks sekalipun, seperti pemerintah dan militer China. Layanan ini juga bersifat rahasia, karena itu sampai sekarang informasi tentang layanan ini sangatlah sedikit. Namun berdasarkan pengajuan China kepada International Telecommunication Union mengenai sinyal dan frekuensi COMPASS, layanan authorized ini akan menggunakan sinyal B1(Q), B2(Q) dan B3. 68

24 b. Regional Service Adalah layanan yang hanya diberikan pada wilayah China dan sekitarnya. Selain dari layanan terbuka pada global service, sistem COMPASS di wilayah regional China akan memberikan layanan terintegrasi lainnya, yaitu : Wide Area Differential Service Adalah sistem terintegrasi yang memberikan layanan peningkatan ketelitian dan akurasi penentuan posisi. Pada sistem COMPASS, layanan ini diramalkan menghasilkan ketelitian dan akurasi posisi hingga mencapai satu meter di wilayah China. Cara kerja layanan ini adalah dengan mengoreksi kesalahan/error yang ada hingga mendapatkan hasil yang akurat. Biasanya layanan ini hanya diberikan pada authorized user (Chen, 2011). Short Message Service Atau yang disebut juga sebagai layanan laporan posisi adalah layanan yang memungkinkan pengguna dan pusat layanan pengguna untuk bertukar informasi posisi melalui pesan singkat (saat ini 120 Chinese karakter per pesan). 69

25 4.4 Sistem Koordinat COMPASS Sebuah sistem satelit navigasi akan memerlukan sistem koordinat untuk digunakan sebagai referensi penetuan posisi. Kompatibilitas dan interoperabilitas antar GNSS di dunia tidak akan terwujud jika tidak mempunyai sistem dan referensi koordinat yang konsisten dan sama. Dalam teorinya, semua sistem koordinat referensi GNSS seharusnya mengacu kepada sistem koordinat geosentrik referensi yang sama, yang bermanfaat kepada pihak penyedia jasa satelit navigasi, perusahaan pembuat receiver GNSS dan para pengguna. Namun, sistem koordinat referensi yang sama bukan berarti harus memiliki kerangka referensi yang sama karena beberapa alasan. Pertama, berbagai negara atau benua yang berbeda mungkin membuat sistem koordinat referensi mereka sendiri dengan menggunakan kerangka koordinat yang berbeda. Kedua, kerangka koordinat yang berbeda memiliki ketidakpastian yang berbeda dan kesalahan sistematis yang berbeda juga. Ketiga, selisih antara kerangka koordinat yang berbeda dapat dideteksi oleh beberapa stasiun yang sama dengan koordinat posisi satelit yang berbeda. Keempat, parameter orbit satelit mungkin menghasilkan koordinat referensi yang dapat dimonitor oleh banyak jenis receiver GNSS. Kelima, sistem referensi koordinat harus mencakup informasi deformasi dinamis, dan kerangka acuan terbaru harus memiliki standar. Sistem COMPASS/Beidou-II mengikuti aturan tentang kompatibilitas dan interoperabilitas yang ditetapkan oleh International Committee of GNSS (ICG) dalam pendefinisian posisi receiver di permukaan bumi, dimana harus mengacu kepada konsep sistem referensi yang disepakati secara internasional. Karena itu, pemerintah China merancang sebuah sistem koordinat untuk sistem COMPASS yang sesuai dengan International Terrestrial Reference System (ITRS/CTS) Sebelum dijelaskan mengenai sistem koordinat COMPASS, akan dijelaskan mengenai ITRS terlebih dahulu. ITRS adalah dasar untuk membangun sebuah kerangka dasar koordinat di bumi. Ketentuan umum dari ITRS adalah kesepakatan antara International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) dan International Astronomical Union (IAU). ITRS menyediakan datum jangka panjang yang absolut, yaitu perwujudan dari sumbu pusat terestris, skala, orientasi di bumi dan kondisi mereka di setiap saat. 70

26 Secara umum, karakteristik ITRS adalah sebagai berikut (Abidin, 2001) : a) Sistem geosentrik, dimana pusat massa didefinisikan untuk seluruh permukaan bumi, termasuk lautan dan atmosfirnya. b) Unit panjang yang digunakan adalah meter. c) Sumbu-Z mengarah ke kutub referensi IERS pada epok d) Orientasi awal diberikan oleh Bureau International de l Heure (BIH) dengan orientasi e) Evolusi waktu dari orientasi sistem koordinat akan menerapkan no-residual-globalrotation dalam konteks pergerakan lempeng di seluruh permukaan bumi. f) Sumbu-X mengarah ke perpotongan antara bidang meridian Greenwich dengan bidang ekuator bumi pada epok g) Sumbu-Y tegak lurus dengan sumbu X dan Z dan membentuk kaidah tangan kanan. Realisasi dari ITRS adalah International Terrestrial Reference Frame (ITRF). Distribusi titik-titik ITRF di dunia dapat dilihat pada Gambar 4.9. Gambar 4.9 Distribusi titik-titik ITRF di dunia (beta.ngs.noaa.gov, 2011) 71

27 Untuk menentukan posisi pengguna di permukaan bumi, sistem COMPASS menggunakan sistem koordinat yang diberi nama Beidou Coordinate System (BDC). Sistem BDC bersifat global, tiga dimensi, right-handed, orthogonal, dan bersistem geosentrik. Sistem koordinat BDC direalisasikan dengan Beidou Terrestrial Reference Frame (BTRF). Sistem koordinat ini mengacu kepada China Geodetic Coordinate System 2000 (CGCS2000). China Geodetic Coordinate System 2000 (CGCS2000) secara resmi digunakan sebagai sistem koordinat geodetik nasional China sejak bulan juli tahun 2008 dan akan menggantikan sistem koordinat nasional China yang lama. CGCS2000 konsisten dan mempunyai karakteristik yang sama dengan ITRS (Cheng et al, 2009). Parameter utama dari ellipsoid referensinya hampir sama dengan parameter yang didefinisikan oleh ITRS dengan sumbu panjang (a), koefisien derajat harmonik (J2), dan kecepatan sudut bumi rata-rata (ω). Konstanta gravitasi (GM) mengikuti nilai yang diberikan oleh WGS-84. Pusat geometris dari elipsoid CGCS2000 sama dengan pusat bumi, dan sumbu rotasi dari elipsoid ini juga bertampalan dengan sumbu-z (Cheng et al, 2009). Parameter elipsoidnya adalah : Semi-major axis (a) : meters Penggepengan (f) : 1/ Konstanta gravitasi bumi (GM) : m³/s² Kecepatan sudut rata-rata bumi (ω) : e-5 rad/s 72

28 CGCS2000 direalisasikan dengan China Terrestrial Reference Frame 2000 (CTRF2000) yang terikat pada ITRF97 pada epok CTRF2000 menggunakan stasiun layanan GNSS internasional atau stasiun IGS dalam pengintegrasiannya dengan sistem ITR. Ada 47 stasiun termasuk stasiun IGS yang berada di China yang digunakan dalam integrasi penyesuaian dari CTRF. Konsistensi dalam definisi dan keragaman dalam realisasi akan bermanfaat untuk mengurangi dan mengkompensasi kesalahan sistematik (Yang et al, 2012). Gambar 4.10 Distribusi stasiun IGS di dunia (IGS, 2010) Dalam Gambar diatas terlihat distribusi posisi stasiun-stasiun International GNSS Service (IGS) di dunia. Stasiun-stasiun yang ditunjukkan oleh tanda panah adalah beberapa stasiun IGS yang digunakan oleh China Terrestrial Reference Frame 2000 (CTRF2000) sebagai stasiun pengintegrasi, termasuk beberapa stasiun yang berada di China, diantaranya stasiun BJFS, LHAZ dan KUNM (Yang et al, 2012). 73

29 China Terrestrial Reference Frame atau CTRF terdiri dari tiga tingkatan (orde), yaitu: 1) Tingkat pertama (orde 1) adalah IGS yang berada di China, yaitu BJFS, CHAN, KUNM, LHAS, SHAO, URUM, WUHN dan XIAN dan Continuously Operating Reference Stations (CORS). Tingkat pertama CTRF ini berjumlah total sebanyak 28 stasiun yang diketahui memberikan nilai ketelitian 3 mm. Persebaran tingkat pertama CTRF ini dapat dilihat pada Gambar Stasiun CORS Stasiun ICG Gambar 4.11 Stasiun IGS dan CORS CTRF (orde I) yang terdapat di China (Yang et al, 2012) Pada Gambar terlihat 28 stasiun orde I dalam CTRF, dimana 8 titik berwarna merah merupakan stasiun ICG yang berada di China dan 20 titik berwarna biru merupakan stasiun CORS. 2) Tingkat kedua (orde 2) adalah Jaring Kontrol Nasional GPS 2000 dengan persebaran sekitar 2500 stasiun pada tingkat ketelitian 3 cm (Yang et al, 2012). 3) Tingkat ketiga (orde 3) adalah jaringan gabungan dari Jaring Astro-Geodetik dan Jaring Kontrol Nasional GPS 2000, dengan persebaran stasiun pada tingkat ketelitian 3 dm tersebar di seluruh China (Yang et al, 2012) 74

30 Walaupun karakteristik CTRF2000 dan BTRF (Beidou Terrestrial Reference Frame) bisa dikatakan konsisten dengan sistem referensi internasional, masih banyak bagian dari sistem ini yang harus diperbaiki atau lebih ditingkatkan. Keakuratan tingkatan CTRF2000 tidak begitu homogen. Hal ini terjadi karena hanya sebanyak 28 CORS dan sekitar 1000 stasiun pemantauan dengan tingkat akurasi tinggi yang digunakan dalam CGCS2000. Geometri dari China Terrestrial Reference Frame cukup lemah. BTRF masih belum stabil dan tidak terintegrasi dengan baik dalam CTRF2000. Pengukuran kecepatan pergeseran dan ketelitian titik tidak tersedia, hanya pengamatan untuk sistem GNSS saja yang dilakukan sampai saat ini (Yang et al, 2012). Satu masalah lagi adalah bahwa informasi deformasi kerak bumi tidak termasuk dalam CTRF dan BTRF. Hal ini disebabkan karena tingkat akurasi CGCS2000 masih sangat lemah dibandingkan dengan sistem koordinat yang lebih maju di dunia. Karena kondisi itu, CTRF dan BTRF yang telah beroperasi selama kurang lebih 10 tahun ini mungkin akan mengalami masalah dalam kemampuan penentuan posisi yang sangat akurat, seperti pengukuran geodetik dan dinamika bumi (Yang et al, 2012). Usaha yang dilakukan oleh pemerintah China dalam mengurangi dan mengatasi beberapa masalah itu adalah dengan meningkatkan jumlah stasiun CORS menjadi 260 stasiun, yang akan terdiri dari 3 stasiun yang dilokasikan sama dengan VLBI, 6 stasiun dengan stasiun SLR tetap dan pembangunan 232 stasiun baru. Stasiun daerah akan meningkat dari 1000 menjadi 2000 dan banyak lagi stasiun CORS nasional yang akan dibentuk dan diintegrasikan. BTRF akan terhubung dengan CTRF dan ITRF dengan proyek pengukuran baru. Untuk interoperabilitas, pembangunan stasiun BTRF di luar negeri akan dipertimbangkan. Penyesuaian terpadu dari stasiun BTRF dan pembaharuan stasiun CTRF akan dilakukan dengan cara melakukan pengukuran kembali (Yang et al, 2012). 75

31 4.5 Sistem waktu COMPASS Dalam geodesi satelit, sistem waktu berperan pada pendefinisian sistem referensi koordinat, baik itu sistem CIS, CTS, elipsoid, ICRS maupun ITRS. Sistem waktu diperlukan untuk menghubungkan ukuran waktu yang biasa kita gunakan (tahun, bulan, hari, jam, menit, detik) dengan fenomena fisik maupun geometrik yang diukur/diamati. Disamping itu sistem waktu juga diperlukan dalam penentuan jarak ke satelit, penentuan orbit satelit, serta studi rotasi bumi dan parameter-parameter orientasi lainnya seperti pada Gambar 3.6 (Abidin, 2001). Perubahan waktu sekitar 1 nanosekon saja, akan membawa dampak yang sangat besar bagi parameter-parameter yang ditentukannya. Misalnya pada Gambar 4.12 dibawah ini. Gambar 4.12 Efek kesalahan waktu dalam geodesi Satelit (Seeber, 1993) Menurut Seeber (1993) : kesalahan sebesar 2x10-5 detik saja akibat rotasi bumi, akan menyebabkan pergeseran posisi sebesar 1 cm pada titik di daerah ekuator (dt1) kesalahan sebesar 1x10-6 detik, menyebabkan pergeseran posisi orbit satelit didekat bumi sebesar 1 cm (dt2) kesalahan sebesar 1x10-10 detik pada waktu perjalanan sinyal, akan menyebabkan pergeseran jarak satelit ke bumi sebesar 1 cm (dt3). 76

32 Seperti sistem-sistem satelit navigasi lainnya, sistem satelit navigasi COMPASS juga mempunyai sistem waktu sendiri yang berperan sebagai acuan dalam penggunaannya terhadap berbagai macam aplikasi. Sistem waktu yang digunakan sebagai acuan atau referensi waktu pada Beidou Navigation Satellite System adalah Beidou Time (BDT). BDT atau Beidou Time adalah sistem skala waktu navigasi pada satelit COMPASS yang bersifat internal dan kontinyu tanpa leap seconds atau detik kabisat. Unit satuan dasar pada BDT adalah detik dalam SI. Unit satuan terbesar yang digunakan adalah 1 minggu yang didefinisikan sebagai detik. BDT dalam operasinya dihitung dalam nomor minggu atau week number (WN) dan detik minggu atau second of week (SoW). Titik 0 BDT adalah pada 00:00:00 tanggal 1 januari 2006 (hari minggu) dalam sistem waktu UTC (Universal Time Coordinated) (CSNO, 2011). Pada dasarnya, sistem waktu satelit menggunakan sistem waktu atom yang perhitungan waktunya berdasarkan pada osilasi elektromagnetik yang dikontrol atau dihasilkan oleh transisi kuantum dari suatu atom (Abidin, 2001). Namun akurasi dari setiap jam atom tersebut berbeda berdasarkan jenis mereka. Misalnya, jam atom pada UTC yang dijadikan acuan waktu atom universal, didasarkan pada bacaan rata-rata dari sekitar 70 jam atom Cessium dan beberapa Hidrogen Masser dari seluruh dunia. Atau sistem GALILEO buatan Eropa yang menggunakan frekuensi atom Rubidium sebagai dasar sistem waktu mereka. Setiap negara atau organisasi pembangun sistem satelit navigasi memakai perhitungan atom yang berbeda dalam menentukan sistem waktu. Oleh karena itu, akan wajar nantinya bila terdapat sedikit perbedaan antara sistem waktu satelit navigasi mereka dengan UTC. Padahal, semua sistem waktu satelit navigasi haruslah mengacu pada satu referensi waktu yang universal, yaitu UTC. Oleh karena itu diperlukan suatu teknologi atau sistem yang bisa mengukur offset atau selisih waktu dari jam atom pada UTC dengan sistem waktu yang digunakan pada satelit sistem satelit. Sistem itu disebut Composite Clocks. Composite Clocks menghitung offset atau selisih dari jam-jam atom yang menggunakan atom yang berbeda-beda tersebut dengan sistem waktu yang digunakan satelit, dimana selisih atau offset waktu dapat dipahami sebagai rata-rata yang tertimbang atau terukur dari selisih waktu dari jam atom (German Aerospace Center, 2012). 77

33 Menurut Han Chunhao (2012), BDT atau Beidou Time dihasilkan dari Composite Clocks, dipelihara dan diatur oleh sistem waktu dan frekuensi atau Time and Frequency System (TFS) yang berada pada Master Control Station (MCS) seperti yang telah dijelaskan pada bagian segmen kontrol COMPASS. TFS atau Time and Frequency System terdiri dari 5 elemen utama, yaitu : a) Clock Set (CS), b) Inter-Measurement Element (IME), c) Outer-Comparison Element (OCE), d) Data Processing Element (DPE) dan, e) Signal Generation Element (SGE). Skema kerja dari Time and Frequency System ini dijelaskan pada Gambar Gambar 4.13 skema kerja TFS system (Han, 2010) IME mengukur waktu asli dan frekuensi sinyal dari CS dan memberikan hasil perbedaan waktu dan frekuensi yang terjadi. Selisih dari BDT yang berhubungan dengan skala atau sistem waktu lainnya, terutama dengan UTC, diperoleh dari OCE. Kemudian DPE akan menyelesaikan perhitungan dan pemrosesan data dengan algoritma yang telah diberikan agar menghasilkan skala waktu yang relatif seragam sebagai acuan waktu untuk navigasi seluruh sistem. Skala waktu yang dihasilkan oleh DPE itu disebut BDT. Sejalan dengan BDT, Signal Generation Element (SGE) akan melakukan penyesuaian frekuensi dengan sinyal frekuensi dari Master Control, dan menghasilkan waktu fisik yang nyata dan sinyal frekuensi yang diminta oleh MCS. Agar selalu se-konsisten mungkin dengan UTC, BDT akan melakukan proses penyesuaian frekuensi kembali setelah lebih dari 30 hari. 78

34 Perbedaan waktu antara BDT dan UTC selalu dipertahankan agar tetap dalam skala dibawah 100 ns. Sebagai contoh, selisih waktu atau time offset dari BDT dengan UTC yang didapat pada bulan juni hingga agustus 2010 dapat dilihat pada Gambar Gambar 4.14 Time offset dari BDT dengan UTC (Han, 2012) 79

35 4.6 Perbandingan antar Sistem GNSS Pada dasarnya tujuan semua sistem GNSS itu sama, namun mempunyai tujuan yang sama bukan berarti penyedia-penyedia layanan itu juga menawarkan kemampuan yang sama. Akan terdapat banyak perbedaan dalam hal sistem, aspek teknis, dan juga kemampuannya, sesuai dengan prinsip utama sistem satelit navigasi masing-masing. Bagian ini menjelaskan beberapa perbedaan antara sistem-sistem GNSS itu dari berbagai segi, diantaranya adalah : Segmen angkasa Tabel 4.13 memberikan perbedaan parameter segmen angkasa antara sistem GNSS yang ada. Tabel 4.13 Perbandingan parameter segmen angkasa GNSS Parameter GPS GLONASS GALILEO COMPASS Peluncuran pertama 22 Feb Okt Des April 2007 Beroperasi penuh Februari 1995 Januari 1996 dan Desember , Jumlah satelit cadangan 35 Jenis satelit MEO MEO MEO 5 GEO 27 MEO 3 IGSO Ketinggian (MEO) km km km km Bidang orbit Inklinasi orbit (MEO) Semi-major axis (MEO) Perioda revolusi (MEO) km km km km 11h 57,96m 11h 15,73m 14h 4,75m 12h 50m 80

36 Parameter segmen angkasa yang dibandingkan pada Tabel 4.13 adalah parameter angkasa yang digunakan jika nanti semua sistem GNSS ini telah selesai dikembangkan, atau parameter angkasa yang direncanakan akan digunakan di masa depan. Perbedaan yang sangat signifikan pada parameter segmen angkasa antara sistem GNSS ini terletak pada jumlah satelit yang digunakan dan jenis-jenis satelit yang digunakan. Pada dasarnya sistem GNSS menggunakan satelit MEO pada segmen angkasa mereka. Hal ini terlihat pada adanya penggunaan satelit MEO di semua segmen angkasa sistem-sistem GNSS ini, namun jumlah satelit MEO yang digunakan berbeda-beda. Yang menarik adalah adanya penggunaan jenis satelit selain satelit MEO pada segmen angkasa sistem COMPASS. Dimana sistem COMPASS menggunakan dua jenis satelit selain MEO yaitu satelit GEO dan satelit IGSO. Penggunaan satelit GEO dan IGSO yang sifatnya mempunyai perioda orbit yang sama dengan perioda rotasi bumi, diyakini berhubungan dengan sistem COMPASS yang masih dalam tahap pengembangan. Maksudnya, China masih memerlukan banyak informasi mengenai sistem COMPASS untuk perencanaan sistem yang lebih efektif di masa depan, dan untuk pengembangan layanan dari regional menjadi global. Selain itu, sistem COMPASS direncanakan akan menyediakan akurasi dan visibilitas yang lebih baik di wilayah Asia, khususnya China, dibandingkan wilayah dunia lainnya Karena itu sistem COMPASS menggunakan satelit GEO yang ditempatkan sedemikian rupa, pada orbit yang selalu terlihat selama 24 jam dari wilayah China dan sekitarnya Visibilitas satelit dan DOP (Dillution of Precission) a) Visibilitas Visibilitas satelit biasanya mengacu kepada jumlah satelit atau sinyal yang tersedia bagi pengguna. Definisi visibilitas menurut US Federal Radionavigation Plan (FPR) mengacu pada persentase kemampuan waktu sistem dalam menyediakan solusi navigasi bagi pengguna (ESA navipedia, 2011). 81

37 Gambar 4.15a dan 4.15b berturut-turut merupakan hasil pemodelan dan prediksi distribusi visibilitas dari GPS dan COMPASS di dunia yang dilakukan oleh He-Chin Chen dan tim (Chen et al, 2009). Hasil pemodelan distribusi visibilitas dilakukan menggunakan satelit MEO dengan mask angle = 15. Konstelasi satelit sistem GPS, GALILEO, dan GLONASS yang digunakan adalah konstelasi satelit yang ada saat ini. Sedangkan visibilitas yang diberikan oleh sistem COMPASS merupakan prediksi visibilitas yang akan diberikan sistem COMPASS jika sistem ini telah stabil beroperasi. a) b) Gambar 4.15 GPS global visibility (a) dan COMPASS global visibility (b) 82

38 Gambar 4.15 memberikan pemodelan dan prediksi distribusi visibilitas satelit GPS dan COMPASS di seluruh dunia. Wilayah yang berwarna paling biru atau nilai terkecil dari skala Number of visible satellite (NVS) merupakan wilayah yang paling sedikit mendapatkan visibilitas satelit. Sedangkan wilayah yang berwarna paling coklat atau punya nilai NVS paling besar merupakan wilayah dunia yang mempunyai kemampuan visibiltas satelit terbanyak. Pada kasus GPS misalnya, dalam Gambar 4.15a, pengguna pada wilayah khatulistiwa dan wilayah kutub dapat menerima sinyal dari satelit GPS yang lebih banyak jika dibandingkan dengan wilayah lainnya. Kedua wilayah itu akan menerima sinyal dari 9 hingga 10 satelit GPS dalam satu waktu pengamatan. Pada dasarnya Gambar 4.15a menunjukkan keseragaman distribusi visibilitas satelit GPS di seluruh dunia Sedangkan pada kasus COMPASS, Gambar 4.15b, hanya sebagian besar wilayah Asia dan Australia (termasuk Indonesia) yang mendapatkan sinyal dari lebih banyak satelit. Wilayah ini akan mendapatkan sinyal dari 13 hingga 18 satelit dalam satu waktu pengamatan. Selanjutnya Gambar 4.16 merupakan distribusi visibilitas satelit GALILEO di seluruh dunia yang tampak sama dengan distribusi visibilitas satelit GPS yaitu terdistribusi seragam. Perbedaannya terletak pada jumlah minimum satelit yang bisa terdeteksi yaitu, hanya 6 satelit GALILEO pada konfigurasi pemodelan yang sama dengan GPS (ESA, 2012). Gambar 4.16 Galileo global visibility (ESA, 2012) 83

39 Gambar 4.17 menunjukkan pemodelan persebaran visibilitas satelit GLONASS di seluruh dunia, berdasarkan pengamatan menggunakan parameter yang sama dengan pemodelan tiga satelit sebelumnya (Eissfeller et al, 2007). Gambar 4.17 GLONASS global visibility (Eissfeller, 2007) Dalam gambar terlihat persebaran visibilitas satelit GLONASS yang tidak merata jika dibandingkan dengan satelit GNSS lainnya. Bahkan wilayah Asia tengah tidak mendapatkan visibilitas sama sekali, terlihat dari NVS nya yang bernilai 0. Namun wilayah kutub utara dan selatan mendapatkan nilai visibilitas yang baik, yaitu diatas 4 satelit. Saat ini Rusia tengah memodifikasi dan memodernisasi sistem satelit global mereka sehingga mendapatkan kemampuan yang lebih baik dari sistem yang telah ada sebelumnya. b) DOP atau Dilution of Precision DOP atau Dilution of Precision adalah istilah yang menggambarkan kekuatan akurasi dan konfigurasi dari geometri satelit. Ketika satelit yang muncul berdekatan di atas langit, geometrinya menjadi lemah dan DOP-nya tinggi. Namun ketika berjauhan maka geometrinya menjadi kuat dan nilai DOP menjadi rendah, sehingga dengan rendahnya nilai DOP maka keakuratan posisi GNSS menjadi lebih baik. Dalam prakteknya, berbagai bentuk DOP digunakan tergantung pada kebutuhan. Misalnya untuk keperluan umum penentuan posisi GPS, pengguna mungkin tertarik dalam meneliti efek dari geometri satelit pada kualitas yang dihasilkan posisi 3-D (lintang, bujur, dan ketinggian) kontelasi satelit. Hal ini dapat dilakukan dengan memeriksa nilai GDOP-nya. 84

40 Apabila nilai GDOP berkurang, berarti jumlah visibilitas satelit yang digunakan meningkat, dan apabila nilai visibilitas satelit rendah, maka nilai GDOP akan semakin besar. Pada umumnya, besarnya nilai GDOP berbanding terbalik dengan besarnya nilai visibilitas satelit, namun juga tergantung kepada distribusi geometri yang dibentuk oleh satelit-satelit yang terlibat (Lapan, 2005). Keterangan nilai GDOP dapat dilihat dari Tabel 4.14 (Yuen, 2009). Tabel 4.14 Keterangan nilai GDOP Nilai GDOP Rating Keterangan 1 Ideal Tingkat akurasi tinggi 2 3 Excellent Pengukuran cukup akurat, kecuali pada aplikasi tertentu 4 6 Good Ketelitian minimum dalam pengambilan keputusan 7 8 Moderat Hasil pengukuran kurang direkomendasikan 9 20 Fair Hanya untuk pengukuran secara kasar, bukan detail Poor Pengukuran harus dihindarkan Gambar 4.18 menunjukkan persebaran GDOP dari sistem GPS pada parameter pemodelan yang sama yang digunakan dalam pemodelan distribusi visibilitas satelit sebelumnya. Gambar 4.18 GPS global GDOP (Chen et al, 2009) 85