MENGENAL GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) SEJARAH, CARA KERJA DAN PERKEMBANGANNYA. Global Positioning System (GPS) adalah suatu sistem navigasi yang

Transkripsi

1 MENGENAL GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) SEJARAH, CARA KERJA DAN PERKEMBANGANNYA A. Pengertian Global Positioning System (GPS) adalah suatu sistem navigasi yang memanfaatkan satelit. Penerima GPS memperoleh sinyal dari beberapa satelit yang mengorbit bumi. Satelit yang mengitari bumi pada orbit pendek ini terdiri dari 24 susunan satelit, dengan 21 satelit aktif dan 3 buah satelit sebagai cadangan. Dengan susunan orbit tertentu, maka satelit GPS bisa diterima di seluruh permukaan bumi dengan penampakan antara 4 sampai 8 buah satelit. GPS dapat memberikan informasi posisi dan waktu dengan ketelitian sangat tinggi. GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Sistem ini dapat digunakan oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca, serta didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti dan juga informasi mengenai waktu secara kontinyu di seluruh dunia. GPS adalah satu-satunya sistem navigasi satelit yang berfungsi dengan baik. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan posisi, kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS anatara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.

2 Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dengan nama lengkapnya adalah NAVSTAR GPS. Kumpulan satelit ini diurus oleh 50th Space Wing Angkatan Udara Amerika Serikat. Biaya perawatan sistem ini sekitar US$750 juta per tahun, termasuk penggantian satelit lama, serta riset dan pengembangan. B. Sejarah Sebelum GPS dikenal, dahulu orang menggunakan beberapa tanda alam di dalam menentukan lokasi dan arah. Pada saat mereka berada di darat, mereka menggunakan beberapa acuan alam seperti pegunungan, pepohonan ataupun jenis bebatuan. Tanda-tanda alam di atas sifatnya tidak kekal apabila terjadi bencana alam diantaranya banjir yang mengakibatkan tanah longsor ataupun gempa bumi yg dapat menghilangkan semuanya itu. Untuk menggantikan tanda-tanda alam tersebut, maka orang menggunakan Kompas sebagai penentu arah. Selain alat ini orang juga menggunakan rasi bintang tertentu sebagai penentu arah. Namun metode pengamatan bintang ini sangat memakan waktu karena orang harus menghitung sudut yang ada diantara bintang-bintang untuk menentukan arah bepergian di lautan yang luas. Sejarah dari teknologi navigasi satelit dimulai dari zaman perlombaan ruang angkasa. Dengan adanya peluncuran Sputnik I pada tahun 1957, orang orang Russia harus kembali mempelajari Efek Doppler: Untuk memelihara kontak radio dengan sebuah obyek yang bergerak, kita harus terus menerus mengubah frekuensi gelombangnya. Stasiun pengawasan akan mencari dalam

3 suatu wilayah frekuensi tertentu sampai ia dapat memperoleh hubungan dengan sinyal dari Sputnik. Dengan menghitung perubahan frequency, stasiun pengawasan dapat menentukan kecepatan Sputnik relatif terhadapnya. Dengan begitu, stasiun pengawas dapat menentukan posisi Sputnik dalam orbit (garis edar). Bahkan mereka secara cepat memilih suatu frekuensi yang dapat didengar pada radio transistor yang normal. GPS dimulai dari awal tahun 1960-an saat Departemen Pertahanan (Dephan) Amerika Serikat merasa perlu memiliki sistem navigasi yang akurat, dapat berfungsi secara global, dalam segala cuaca, dan tersedia setiap saat. Berbagai pendekatan dan teknologi diuji coba sampai akhirnya pada akhir tahun 1973 Dephan AS menyetujui pelaksanaan uji coba satelit Navstar yang menjadi generasi pertama dari satelit GPS. Hingga tahun 1983, masa pemerintahan Presiden Ronald Reagan mengizinkan penggunaan GPS untuk pesawat sipil setelah terjadi insiden penembakan pesawat Korean Airlines, penerbangan 007 yang dianggap "nyasar" melintasi perbatasan Uni Soviet. Sejak saat itu, GPS mulai disiapkan untuk dipergunakan oleh kalangan sipil secara internasional, terutama untuk kalangan penerbangan dan kelautan. Lonjakan pesat industri GPS pertama terjadi di tahun 1991 saat terjadinya Perang Teluk. Pada saat itu, Pentagon memesan unit dan unit perangkat GPS nonmiliter dari Trimble Navigation dan Magellan Systems. Pada perkembangan selanjutnya, perangkat GPS terus dikembangkan semakin baik, andal, dan terjangkau harganya.

4 Maret 1994, Satelit GPS NAVSTAR 24 unit serta 3 unit cadangan telah siap diorbit 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 system 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. ( MHz). Selanjutnya sekitar tahun , pemerintah AS mengijinkan system 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. C. Alat Untuk memanfaatkan GPS, kita harus menggunakan alat penerima GPS (GPS receiver). Tugas alat penerima sinyal GPS adalah mencari tiga atau lebih satelit-satelit ini (dengan cara mendeteksi sinyal yang dipancarkan dari satelitsatelit itu), untuk menentukan jarak setiap satelit dari penerima, dan menggunakan informasi ini untuk menentukan lokasi pengamat yang membawa penerima ini (berdasarkan garis lintang dan bujurnya). Sebagai

5 informasi, sinya GPS ini ditransmisikan dalam frekuensi L Band, yakni pada angka 1575,42 dan 1227,60 Mhz. Alat ini akan menunjukkan lokasi kita dalam format koordinat, seperti pada peta biasa. Jika kita perhatikan, setiap peta selalu dilengkapi dengan garis-garis melintang dan membujur. Berdasarkan koordinat garis lintang dan garis bujur itulah kita menentukan letak suatu tempat. Nah, GPS juga memiliki koordinat serupa yang disebut waypoint. Tentu saja, waypoint pada GPS lebih teliti dan lebih akurat ketimbang koordinat peta. Bagaimana cara alat penerima GPS bisa menampilkan koordinat kita? Metode yang digunakan sebenarnya sangat sederhana. Jika penerima GPS di tangan kita mengetahui jarak antara lokasi kita dan 3 buah satelit GPS, serta mempunyai informasi tentang posisi satelit-satelit tersebut, maka lokasi kita dengan gampang dapat dihitung. Karena bersifat tiga dimensi, bukan hanya letak atau lokasi pasti alat penerima yang bisa ditentukan, melainkan juga ketinggiannya dari permukaan bumi. Ini membuat sistem GPS sesuai dipakai oleh dunia penerbangan untuk menentukan lokasi pesawat saati berada diudara. D. Cara Kerja Cara kerja sistem GPS pada dasarnya adalah menentukan jarak antara posisi satelit-satelit GPS pada orbitnya di angkasa luar ke alat penerima GPS. Dengan minimal 4 signal satelit yang diterima pada alat penerima GPS, maka alat penerima GPS dapat menghitung, dengan tingkat ketelitian tertentu, lokasi? alat penerima GPS tersebut di atas permukaan bumi. Pada saat ini j ada lebih

6 dari 31 satelit dengan 24 satelit aktif GPS yang mengorbit di angkasa luar, tersebar di 6 bidang orbit. Sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS memuat informasi waktu kapan signal itu dipancarkan dan juga informasi mengenai posisi satelit yang bersangkutan di angkasa luar. Satelit GPS dilengkapi dengan jam atom yang memiliki ketelitian sangat tinggi, sehingga data waktu yang terbungkus dalam sinyal GPS mempunyai tingkat ketepatan/akurasi yang tinggi. Tingkat ketelitian yang dibutuhkan dari alat GPS bergantung pada penggunaan alat GPS tersebut. Akurasi penentuan posisi alat GPS komersial saat ini yang hanya menggunakan informasi dari GPS (standalone GPS) adalah sekitar 100 meter, sedangkan bila menggunakan tambahan referensi informasi lain (differential GPS) yang standar maka tingkat akurasinya bisa antara 10 cm sampai 1m. Sistim ini menggunakan sejumlah satelit yang berada di orbit bumi, yang memancarkan sinyalnya ke bumi dan ditangkap oleh sebuah alat penerima. Ada tiga bagian penting dari sistim ini, yaitu bagian kontrol, bagian angkasa, dan bagian pengguna. Gambaran skema sistim GPS

7 1. Bagian Kontrol Seperti namanya, bagian ini untuk mengontrol. Setiap satelit dapat berada sedikit diluar orbit, sehingga bagian ini melacak orbit satelit, lokasi, ketinggian, dan kecepatan. Sinyal-sinyal sari satelit diterima oleh bagian kontrol, dikoreksi, dan dikirimkan kembali ke satelit. Koreksi data lokasi yang tepat dari satelit ini disebut dengan data ephemeris, yang nantinya akan di kirimkan kepada alat navigasi kita. 2. Bagian Angkasa Bagian ini terdiri dari kumpulan satelit-satelit yang berada di orbit bumi, sekitar mil diatas permukaan bumi. Kumpulan satelit-satelit ini diatur sedemikian rupa sehingga alat navigasi setiap saat dapat menerima paling sedikit sinyal dari empat buah satelit. Sinyal satelit ini dapat

8 melewati awan, kaca, atau plastik, tetapi tidak dapat melewati gedung atau gunung. Satelit mempunyai jam atom, dan juga akan memancarkan informasi waktu/jam ini. Data ini dipancarkan dengan kode pseudorandom. Masing-masing satelit memiliki kodenya sendiri-sendiri. Nomor kode ini biasanya akan ditampilkan di alat navigasi, maka kita bisa melakukan identifikasi sinyal satelit yang sedang diterima alat tersebut. Data ini berguna bagi alat navigasi untuk mengukur jarak antara alat navigasi dengan satelit, yang akan digunakan untuk mengukur koordinat lokasi. Kekuatan sinyal satelit juga akan membantu alat dalam penghitungan. Kekuatan sinyal ini lebih dipengaruhi oleh lokasi satelit, sebuah alat akan menerima sinyal lebih kuat dari satelit yang berada tepat diatasnya (bayangkan lokasi satelit seperti posisi matahari ketika jam 12 siang) dibandingkan dengan satelit yang berada di garis cakrawala (bayangkan lokasi satelit seperti posisi matahari terbenam/terbit). Ada dua jenis gelombang yang saat ini dipakai untuk alat navigasi berbasis satelit pada umumnya, yang pertama lebih dikenal dengan sebutan L1 pada MHz. Sinyal L1 ini yang akan diterima oleh alat navigasi. Satelit juga mengeluarkan gelombang L2 pada frekuensi Mhz. Gelombang L2 ini digunakan untuk tujuan militer dan bukan untuk umum. 3. Bagian Pengguna Bagian ini terdiri dari alat navigasi yang digunakan. Satelit akan memancarkan data almanak dan ephemeris yang akan diterima oleh alat navigasi secara teratur. Data almanak berisikan perkiraan lokasi

9 (approximate location) satelit yang dipancarkan terus menerus oleh satelit. Data ephemeris dipancarkan oleh satelit, dan valid untuk sekitar 4-6 jam. Untuk menunjukkan koordinat sebuah titik (dua dimensi), alat navigasi memerlukan paling sedikit sinyal dari 3 buah satelit. Untuk menunjukkan data ketinggian sebuah titik (tiga dimensi), diperlukan tambahan sinyal dari 1 buah satelit lagi. Dari sinyal-sinyal yang dipancarkan oleh kumpulan satelit tersebut, alat navigasi akan melakukan perhitungan-perhitungan, dan hasil akhirnya adalah koordinat posisi alat tersebut. Makin banyak jumlah sinyal satelit yang diterima oleh sebuah alat, akan membuat alat tersebut menghitung koordinat posisinya dengan lebih tepat. Karena alat navigasi ini bergantung penuh pada satelit, maka sinyal satelit menjadi sangat penting. Alat navigasi berbasis satelit ini tidak dapat bekerja maksimal ketika ada gangguan pada sinyal satelit. Ada banyak hal yang dapat mengurangi kekuatan sinyal satelit: Kondisi geografis, seperti yang diterangkan diatas. Selama kita masih dapat melihat langit yang cukup luas, alat ini masih dapat berfungsi. Hutan. Makin lebat hutannya, maka makin berkurang sinyal yang dapat diterima. Air. Jangan berharap dapat menggunakan alat ini ketika menyelam. Kaca film mobil, terutama yang mengandung metal. Alat-alat elektronik yang dapat mengeluarkan gelombang elektromagnetik.

10 Gedung-gedung. Tidak hanya ketika didalam gedung, berada diantara 2 buah gedung tinggi juga akan menyebabkan efek seperti berada di dalam lembah. Sinyal yang memantul, misal bila berada diantara gedung-gedung tinggi, dapat mengacaukan perhitungan alat navigasi sehingga alat navigasi dapat menunjukkan posisi yang salah atau tidak akurat. E. Manfaat Sistem ini dapat dipakai di segala bidang misalnya : 1. Militer GPS digunakan untuk keperluan perang seperti menurunkan arah bom, atau mengetahui posisi pasukan berada. dengan cara ini maka kita bisa mengetahui maa teman dan mana lawan utnuk menghindari salah target, ataupun menetukan pergerakan pasukan. 2. Navigasi Banyak digunakan sebagai alat navigasi seperti kompas. beberapa kendaraan telah dilengkapi dengan GPS untuk alat bantu navigasi., dengan menambahkan peta maka bisa digunakan untuk memandu pengendara, sehingga pengendaa bisa mengetahui jalur mana yang sebaiknya dipilih untuk menacapai tujuan yang diinginkan. 3. Sistem informasi geografis

11 Untuk keperluan sistem informasi geografis, GPS sering juga diikutsertakan dalam pembuatan peta. seperti mengukur jarak perbatasan, atau sebagai referensi pengukuran. 4. sistem pelacakan kendaraan kegunaan lain GPS sebagai pelacak kendaraan, dengan bantuan GPS pemilik kendaraan/pengelola armada bisa mengetahui ada dimana saja kendaraan/aset bergerak berarti saat ini. 5. Pemantauan Gempa Bahkan saat ini, GPS dengan ketelitian tinggi bisa digunakan untuk memantau pergerakan tanah, yang ordernya hanya mm dalam setahun. pemantauan pergerakan tanah berguna untuk memperkirakan terjadinya gempa, baik pergerakan vulkanik ataupun tektonik. F. Perkembangan GPS Navigasi dan Global Positioning System sering bisa ditemukan di kaca depan mobil atau pada sepeda motor dan sepeda. Teknologi ini sangat populer sehingga sistem pemetaan canggih ini yang lebih baru bahkan mobil yang dirancang dengan GPS dimasukkan sebagai fitur standar. Tapi apa yang banyak orang gagal untuk sadari adalah bahwa GPS mulai sebagai lebih dari perangkat yang digunakan oleh directionally ditantang. GPS Navigasi mulai sebagai sebelum waktu dan menjanjikan peralatan yang dirancang oleh Pemerintah Amerika Serikat untuk militer dan pemerintah menggunakan secara eksklusif. Hari sistem ini mencakup pengoperasian 24 satelit yang terus mengorbit bumi dalam lagu yang sangat tepat. Satelit digunakan untuk berbagai fungsi yang

12 mencakup navigasi, GPS pemetaan dan pelacakan. Dengan bantuan satelit ini yang hanya terlihat pada malam hari kita dapat secara akurat menggambarkan lokasi kami, lokasi orang lain, atau lokasi di mana kita ingin melakukan perjalanan. Apa yang lebih luar biasa adalah bagaimana sistem seperti kecil sekarang. Hari GPS bisa masuk ke telapak tangan Anda dan belum memegang kekuasaan yang sangat besar. Beberapa unit navigasi bahkan dibangun ke jam yang tidak lebih besar dari seperempat, GPS yang lebih kecil populer untuk pejalan kaki dan pengendara sepeda motor karena mudah untuk dibawa dan mengetahui lokasi. Teknologi GPS terus-menerus berubah dan hanya masa depan akan dapat memberi tahu kami apa yang akan terjadi dengan itu karena kemungkinan tidak terbatas. Dengan hari ini kendaraan, built in GPS memiliki lebih banyak daripada navigasi. Teknologi yang ada sekarang memiliki kemampuan untuk menempatkan informasi lalu lintas, cuaca dan berita informasi langsung ke GPS dan peta itu! Bahkan pompa bensin dengan harga saat ini dapat digunakan dengan layanan langsung MSN disertakan dalam beberapa GPS pembelian. Pada awal perkembangan teknologi GPS, hanya ada satu receiver komersial yg dijual secara bebas dipasar dengan harga sekitar beberapa ribu dolar Amerika. Namun saat ini lebih dari 500 merk GPS telah beredar dipasar (Dapat dilihat pada majalah GPS World edisi januari 2006). Harga receiver yang ada saat ini bervariasi mulai dari sekitar 1 juta rupiah untuk GPS genggam hingga 500 juta rupiah untuk high end geodetic receiver.

13 Receiver GPS komersial dapat dibagi menjadi empat jenis, berdasarkan pada kemampuan menerima sinyal yakni; 1. Single-frequency code receiver. 2. Single-frequency carrier smoothed code receiver. 3. Single-frequency code and carrier receiver. 4. Dual-frequency receiver Single-frequency receiver hanya dapat mengakses gelombang L1 saja sedangkan Dual-frequency receiver dapat mengakses L1 dan L2. Receiver yg paling sederhana dan sekaligus paling murah adalah singlefrequency code receiver. Receiver tipe ini hanya menggunakan data C/A saja dan merupakan receiver yang memiliki akurasi paling rendah. Receiver kedua adalah single-frequency carrier smoothed code receiver. Receiver ini juga hanya menggunakan data C/A, bedanya receiver ini menggunakan carrier wave untuk memproduksi kode C/A yang smooth, sehingga memperbaiki resolusi pseudorange sehingga akurasi penentuan posisi-nya menjadi lebih baik. Single-frequency code and carrier receiver memiliki kemampuan untuk menyimpan rawdata kode C/A, P dan juga gelombang pembawa L1 yg memungkinkan penentuan posisi teliti (post-processing technique). Selain itu, kemampuan receiver tipe ini juga meliputi kemampuan dua tipe receiver sebelumnya. Dual-frequency receiver adalah receiver yang paling rumit,

14 canggih, teliti, sekaligus paling mahal. Receiver tipe ini dapat mengamat dan menyimpan rawdata C/A, P, L1 dan L2. Kemampuan menyimpan data L1 dan L2 inilah yang merupakan kelebihan yg memungkinkan kemudahan resolusi ambiguitas fase dengan mengkombinasikan data L1 dan L2 (L1-L2 = wide lane, L1+L2 narrow lane). Receiver GPS juga dapat dibedakan menurut jumlah channel yang digunakan yang bervariasi dari 1-12 channel. Receiver yang bagus adalah yg memiliki multi channel dimana setiap channel memiliki kemampuan tracking secara kontinu pada setiap satelit yg mengorbit. Saat ini sebagian besar dari receiver yang dijual dipasar memiliki 9-12 channel, baik independen maupun paralel. Hal hal yang harus diperhatikan saat memilih receiver adalah: 1. Harga 2. Kemudahan pengoperasian 3. Konsumsi catu daya 4. Ukuran dan berat 5. Memori penyimpan data (internal/eksternal) 6. Kemampuan interface 7. Kemampuan mitigasi multipath Artinya, masing masing dari kategori diatas lebih baik disesuaikan dengan aplikasi yang akan kita gunakan.

15 DAFTAR PUSTAKA x=hot+topic&y=cybertech triliteration/

16 MENGENAL GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) SEJARAH, CARA KERJA DAN PERKEMBANGANNYA ( Tugas Makalah Mata Kuliah Perpetaan ) Oleh I Gede Boy Darmawan JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS LAMPUNG 2010