B A B I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Satelit-satelit GPS beredar mengelilingi bumi jauh di atas permukaan bumi yaitu pada ketinggian sekitar 20.200 km dimana satelit tersebut berputar mengelilingi bumi dengan periode 11 jam 58 menit. Satelit-satelit GPS tersebut mengirimkan informasi berupa kode dan pesan navigasi yang berisi data posisi dan waktu satelit yang ditumpangkan pada gelombang elektromagnetik kepada receiver yang akan diolah menjadi sebuah posisi dalam sistem koordinat tertentu. Satelit-satelit GPS berada di atas atmosfer bumi yang terdiri dari beberapa lapisan yang ditandai dengan perbedaan suhu dan tekanan yang signifikan, lapisan atmosfer tersebut terdiri dari troposfer (0-16 km), stratosfer (16-50 km), mesosfer (50-80 km) dan termosfer (80-640 km) [Pettersen, 1958; Miller et al, 1983: Dikutip oleh Permana, 2002]. Pada dan di atas lapisan atmosfer bumi terdapat lapisan yang mengandung sejumlah elektron bebas, lapisan tersebut disebut dengan lapisan ionosfer. Lapisan ionosfer tersebut kira-kira terletak pada ketinggian 50 sampai 2000 km di atas permukaan bumi. Sinyal dari satelit GPS yang berada pada ketinggian 20.200 km tersebut merambat melalui lapisan lapisan yang telah disebutkan pada paragraf sebelumnya, sinyal elektromagnetik tersebut terpengaruhi oleh karakteristik dari lapisan media perantaranya, tentu saja akan berpengaruh pula pada informasi waktu yang diberikan sehingga data jarak antara satelit ke receiver mengalami penyimpangan karena sinyal tersebut mengalami perubahan kecepatan dan arah. Alhasil data posisi yang diberikan akan mengandung kesalahan akibat terjadinya bias atau gangguan pada sinyal yang dipancarkan satelit pada lapisan media perantaranya. Untuk mendapatkan nilai posisi yang teliti maka kita harus menghilangkan nilai kesalahan tersebut. Pengamatan lapisan ionosfer dan troposfer dapat dilakukan dengan metode inverse problem dari penentuan posisi dengan GPS, yaitu dengan melakukan pengamatan GPS pada suatu titik yang telah diketahui koordinatnya dan secara stokastik dapat diestimasi bias yang 1
halaman 2 diakibatkan oleh lapisan troposfer dan ionosfer. Nilai kesalahan tersebut terkait dengan jumlah dari PWV (Precipitable Water Vapour) yang mewakili karakteristik temporal dari lapisan troposfer dan TEC (Total Electron Content) yang mewakili karakteristik temporal dari lapisan ionosfer di sekitar daerah pengamatan GPS. Dengan menggunakan GPS realtime untuk pengamatan kondisi troposfer dan ionosfer, ada beberapa fenomena alam yang bisa diprediksi salah satunya yaitu untuk cuaca dan gempa. Dengan penelitian ini diharapkan bisa dijadikan acuan untuk pengembangan sistem prediksi gempa bumi, tsunami, prakiraan cuaca, dan lain lainnya. 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : o Membangun sistem otomatisasi akuisisi data, pengolahan data, dan visualisasi untuk pengamatan Ionosfer dan Troposfer dengan GPS secara realtime. o Mempelajari dan menganalisis mekanisme dan algoritma dari sistem GPS realtime untuk pengamatan troposfer dan ionosfer. 1.3 Rumusan Masalah Masalah pokok yang melandasi penelitian ini adalah bagaimana metode, teknis, dan proses dari pengembangan sistem GPS realtime untuk pengamatan troposfer dan ionosfer serta apa saja permasalahan dalam pembangunan sistem tersebut. 1.4 Ruang Lingkup Ruang lingkup kajian dari penelitian ini adalah : a. Membangun sistem otomatisasi pemrosesan data GPS realtime pada titik pengamatan yang sudah diketahui koordinatnya lalu mengestimasi nilai dari bias yang diakibatkan oleh lapisan troposfer dan ionosfer. b. Menggunakan metode PPP (Precise Positioning System) dan penggunaan data kode dalam pengolahan data GPS serta memanfaatkan ultra rapid prediksi dari IGS sebagai informasi orbitnya.
halaman 3 c. Mengkarakterisasi lapisan troposfer dan ionosfer yang diwakili dengan data estimasi PWV (Precipitable Water Vapour) pada troposfer dan TEC (Total Electron Content) pada ionosfer. 1.4 Kemanfaatan Manfaat dan kontribusi dari hasil sistem ini adalah : a. memantau kondisi meteorologis skala lokal dengan mengestimasi nilai water vapour pada lapisan troposfer, dan b. memantau kondisi lapisan ionosfer dengan mengestimasi nilai TEC (Total Electron Content). Potensi kemanfaatan dan kontribusi dari pengambangan sistem ini pada masa mendatang antara lain : a. memperoleh model koreksi ionosfer dan troposfer bagi sinyal sinyal gelombang satelit aplikasi seperti satelit GPS, InSAR, Altimetri dan lain-lain. b. memberikan informasi tentang MUF (Maximum Usable Frequency) bagi alat telekomunikasi contohnya untuk pemakaian gelombang radio. c. studi tidak langsung dari ulah manusia terhadap kerusakan lingkungan dengan melihat indikator perubahan lapisan ozone pada atmosfer dari data ionosfer, d. mempelajari efek dari gempa bumi terhadap lapisan ionosfer, e. memperkirakan cuaca skala lokal dari data pengamatan water vapour harian secara realtime. 1.5 Metodologi Penelitian Metode dari penelitian ini dapat digambarkan dalam diagram alir berikut ini :
halaman 4 Gambar 1.1 Metodologi penelitian Perangkat lunak pengolahan data yang dipakai adalah Bernese 5 yaitu perangkat lunak ilmiah untuk pengolahan data GPS. Software ilmiah ini dibuat sedemikian rupa sehingga mampu untuk mereduksi kesalahan dan bias yang terjadi pada data GPS secara maksimal, sehingga ketelitian hasil pun akan semakin baik. Software ini pun mampu mengimplementasikan teknik inverse problem dari penentuan posisi dengan GPS dimana dengan koordinat pengamatan yang diketahui di awal sehingga dapat diestimasi nilai dari kesalahan akibat gangguan sinyal pada lapisan troposfer dan ionosfer.
halaman 5 1.6 Sistematika Pembahasan Sistematika dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: Bab 1 Pendahuluan Bab 1 menjelaskan latar belakang masalah, maksud dan tujuan penulisan, ruang lingkup masalah, metodologi penelitan dan sistematika penulisan. Bab 2 Dasar Teori Pada bab 2 dibahas mengenai teori penunjang mengenai karakteristik perambatan sinyal GPS pada lapisan ionosfer dan troposfer, teori penghilangan kesalahan bias ionosfer dan troposfer, karakteristik lapisan ionosfer, karakteristik lapisan troposfer. Bab 3 Real Time GPS untuk Pengamatan Ionosfer dan Troposfer Pada bab 3 dibahas mengenai pembangunan sistem otamatisasi akuisisi data, pengolahan data, dan visualisasi hasil pengolahan data untuk pengamatan karakteristik lapisan troposfer dan ionosfer. Bab 4 Analisis Bab 4 berisi analisis terhadap hasil dari proses pembangunan sistem GPS realtime untuk pengamatan ionosfer dan troposfer serta analisa terhadap kelebihan dan kelemahan dari sistem tersebut. Bab 5 Penutup Bab 5 berisi kesimpulan dan saran dari keseluruhan pelaksanaan penelitian ini.