BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Satelit GPS beredar mengelilingi bumi pada ketinggian sekitar 20.200 km. Satelit GPS tersebut berada di atas atmosfer bumi yang terdiri dari beberapa lapisan dan ditandai dengan perbedaan suhu serta tekanan yang signifikan. Lapisan atmosfer berpengaruh terhadap sinyal yang dihasilkan GPS. Pengaruh atmosfer terjadi pada 2 lapisan yaitu ionosfer dan troposfer. Kedua lapisan tersebut berpengaruh sesuai dengan karakteristik perambatan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh satelit GPS. Lapisan ionosfer mempengaruhi kecepatan sinyal baik itu fase maupun kode. Pada sinyal fase, ionosfer akan meningkatkan kecepatan sinyal fase sehingga waktu tempuh sinyal menjadi lebih pendek dan sebaliknya pada kode, ionosfer akan menurunkan kecepatan sinyal carrier wave sehingga waktu tempuh sinyal menjadi lebih panjang. Menghilangkan bias ionosfer cukup sulit mengingat tidak adanya model yang memuaskan karena bias ionosfer terpengaruh secara spasial dan temporal, sehingga metode paling efisien untuk mengeliminasi delay ionosfer adalah menggunakan 2 sinyal yang berbeda frekuensi. Hal ini yang menjadi dasar alasan mengapa GPS memiliki 2 sinyal GPS yaitu L1 dan L2 [Hoffman-Wellenhof et al., 1992]. Dalam lapisan troposfer, magnitude dari bias troposfer tidak tergantung pada frekuensi dan oleh sebab itu besarnya tidak dapat diestimasi pada pengamatan menggunakan 2 frekuensi. Lapisan troposfer memberikan efek delay, hal ini berbeda bila dibandingkan dengan lapisan ionosfer yang memberikan efek bias berbeda sesuai dengan frekuensi sinyal GPS yang digunakan (diperlambat dan dipercepat)[abidin, 2006]. Lapisan troposfer adalah medium yang non-dispersif untuk gelombang radio pada frekuensi hingga 15 GHz [Hoffman-Wellenhoff et al., 1992]. Pengaruh refraksi troposfer pada modulasi fase dan kode adalah sama. Namun, sebagian dari energi sinyal mengalami refraksi oleh gas-gas yang tidak terionisasi seperti karbondioksida dan Halaman 1
molekul air, akibatnya menimbulkan delay atau jeda sinyal sekitar 1.9 2.5 m pada arah zenith dan 30 m pada arah horizon. Besarnya penyimpangan jarak disebabkan oleh perlambatan waktu tempuh akibat pengaruh troposfer di arah zenith(vertikal) disebut dengan Zenith Tropospheric Delay (ZTD). Nilai ZTD ini dihasilkan dari mapping function sudut elevasi model yang menunjukkan jarak zenith satelit dengan titik pengamatan [Olynik, 2002]. ZTD dapat dipengaruhi oleh lama pengamatan yang dapat mengakibatkan variasi nilai delay [Dach et al, 2007]. Nilai delay tersebut juga dipengaruhi oleh variasi temperatur, tekanan, kelembaban, dan berdasarkan lokasi spasial titik pengamatan [Shrestha, 2003]. Pada dasarnya, nilai ZTD dapat ditentukan menggunakan teknik GPS dengan strategi pengukuran statik diferensial. Berkaitan dengan hal tersebut, minimal diperlukan 2 titik yang diketahui koordinatnya secara akurat. Melalui strategi tersebut, maka dapat diestimasi nilai ZTD secara relatif yang merupakan perbedaan nilai ZTD di kedua titik tempat pengamatan. Estimasi penentuan nilai ZTD dipengaruhi oleh kualitas informasi orbit yang digunakan. Orbit satelit GPS dapat diklasifikasikan sebagai broadcast ephemerides (informasi orbit yang diberikan langsung oleh GPS saat pengamatan kepada pengguna) dan precise ephemerides yaitu informasi orbit yang dihasilkan oleh International GNSS Service (IGS). Penggunaan informasi orbit yang berbeda dapat memberikan nilai estimasi ZTD yang berbeda. Dalam Tugas Akhir ini akan dilakukan estimasi ZTD serta kajian pemodelan ZTD dan karakteristik temporal troposfer dalam skala lokal di lokasi pengamatan. Hal ini dilakukan karena belum adanya pengamatan secara kontinyu dan jangka panjang di lokasi tersebut, kemudian melihat pemanfaatan precise ephemeris untuk penentuan nilai estimasi ZTD. Dengan alasan ini, ketersediaan informasi orbit precise ephemeris diharapkan dapat menunjang penentuan ZTD menuju near-real time. Pada penelitian ini, studi kasus menggunakan data CGPS (Continous GPS-ITB) dan Bakosurtanal untuk pengamatan efek troposfer. Hasil penelitian diharapkan dapat melihat pendekatan model ZTD saat pengamatan yang dihasilkan serta efek precise ephemeris untuk estimasi ZTD. Penelitian ini diharapkan bisa dijadikan sumber pengetahuan tentang pengestimasian ZTD menggunakan teknik GPS. Halaman 2
1.2 Perumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah : Nilai delay troposfer dalam arah zenith dapat diketahui menggunakan teknik GPS dan nilai tersebut dapat digunakan untuk mengamati kondisi temporal saat pengamatan. Informasi orbit yang berbeda dapat memberikan pengaruh dalam penentuan ZTD. Melihat dari pengaruh informasi orbit yang digunakan, ultra rapid ephemeris dapat digunakan untuk penentuan ZTD. Dengan mengetahui pengaruh dari informasi orbit yang dipergunakan, diharapkan menjadi sumber pengetahuan akan kebutuhan penentuan ZTD di masa akan datang. 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah : Pengambilan data selama 14 hari untuk penentuan ZTD (Studi kasus Bakosurtanal - CGPS ITB). Metode Pengamatan menggunakan strategi pengamatan baseline (Bakosurtanal - CGPS ITB). Informasi Orbit satelit Precise Ephemerides (final ephemeris dan ultra rapid ephemeris). 1.4 Tujuan dan Manfaat Tujuan dan manfaat dari penelitian adalah : Menentukan nilai delay troposfer menggunakan GPS. Menganalisis perbedaan delay troposfer berdasarkan perbedaan jenis informasi precise ephemeris yang digunakan yaitu ultra rapid ephemeris dan final ephemeris sebagai referensi, sehingga dapat diketahui seberapa besar pengaruh informasi orbit dalam penentuan nilai ZTD (Zenith Tropospheric Delay). Halaman 3
1.5 Metodologi Perangkat lunak pengolahan data yang dipakai adalah Bernese 5.0 yaitu perangkat lunak ilmiah untuk pengolahan data GPS. Perangkat lunak ilmiah ini dibuat sedemikian rupa sehingga juga mampu untuk mengestimasi nilai delay troposfer dari data GPS secara optimal. Nilai delay troposfer dalam arah zenith disebut ZTD (Zenith Tropospheric Delay). Input data yang digunakan adalah data observasi GPS beserta data pendukung yang diolah menggunakan perangkat lunak Bernese. Dalam perangkat lunak Bernese, data diolah sedemikian rupa untuk mendapatkan nilai ZTD. Nilai ZTD ini adalah nilai koreksi, oleh sebab itu, koordinat titik yang diamati harus diketahui. Perangkat lunak ini mampu menggunakan sumber informasi orbit yang berbeda serta variasi lama waktu pengamatan akan berdampak pada variasi nilai ZTD pada saat pengamatan. Nilai ZTD ini kemudian dibandingkan dengan data pengamatan meteorologis secara langsung yang akan menghasilkan nilai ZHD (Zenith Hydrostatic Delay) dan ZWD (Zenith Wet delay). Kedua jenis nilai ini (ZHD dan ZWD) dapat dipergunakan untuk mendapatkan analisis kondisi temporal saat pengamatan dan fitting model saat pengamatan dan variasi analisis lainnya yang terkait dengan ZTD, kemudian sebagai verfikasi dilakukan perbandingan nilai ZWD yang dihasilkan dengan GPS dengan ZWD model yang didapatkan dari data pengamatan langsung. Metodologi penelitian dimulai dari input data, pengolahan data, nilai ZTD hingga variasi analisis hasil pengolahan data dan verifikasi hasil pengolahan data dijelaskan pada Gambar 1, yaitu sebagai berikut : Halaman 4
INFORMASI ORBIT DATA OBSERVASI SOFTWARE BERNESE 5.0 PENGOLAHAN DATA METODE DIFERENSIAL KOORDINAT FIX TITIK PENGAMATAN DELAY TROPOSFER (ZTD) ZENITH HYDROSTATIC DELAY ZTD DENGAN VARIASI WAKTU PENGAMATAN ZWD (ZENITH WET DELAY) PWV (PRECIPITABLE WATER VAPOR) PERBANDINGAN ZTD MENGGUNAKAN ULTRA RAPID DAN FINAL EPHEMERIS FITTING MODEL ZWD GPS VERIFIKASI DATA ZWD HOPFIELD DATA : #SUHU #KELEMBABAN #TEKANAN ANALISIS PENGOLAHAN DATA KESIMPULAN DAN SARAN Gambar 1. Metodologi penelitian Halaman 5
1.6 Sistematika Penulisan Bab 1 Rencana penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : Pendahuluan Bab ini akan menjelaskan latar belakang penelitian, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. Bab 2 GPS dan Atmosfer Bab ini akan dibahas mengenai teori penunjang mengenai GPS, atmosfer, karakteristik lapisan troposfer, kesalahan dan bias, dan strategi penentuan delay troposfer. Bab 3 Penentuan Zenith Tropospheric Delay Bab ini akan dibahas mengenai akuisisi data, pengolahan data, dan ekstraksi data untuk penentuan delay troposfer. Bab 4 Analisis Bab ini akan dibahas mengenai analisis hasil pengamatan troposfer, efek delay troposfer secara temporal, pengaruh ultra rapid ephemeris dalam penentuan ZTD, dan fitting model ZWD saat pengamatan. Bab 5 Kesimpulan dan Saran Bab ini akan berisi kesimpulan dan saran dari keseluruhan hasil penelitian ini. Halaman 6