GPS

GPS

     A. Pengertian 

           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 telah banyak digunakan di Indonesia, antara lain untuk eksplorasi minyak, pertambangan, geologi, kelautan, dan dapat diintegrasikan dengan SIG misalnya untuk tracking benda bergerak (mobil, pesawat, satelit, dll). Secara komersial alat ini selain dapat membantu pengguna dalam menentukan lokasinya di permukaan bumi, juga dapat merekomendasikan lintasan dari lokasi saat ini hingga tujuan perjalanan, merekam lintasan yang pernah dilalui dan memberikan informasi lokasi fasilitas-fasilitas penting terdekat seperti ATM, Bank, supermarket dan lain-lain.

          B. Sejarah Perkembangan GPS

Sejarah 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 10.000 unit dan 3.000 unit perangkat GPS nonmiliter dari Trimble Navigation dan Magellan Systems. Pada perkembangan selanjutnya, perangkat GPS terus dikembangkan semakin baik, andal, dan terjangkau harganya.

           C. Spesifikasi GPS

       1 Sinyal GPS

Satelit GPS mengirim dua sinyal transmisi gelombang radio dengan emisi “Code-Phase”dan “Carrier-Phase” untuk menghitung jarak Satelite dan GPS Receiver agar lebih akurat, dengan frekuensi L1(1,57542 GHz ) GPS transmisi Signal diperuntukan pengguna sipil dan L,2.(1227.60 MHz) US GPS transmisi Sinyal untuk keperluan militer dengan spesifikasi keakuratan serta Eror Correction lebih baik. Sinyal satelite GPS Navstar memancar menyorot permukaan bumi sesuai dengan karakter signal Microwave pada band sekitar 1.2- 1,5 GHZ, menembus awan, kaca dan plastic namun tidak akan bisa menembus benda padat/keras seperti bangunan atau gunung.

 

       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. Hal yang perlu dicatat bahwa GPS adalah satu-satunya sistem navigasi ataupun sistem penentuan posisi dalam beberapa abad ini yang memiliki kemampuan handal seperti itu. Ketelitian dari GPS dapat mencapai beberapa mm untuk ketelitian posisinya, beberapa cm/s untuk ketelitian kecepatannya dan beberapa nanodetik untuk ketelitian waktunya. Ketelitian posisi yang diperoleh akan tergantung pada beberapa faktor yaitu metode penentuan posisi, geometri satelit, tingkat ketelitian data, dan metode pengolahan datanya.

       3 Produk yang diberikan GPS

          Secara umum produk dari GPS adalah posisi, kecepatan, dan waktu. Selain itu ada beberapa produk lainnya seperti percepatan, azimuth, parameter attitude, TEC (Total Electron Content), WVC (Water Vapour Content), Polar motion parameters, serta beberapa produk yang perlu dikombinasikan dengan informasi eksternal dari sistem lain, produknya antara lain tinggi ortometrik, undulasi geoid, dan defleksi vertikal.

       4 Segmen Penyusun Sistem GPS

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

           Satelit GPS dapat dianalogikan sebagai stasiun radio angkasa, yang diperlengkapi dengan antena-antena untuk mengirim dan menerima sinyal –sinyal gelombang. Sinyal-sinyal ini selanjutnya diterima oleh receiver GPS di/dekat permukaan bumi, dan digunakan untuk menentukan informasi posisi, kecepatan, maupun waktu. Selain itu satelit GPS juga dilengkapi dengan peralatan untuk mengontrol attitude satelit. Satelit-satelit GPS dapat dibagi atas beberapa generasi yaitu ; blok I, blok II, blok IIA, blok IIR dan blok IIF. Hingga april 1999 ada 8 satelit blok II, 18 satelit blok II A dan 1 satelit blok II R yang operasional.

           Secara umum segmen sistem kontrol berfungsi mengontrol dan memantau operasional satelit dan memastikan bahwa satelit berfungsi sebagaimana mestinya. 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 RF dengan 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.

       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 – 4 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. 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.

       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.

       7 Error Source pada GPS

            Pada sistem GPS terdapat beberapa kesalahan komponen sistem yang akan mempengaruhi ketelitian hasil posisi yang diperoleh.  Kesalahan-kesalahan tersebut contohnya kesalahan orbit satelit, kesalahan jam satelit, kesalahan jam receiver, kesalahan pusat fase antena, dan multipath. Hal-hal lainnya juga ada yang mengiringi kesalahan sistem seperti efek imaging, dan noise.   Kesalahan ini dapat dieliminir salah satunya dengan menggunakan teknik differencing data.

     C.8 Ketelitian Posisi yang diperoleh dari Sistem GPS

           Untuk aplikasi sipil, GPS memberikan nilai ketelitian posisi dalam spektrum yang cukup luas, mulai dari meter sampai dengan milimeter.  Sebelum mei 2000 (SA on) ketelitian posisi GPS metode absolut dengan data psedorange mencapai 30 – 100 meter.  Kemudian setelah SA off ketelitian membaik menjadi 3 – 6 meter.  Sementara itu Teknik DGPS memberikan ketelitian 1-2 meter, dan teknik RTK memberikan ketelitian 1-5 sentimeter.  Untuk posisi dengan ketelitian milimeter diberikan oleh teknik survai GPS dengan peralatan GPS tipe geodetik dual frekuensi dan strategi pengolahan data tertentu.

           D. Implementasi

·         Menghitung jarak dan arah dari lokasi tempat kita berada.

·         Satu unit GPS dapat menyimpan dalam memory lokasi di mana kita berada saat ini.

·         Setiap lokasi dapat diberi nama atau nomor dan tanggal dan waktu.

·         Mengingat lokasi yang pernah kita simpan.

·         Mengarahkan kita dari satu lokasi ke lokasi lain dengan simbol berupa grafik.

·         Menyimpan rute perjalanan kita dan mengantar kita kembali dengan rute yang sama.

·         Berfungsi sebagai kompas yang dapat menuntun kita ke arah yang tepat.

·         Dapat digunakan sebagai penunjuk arah di kapal, mobil dengan menggunakan daya sebesar 12 volt.

·         Beberapa GPS dapat menunjukkan peta jalan-jalan utama, sungai-sungai.

·         Beberapa GPS juga dapat menampilkan kekuatan baterai, posisi satelit, kekuatan sinyal. 

     E. Aplikasi

Aplikasi GPS sangat beragam dan tidak terbatas pada hal-hal yang berhubungan dengan penentuan posisi saja. Di udara, GPS digunakan sebagai salah satu alternatif peralatan navigasi pesawat terbang. Dibandingkan dengan peralatan navigasi lain, penerima GPS paling mudah digunakan karena langsung memberikan posisi pesawat sehingga sangat cepat menjadi populer. Dengan menggunakan beberapa penerima GPS, orientasi kemiringan pesawat juga bisa dihitung, GPS juga favorit digunakan untuk membimbing pesawat tanpa awak dan rudal-rudal jarak jauh.

Di laut, kapal-kapal juga senang menggunakan GPS karena alasan kemudahan penggunaannya. IMO (International Maritime Organization) bahkan menganjurkan pemakaian AIS (Automatic Identification System), yaitu alat penerima GPS yang secara periodik mengirimkan posisi kapal. GPS juga digunakan untuk mempelajari kebiasaan migrasi satwa laut.

Penerima GPS yang tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran membuat penggunaannya di darat juga beragam. Mulai dari penerima GPS handheld untuk perjalanan lintas alam seharga sekitar Rp 1 juta sampai penerima GPS untuk memantau perjalanan truk-truk kontainer dan kereta api. GPS juga digunakan membuat peta dan membantu bermain golf. Jam satelit GPS yang sangat presisi juga banyak dimanfaatkan, di antaranya sinkronisasi antar BTS/menara pada jaringan telepon seluler.

Beberapa tahun belakangan GPS bahkan dimanfaatkan juga di angkasa luar untuk mendapatkan posisi satelit lainnya. Akan tetapi, aplikasi yang paling kreatif menurut penulis adalah menggunakan GPS sebagai radar.