Thursday, July 16, 2009

Tentang GPS

Awalnya ide ini berasal dari seseorang di masa lampau yang berpikir, bagaimana keberadaan kita saat ini, lokasinya dimana, dan akan pergi ke suatu tempat yang tentunya memerlukan kejelasan lokasi tempat yang tepat. Terkadang, hanya menyebutkan alamat suatu tempat, belum tentu kita menemukan posisi yang dimaksud oleh alamat tadi. Ataupun ada kesamaan alamat bisa terjadi pula. Hal inilah tentunya salah satu yang mendasari munculnya GPS.
Sistem Navigasi dan posisi merupakan hal yang penting dalam berbagai aktifitas dan prosesnya sampai saat ini masih dianggap suatu hal yang rumit. Selama bertahun-tahun perkembangan teknologi berusaha menyederhanakan urutan suatu aplikasi teknologi, tetapi penyederhanaan prosespun terkadang merugikan kita juga.

Akhirnya, Departemen Pertahanan Amerika Serikat memutuskan bahwa militer mereka harus mempunyai suatu bentuk teknologi yang sangat teliti mengenai suatu posisi yang tepat dari suatu lokasi apapun yang ada di permukaan bumi ini. Kebetulan waktu itu mereka mempunyai dana segar senilai 12 juta dollar, dan tentunya hal ini dijadikan modal untuk membangun suatu teknologi mutakhir yang baik.
Kenapa Departemen Pertahanan Amerika mengembangkan GPS ?

Pada waktu itu ada sejenis perlombaan senjata dari ICBM, menjadi suatu hal yang menarik dalam hal menentukan lokasi tepat dari lokasi misil yang ditembakkan oleh musuh. Tentunya dengan mengetahui dengan mengetahui lokasi secara tepat, kita bisa menghancurkan musuh tersebut beserta seluruh perangkat persenjataan mereka.

Hal tersebut tidaklah terlalu sulit waktu itu untuk menemukan lokasinya, apabila lokasi peluncuran senjata itu berada di daratan, dimana waktu itu kebanyakan misil darat berasal dari daratan uni soviet. Akan tetapi sebagian besar jenis senjata nuklir, ternyata ditembakan dari arah lautan. Tentunya untuk mempertahankan kekuasan amerika, mereka harus menemukan cara bagaimana menemukan posisi tepat, walaupun itu berada di tengah samudera yang luas dalam hitungan jam. Dan mereka menemukan GPS. GPS atau global positioning system, merupakan suatu system yang merubah system navigasi sampai saat ini.

Differential GPS merupakan suatu bentuk kerjasama dari dua receiver GPS, satu receiver GPS posisinya diam dan receiver GPS lainnya bergerak menyusuri area yang akan dipetakan posisinya. Jadi satu receiver GPS merupakan base station (reference GPS) dan receiver GPS lain menjadi rover GPS. Perlu diingat, untuk Differential GPS, tidak hanya terbatas menggunakan 2 receiver GPS saja, Anda bisa menggunakan 3, 4 atau berapapun receiver GPS. Yang penting ada salah satu yang harus menjadi GPS reference / base station-nya.

Tutorial GPS untuk Pemula

GPS sebagai auto tracking device banyak dipakai dalam berbagai aktifitas manusia, tidak hanya digunakan pada pesawat terbang, kapal laut, mobil cargo (vehicle tracking) juga berperan sebagai personnel tracking systems yaitu untuk kepentingan individu. GPS sebagai system tracking tentunya agak sedikit komplek untuk mempelajari sampai ke rangkaian sirkuit receiver. Berikut adalah tutorial GPS untuk pemula, sebagai gambaran dasar mengenai peralatan gps.

GPS System consept

1. Satelit GPS bergerak mengelilingi bumi dalam orbitalnya yaitu 2x sehari

2. Masing-masing satelit GPS mentransmisikan sinyal data ke bumi dan sinyal-sinyal data tersebut digunakan untuk menghitung posisi suatu titik di bumi

3. Untuk menghitung posisi tersebut, GPS mentransmisikan perbedaan waktu dimana waktu tersebut dihitung sebagai jarak dari beberapa satelit GPS ke permukaan bumi atau ke receiver GPS yang ada di bumi.

4. Untuk bisa menghitung posisi diperlukan minimal 3 sinyal satelit GPS yang tertangkap oleh receiver GPS kita di bumi. Dengan mendapatkan sinyal dari 3 satelit GPS kita bisa menghitung posisi secara 2 dimensi yaitu x dan y

5. Bila receiver GPS bisa menangkap sinyal satelit minimal 4 satelit maka kita bisa menghitung suatu posisi secara 3 dimensi (x, y, z=ketinggian)

Akurasi GPS

1. Banyak faktor yang mempengaruhi akurasi posisi salah satu diantaranya adalah faktor atmosfer.

2. Sebagai system tracking GPS pada aplikasi penerbangan dapat dicapai ketelitian kurang lebih 15 meter

3. Untuk lebih meningkatkan akurasi posisi bisa digunakan pasilitas WAAS (wide area augmentation system) dimana dapat akurasi ± 3-8 meter. Untuk fasilitas WAAS tidak diperlukan alat khusus untuk mendapatkan sinyal WAAS, sepanjang di Negara tersebut dimana kita melakukan atau menggunakan receiver GPS terdapat atau terpasang WAAS Ground (untuk koreksi satelit).

4. Untuk lebih meningkatkan ketelitian digunakan DGPS dimana dapat meningkatkan ketelitian ± 3-5 meter.

GPS Satellite

1. Satellite GPS pertama kali diluncurkan tahun 1978, perkembangannya sampai tahun 1994 terdapat 24 satellite GPS. Sekarang satellite GPS yang beroperasi sudah lebih dari 30 buah

2. Usia satellite GPS rata-rata 10 tahun, sehingga apabila sudah melewati umur tersebut harus dilakukan perawatan rutin ataupun diganti

3. Berat satellite GPS rata-rata ±2000 pounds (± 1 ton), lebar solar panelnya ± 17 feet / ± 5 meter, power transmisi

4. Posisi orbitalnya ± 12000 mil di atas permukaan bumi dengan kecepatan jelajah 7000 mph

5. Satellite GPS menggunakan tenaga berupa solar system, tapi juga disediakan tenaga cadangan berupa backup baterai untuk menghindari pada saat terjadinya gerhana matahari total. Sedangkan untuk menstabilkan satellite GPS berada tetap pada orbitalnya maka dilengkapi beberapa roket kecil

Sinyal GPS

1. Sinyal GPS dapat menembus awan, kaca dan plastic, yang banyak menghambat transmisinya adalah objek padat seperti gedung, pohon, gunung, bukit dan benda-benda padat lainnya

2. Dalam sinyal GPS terdapat 3 data informasi yaitu pseudorandom code, ephemeris data dan almanac data.

3. Almanac data intinya adalah informasi tentang lokasi satelit sebenarnya, di dalam tampilan receiver GPS kita ditunjukkan pada halaman GPS satellite status

4. Ephemreis data berupa data kekuatan sinyal dan informasi waktu

5. Pseudorandom code berupa informasi yang dikirimkan ke receiver GPS menerangkan bahwa receiver GPS kita menerima sinyal satelit. Dalam receiver GPS kita biasanya ditunjukkan berupa diagram batang sinyal
Sumber Kesalahan pada GPS :

1. Kesalahan akibat keterlambatan sinyal setelah melewati lapisan ionosphere dan troposphere

2. Pantulan sinyal GPS, terjadi pada saat kita menerima sinyal suatu satelit GPS dan ternyata sinyal tersebut merupakan sinyal pantulan gps melalui objek bangunan, gedung, gunung dll. Sehingga sinyal tersebut bukan merupakan sinyal langsung.

3. Kesalahan waktu, dimana ketidaktepatan waktu/jam dari receiver GPS kita dibandingkan dengan jam/waktu yang ada pada satellite GPS.

4. Sedikitnya jumlah sinyal satelit yang diterima, semakin banyak sinyal satelit yang diterima maka semakin teliti

5. Adanya objek yang menghalangi jalannya sinyal satelit seperti gedung, gunung dan lain-lain

6. Posisi relative satelit atau geometri satelit. Terjadi pada saat kita melakukan pengambilan data, tetapi masing-masing sinyal satelit yang tertangkap berasal dari satelit-satelit yang posisinya berhimpitan ataupun mempunyai jarak cukup lebar antara satelit yang satu dengan satelit yang lain

7. Adanya selective availability (SA), yaitu penurunan kualitas akurasi yang bisa dilakukan oleh departemen pertahanan amerika. Walaupun saat ini kebijakan SA sudah dihapus oleh amerika, akan tetapi bila sewaktu-waktu mereka menginginkan maka eror yang terjadi bisa sangat besar

8. Orbital errors atau ephemeris errors yaitu terjadi bila ada pergeseran obrit


GPS banyak digunakan dalam berbagai bidang keilmuan dan masing-masing tentunya mensyaratkan ketelitian yang berbeda-beda. Sebagai contoh untuk aplikasi vehicle traking yang dipasang pada mobil Anda, untuk lebih meningkatkan tangkapan sinyal satelit tentunya membutuhkan aksesoris tambahan berupa antenna luar yang dipasang diluar mobil Anda. Contoh lain untuk penggunaan personnel tracking systems bagi pendaki gunung, kebutuhan akurasinya tentunya berbeda dengan pengguna yang bertujuan untuk mengukur jaringan titik control. GPS sebagai auto tracking device ataupun system tracking masing-masing mempunyai spesifikasi alat berbeda-beda. Dapat dilihat di materi lainnya. terimakasih

Permasalahan GPS

Perlu diingat bahwa receiver GPS menggunakan sinyal waktu yang berasal dari minimal 4 buah satelit untuk menentukan posisi. Masing-masing sinyal waktu tersebut kemungkinan besar mempunyai kesalahan/error atau keterlambatan waktu tergantung dari media udara atau materi-materi yang dilewati oleh sinyal tersebut sampai sinyal tersebut sampai ke receiver GPS di bumi.

Bila sinyal waktu yang memiliki error tersebut masuk ke proses penghitungan posisi, tentunya perhitungan tersebut merupakan perhitungan gabungan dari beberapa kesalahan.

Post Processing DGPS

Perlu diingat bahwa tidak semua aplikasi Differential GPS itu dibuat sama. Beberapa aplikasi tidak memerlukan link radio karena mereka tidak membutuhkan posisi secara tepat.

free tutorial GPSSebagai contoh, apabila anda mencoba mencari posisi di beberapa daerah di samudra pada saat anda berada dalam perahu, tentunya akan berbeda juga bila Anda hanya sekedar merekam atau menyimpan tracking jalan baru untuk dimasukan dalam sebuah peta. Untuk aplikasi tersebut di atas, GPS receiver yang menjadi rover hanya perlu untuk merekam semua posisi yang diukur dan data waktu dari masing-masing pengukuran.

Lalu kemudian, data tersebut dapat digabungkan dengan data pengkoreksi atau data yang diperoleh dari GPS receiver yang menjadi referensi (base station), untuk diperoleh hasil akhir berupa data terkoreksi. Jadi Anda untuk hal tersebut, tidak memerlukan system radio link yang tepat waktu yang terintegrasi dengan alat.

Apabila Anda tidak mempunyai receiver yang menjadi referensi (base station), Anda dapat mencari sumber alternative pengkoreksian data pengamatan dari perusahaan atau pemerintah atau siapapun yang memiliki base station (reference) GPS. Biasanya institusi akademis atau pemerintah terkait dengan menggunakan teknologi Internet akan mendistribusikan data koreksinya secara online.

Bila Anda ingin mengetahui atau menguasai permasalahan Differential GPS secara hapal diluar kepala, itu sangat mudah. Bayangkan atau lihatlah tangan Anda sendiri. Karena akhirnya nanti DGPS (Differential GPS) akan mengatasi permasalahan posisi pada pekerjaan anda, ya seperti jari kelingking Anda, hal ini menjadi persoalan kecil.

Anda bisa bayangkan. Sebuah konstruksi elektronik yang bisa mentranslasikan atau menterjemahkan secara otomatis sebuah program penggambaran menjadi sebuah jalan, tanpa Anda harus mengukur secara manual. Cukup Anda duduk manis dalam mobil, mengelilingi jalan-jalan yang akan Anda gambarkan peta jalannya. Anda tinggal mengontrol di dalam mobil Anda yang dilengkapi perangkat GPS.

Untuk memahami bagaimana GPS bisa dikembangkan, tentunya Anda harus memahami sedikit mengenai sinyal GPS. Apabila dua receiver GPS berada posisinya cukup dekat satu sama lain, contoh sekitar 100 km, sinyal yang sampai ke masing-masing receiver tentunya akan mengalami perjalanan yang sama melalui lapisan atmosfer.
Artinya, setiap sinyal yang dipancarkan oleh masing-masing satelit GPS di atmosfer, lintasannya juga sama. Perlu diketahui bahwa masing-masing satelit GPS mengelilingi bumi 2 kali dalam sehari dengan lintasan yang tetap. Tetapi berbeda lintasan atau orbit antara orbit GPS satu dengan orbit GPS lainnya. Dan mudah-mudahan tidak tabrakan, karena sudah di program J

Artinya pula jalur satelit GPS, jalur sinyal waktu dari satelit GPS tersebut, pada suatu waktu pengamatan yang sama tentunya harus sama. Permasalahannya adalah apabila posisi receiver GPS yang menjadi reference (base station) tersebut sangat jauh dari posisi receiver GPS yang menjadi rover.

Ada kemungkinan, sinyal waktu satelit dari suatu satelit GPS (misalnya GPS no.7) pada waktu pengamatan oleh receiver GPS yang menjadi rover tertangkap. Tetapi pada receiver GPS yang menjadi base station, tidak tertangkap sinyal dari satelit dimaksud. Sehingga proses pengkoreksian tidak bisa dilakukan atau kurang sempurna.

Pada awal kemunculan GPS, base station GPS (GPS reference) itu dibangun oleh perusahaan swasta yang memiliki proyek besar dan men-syaratkan akurasi ketelitian tinggi, seperti halnya kelompok pengusaha pengukuran atau surveyor ataupun para pengusaha pengeboran minyak bumi.

Tetapi sekarang sudah banyak layanan public yang memberikan transmisi koreksi data GPS tersebut dengan gratis, sehingga Anda pun dapat menghemat biaya.

Di Amerika serikat, departemen kelautan ataupun lembaga-lembaga internasional mendirikan stasiun referensi GPS (gps base station), terutama didirikan di sekitar pelabuhan-pelabuhan terkenal dan tempat-tempat lalu lintas perairan. Masing-masing base station GPS tersebut mentransmisikan melalui radio beacons, dimana sinyal radio beacons ini mudah ditemukan (biasanya menggunakan frekuensi 300KHz).
Siapapun di daerah tersebut yang dapat menangkap sinyal radio beacon dapat meningkatkan akurasi secara signifikan dari data pengukuran GPS yang mereka lakukan. Sebagian besar kapal laut dilengkapi dengan radio dan memungkinkan untuk menemukan gelombang radio beacons, sehingga penambahan pasilitas Differential GPS menjadi suatu hal yang mudah. Sebagian besar GPS receiver yang baru telah didesain untuk dapat menerima koreksi tersebut, dan beberapa receiver GPS tersebut malahan sudah terintegrasi (built in) dengan radio receiver.

Hal mendasar mengenai GPS, bahwa GPS merupakan system navigasi yang berbasis radio yang memiliki akurasi tinggi yang pernah dibuat di dunia ini. Memang pada awalnya aplikasi GPS ini memiliki keakuratan kurang baik, tapi itulah sifat dasar manusia yang selalu ingin lebih dan lebih. Sehingga beberapa tenaga ahli mencoba dengan memunculkan konsep “differential GPS”, suatu cara untuk mengkoreksi berbagai macam ketidakakuratan dalam system GPS, mendorong terus agar akurasi GPS terus meningkat.

Differential GPS atau DGPS dapat menghasilkan hasil ukuran yang baik, dengan ketelitian beberapa meter untuk aplikasi GPS bergerak dan bahkan dapat dibawah satu meter untuk aplikasi penggunan GPS statis (dimana melakukan pengamatan dan receiver GPS dalam posisi diam tidak bergerak).

Meningkatkan tingkat ketelitian data GPS merupakan hal yang penting, karena saat ini GPS dijadikan sumber informasi. Dengan ketelitian tinggi GPS tidak hanya sekedar system navigasi pada kapal ataupun pesawat udara yang mengelilingi bumi. GPS menjadi system pengukuran universal yang mampu memberikan informasi posisi apapun dengan skala ketelitian yang berbeda-beda, tergantung kepentingan pemakaian GPS.
How GPS work ?

Bagaimana GPS bekerja, kita bisa bagi menjadi 5 tahapan GPS itu bekerja sebagai berikut :

1. Dasar dari GPS adalah konsep triangulasi dari beberapa satelit

2. Untuk melakukan proses triangulasi, receiver GPS mengukur jarak dengan dasar waktu yang diperlukan oleh sinyal radio untuk melakukan perjalanan dari transmitter yang ada di satelit ke receiver GPS kita.

3. Untuk mengukur lamanya waktu perjalanan, GPS memerlukan waktu yang sangat akurat dimana dicapai dengan melakukan beberapa trik atau cara.

4. Seiring dengan jarak, Kita juga harus mengetahui secara tepat dimana posisi satelit GPS berada. Kuncinya adalah mengetahui tinggi orbit satelit GPS dan memantau satelit GPS itu dalam orbit.

5. Terakhir, Anda harus mengkoreksi untuk setiap keterlambatan sinyal radio GPS setelah melewati perjalanan melalui lapisan Atmospere

free tutorial GPS, GPS concept Dibalik itu semua, sebenarnya ide dasar penghitungan posisi menggunakan GPS adalah kita menggunakan posisi satelit GPS yang berada di ruang Angkasa dijadikan titik referensi untuk menentukan posisi titik di bumi. Dengan pengukuran yang sangat akurat jarak dari 3 satelit GPS kita dapat menentukan posisi di manapun di bumi dengan metode triangulasi.

Bagaimana receive GPS bisa mengukur jarak tersebut? Nanti kita jelaskan dibagian lain. Untuk sekarang, kita harus tahu dulu bagaimana pengukuran jarak dari 3 buah satelit GPS dapat menentukan posisi kita di bumi.

Geometri satelit GPS :

Misal kita mengukur jarak kita dari satelit dan diperoleh hasil 11000 mil. Perlu diketahui dengan jarak 11000 mil dari satelit yang sangat jauh, semua akan terlihat cakupan yang luas dan seolah-olah bumi yang dilihat dari satelit terpusat menjadi satu titik. Yang jadi pertanyaan, bagaimana kita dapat mengukur jarak dari sesuati yang bergerak? Jawabannya sama yaitu dengan menghitung berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengirim sinyal dari satelit GPS ke tempat receiver GPS itu berada. Jadi dimanapun receiver GPS itu, di pesawat udara, kapal laut atau kendaraan di darat tidak menjadi masalah.

Perlu diingat pula bahwa mengukur perjalanan waktu sinyal radio GPS itu merupakan suatu hal yang penting, sehingga settingan waktu pada receiver GPS harus benar-benar tepat. Seandainya setting waktu receiver GPS berhenti ataupun berbeda seperseribu detik pun itu berpengaruh. Begitupula jam atau setting waktu GPS Satelit, jamnya mati atau telat seperseribu detik, maka dengan konversi kecepatan cahaya, kesalahan sinyal yang ditransmisikan errornya sekitar 200 mil. Tapi tenang, di bagian satelit GPS telah menggunakan jam yang sangat akurat, karena satelit GPS dilengkapi dengan jam atom di dalamnya.

Bagaimana dengan jam receiver GPS kita yang di bumi ?

Harap diingat bahwa keduanya antara satelit GPS dengan receiver GPS harus benar-benar sinkron terhadap masing-masing code pseudo randomnya, untuk membuat system GPS berjalan benar. Apabila receiver GPS kita memerlukan jam atom (dimana biayanya sekitar 50 ribu dollar sampai 100 ribu dollar), maka GPS menjadi teknologi yang tidak berguna, karena tentunya kita susah untuk mengeluarkan uang sebesar itu untuk sebuah teknologi.

Untungnya para pakar GPS mencoba dengan ide jitunya memberikan trik-trik mengenai akurasi jam pada receiver GPS kita. Trik ini merupakan salah satu elemen kunci dari GPS dan telah ditambahkan manfaat keakuratan jam atom pada GPS receiver. Rahasia untuk mendapatkan waktu yang tepat adalah dengan melakukan pengukuran atau pengamatan satelit GPS lebih banyak. Benar, dengan menggunakan pengukuran 3 satelit GPS, maka dapat menentukan posisi suatu titik dalam suatu bentuk ruang 3 dimensi, begitu juag dengan mengukur menggunakan 4 satelit GPS dapat mendapatkan hasil lebih baik.

No comments: