Apa yang dimaksud dengan Global positioning system (GPS) ?

Komputer Teknologi Informasi
1

Global positioning system
image.jpg700×250 93.4 KB

Global Positioning System adalah sebuah sistem yang dapat digunakan untuk menginformasikan penggunanya dimana dia berada (secara global) di permukaan bumi yang berbasiskan satelit.

Apa yang dimaksud dengan Global positioning system (GPS) ?

2

Global Positioning System (GPS), juga dikenal sebagai Navstar GPS atau hanya Navstar, adalah sistem satelit navigasi global (GNSS) yang mentukan letak di permukaan bumi dan waktu informasi ke penerima GPS di semua kondisi cuaca dengan bantuan penyelarasan sinyal satelit. Sistem GPS diciptakan oleh Pemerintah Amerika Serikat dan membuatnya dapat siakses secara bebas oleh siapapun yang menginginkan akses GPS. Namun, pemerintah Amerika Serikat juga dapat menolak akses ke sistem, seperti yang terjadi pada militer India pada tahun 1999 selama Perang Kargil.

Proyek GPS diluncurkan di Amerika Serikat pada tahun 1973 untuk mengatasi keterbatasan sistem navigasi sebelumnya.

Sejarah

Desain GPS pada dasarnya serupa dengan sistem ground-based radio-navigation, seperti Loran dan Decca Navigator, yang dikembangkan pada awal tahun 1940-an digunakan oleh Angkatan Laut Kerajaan Inggris selama Perang Dunia II.

Pada tahun 1956, fisikawan Jerman-Amerika Friedwardt Winterberg mengusulkan uji relativitas umum - mendeteksi perlambatan waktu dalam medan gravitasi yang kuat menggunakan jam atom yang akurat ditempatkan di orbit dalam satelit buatan.

Pendahulu

Uni Soviet meluncurkan satelit buatan manusia pertama, Sputnik 1, pada tahun 1957.
Pada tahun 1967, Tentara Amerika Serikat mengembangkan satelit Timation, sebuah teknologi yang dibutuhkan oleh GPS.

Pada 1970-an, sistem navigasi ground-based OMEGA menjadi sistem navigasi radio pertama di dunia. Keterbatasan sistem ini mendorong kebutuhan untuk solusi navigasi yang lebih universal dengan akurasi yang lebih besar.

Pengembangan

Pada tahun 1973, pertemuan sekitar dua belas perwira militer di Pentagon membahas penciptaan Pertahanan Navigasi Satelit Sistem (DNSS). Pada pertemuan ini sistesis nyata yang selanjutnya menjadi GPS telah dibuat. Akhir tahun 1973, prodram DNSS itu diberi nama NAVSTAR (Navigation System Using Timing and Ranging), yang selanjutnya dikenal sebagai NAVSTAR-GPS.

Prototipe satelit Block I pertama kali diluncurkan antara tahun 1978 sampai 1985 (beberapa unit tambahan hancur karena kegagalan peluncuran).

Pada tahun 1983, Presiden Ronald Reagan membuat arahan untuk membuat GPS dapat diakses untuk penggunaan sipil, agar dapat berguna bagi kepentingan umum. Satelit Blok II diluncurkan pada 14 Februari 1989, dan satelit 24 diluncurkan pada tahun 1994.

Awalnya, kualitas sinyal tinggi hanya disediakan untuk penggunaan militer saja, sedangkan untuk penggunaan sipil hanya disediakan sinyal dengan kualitas rendah. Hal ini berubah ketika Presiden Bill Clinton menandatangani kebijakan direktif pada tahun 1996, lalu pada Mei 2000 “Selektive Avability” dihentikan untuk memberikan presisi yang sama untuk warga sipil yang awalnya hanya diberikan kepada militer.

Sejak penyebaran nya, AS telah menerapkan beberapa perbaikan untuk layanan GPS termasuk sinyal baru untuk penggunaan sipil dan meningkatkan akurasi dan integritas untuk semua pengguna, sambil mempertahankan kompatibilitas dengan peralatan GPS yang ada.

Pada tahun 2004, Pemerintah Amerika Serikat menandatangani perjanjian dengan Komunitas Eropa membangun kerjasama yang terkait dengan sistem Galileo. November 2004, Qualcomm mengumumkan keberhasilan menguji GPS untuk ponsel.

Pada tanggal 25 Februari 2010, Angkatan Udara AS memberikan kontrak untuk mengembangkan GPS Next Generation, Pengendalian Operasional Sistem (OCX) untuk meningkatkan akurasi dan ketersediaan sinyal navigasi GPS, dan berfungsi sebagai bagian penting dari modernisasi GPS.

Konsep Dasar dari GPS

Konsep GPS didasarkan pada waktu dan posisi yang dikenal sebagai satelit khusus. Satelit membawa jam atom yang sangat stabil yang disinkronkan dengan satu sama lain dan pada jam ground. Pengguna GPS juga memiliki jam. Namun, mereka biasanya tidak disinkronkan dengan waktu yang benar, dan kurang stabil. Sebuah penerima GPS memantau beberapa satelit dan memecahkan persamaan untuk menentukan posisi yang tepat dari penerima dan deviasi dari waktu yang benar.

Struktur

GPS saat ini terdiri dari tiga segmen utama yaitu bagian angkasa (SS), bagian kontrol (CS), dan bagian pengguna (AS). Angkatan Udara AS mengembangkan, memelihara, dan mengoperasikan ruang dan pengendalian segmen. Satelit GPS menyiarkan sinyal dari ruang angkasa, dan masing-masing penerima GPS menggunakan sinyal ini untuk menghitung lokasi tiga-dimensi (lintang, bujur, dan ketinggian) dan waktu saat ini.

Bagian Angkasa

Bagian angkasa terdiri atas kumpulan satelit-satelit yang berada di orbit bumi, atau Space Vehicles (SV) dalam bahasa GPS. Desain GPS awalnya disebut for 24 SVs, delapan pesawat orbital masing-masing dalam tiga satelit, tapi ini dimodifikasi menjadi enam pesawat orbital dengan empat satelit masing-masing. Periode orbitnya adalah setengah hari, yaitu 11 jam dan 58 menit sekali melewati lokasi yang sama atau hampir pada lokasi yang sama setiap harinya. Orbit diatur sedemikian rupa sehingga setidaknya enam satelit selalu dalam garis pandang dan menyebar di permukaan bumi. Secara umum, perbedaan sudut antara satelit di orbit masing-masing adalah 30, 105, 120, dan 105 derajat, yang jumlah sampai 360 derajat.

Mengorbit pada ketinggian sekitar 20.200 km (12.600 mil) dengan radius orbit sekitar 26.600 km (16.500 mil).

Pada Februari 2016, terdapat 32 satelit di konstelasi GPS, 31 dari yang digunakan. Satelit tambahan meningkatkan ketepatan perhitungan penerima GPS dengan menyediakan pengukuran berlebihan. Dengan peningkatan jumlah satelit, konstelasi berubah menjadi pengaturan yang seragam. Pengaturan semacam itu ditunjukkan untuk meningkatkan keandalan dan ketersediaan sistem, relatif terhadap sistem yang seragam, ketika beberapa satelit gagal.

Bagian Kontrol

Segmen kontrol terdiri dari:

  • stasiun kontrol induk (MCS)
  • stasiun kontrol induk alternatif
  • empat tanah antena berdedikasi
  • enam stasiun monitor khusus

Seperti namanya, bagian ini untuk mengontrol. Setiap satelit dapat berada sedikit di luar orbit, sehingga bagian ini melacak orbit satelit, lokasi, ketinggian, dan kecepatan. Sinyal-sinyal dari 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.

Bagian Pengguna

Bagian ini terdiri atas alat navigasi yang digunakan. Satelit akan memancarkan data almanak dan ephemeris yang akan diterima oleh alat navigasi secara teratur. Data almanak berisikan perkiraan lokasi (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.

Komunikasi

Sinyal navigasi yang ditransmisikan oleh satelit GPS menyandikan berbagai informasi termasuk posisi satelit, keadaan jam internal, dan kesehatan jaringan. Sinyal ini ditransmisikan pada dua frekuensi pembawa terpisah yang umum untuk semua satelit dalam jaringan. Dua pengkodean yang berbeda digunakan: pengkodean publik yang memungkinkan navigasi resolusi yang lebih rendah, dan encoding dienkripsi digunakan oleh militer AS.

Format Pesan

Struktur pesan memiliki format dasar bingkai dengan panjang 1500-bit terdiri dari lima subframes, setiap subframe menjadi 300 bit (6 detik) panjang. Subframes 4 dan 5 yang subcommutated setiap 25 kali, sehingga pesan data lengkap membutuhkan transmisi 25 frame penuh. Setiap subframe terdiri dari sepuluh kata, masing-masing 30 bit panjang. Dengan demikian, dengan 300 bit dalam kali subframe 5 subframes dalam bingkai kali 25 frame dalam pesan, setiap pesan adalah 37.500 bit panjang. Pada tingkat transmisi 50-bit / s, ini memberikan 750 detik untuk mengirimkan seluruh pesan almanak (GPS). Setiap frame 30-kedua dimulai tepatnya pada menit atau setengah menit seperti yang ditunjukkan oleh jam atom pada setiap satelit.

Frekuensi Satelit

Semua satelit disiarkan di dua frekuensi yang sama, 1,57542 GHz (sinyal L1) dan 1,2276 GHz (sinyal L2). Jaringan satelit menggunakan CDMA teknik spread-spectrum di mana data pesan bitrate rendah dikodekan dengan (PRN) urut pseudo-random tinggi tingkat yang berbeda untuk setiap satelit. penerima harus menyadari kode PRN untuk setiap satelit untuk merekonstruksi data pesan yang sebenarnya.

C / A code, untuk penggunaan sipil, mentransmisikan data pada 1.023.000 chip per detik, sedangkan kode P, untuk penggunaan militer AS, mentransmisikan pada 10.230.000 chip per detik. Referensi internal sebenarnya dari satelit adalah 10,22999999543 MHz untuk mengimbangi efek relativistik yang membuat pengamat di Bumi melihat referensi waktu yang berbeda sehubungan dengan pemancar di orbit.
Demodulasi dan decoding

Karena semua sinyal satelit dimodulasi ke frekuensi pembawa L1 sama, sinyal harus dipisahkan setelah demodulation. Hal ini dilakukan dengan menetapkan setiap urutan biner satelit yang dikenal sebagai kode Emas. Sinyal yang diterjemahkan setelah dimodulasi menggunakan penambahan kode Emas sesuai dengan satelit dipantau oleh penerima.

Akurasi alat navigasi GPS

Pada pemakaian sehari-hari, tingkat akurasi ini lebih dipengaruhi oleh faktor sekeliling yang mengurangi kekuatan sinyal satelit. Karena sinyal satelit tidak dapat menembus benda padat dengan baik, maka ketika menggunakan alat, penting sekali untuk memperhatikan luas langit yang dapat dilihat.

Ketika alat berada disebuah lembah yang dalam (misal, akurasi 15 meter), maka tingkat akurasinya akan jauh lebih rendah daripada di padang rumput (misal, akurasi 3 meter). Di padang rumput atau puncak gunung, jumlah satelit yang dapat dijangkau oleh alat akan jauh lebih banyak daripada dari sebuah lembah gunung. Jadi, jangan berharap dapat menggunakan alat navigasi ini di dalam sebuah gua.

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.

Referensi
  • “Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces”
  • “The Navstar Global Positioning System, hereafter referred to as GPS, is a space-based radionavigation system owned by the United States Government (USG) and operated by the United States Air Force (USAF).”
  • “Wide Area Augmentation System (WAAS) Performance Standard”, Section B.3, Abbreviations and Acronyms: “GPS: Global Positioning System (or Navstar Global Positioning System)”
  • GPS: What is it and how does it work? | Space
  • “What is a GPS?”.
  • Srivastava, Ishan (5 April 2014). “How Kargil spurred India to design own GPS”. The Times of India. Retrieved 9 December 2014.
  • Winterberg, Friedwardt (1956). “Relativistische Zeitdiiatation eines künstlichen Satelliten (Relativistic time dilation of an artificial satellite)”. Astronautica Acta II (in German) (25). Retrieved 19 October 2014.
  • Guier, William H.; Weiffenbach, George C. (1997). “Genesis of Satellite Navigation”(PDF). Johns Hopkins APL Technical Digest. 19 (1): 178–181.
  • Jerry Proc. “Omega”. Jproc.ca. Retrieved December 8, 2009.
  • “MX Deployment Reconsidered.” Retrieved: 7 June 2013.
  • Michael Russell Rip; James M. Hasik (2002). The Precision Revolution: GPS and the Future of Aerial Warfare. Naval Institute Press. p. 65. ISBN 1-55750-973-5. Retrieved January 14, 2010.
  • Hegarty, Christopher J.; Chatre, Eric (December 2008). “Evolution of the Global Navigation SatelliteSystem (GNSS)”. Proceedings of the IEEE: 1902–1917. doi:10.1109/JPROC.2008.2006090.
  • “ICAO Completes Fact-Finding Investigation”. International Civil Aviation Organization. Archived from the original on May 17, 2008. Retrieved September 15, 2008.
  • “United States Updates Global Positioning System Technology”. America.gov. February 3, 2006.
  • Rumerman, Judy A. (2009). NASA Historical Data Book, Volume VII (PDF). NASA. p. 136.
  • “GPS & Selective Availability Q&A” (PDF). NOAA]. Archived from the original (PDF)on September 21, 2005. Retrieved May 28, 2010.
  • “GPS Accuracy”. GPS.gov. GPS.gov. Retrieved 4 May 2015.
  • “Assisted-GPS Test Calls for 3G WCDMA Networks”. 3g.co.uk. November 10, 2004. Retrieved November 24, 2010.
  • “Contract Award for Next Generation GPS Control Segment Announced”. Retrieved December 14, 2012.
  • John Pike. “GPS III Operational Control Segment (OCX)”. Globalsecurity.org. Retrieved December 8, 2009.
  • “Global Positioning System”. Gps.gov. Archived from the original on July 30, 2010. Retrieved June 26, 2010.
  • Daly, P. “Navstar GPS and GLONASS: global satellite navigation systems” (PDF). IEEE.
  • What the Global Positioning System Tells Us about Relativity Archived January 4, 2007, at the Wayback Machine… Retrieved January 2, 2007.
  • “Archived copy”. Archived from the original on October 22, 2011. Retrieved 2011-10-27… Retrieved October 27, 2011
  • Thomassen, Keith. “How GPS Works”. avionicswest.com. Archived from the original on March 30, 2016. Retrieved April 22, 2014.
  • “CURRENT GPS CONSTELLATION”. U.S. Naval Observatory.
  • Massatt, Paul; Wayne Brady (Summer 2002). “Optimizing performance through constellation management” (PDF). Crosslink: 17–21. Archived from the original on January 25, 2012.
  • “Satellite message format”. Gpsinformation.net. Retrieved October 15, 2010.
  • Misra, Pratap; Enge, Per (2006). Global Positioning System. Signals, Measurements and Performance (2nd ed.). Ganga-Jamuna Press. p. 115. ISBN 0-9709544-1-7. Retrieved August 16, 2013.
  • Borre, Kai; M. Akos, Dennis; Bertelsen, Nicolaj; Rinder, Peter; Jensen, Søren Holdt (2007). A Software-Defined GPS and Galileo Receiver. A single-Frequency Approach. Springer. p. 18. ISBN 0-8176-4390-7.
  • “GPS Almanacs, NANUS, and Ops Advisories (including archives)”. GPS Almanac Information. United States Coast Guard. Retrieved September 9, 2009.
  • "George, M., Hamid, M., and Miller A. Gold Code Generators in Virtex Devices at the Internet ArchivePDF
  • “Kateglo”. Accessed June 18, 2012.
  • Parkinson, B.W. (1996), Global Positioning System: Theory and Applications, chap. 1: Introduction and Heritage of NAVSTAR, the Global Positioning System. pp. 3-28, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, D.C.
  • GPS Overview from the NAVSTAR Joint Program Office. Accessed December 15, 2006.