Global Positioning System, Gps

Global Positioning System, GPS Moh. Agita Tj. Teknik Pertanian Fakultas Pertanian

Universitas Andalas

Pendahuluan    



Global Positioning System, GPS Sistim pemposisian global Sistim navigasi berbasis satelit Navigasi: ilmu yang membawa sesuatu dari satu tempat ke tempat yang lain; Navigasi: cara untuk menentukan posisi, jalan, jarak yang ditempuh (Webster)

Pendahuluan 

 

Dikembangkan oleh departemen pertahanan Amerika Serikat di awal 1970 an. Awalnya untuk keperluan militer Kemudian dibuat tersedia juga untuk penggunaan sipil.

Pendahuluan 

GPS memberikan informasi waktu dan posisi, dimana saja di dunia dalam berbagai kondisi cuaca

Selintas GPS 





GPS terdiri dari susunan (konstelasi) 24 satelit yang beroperasi. Dengan geometri konstelasi tersebut 4 sampai 10 satelit GPS selalu visibel dimana saja di bumi Satelit GPS berada sekitar 20200 km di atas permukaan bumi.

Selintas GPS 

Secara resmi diumumkan sepenuhnya beroperasi 17 Juli 1995.

Segmen GPS 

 

Segmen ruang angkasa, space segment Segmen kendali, control segment Segmen pengguna, user segment

Space segment  

Konstelasi 24 satelit Tiap satelit GPS memancarkan:   



2 gelombang (frekuensi pembawa) 2 kode digital Pesan navigasi

Frekuensi pembawa dan kode digunakan untuk menentukan jarak dari pesawat penerima pengguna dan satelit GPS

Space segment

Space segment 

Pesan navigasi terdiri dari: 





Koordinat (lokasi) satelit GPS, fungsi dari waktu Informasi lain

Sinyal yang dipancarkan dikendalikan oleh jam atom yang sangat akurat di satelit

Control segment 

Terdiri dari jaringan kerja seluruh dunia stasiun-stasiun penelusur, dengan stasiun pusat kendali (Master Control Station, MCS) di Colorado Springs, Colorado Amerika Serikat.

Control segment

Control segment Tugas utama:  Menelusuri, melacak satelit GPS untuk mengetahui posisi sebenarnya, memprediksi lokasi satelit, integritas sistim, keadaan jam atom satelit, data atmosfir, almanac satelit, dll

User segment  



Termasuk pengguna sipil dan militer Dengan pesawat penerima (receiver) terhubung ke antena GPS, pengguna dapat menerima sinyal GPS, yang dapat digunakan untuk menentukan posisinya di mana saja di di bumi. GPS tersedia untuk semua pengguna di seluruh dunia tanpa biaya

User segment

Ide dasar 



Ide di belakang GPS sebenarnya sederhana. Jika jarak dari sebuah titik di bumi (pesawat penerima GPS) ke tiga satelit diketahui bersamaan dengan lokasi satelit pada saat itu maka lokasi dari titik tersebut di bumi dapat diketahui.

Ide dasar

Ide dasar

Ide dasar 

Setiap satelit GPS memancarkan secara terus-menerus sinyal radio gelombang mikro yang terdiri dari:   



2 frekuensi pembawa 2 kode Pesan navigasi.

Ketika dihidupkan, pesawat penerima akan menangkap sinyal GPS melalui antena pesawat penerima.

Ide dasar 



Setelah pesawat penerima mengumpulkan sinyal GPS, sinyal akan diolah dengan menggunakan perangkat lunak, software yang ada di dalam pesawat. Sebagian hasil dari pengolahan sinyal terdiri dari:  

Jarak ke satelit GPS melalui kode digital Koordinat satelit melalui pesan navigasi

Ide dasar 



Secara teoritis, hanya tiga jarak ke satelit yang ditelusuri secara simultan yang diperlukan. Pesawat penerima berlokasi pada perpotongan ketiga bola, spheres; masing-masing mempunyai jarak penerima-satelit dan berpusat pada satelit tersebut.

Ide dasar 



Namun, dari segi praktek, dibutuhkan satelit keempat untuk memperhitungkan perbedaan jam pesawat penerima. Ketelitian awal:  



100 m untuk posisi horizontal 156 m untuk posisi vertikal

Ketelitian kemudian: 

22 m untuk posisi horizontal

Ide dasar 

Metoda diferensial 



Menggunakan 2 penerima secara simultan yang menelusuri satelit GPS yang sama. Tingkat ketelitian subcentimeter sampai berapa meter.

Ide dasar 

Penggunaan lain:  

Menentukan kecepatan pemakai Metoda umum: berdasarkan pada perkiraan frekuensi Doppler dari sinyal GPS yang diterima.

Prinsip kerja GPS 



Pemposisian, menemukan lokasi pengguna Penting difahami : 



Struktur sinyal dan bagaimana pengukuran dilakukan kapabilitas dan keterbatasan

Struktur sinyal GPS 

2 frekuensi pembawa:  



2 kode GPS  



L1 : 1575,42 MHz, 19 cm L2 : 1227,60 MHz, 24,4 cm Kode C/A (coarse acquisition), 1,023 MHz Kode P (precision), 10,23 MHz

Semua satelit GPS memancarkan frekuensi pembawa L1 dan L2 yang sama.

Struktur sinyal GPS  



Kode C/A dimodulasikan ke pembawa L1 Kode P dimodulasikan ke pembawa L1 dan L2. Kode C/A unik ditentukan bagi tiap satelit GPS sehingga memungkinkan pesawat penerima mengidentifikasi satelit mana yang memancarkan kode tertentu.

Struktur sinyal GPS 



Pengukuran jarak, range dengan Kode C/A relativ kurang teliti dibandingkan dengan kode P. Pesan navigasi GPS ditambahkan ke frekuensi pembawa L1 dan L2 sebagai modulasi biphase binary

Struktur sinyal GPS Pesan navigasi mengandung antara lain:  Koordinat satelit GPS fungsi dari waktu  Status kesehatan satelit  Koreksi jam satelit  Almanac satelit  Data atmosfir

Struktur sinyal GPS 

Tiap satelit memancarkan, transmit pesan navigasinya sendiri dan informasi satelit lain seperti perkiraan lokasi dan status kesehatan satelit lain tersebut.

Macam pesawat penerima GPS Penerima GPS komersil tergantung kapabilitas penerimaannya:  Kode berfrekuensi tunggal  Kode pembawa dimuluskan berfrekuensi tunggal  Pembawa dan kode berfrekuensi tunggal  Frekuensi dual

Macam pesawat penerima GPS 



Penerima berfrekuensi tunggal hanya menangkap frekuensi pembawa L1 saja. Penerima berfrekuensi ganda menangkap frekuensi pembawa L1 dan L2

Macam pesawat penerima GPS 

 

Kategori berdasarkan jumlah saluran, channel penelusur Dari 1 sampai 12 satelit Kebanyakan pesawat penerima GPS memiliki 9 sampai 12 saluran independen (paralel).

Pengukuran pseudorange 



Pseudorange: ukuran dari range, selang, atau jarak antara pesawat penerima GPS dan satelit (lebih teliti lagi, jarak antara antena penerima GPS dan satelit GPS). Jarak antara penerima dan satelit diperlukan untuk perhitungan posisi

Pengukuran pseudorange  



Prosedur penghitungan range GPS: Anggap dulu bahwa jam satelit dan penerima yang mengendalikan penghasil sinyal, sinkron secara sempurna satu sama lain. Ketika kode dipancarkan, penerima menghasilkan replika dari kode itu.

Pengukuran pseudorange 



Setelah beberapa waktu, sama dengan sinyal yang menempuh ruang angkasa, kode yang dipancarkan akan ditangkap oleh penerima. Dengan membandingkan kode yang dipancarkan dengan replikanya, penerima dapat menghitung waktu perjalanan sinyal dari satelit ke penerima.

Pengukuran pseudorange 



Dengan mengalikan waktu tempuh sinyal dengan kecepatan cahaya (299 729 458 m/dtk) menghasilkan jarak antara satelit dan penerima. Sayangnya anggapan bahwa jam penerima dan satelit sinkron tidak sepenuhnya benar.

Pengukuran pseudorange 



Sebenarnya, pengukuran jarak mengandung kesalahan oleh error sinkronisasi antara jam satelit dan penerima, bersamaan dengan error dan bias lainnya. Karena alasan inilah kwantitas ini disebut pseudorange, tidak range

Pengukuran fase pembawa Pengukuran fase frekuensi pembawa, Carrierphase measurements:  Range, secara mudah adalah jumlah dari total angka siklus pembawa penuh ditambah siklus fraksional pada penerima dan satelit, dikalikan dengan panjang gelombang pembawa.  Range yang dihitung dengan pembawa jauh lebih akurat dari pada yang dihitung dengan kode (pseudorange)

Pengukuran fase pembawa 



Ini disebabkan karena panjang gelombang (resolusi) dari fase pembawa, 19 cm untuk frekuensi L1 jauh lebih pendek dari kode. Yang menjadi masalah, pembawa adalah gelombang sinusoidal murni, yang berarti semua siklus kelihatan sama.

Pengukuran fase pembawa 



Penerima tidak bisa membedakan satu siklus dengan yang lain. Penerima ketika dihidupkan tidak dapat menentukan jumlah total dari siklus lengkap antara satelit dan penerima.

Pengukuran fase pembawa 

Penerima hanya dapat mengukur fraksi dari siklus secara sangat teliti (kurang dari 2 cm) sedangkan jumlah siklus lengkap awal tetap tak diketahui, atau membingungkan, ambiguous. Sehingga disebut initial cycle ambiguity, atau ambiguity bias

Pengukuran fase pembawa 

Beruntung, penerima mempunyai kemampuan untuk mengikuti perubahan fase setelah dihidupkan. Ini berarti ambiguitas siklus awal tetap tak berubah sepanjang tak ada sinyal yang hilang.

GPS untuk kehutanan 

Aplikasi biasa:     

Pencegahan dan pengendalian kebakaran Operasi pemanenan Infestasi serangga Penentuan perbatasan Penyemprotan dengan pesawat terbang

GPS untuk kehutanan 



GPS adalah teknologi kunci yang memungkin operator sistim mengidentifikasi dan memonitor lokasi pasti dari sumberdaya. Dengan bantuan GPS dan sistim komunikasi yang baik, keputusan yang tepat dapat dibuat.

SEKIAN



Terimakasih atas perhatiannya