1.GLOBAL POSITIONING SYSTEM
(GPS) OVERVIEW
GPS atau Global Positioning System, merupakan sebuah alat atau sistem yang
dapat digunakan untuk menginformasikan penggunanya dimana dia berada (secara global)
di permukaan bumi yang berbasiskan satelit. Data dikirim dari satelit berupa sinyal radio
dengan data digital. Dimanapun anda berada, maka GPS bisa membantu menunjukan arah,
selama anda melihat langit. Layanan GPS ini tersedia gratis, bahkan tidak perlu
mengeluarkan biaya apapun kecuali membeli GPS recierver-rya.
Awalnya GPS hanya digunakan hanya untuk kepentingan militer, tapi pada tahun
1980-an dapat digunakan untuk kepentingan sipil. GPS dapat digunakan dimanapun juga
dalam 24 jam. Posisi unit GPS akan ditentukan berdasarkan titik-titik koordinat derajat
lintang dan bujur.
A. Apa itu GPS ?
GPS (Global Positioning System) adalah sistem navigasi yang berbasiskan satelit
yang saling berhubungan yang berada di orbitnya. Satelit-satelit itu milik Departemen
Pertahanan (Departemen of Defense) Amerika Serikat yang pertama kali diperkenalkan
mulai tahun 1978 dan pada tahun 1994 sudah memakai 24 satelit.
Untuk dapat mengetahui posisi seseorang maka diperlukan alat yang diberinama
GPS reciever yang berfungsi untuk menerima sinyal yang dikirim dari satelit GPS. Posisi di
ubah menjadi titik yang dikenal dengan nama Way-point nantinya akan berupa titik-titik
koordinat lintang dan bujur dari posisi seseorang atau suatu lokasi kemudian di layar pada
peta elektronik.
Sejak tahun 1980, layanan GPS yang dulunya hanya untuk leperluan militer
mulai terbuka untuk publik. Uniknya, walau satelit-satelit tersebut berharga ratusan juta
dolar, namun setiap orang dapat menggunakannya dengan gratis.
Satelit-satelit ini mengorbit pada ketinggian sekitar 12.000 mil dari permukaan
bumi. Posisi ini sangat ideal karena satelit dapat menjangkau area coverage yang lebih
luas. Satelit-satelit ini akan selalu berada posisi yang bisa menjangkau semua area di atas
permukaan bumi sehingga dapat meminimalkan terjadinya blank spot (area yang tidak terjangkau
oleh satelit).
2
Setiap satelit mampu mengelilingi bumi hanya dalam waktu 12 jam. Sangat
cepat, sehingga mereka selalu bisa menjangkau dimana pun posisi Anda di atas permukaan
bumi.
GPS reciever sendiri berisi beberapa integrated circuit (IC) sehingga murah dan
teknologinya mudah untuk di gunakan oleh semua orang. GPS dapat digunakan utnuk
berbagai kepentingan, misalnya mobil, kapal, pesawat terbang, pertanian dan di
integrasikan dengan komputer maupun laptop.
Berikut beberapa contoh perangkat GPS reciever:
Gambar 1. Macam-macam GPS Reciever
B. Sistem Satelit GPS
Untuk menginformasikan posisi user, 24 satelit GPS yang ada di orbit sekitar
12,000 mil di atas kita. Bergerak konstan bergerak mengelilingi bumi 12 jam dengan
kecepatan 7,000 mil per jam. Satelit GPS berkekuatan energi sinar matahari, mempunyai
baterai cadangan untuk menjaga agar tetap berjalan pada saat gerhana matahari atau
pada saat tidak ada energi matahari. Roket penguat kecil pada masing-masing satelit agar
dapat mengorbit tepat pada tempatnya.
Gambar 2. Simulasi Posisi Satelit GPS
Satelit GPS adalah milik Departemen Pertahanan (Department of Defense)
Amerika, adapun hal-hal lainnya:
1. Nama satelit adalah NAVSTAR
2. GPS satelit pertama kali adalah tahun 1978
3. Mulai ada 24 satelit dari tahun 1994
4. Satelit di ganti tiap 10 tahun sekali
5. GPS satelit beratnya kira-kira 2,000 pounds
6. Kekuatan transmiter hanya 50 watts atau kurang
Satelit-satelit GPS harus selalu berada pada posisi orbit yang tepat untuk
menjaga akurasi data yang dikirim ke GPS reciever, sehingga harus selalu dipelihara agar
posisinya tepat. Stasiun-stasiun pengendali di bumi ada di Hawaii, Ascension Islan, Diego
Garcia, Kwajalein dan Colorado Spring. Stasiun bumi tersebut selalu memonitor posisi orbit
jam jam satelit dan di pastikan selalu tepat.
C. Signal Satelit GPS
C.1 Carriers
Satelite GPS mengirim sinyal dalam
dua frekuensi. L1 dengan 1575.42 Mhz
dengan membawa dua status pesan dan pseudo-random code untuk keperluan
perhitungan wakt. L2 membawa 1227.60 MHz dengan menggunakaan presesi yang lebih
akurat karena untuk keperluan militer.
Daya sinyal radio yang dipancarkan hanya berkisar antara 20-50 Watts. Ini
tergolong sangat rendah mengingat jarak antara GPS dan satelit sampai 12.000 mil. Sinyal
dipancarkan secara line of sight (LOS), dapat melewati awan, kaca tapi tidak dapat benda
padat seperti gedung, gunung.
C.2 Pseudo-Random Codes
GPS yang digunakan untuk publik akan memantau frekuensi L1 pada UHF (Ultra
High Frequency) 1575,42 MHz. Sinyal L1 yang dikirimkan akan memiliki pola-pola kode
digital tertentu yang disebut sebagai pseudorandom. Sinyal yang dikirimkan terdiri dari dua
bagian yaitu kode Protected (P) dan Coarse/Acquisition (C/A). Kode yang dikirim juga unik
antar satelit, sehingga memungkinkan setiap receiver untuk membedakan sinyal yang
dikirim oleh satu satelit dengan satelit lainnya. Beberapa kode Protected (P) juga ada yang
diacak, agar tidak dapat diterima oleh GPS biasa. Sinyal yang diacak ini dikenal dengan
istilah Anti Spoofing, yang biasanya digunakan oleh GPS khusus untuk keperluan tertentu
seperti militer.
C.3 Navigation Message
Ada sinyal frekuensi berkekuatan lemah yang di tambahkan pada kode L1 yang
memberikan informasi tentang orbit satelit, clock corectionnya dan status sistem lainnya.
D. Cara Kerja GPS
Setiap daerah di atas permukaan bumi ini minimal terjangkau oleh 3-4 satelit.
Pada prakteknya, setiap GPS terbaru bisa menerima sampai dengan 12 chanel satelit
sekaligus. Kondisi langit yang cerah dan bebas dari halangan membuat GPS dapat dengan
mudah menangkap sinyal yang dikirimkan oleh satelit. Semakin banyak satelit yang
diterima oleh GPS, maka akurasi yang diberikan juga akan semakin tinggi.
Cara kerja GPS secara logik ada 5 langkah:
1. Memakai perhitungan “triangulation” dari satelit.
2. Untuk perhitungan “triangulation”, GPS mengukur jarak menggunakan travel time
sinyal radio.
3. Untuk mengukur travel time, GPS memerlukan memerlukan akurasi waktu yang
tinggi.
4. Untuk perhitungan jarak, kita harus tahu dengan pasti posisi satelit dan ketingian
pada orbitnya.
5. Terakhir harus menggoreksi delay sinyal waktu perjalanan di atmosfer sampai
diterima reciever.
Satelit GPS berputar mengelilingi bumi selama 12 jam di dalam orbit yang akurat
dia dan mengirimkan sinyal informasi ke bumi. GPS reciever mengambl informasi itu dan
dengan menggunakan perhitungan “triangulation” menghitung lokasi user dengan tepat.
GPS reciever membandingkan waktu sinyal di kiirim dengan waktu sinyal tersebut di terima.
Dari informasi itu didapat diketahui berapa jarak satelit. Dengan perhitungan jarak jarak
GPS reciever dapat melakukan perhitungan dan menentukan posisi user dan menampilkan
dalam peta elektronik.
Sebuah GPS reciever harus mengunci sinyal minimal tiga satelit untuk
memenghitung posisi 2D (latitude dan longitude) dan track pergerakan. Jika GPS reciever
dapat menerima empat atau lebih satelit, maka dapat menghitung posisi 3D (latitude,
longitude dan altitude). Jika sudah dapat menentukan posisi user, selanjutnya GPS dapat
menghitung informasi lain, seperti kecepatan, arah yang dituju, jalur, tujuan perjalanan,
jarak tujuan, matahari terbit dan matahari terbenam dan masih banyak lagi.
Satelit GPS dalam mengirim informasi waktu sangat presesi karena Satekit
tersebut memakai jam atom. Jam atom yang ada pada satelit jalam dengan partikel atom
yang di isolasi, sehingga dapat menghasilkan jam yang akurat dibandingkan dengan jam
biasa.
Perhitungan waktu yang akurat sangat menentukan akurasi perhitungan untuk
menentukan informasi lokasi kita. Selain itu semakin banyak sinyal satelit yang dapat
diterima maka akan semakin presesi data yang diterima karena ketiga satelit mengirim
pseudo-random code dan waktu yang sama.
Ketinggian itu menimbulkan keuntungan dalam mendukung proses kerja GPS,
bagi kita karena semakin tinggi maka semakin bersih atmosfer, sehingga gangguan
semakin sedikit dan orbit yang cocok dan perhitungan matematika yang cocok. Satelit
harus teptap pada posisi yang tepat sehingga stasiun di bumi harus terus memonitor setiap
pergerakan satelit, dengan bantuan radar yang presesi salalu di cek tentang altitude,
posision dan kecepatannya.
E. Bagaimana sinyal dapat menentukan lokasi
Apa hubungan antara sinyal yang dikirimkan oleh satelit dengan cara GPS
menentukan lokasi? Sinyal yang dikirimkan oleh satelit ke GPS akan digunakan untuk
menghitung waktu perjalanan (travel time). Waktu perjalanan ini sering juga disebut
sebagai Time of Arrival (TOA). Sesuai dengan prinsip fisika, bahwa untuk mengukur jarak
dapat diperoleh dari waktu dikalikan dengan cepat rambat sinyal.
Maka, jarak antara satelit dengan GPS juga dapat diperoleh dari prinsip fisika
tersebut. Setiap sinyal yang dikirimkan oleh satelit akan juga berisi informasi yang sangat
detail, seperti orbit satelit, waktu, dan hambatan di atmosfir. Satelit menggunakan jam
atom yang merupakan satuan waktu paling presisi.
Untuk dapat menentukan posisi dari sebuah GPS secara dua dimensi (jarak),
dibutuhkan minimal tiga buah satelit. Empat buah satelit akan dibutuhkan agar didapatkan
lokasi ketinggian (secara tiga dimensi). Setiap satelit akan memancarkan sinyal yang akan
diterima oleh GPS receiver. Sinyal ini akan dibutuhkan untuk menghitung jarak dari masingmasing
satelit ke GPS. Dari jarak tersebut, akan diperoleh jari-jari lingkaran jangkauan
setiap satelit. Lewat perhitungan matematika yang cukup rumit, interseksi (perpotongan)
setiap lingkaran jangkauan satelit tadi akan dapat digunakan untuk menentukan lokasi dari
GPS di permukaan bumi.
F. Manfaat GPS
Dengan menggunakan GPS, Anda dapat menandai semua lokasi yang pernah
Anda kunjungi. Misalnya, Hotel Mulia di waypoint sekian dan tempat-tempat lainnya.
Sebenarnya, ada banyak manfaat yang bisa diambil jika Anda mengetahui
waypoint dari suatu tempat. Pertama, Anda dapat memperkirakan jarak lokasi yang Anda
tuju dengan lokasi asal Anda. GPS keluaran terakhir dapat memperkirakan jarak Anda ke
tujuan, sampai estimasi lamanya perjalanan dengan kecepatan aktual yang sedang Anda
tempuh. Kedua, lokasi di daratan memang cukup mudah untuk dikenali dan diidentifikasi.
Namun, jika Anda kebetulan menemui tempat memancing yang sangat baik di tengah
lautan ataupun tempat melihat matahari terbenam yang baik di puncak gunung,
bagaimana cara menandai lokasi tersebut agar Anda dapat balik lagi ke lokasi itu di
kemudian hari tanpa tersesat? Di saat seperti inilah sebuah GPS akan menunjukkan
manfaatnya.
Dengan teknologi GPS dapat digunakan untuk beberapa keperluan sesuai
dengan tujuannya. GPS dapat digunakan oleh peneliti, olahragawan, petani, tentara, pilot,
petualang, pendaki, pengantar barang, pelaut, kurir, penebang pohon, pemadam
kebakaran dan orang dengan berbagai kepentingan untuk meningkatkan produktivitas,
keamanan, dan untuk kemudahan.
Dari beberapa pemakaiaa di atas dikategorikan menjadi:
7
Lokasi
Digunakan untuk menentukan dimana lokasi suatu titik dipermukaan bumi berada.
Navigasi
Membantu mencari lokasi suatu titik di bumi
Tracking
Membantu untuk memonitoring pergerakan obyek
Membantu memetakan posisi tertentu, dan perhitungan jaringan terdekat
Timing
Dapat dijadikan dasar penentuan jam seluruh dunia, karena memakai jam atom
yang jauh lebih presesi di banding dengan jam biasa.
Tidak perduli posisi Anda, di tengah laut, di tengah hutan, di atas gunung,
ataupun di pusat kota. Selama GPS dapat menerima sinyal dari satelit secara langsung
tanpa halangan, maka GPS akan selalu memberikan informasi koordinat posisi Anda. GPS
membutuhkan area pandang yang bebas langsung ke langit. Halangan-halangan seperti
pohon, gedung, bahkan kaca film sekelas V-Kool, bisa mengurangi akurasi sinyal yang
diterima oleh GPS. Bahkan bukan tidak mungkin GPS tidak bisa menerima sinyal sama
sekali dari satelit. GPS juga memiliki feature tambahan yang mampu memberikan informasi
selama Anda di perjalanan, seperti kecepatan, lama perjalanan, jarak yang telah ditempuh,
waktu, dan masih banyak.
G. Model dan Interkoneksi GPS
Sebuah GPS juga memiliki firmware yang bisa di-upgrade. Upgrade firmware ini
biasanya disediakan pada site produsen GPS tersebut. Upgrade firmware biasanya
menggunakan kabel yang dibundel atau-pun tersedia sebagai asesoris. Kabel ini juga
ternyata bisa digunakan untuk menghubungkan GPS ke komputer (baik itu notebook, PC,
maupun PDA dengan sedikit bantuan konverter). Software GPS yang tersedia untuk
berbagai platform tersebut juga cukup banyak. Dengan software tersebut, Anda dapat
dengan mudah mendownload informasi dari GPS. Memori sebuah GPS memang relatif
terbatas, sehingga kemampuan ekstra untuk menyimpan informasi yang pernah Anda
tempuh ke PC/PDA (yang biasanya memiliki memori lebih besar) tentu akan sangat
menyenangkan. Untuk media komunikasi GPS dengan hardware lain selain kabel, model
GPS sekarang juga ada yang dilengkapi dengan Bluetooth, Infrared.
Berdasarkan fisik, model GPS dibagi menjadi beberapa tipe antara lain model
portable/handheld (ukurannya menyerupai ponsel), ada yang lebih besar (biasanya
8
dimount di mobil/kapal), ada pula yang meng-gunakan interface khusus untuk
dikoneksikan ke notebook maupun PDA (Palm, Pocket PC maupun Nokia Com-municator).
GPS untuk keperluan out- door biasanya juga dilengkapi dengan perlindungan
anti air dan tahan ben-turan. Beberapa GPS keluaran terakhir bahkan sudah menyediakan
layar warna dan kemampuan komunikasi radio jarak pendek (FRS/Family Radio Service).
Tentu saja, semakin banyak feature yang ditawarkan pada sebuah GPS maka
semakin tinggi pula harganya.
Jika suatu saat Anda ingin pergi ke lokasi yang pernah Anda kunjungi dengan
meng-gunakan GPS. Maka, Anda tinggal meng-upload data yang pernah Anda simpan di
komputer kembali ke GPS. Selanjutnya, Anda akan mendapatkan rekaman perjalanan Anda
terdahulu. Lokasi dan track yang pernah Anda kunjungi akan dapat Anda temui kembali
dengan cepat, dan tentu saja meminimalkan resiko tersesat.
