Sistem Pemosisi Global

Sistem Pemosisi Global (GPS)

Negara asalAmerika Serikat
OperatorAngkatan Antariksa Amerika Serikat
TipeMiliter, sipil
StatusOperasional
JangkauanGlobal
Akurasi500–30 cm (20–1 ft)
Konstelasi
Jumlah total satelit33
Satelit di orbit31
Peluncuran pertamaFebruari 1978; 46 tahun lalu (1978-02)
Jumlah peluncuran72
Karakteristik orbit
Sistem orbit6x bidang orbit MEO
Ketinggian orbit20.180 km (12.540 mi)
Gambaran satelit GPS di orbit

Sistem Pemosisi Global [1] (bahasa Inggris: Global Positioning System (GPS)) adalah sistem untuk menentukan letak di permukaan bumi dengan bantuan penyelarasan (synchronization) sinyal satelit. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan letak, kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS antara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.

Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dengan nama lengkapnya adalah NAVSTAR GPS (kesalahan umum adalah bahwa NAVSTAR adalah sebuah singkatan, ini adalah salah, NAVSTAR adalah nama yang diberikan oleh John Walsh, seorang penentu kebijakan penting dalam program GPS).[2] Kumpulan satelit ini diurus oleh 50th Space Wing Angkatan Antariksa Amerika Serikat. Biaya perawatan sistem ini sekitar US$750 juta per tahun,[3] termasuk penggantian satelit lama, serta riset dan pengembangan.

GPS Tracker atau sering disebut dengan GPS Tracking adalah teknologi AVL (Automated Vehicle Locater) yang memungkinkan pengguna untuk melacak posisi kendaraan, armada ataupun mobil dalam keadaan Real-Time. GPS Tracking memanfaatkan kombinasi teknologi GSM dan GPS untuk menentukan koordinat sebuah objek, lalu menerjemahkannya dalam bentuk peta digital.

Prinsip

Satelit GPS membawa jam atom yang sangat stabil yang disinkronkan satu sama lain dan dengan jam atom referensi di stasiun kendali darat; setiap penyimpangan jam di satelit dari waktu referensi yang dipertahankan di stasiun bumi dikoreksi secara berkala. Karena kecepatan gelombang radio (kecepatan cahaya) adalah konstan dan tidak bergantung pada kecepatan satelit, waktu tunda antara saat satelit memancarkan sinyal dan stasiun bumi menerimanya sebanding dengan jarak dari satelit ke bumi. Dengan informasi jarak yang dikumpulkan dari beberapa stasiun bumi, koordinat lokasi satelit mana pun kapan pun dapat dihitung dengan sangat presisi.

Setiap satelit GPS membawa catatan akurat tentang posisi dan waktunya, dan menyiarkan data tersebut secara terus menerus. Berdasarkan data yang diterima dari beberapa satelit GPS, penerima GPS pengguna akhir dapat menghitung sendiri posisi empat dimensinya dalam ruangwaktu; Namun, minimal, empat satelit harus terlihat oleh penerima agar dapat menghitung empat besaran yang tidak diketahui (tiga koordinat posisi dan deviasi jamnya sendiri dari waktu satelit).

Struktur

Satelit GPS blok II-A yang belum diluncurkan dipajang di San Diego Air & Space Museum
Contoh visual konstelasi GPS 24 satelit yang bergerak dengan bumi yang berputar. Perhatikan bagaimana jumlah satelit yang terlihat dari suatu titik di permukaan bumi berubah seiring waktu. Titik dalam contoh ini adalah di Golden, Colorado, AS. (39°44′49″N 105°12′39″W / 39.7469°N 105.2108°W / 39.7469; -105.2108).
Stasiun pemantau darat yang digunakan dari tahun 1984 hingga 2007, dipajang di Museum Luar Angkasa dan Rudal Angkatan Udara
Penerima GPS hadir dalam berbagai format, mulai dari perangkat yang terintegrasi ke dalam mobil, telepon, dan jam tangan, hingga perangkat khusus seperti ini.
Unit survei GPS portabel pertama, Leica WM 101, dipajang di Museum Sains Nasional Irlandia di Maynooth
Penerima GPS dengan antena terintegrasi
Antena ini dipasang di atap berisi eksperimen ilmiah yang memerlukan pengaturan waktu yang tepat.
Radio SINCGARS AN/PRC-119F, yang memerlukan waktu jam akurat yang disediakan oleh sistem GPS eksternal untuk memungkinkan pengoperasian lompatan frekuensi dengan radio lain
Memasang perangkat panduan GPS ke bom, Maret 2003
Peluru artileri berpemandu GPS Excalibur M982

GPS saat ini terdiri dari tiga segmen utama. Ini adalah

  • segmen ruang angkasa,
  • segmen kendali, dan
  • segmen pengguna.

Angkatan Luar Angkasa A.S. mengembangkan, memelihara, dan mengoperasikan segmen ruang angkasa dan kendali. Satelit GPS menyiarkan sinyal dari luar angkasa, dan setiap penerima GPS menggunakan sinyal ini untuk menghitung lokasi tiga dimensinya (lintang, bujur, dan ketinggian) serta waktu saat ini.

Sinyal GPS

Sinyal GPS disiarkan oleh satelit Global Positioning System untuk memungkinkan navigasi satelit. Penerima di atau dekat permukaan bumi dapat menentukan lokasi, waktu, dan kecepatan menggunakan informasi ini. Konstelasi satelit GPS dioperasikan oleh Skuadron Operasi Luar Angkasa ke-2 (2SOPS) Space Delta 8, Angkatan Luar Angkasa Amerika Serikat.

Sinyal GPS mencakup sinyal jangkauan, yang digunakan untuk mengukur jarak ke satelit, dan pesan navigasi. Pesan navigasi tersebut mencakup data ephemeris, yang digunakan dalam trilaterasi untuk menghitung posisi setiap satelit di orbit, dan informasi tentang waktu dan status seluruh konstelasi satelit, yang disebut almanak.

Ada empat spesifikasi sinyal GPS yang dirancang untuk penggunaan sipil. Berdasarkan tanggal perkenalannya, adalah: L1 C/A, L2C, L5 dan L1C. L1 C/A juga disebut sinyal lama dan disiarkan oleh semua satelit yang beroperasi saat ini. L2C, L5 dan L1C merupakan sinyal yang dimodernisasi, dan hanya disiarkan oleh satelit yang lebih baru (atau belum sama sekali), dan pada Januari 2021, belum ada satupun yang dianggap beroperasi penuh untuk penggunaan sipil. Selain itu, terdapat sinyal terbatas dengan frekuensi dan kecepatan chip yang dipublikasikan tetapi kode terenkripsi dimaksudkan untuk digunakan hanya oleh pihak yang berwenang. Beberapa penggunaan sinyal terbatas secara terbatas masih dapat dilakukan oleh warga sipil tanpa dekripsi; ini disebut akses tanpa kode dan semi-kode, dan didukung secara resmi.

Antarmuka ke Segmen Pengguna (penerima GPS) dijelaskan dalam Dokumen Kontrol Antarmuka (ICD). Format sinyal sipil dijelaskan dalam Spesifikasi Antarmuka (IS) yang merupakan bagian dari ICD.

GPS/INS

GPS/INS adalah penggunaan sinyal satelit GPS untuk mengoreksi atau mengkalibrasi solusi dari sistem navigasi inersia (INS). Metode ini berlaku untuk sistem GNSS/INS apa pun.

GPS memberikan nilai posisi bebas penyimpangan absolut yang dapat digunakan untuk mengatur ulang solusi INS atau dapat digabungkan dengan menggunakan algoritma matematika, seperti filter Kalman. Orientasi sudut unit dapat disimpulkan dari serangkaian pembaruan posisi dari GPS. Perubahan kesalahan posisi relatif terhadap GPS dapat digunakan untuk memperkirakan kesalahan sudut yang tidak diketahui.

Keuntungan menggunakan GPS dengan INS adalah INS dapat dikalibrasi oleh sinyal GPS dan INS dapat memberikan pembaruan posisi dan sudut dengan kecepatan lebih cepat dibandingkan GPS. Untuk kendaraan dengan dinamika tinggi, seperti rudal dan pesawat terbang, INS mengisi kesenjangan antara posisi GPS. Selain itu, GPS mungkin kehilangan sinyalnya dan INS dapat terus menghitung posisi dan sudut selama periode hilangnya sinyal GPS. Kedua sistem ini saling melengkapi dan sering digunakan bersamaan.

GPS/INS umumnya digunakan di pesawat untuk keperluan navigasi. Penggunaan GPS/INS memungkinkan perkiraan posisi dan kecepatan yang lebih halus yang dapat diberikan pada tingkat pengambilan sampel yang lebih cepat daripada penerima GPS. Hal ini juga memungkinkan estimasi akurat mengenai sudut sikap pesawat (roll, pitch, dan yaw). Secara umum, fusi sensor GPS/INS adalah masalah pemfilteran nonlinier, yang biasanya diatasi dengan menggunakan filter Kalman yang diperluas (EKF) atau filter Kalman tanpa pewangi (UKF). Penggunaan kedua filter ini untuk GPS/INS telah dibandingkan di berbagai sumber, termasuk analisis sensitivitas terperinci. EKF menggunakan pendekatan linierisasi analitik menggunakan matriks Jacobian untuk linierisasi sistem, sedangkan UKF menggunakan pendekatan linierisasi statistik yang disebut transformasi tanpa aroma yang menggunakan sekumpulan titik yang dipilih secara deterministik untuk menangani nonlinier. UKF memerlukan penghitungan akar kuadrat matriks dari matriks kovarians kesalahan keadaan, yang digunakan untuk menentukan penyebaran titik sigma untuk transformasi tanpa aroma. Ada berbagai cara menghitung akar kuadrat matriks yang telah disajikan dan dibandingkan dalam aplikasi GPS/INS. Dari penelitian ini disarankan untuk menggunakan metode dekomposisi Cholesky.

Selain aplikasi pesawat terbang, GPS/INS juga telah dipelajari untuk aplikasi mobil seperti navigasi otonom, kontrol dinamika kendaraan, atau estimasi kekakuan ban saat menikung, selip, terguling, dan miring. ]

Modul GPS drone

Modul GPS dalam aplikasi drone adalah mengukur lokasi dari drone dengan mengukur seberapa lama sinyal bergerak dari satelit. Modul ini dapat juga digunakan untuk memperkirakan ketinggian. Fitur utama dari modul GPS adalah menerbangkan drone melalui way-point yang sudah ditetapkan secara otomatis. Antena GPS sering kali diletakkan diluar drone sehingga “terlihat” dari satelit untuk mendapatakan sinyal yang solid. Tidak ada definisi pasti yang membedakan antara autopilot dan flight controller. Secara umum, autopilot adalah sistem yang memungkinkan drone terbang secara autonomus melewati way point (titik-titik koordinat yang kita inginkan), sedangkan flight controller adalah alat yang memungkinkan drone terbang dengan stabil dengan mengoreksi gerakannya. Flight controller adalah otak dari drone. Flight controller ini membaca sinyal-sinyal dari sensor dan melakukan kalkulasi untuk memerintahkan drone bergerak sesuai keinginan. Adapun berikut ini adalah penjelasan dari masing-masing bagian : Processor, Accelerometer dan Gyroscope, Compass/Magnetometer, Barometer, Sensor Kecepatan Angin (Airspeed), Data logging (Black Box), Gabungan Sensor, GPS (Global Positioning System), Telemetry, Ground Station, Power Module.

Modul GPS sering digunakan sebagai komponen dalam penerbangan pesawat drone, contohnya drone jenis FPV. FPV adalah singkatan dari First Person View, dan drone FPV adalah jenis kendaraan udara tak berawak (UAV) yang diterbangkan menggunakan umpan video langsung yang dikirimkan dari kamera di drone ke sepasang kacamata atau monitor yang dikenakan oleh pilot. Drone balap racing FPV seringkali memiliki rangka yang kecil dan ringan, dengan motor brushless yang kuat yang dapat mencapai kecepatan tinggi dan berbelok tajam. Mereka mungkin juga memiliki fitur khusus seperti penghindaran rintangan, GPS, dan sistem kontrol penerbangan lanjutan untuk membantu pilot menavigasi melalui jalur yang rumit.

Sistem serupa

Setelah penerapan GPS di Amerika Serikat, negara-negara lain juga telah mengembangkan sistem navigasi satelit mereka sendiri. Sistem ini meliputi:

  • Sistem Satelit Navigasi Global Rusia (GLONASS) dikembangkan bersamaan dengan GPS, namun cakupan buminya tidak lengkap hingga pertengahan tahun 2000-an. Penerimaan GLONASS selain GPS dapat digabungkan dalam satu receiver sehingga memungkinkan tersedianya satelit tambahan untuk memungkinkan penetapan posisi lebih cepat dan meningkatkan akurasi, hingga dalam jarak dua meter (6,6 kaki).
  • Sistem Satelit Navigasi BeiDou Tiongkok memulai layanan global pada tahun 2018 dan menyelesaikan penerapan penuhnya pada tahun 2020.
  • Sistem satelit navigasi Galileo, sistem global yang sedang dikembangkan oleh Uni Eropa dan negara mitra lainnya, mulai beroperasi pada tahun 2016,[205] dan diharapkan dapat diterapkan sepenuhnya pada tahun 2020.
  • Sistem Satelit Quasi-Zenith Jepang (QZSS) adalah sistem augmentasi berbasis satelit GPS untuk meningkatkan akurasi GPS di Asia-Oseania, dengan navigasi satelit independen dari GPS dijadwalkan pada tahun 2023.
  • Sistem Satelit Navigasi Regional India, dikerahkan oleh India.

Lihat pula

Referensi

  1. ^ "Kateglo". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-10-07. Diakses tanggal 2012-06-18. 
  2. ^ 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.
  3. ^ GPS Overview from the NAVSTAR Joint Program Office Diarsipkan 2006-09-28 di Wayback Machine.. Accessed December 15, 2006.

Pranala luar

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Global Positioning System.