Apa itu Sistem Pemosisian Global? Memahami GPS

Global Positioning System atau GPS adalah Sistem Satelit Navigasi Global (GNSS) yang menyediakan sistem penentuan posisi, navigasi, dan waktu (PNT). Ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat (US DoD) pada awal 1970-an. Ada sistem Navigasi berbasis Satelit lainnya seperti GLONASS Rusia, Galileo Eropa dan BeiDou China, tetapi Sistem Pemosisian Global (GPS) Amerika Serikat dan Sistem Satelit Navigasi Global Rusia (GLONASS) adalah satu-satunya sistem berbasis Satelit yang berfungsi penuh. Sistem navigasi dengan masing-masing 32 konstelasi satelit dan 27 konstelasi satelit. Sebelum berkembangnya Teknologi GPS, alat bantu utama navigasi (baik di laut, darat maupun air) adalah peta dan kompas. Dengan diperkenalkannya GPS, navigasi dan penentuan posisi menjadi sangat mudah dengan akurasi posisi dua meter atau kurang. Garis Besar Sejarah GPS Gambaran Struktur GPS Segmen GPS Segmen Ruang Segmen Kontrol Segmen PenggunaPrinsip Kerja GPSMenentukan Lokasi SatelitMenentukan Jarak Antara Satelit dan Penerima GPSPosisi Penerima di Pesawat 2DPosisi Penerima di Ruang 3DJenis Penerima GPSAplikasi Global Positioning System (GPS)Sejarah GPSSebelum perkembangan GPS, sistem navigasi berbasis darat seperti LORAN (Long Range Navigation) oleh AS dan Sistem Navigator Decca oleh Inggris adalah teknologi utama untuk navigasi. Kedua teknik ini didasarkan pada Gelombang Radio dan jangkauannya dibatasi hingga beberapa ratus kilometer. Pada awal 1960-an, tiga Organisasi Pemerintah Amerika Serikat yaitu National Aeronautics and Space Administration (NASA), Department of Defense (DoD) dan Department of Transportation (DoT) bersama dengan beberapa organisasi lain mulai mengembangkan sistem navigasi berbasis satelit dengan tujuan memberikan akurasi tinggi, operasi independen cuaca dan cakupan global. Program ini berkembang menjadi Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System (NAVSTAR Global Positioning System). Sistem ini pertama kali dikembangkan sebagai sistem militer untuk memenuhi kebutuhan Militer Amerika Serikat. Amerika Serikat Militer menggunakan NAVSTAR untuk navigasi serta penargetan sistem senjata dan sistem pemandu rudal. Kemungkinan musuh menggunakan sistem navigasi ini melawan Amerika Serikat adalah alasan utama mengapa warga sipil tidak diberi akses ke sana. Satelit NAVSTAR pertama diluncurkan pada tahun 1978 dan pada tahun 1994 konstelasi penuh 24 satelit ditempatkan di orbit dan dengan demikian membuat itu sepenuhnya beroperasi. Pada tahun 1996, AS Pemerintah mengakui pentingnya GPS untuk warga sipil dan menyatakan sistem penggunaan ganda, yang memungkinkan akses ke militer dan sipil. Gambaran Umum Struktur GPS Teknik dasar sistem navigasi berbasis satelit Global Positioning System (GPS) adalah untuk mengukur jarak antara penerima dan beberapa satelit yang diamati secara bersamaan. Posisi satelit ini sudah diketahui dan karenanya dengan mengukur jarak antara empat satelit ini dan penerima, tiga koordinat posisi penerima GPS yaitu lintang, bujur dan ketinggian dapat ditetapkan. Karena perubahan posisi penerima dapat ditentukan dengan sangat akurat, kecepatan penerima juga dapat ditentukan. Segmen GPS Struktur Sistem Pemosisian Global yang kompleks ini dibagi menjadi tiga segmen utama: Segmen Luar Angkasa, Segmen Kontrol, dan Pengguna Segmen. Dalam hal ini, segmen kontrol dan segmen luar angkasa dikembangkan, dioperasikan, dan dipelihara oleh Angkatan Udara Amerika Serikat. Gambar berikut menunjukkan tiga segmen sistem GPS. Segmen Ruang Angkasa Segmen Luar Angkasa (SS) GPS terdiri dari konstelasi 24 satelit yang mengorbit di sekitar Bumi dalam orbit melingkar. Satelit-satelit tersebut ditempatkan pada enam bidang orbit dengan masing-masing bidang orbit terdiri dari empat satelit. Kemiringan bidang orbit dan posisi satelit diatur sedemikian rupa sehingga minimal enam satelit selalu saling berhadapan dari setiap lokasi di Bumi. Satelit ditempatkan di Medium Earth Orbit (MEO) pada ketinggian kurang lebih 20,000 KM. Untuk meningkatkan redundansi dan meningkatkan akurasi, jumlah total Satelit GPS di konstelasi telah ditingkatkan menjadi 32, di mana 31 satelit beroperasi. Segmen KontrolSegmen Kontrol (CS) GPS terdiri dari jaringan pemantauan dan kontrol di seluruh dunia dan stasiun pelacakan. Tugas utama segmen kontrol adalah melacak posisi Satelit GPS dan mempertahankannya di orbit yang tepat dengan bantuan perintah manuver. Selain itu, sistem kontrol juga menentukan dan memelihara integritas sistem on board, kondisi atmosfer, data dari jam atom dan parameter lainnya. Segmen Kontrol GPS dibagi lagi menjadi empat subsistem: Stasiun Kontrol Master Baru (NMCS), Stasiun Kontrol Master Alternatif (AMCS), empat Antena Darat (GA), dan jaringan Stasiun Monitor (MS) di seluruh dunia. Node kontrol pusat untuk Konstelasi Satelit GPS adalah Master Control Station (MSC). Terletak di Pangkalan Angkatan Udara Schriever, Colorado dan beroperasi 24×7. Tanggung jawab utama Stasiun Kontrol Utama adalah: Pemeliharaan satelit, Pemantauan muatan, sinkronisasi jam atom, Manuver satelit, mengelola kinerja Sinyal GPS, mengunggah data Pesan Navigasi, mendeteksi Kegagalan Sinyal GPS dan menanggapi kegagalan tersebut. Ada beberapa Stasiun Monitor (MS) tetapi enam di antaranya penting. Mereka berada di Hawaii, Colorado Springs, Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein dan Cape Canaveral. Stasiun Monitor ini terus melacak posisi satelit dan data dikirim ke Stasiun Kontrol Utama untuk analisis lebih lanjut. Untuk mengirimkan data ke satelit, ada empat Antena Darat (GA) yang terletak di Pulau Ascension, Cape Canaveral, Diego Garcia dan Kwajalein. Antena ini digunakan untuk menghubungkan data ke satelit dan data dapat berupa koreksi Jam, Perintah Telemetri, dan Pesan Navigasi. Segmen Pengguna Segmen Pengguna sistem GPS terdiri dari pengguna akhir teknologi seperti warga sipil dan militer untuk navigasi, tepat atau standar penentuan posisi dan waktu. Umumnya, untuk mengakses layanan GPS, pengguna harus dilengkapi dengan Penerima GPS seperti Modul GPS Stand – alone, Telepon Seluler yang mendukung GPS dan Konsol GPS khusus. Dengan Penerima GPS ini, pengguna sipil dapat mengetahui posisi standar, akurat waktu dan kecepatan saat militer menggunakannya untuk penentuan posisi yang tepat, panduan rudal, navigasi, dll.Prinsip Kerja GPSDengan bantuan Penerima GPS, kita dapat menghitung posisi suatu objek di mana saja di Bumi baik dalam ruang dua dimensi atau tiga dimensi . Untuk ini, penerima GPS menggunakan metode Matematika yang disebut Trilateration, metode yang menggunakan posisi suatu objek dapat ditentukan dengan mengukur jarak antara objek dan beberapa objek lain dengan posisi yang sudah diketahui. Jadi, dalam kasus Penerima GPS, dalam urutan Untuk mengetahui lokasi penerima, modul penerima harus mengetahui dua hal berikut: • Lokasi Satelit di ruang angkasa dan • Jarak Satelit dengan Penerima GPS Menentukan Lokasi Satelit Untuk menentukan lokasi satelit satelit, Penerima GPS menggunakan dua jenis data yang dikirimkan oleh Satelit GPS: Data Almanak dan Data Ephemeris. Satelit GPS terus menerus mengirimkan perkiraan posisinya. Data ini disebut data Almanak, yang diperbarui secara berkala saat satelit bergerak di orbit. Data ini diterima oleh Penerima GPS dan disimpan dalam memorinya. Dengan bantuan data Almanak, Penerima GPS dapat menentukan orbit satelit dan juga di mana satelit seharusnya berada. Kondisi di luar angkasa tidak dapat diprediksi dan kemungkinan besar satelit akan menyimpang dari jalan mereka yang sebenarnya. Stasiun Kontrol Master (MCS) bersama dengan Stasiun Monitor (MS) khusus melacak jalur satelit bersama dengan informasi lain seperti ketinggian, kecepatan, orbit, dan lokasi. Jika ada kesalahan dalam salah satu parameter, data yang dikoreksi adalah dikirim ke satelit sehingga mereka tetap di posisi yang tepat. Data orbit yang dikirim oleh MCS ke satelit ini disebut Data Ephemeris. Satelit, setelah menerima data ini, mengoreksi posisinya dan juga mengirimkan data ini ke Penerima GPS. Dengan bantuan kedua data yaitu Almanak dan Ephemeris, Penerima GPS dapat mengetahui posisi satelit secara tepat setiap saat. Menentukan Jarak Satelit dan Penerima GPS Untuk mengukur jarak antara Penerima GPS dan Satelit, waktu memegang peranan utama. Rumus untuk menghitung jarak satelit dari Penerima GPS diberikan di bawah ini: Jarak = Kecepatan Cahaya x Waktu Transit Sinyal Satelit Di sini, Waktu Transit adalah Waktu yang diambil oleh Sinyal Satelit (Sinyal dalam bentuk Gelombang Radio, dikirim oleh Satelit ke Penerima GPS) untuk mencapai Penerima. Kecepatan cahaya adalah nilai konstan dan sama dengan C = 3 x 108 m/s. Untuk menghitung waktu, pertama-tama kita perlu memahami sinyal yang dikirim oleh Satelit. Sinyal Transcode yang ditransmisikan oleh Satelit disebut Pseudo Random Noise (PRN). Saat satelit menghasilkan kode ini dan mulai mentransmisikan, Penerima GPS juga mulai membuat kode yang sama dan mencoba menyinkronkannya. Penerima GPS kemudian menghitung jumlah waktu tunda yang harus dilalui oleh penerima kode yang dihasilkan sebelum disinkronkan dengan satelit yang ditransmisikan kode.Setelah lokasi satelit dan jaraknya dari Penerima GPS diketahui, maka mengetahui posisi Penerima GPS di Ruang 2D atau Ruang 3D dapat dilakukan dengan menggunakan metode berikut. untuk menemukan posisi objek atau Penerima GPS dalam ruang 2 – Dimensi yaitu sebuah Pesawat XY, yang perlu kita temukan hanyalah jarak antara penerima GPS dan dua satelit. Biarkan D1 dan D2 menjadi jarak Penerima dari Satelit 1 dan Satelit 2. Sekarang, dengan satelit di pusat dan jari-jari D1 dan D2, gambarkan dua lingkaran di sekelilingnya pada Bidang XY. Representasi bergambar dari kasus ini ditunjukkan pada gambar berikut. Dari gambar di atas, jelas bahwa Penerima GPS dapat ditempatkan di salah satu dari dua titik di mana dua lingkaran berpotongan. Jika area di atas satelit tidak termasuk, kita dapat menyematkan posisi Penerima GPS pada titik perpotongan lingkaran di bawah satelit. Informasi jarak dari dua satelit cukup untuk menentukan posisi Penerima GPS di Pesawat 2-D atau XY. Tetapi dunia nyata adalah Ruang 3 Dimensi dan kita perlu menentukan posisi 3 Dimensi Penerima GPS yaitu Lintang, Bujur dan Ketinggiannya. Kita akan melihat prosedur langkah demi langkah untuk menentukan lokasi Penerima GPS 3 Dimensi. Posisi Penerima dalam Ruang 3D Mari kita asumsikan bahwa lokasi satelit sehubungan dengan Penerima GPS sudah diketahui. Jika Satelit 1 berada pada jarak D1 dari Penerima, maka jelas bahwa posisi penerima dapat berada di mana saja dari permukaan bola yang terbentuk dengan satelit 1 sebagai pusat dan D1 sebagai jari-jarinya. satelit kedua (Satelit 2) dari penerima adalah D2, maka posisi penerima dapat dibatasi pada lingkaran yang dibentuk oleh perpotongan dua bola dengan jari-jari D1 dan D2 dengan Satelit 1 dan 2 di pusat masing-masing.Dari gambar ini , posisi Penerima GPS dapat dipersempit ke titik di lingkaran persimpangan. Jika kita menambahkan satelit ketiga (Satelit 3) dengan jarak D3 dari Penerima GPS ke dua satelit yang ada, maka lokasi penerima dibatasi pada persimpangan tiga bidang yaitu salah satu dari dua titik. Dalam situasi waktu nyata, memiliki ambiguitas Penerima GPS yang terletak di salah satu dari dua posisi tidak memungkinkan. Hal ini dapat diatasi dengan memperkenalkan satelit keempat (Satelit 4) dengan jarak D4 dari penerima. Satelit keempat akan dapat menunjukkan lokasi Penerima GPS dari kemungkinan dua lokasi yang ditentukan sebelumnya hanya dengan tiga satelit. Oleh karena itu, secara real time, minimal 4 satelit diperlukan untuk menentukan lokasi objek yang tepat. Secara praktis, Sistem GPS bekerja sedemikian rupa sehingga setidaknya 6 satelit selalu terlihat oleh objek (Penerima GPS) yang terletak di mana saja di Bumi.Jenis Penerima GPS GPS digunakan oleh warga sipil dan militer. Oleh karena itu, jenis penerima GPS dapat diklasifikasikan menjadi Penerima GPS Sipil dan Penerima GPS Militer. Tetapi cara klasifikasi standar didasarkan pada jenis kode yang dapat dideteksi oleh penerima. Pada dasarnya, ada dua jenis kode yang dikirimkan oleh Satelit GPS: Kode Akuisisi Kasar (Kode C/A) dan Kode P – Kode. Unit Penerima GPS konsumen hanya dapat mendeteksi Kode C/A. Kode ini tidak akurat dan karenanya sistem penentuan posisi sipil disebut Standard Positioning Service (SPS). Kode P, di sisi lain digunakan oleh Militer dan merupakan kode yang sangat akurat. Sistem penentuan posisi yang digunakan oleh militer disebut Precise Positioning Service (PPS). Penerima GPS dapat diklasifikasikan berdasarkan kemampuan untuk memecahkan kode sinyal ini. Cara lain untuk mengklasifikasikan penerima GPS yang tersedia secara komersial didasarkan pada kemampuan menerima sinyal. Dengan menggunakan metode ini, Penerima GPS dapat dibagi menjadi: Tunggal – Penerima Kode Frekuensi Tunggal – Pembawa Frekuensi – Penerima Kode yang DihaluskanSingle – Penerima Kode & Pembawa FrekuensiDual – Penerima FrekuensiAplikasi Global Positioning System (GPS)GPS telah menjadi bagian penting dari Infrastruktur Global, mirip dengan internet. GPS telah menjadi elemen kunci dalam pengembangan berbagai aplikasi yang tersebar di berbagai aspek kehidupan modern. Peningkatan manufaktur skala besar dan miniaturisasi komponen telah mengurangi harga Penerima GPS. Daftar kecil aplikasi di mana GPS memainkan peran penting disebutkan di bawah ini. Pertanian modern telah melihat peningkatan produksi dengan bantuan GPS. Petani menggunakan Teknologi GPS bersama dengan perangkat elektronik modern untuk mendapatkan informasi yang tepat tentang area lapangan, hasil rata-rata, konsumsi bahan bakar, jarak yang ditempuh, dll. Di bidang mobil, kendaraan berpemandu otomatis adalah yang paling sering digunakan dalam aplikasi industri atau konsumen. GPS memungkinkan kendaraan ini dalam navigasi dan penentuan posisi. Penduduk sipil menggunakan Penerima GPS untuk tujuan navigasi. Penerima GPS dapat berupa modul khusus atau modul tertanam di ponsel dan jam tangan. Mereka sangat membantu dalam trekking, perjalanan darat, mengemudi, dll. Fitur tambahan termasuk waktu dan kecepatan kendaraan yang akurat.Layanan darurat seperti kebakaran dan ambulans mendapat manfaat dari posisi akurat lokasi bencana oleh GPS dan dapat merespons tepat waktu.Militer menggunakan penerima GPS presisi tinggi untuk navigasi, pelacakan target, rudal sistem bimbingan, dll. Ada banyak aplikasi lain di mana GPS sedang digunakan atau cakupan penggunaan yang sangat besar di masa depan. Tulisan Terkait: Komunikasi Nirkabel: Pendahuluan, Jenis dan Aplikasi Multiplexer dan Demultiplexer Mengapa Internet Anda Terus Terputus? Dasar-dasar Program C Tertanam Apa itu Sensor MEMS?

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan