Skip to main content

Prinsip Kerja GPS

Prinsip kerja GPS adalah pengukuran jarak (range) antara GPS Receiver dengan satelit. Satelit juga memberikan informasi lokasi orbit dimana saat itu satelit berada diatas permukaan bumi. GPS dapat bekerja seperti ini, apabila kita mengetahui jarak tepat kita dari satelit di angkasa, maka kita dapat mengasumsikan bahwa kita berada disuatu titik disebuah permukaan dengan radius imaginer yang sama dengan radius satelit. Apabila kita mengetahui dengan tepat jarak kita dari dua buah satelit maka dapat diasumsikan bahwa kita berada disebuah titik di daerah perpotongan antara dua satelit tersebut. Jarak diketahui dengan menghitung antara lama waktu yang ditempuh oleh gelombang dengan kecepatan rambat gelombang. Oleh karena itu GPS biasanya menggunakan jam atom sebagai panduan waktu dasar waktunya. 
Pada bagian ini akan disampaikan bagaimana cara kerja GPS hingga bisa mengetahui posisi dimana kita berada. Anggaplah kita sedang berada di suatu tempat dan sedang kebingungan  tidak tahu dimana tempat kita berada saat itu. Pada saat itu kita hanya mengetahui bahwa posisi saat itu berjarak 7 km dari suatu titik acuan yang kita sebut dengan “A”. Dari hal tersebut, gambarkanlah sebuah lingkaran dengan jari-jari yang mewakili 7 km.


Setelah menggambarkan lingkaran tersebut perlu diingat bahwa disamping acuan titik “A” , kita juga berada sejauh 14 km dari suatu titik dengan nama “B”. Kemudian gambarkanlingkaran tersebut.
 
Setelah penggambaran lingkaran dari titik dengan nama “B” maka akan di dapat informasi ada dua titik yang saling berpotongan. Kedua titik perpotongan tersebut merupakan titik dimana kita berada. Tetapi tentunya tidak memungkinkan kita berada di dua titik secara bersamaan. Maka daripada itu kita memerlukan satu acuan lagi yang akan berfungsi sebagai titik penentu dimana kita berada dari ke dua titik potong sebelumnya. Anggaplah saat ini kita berada 3 km dari suatu titik reference C yang sudah kita ketahui lokasinya. Dan gambarkan lingkaran tersebut.
 
Hasilnya kita akan menemukan satu titik potong yang mewakili tiga lingkaran yang kita buat sebelumnya. Titik ini bisa berkemungkinan merupakan tempat dimana kita berada dan juga mungkin tidak. Untuk mengatasi hal ini kita membutuhkan informasi data ketinggian, sehingga lokasi kita benar-benar unik di bidang tiga dimensi. Untuk memperoleh informasi ketinggian tersebut kita membutuhkan satu satelit yang bertugas untuk mendapatkan informasi data ketinggian.
Pada saat ini kita perlu memahami prinsip kerja proses pengiriman data oleh satelit. Saat satelit GPS mengirimkansinyal kepada GPS penerima, sinyal tersebut  berisi informasi posisi satelit dan waktu pengiriman sinyal. Dengan adanya jarak antara satelit dengan GPS penerima, tentunya akan ada perbedaan waktu saat pertama kali sinyal dipancarkan dengan saat diterima oleh perangkat GPS. Kecepatan sinyal yang dipancarkan tersebut adalah setara dengan kecepatan cahaya pada ruang hampa. Namun dengan adanya lapisan atmosfir tentunya kecepatannya ini mengalami perlambatan, tapi dengan suatu metode tertentu kelemahan ini bisa diminimalkan. Anggaplah bahwa ruang antara pemancar dan penerima sinyal berada dalam ruang hampa, sehingga kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya. Dengan beda waktu sebesar T, maka diperoleh jarak:
  
Jarak (S) = Waktu (T) x Kecepatan Cahaya (V) 
Jarak (S) inilah yang merupakan jari-jari lingkaran yang kita pergunakan tadi.
Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa GPS penerima tidak memiliki pembangkit waktu (time generator) secanggih yang dimiliki satelit. Pembangkit waktu merupakan alat yang digunakan sebagai pedoman penentuan lamanya suatu waktu. Kalau di jam tangan yang biasa dipakai sekarang ini, pembangkit waktunya berupa sebuah kristal yang bergetar pada frekuensi tertentu. Lama satu detik ditentukan berapa kali satu periode pulsa (satu frekuensi) terjadi, misalkan dalam gambar di bawah ini satu detik dibentuk dari 6 kali periode yang berarti memiliki frekuensi 6 Hertz.
 
Satelit itu sendiri berada pada ketinggian sekitar 20.200km dari permukaan laut. Bila kecepatan cahaya, anggaplah kita bulatkan menjadi 300.000 km/detik maka waktu tempuh yang diperlukan sinyal GPS hingga ke objek penerima dibumi hanyalah 20.200/300.000 = 0,0673 detik.  Hal itu berarti jika terjadi kesalahan atau perbedaan pengukuran waktu antara satelit dengan GPS penerima selama 1/1000 detik saja maka lokasi objek yang diukur akan meleset sejauh 300 km. Untuk itu diperlukan pembangkit waktu yang sangat presisi agar kesalahan pengukuran bisa diminimalisir. Satelit GPS sendiri menggunakan "atomic clock"  sebagai pembangkit waktunya dengan tingkat ketepatan perhitungan hingga sepersembilan milyar detik. Sayangnya harga atomic clock sangat mahal sekita USD 100K yang tentunya tidak akan  mampu kita beli bila dipasang di GPS penerima.
Untuk mengukur data ketinggian dibutuhkan 4 satelit. Alasannya yaitu setiap satelit GPS mengirimkan data posisi (X,Y,Z) kepada penerima. Nah anggaplah hanya tiga satelit yang bisa diterima oleh GPS kita, itu berarti ada 3 variabel dalam 3 persamaan yang diterima oleh GPS. Hal itu berarti ketiga persamaan tersebut nantinya akan menghasilkan satu perhitungan yang menunjukkan dimana lokasi kita berada.
X 1+Y1+Z1 = X2+Y2+X2 = X3+Y3+Z3 
Karena masing-masing nilai (X,Y,Z) tiap satelit tersebut berbeda-beda maka agar bisa menghasilkan perhitungan yang sama perlu ditambahkan 3 variabel lagi yang berlaku untuk semua informasi tersebut, sebutlah (a,b,c) sehingga formulanya berubah menjadi:
aX 1+bY1+cZ1 = aX2+bY2+cX2 = aX3+bY3+cZ3 
Variabel (a,b,c) tersebut adalah merupakan informasi ketinggian kita. Karena ada tiga variabel yang tidak kita ketahui dalam tiga persamaan yang berbeda maka secara matematika hal itu bisa dilakukan. Bila proses pengiriman informasi satelit ke GPS penerima berlaku di kondisi sempurna maka dengan ke tiga informasi tersebut kita sudah mengetahui dimana posisi dan pada ketingian berapa kita berada. Sayangnya secara praktek hal itu tidak terjadi. Terdapat perbedaan atau kesalahan saat pembacaan sinyal satelit akibat dari perlambatan sinyal GPS di atmosfir dan juga pembangkit waktu GPS kita yang tidak seakurat seperti apa yang digunakan oleh GPS satelit. Itu berarti ada satu variabel lagi yang tidak kita ketahui yakni "waktu (T). Berarti kita memiliki 4 variabel yang tidak kita ketahui yakni X,Y,Z dan T. Untuk menghitungnya dibutuhkan 4 persamaan metematika yang berbeda, oleh karena itulah kita butuh informasi posisi dari satelit ke empat.
Dengan 4 variable dari 4 persamaan yang berbeda, secara matematis kita akan tahu dimana posisi kita berada. Hal ini pula mengapa pada saat kita menerima informasi dari 3 satelit GPS kita sudah tahu dimana posisi kita berada secara 2 dimensi bukan 3 dimensi, karena pada saat itu, data ketinggian diabaikan. Yang dihitung adalah data X,Y dan T. Kenapa data ketinggian di abaikan ? Karena GPS device lebih mengutamakan posisi secara 2 dimensi terlebih dahulu, sehingga variabel ketiga digunakan untuk menghitung beda waktu agar hasil perhitungan posisi bisa dipertanggungjawabkan.
Data ketinggian yang diperoleh dari perhitungan matematika tadi nantinya akan di sesuaikan dengan "geodetic DATUM"  yang saat itu digunakan oleh GPS device. Sehingga hasil pengukurannya lebih sesuai dengan kondisi data ketinggian dimana GPS penerima tersebut berada. Berikut gambarnya:
 
Kemudian hasil perhitungan matematika tadi ditambah penyesuaian dengan "geodetic DATUM" tertentu maka kita akan memperoleh nilai (h) dari gambar diatas.
 Materi di atas saya kutip dari sebuah forum, jika ingin mencari tahu lebih detail silakan kunjungi alamat ini

Artikel Terkait:

Mohon untuk membaca Kebijakan Privasi sebelum mengambil data dari blog ini atau sebelum berkomentar.

Comments