GPS,sejarahnya dan perkembangannya
Akip 12.29.002 MPA
Global
Positioning System (GPS) adalah suatu sistem navigasi yang memanfaatkan
satelit. Penerima GPS memperoleh sinyal dari beberapa satelit yang mengorbit
bumi. Satelit yang mengitari bumi pada orbit pendek ini terdiri dari 24 susunan
satelit, dengan 21 satelit aktif dan 3 buah satelit sebagai cadangan. Dengan
susunan orbit tertentu, maka satelit GPS bisa diterima di seluruh permukaan
bumi dengan penampakan antara 4 sampai 8 buah satelit. GPS dapat memberikan informasi
posisi dan waktu dengan ketelitian sangat tinggi.
Nama lengkap GPS adalah NAVSTAR GPS
(Navigational satellite Timing and Ranging Global Positioning System), namun
lebih sering dikenal sebagai GPS. GPS mulai diaktifkan untuk umum pada 17 Juli
1995.
Sejarah
Amerika Serikat merupakan negara
pencetus dan pemrakarsa GPS. Pada dasarnya, bentuk sistem teknologi GPS sama
dengan sistem navigasi radio pangkalan pusat, seperti LORAN dan Decca Navigator
yang dikembangkan pada tahun 1940-an dan digunakan selama Perang Dunia II.
Inspirasi pembuatan sistem GPS sebenarnya datang dari Uni Soviet yang pada saat
itu, tahun 1957, meluncurkan satelit pertama mereka, Sputnik. Sebuah tim
ilmuwan AS yang dipimpin oleh Dr. Richard B. Kershner saat itu memonitor
transmisi radio Sputnik. Mereka menemukan bahwa Efek Doppler berpengaruh pada
transmisi radio, di mana sinyal frekuensi yang ditransmisi Sputnik sangat
tinggi saat baru diluncurkan dan semakin rendah seiring dengan satelit menjauhi
bumi. Mereka menyadari bahwa dengan mengetahui letak bujur lokasi mereka dengan
tepat di peta dunia, mereka mampu melacak posisi satelit tersebut mengorbit
berdasarkan tolak ukur penyimpangan Efek Doppler.
Transit, satelit sistem navigasi pertama
yang digunakan oleh Angkatan Laut AS sukses diujicobakan pertama kali pada
tahun 1960. Sistem yang menggunakan kumpulan dari lima satelit ini mampu
menentukan posisi sekali tiap jamnya. Pada tahun 1967, AL AS mengembangkan
satelit Timation yang membuktikan kemampuannya dengan menetapkan waktu yang akurat
di angkasa, merupakan teknologi acuan sistem GPS. Tahun 1970-an, Sistem
Navigasi Omega pangkalan pusat, berdasarkan pembandingan fase sinyal, menjadi
sistem navigasi radio pertama yang meliputi seluruh dunia. Satelit percobaan
pertama Block-I GPS diluncurkan pada Februari 1978. Satelit-satelit GPS pertama
kali dibuat oleh Rockwell International (sekarang merupakan bagian dari Boeing)
dan sekarang dibuat oleh Lockheed Martin (IIR/IIR-M) dan Boeing (IIF). Sebelum
dikembangkan sistem GPS, sistem satelit pertama disebut Transit (The Navy
Navigation Satellite System) dan dioperasikan mulai tahun 1964. Transit tidak
mempunyai piranti untuk mengetahui waktu dan waktu yang diperlukan receiver
untuk menghitung posisinya sekitar 15 menit. Namun demikian banyak yang bisa
dipelajari dari sistem ini. GPS adalah hasil kemajuan pesat yang diperoleh
karena sistem Transit. GPS tujuan semula hanya digunakan untuk keperluan
militer, baik untuk menunjukkan posisi secara tepat (positioning), membantu
dalam memberikan arah (navigation), dan sistem pencapaian senjata, untuk
menggantikan Transit dan juga sistem navigasi lainnya. GPS mempunyai ketepatan
tinggi dan jam atom yang stabil pada awak satelit yang berguna untuk memberikan
waktu transfer yang tepat. Untuk pertama kali satelit GPS diluncurkan pada
tahun 1978 dan pada pertengahan 1980, produk pertamanya bisa digunakan untuk
umum (non militer) Tahun 1984 Presiden Reagan mengumumkan bahwa sebagian
kemampuan GPS boleh digunakan oleh masyarakat luas. Sistem ini masih terus
diperbaharui dan disempurnakan dengan meluncurkan satelit-satelit yang lebih
baik untuk menggantikan satelit-satelit yang sudah tua. Systim Transit melahirkan sejumlah ruang termasuk metode dua frekuensi untuk
mengoreksi kesalahan ionosfer , detektor sikap solar , muatan dual - peluncuran
, memori elektronik satelit sistem otentikasi uplink , dan stabilisasi
gravitasi - gradien . Pengembangan Transit merupakan langkah besar dalam banyak
bidang ilmu pengetahuan dan teknologi ruang angkasa , termasuk perangkat elektronik
, sirkuit dan desain kemasan , kemajuan dalam desain mekanik , bahan-bahan baru
, kontrol operasi satelit , pengembangan perangkat lunak , dan penggunaan
permodelan dan simulasi .
warisan Transit dapat dilihat dalam
penerapan banyak inovasi dan penemuan untuk upaya ilmiah dan teknik dan produk
yang bermanfaat bagi umat manusia meliputi :
Teknologi Antariksa . Transit memelopori banyak bidang teknologi ruang angkasa , termasuk
sistem stabilisasi , memajukan waktu dan frekuensi standar , multiple peluncuran
pesawat ruang angkasa , dan komputer memori elektronik pertama di luar angkasa
. Masing-masing dari kemajuan ini manfaat program ruang angkasa Amerika .
Geodesi .
Transit baik diperlukan dan dimungkinkan kemajuan besar dalam pengetahuan
tentang medan gravitasi bumi , sehingga secara dramatis meningkatkan kemampuan
pelacakan satelit .
Ilmu Space.
Rekayasa Transit dan penelitian satelit membuat pengukuran pertama proton
berenergi rendah di daerah kutub , menemukan arus lapangan -blok aurora , dan terdeteksi
dan diukur sabuk radiasi buatan yang dibuat oleh uji coba nuklir ketinggian
tinggi Starfish di 1962.This karya awal yang dipimpin program untuk NASA dan
lembaga lainnya .
Kesehatan.
Teknologi Transit memacu perkembangan banyak perangkat untuk meningkatkan
kualitas hidup kita , termasuk alat pacu jantung dapat diisi ulang , diprogram
sistem pengobatan implan , defibrillator implan otomatis , dan sistem untuk
mengobati anak-anak autis .
Pada bulan Oktober 1996 , APL
menerima Certificate of Recognition Pertahanan untuk Inovasi Akuisisi
penghargaan untuk prestasi dalam Sistem Satelit Navigasi Transit Angkatan Laut
. Disampaikan oleh Kantor Asisten Sekretaris Angkatan Laut Penelitian ,
Pengembangan , dan Akuisisi , penghargaan ini adalah salah satu dari hanya dua
Pertahanan Sertifikat Pengakuan dan 1.300 akuisisi penghargaan keunggulan
diberikan dalam sebuah komunitas lebih dari 41.000 organisasi yang memenuhi
syarat . Kutipan mencatat bahwa karena sistem berkembang lebih dari 30 tahun
beroperasi , upgrade hardware ke sistem pelacakan yang diperlukan hanya tiga
kali . Pada akhir tahun 1996 Transit
pensiun setelah lebih dari 32 tahun terus-menerus digunakan untuk Angkatan Laut Navigation Satellite System ,
dan layanan tersebut sukses untuk US Navy
Upaya dalam pengembangan teknologi
GPS dapat kita lihat timeline dibawah ini
* Pada tahun 1972, Holloman AFB AS
melakukan perbandingan pengujian dua prototipe penerima GPS di atas White Sand
Missile Range, menggunakan satelit tiruan pangkalan pusat.
* Tahun 1978, satelit percobaan
pertama Block-I GPS diluncurkan.
* Tahun 1983, setelah pesawat
interseptor Rusia menembak pesawat terbang sipil KAL 007 di wilayah udara
terlarang Rusia, yang membunuh 269 orang dalam peristiwa tersebut, presiden AS
Ronald Reagan mengumumkan bahwa sistem GPS akan dapat digunakan oleh rakyat
sipil begitu sistem itu selesai dibuat.
* Tahun 1985, sepuluh satelit
percobaan Block-I GPS tambahan diluncurkan untuk memvalidasi konsep tersebut.
* Pada 14 Februari 1989, satelit
modern Block-II pertama diluncurkan.
* Tahun 1992, Space Wing kedua, yang
pada dasarnya mengontrol sistem, di-non aktifkan dan diganti dengan Space Wing
ke-50.
* Pada Desember 1993 sistem GPS mampu
beroperasi untuk pertama kalinya.
* Pada 17 Januari 1994, konstelasi
komplit 24 satelit telah mengorbit.
* Kemampuan untuk beroperasi penuh
dideklarasikan oleh NAVSTAR pada April 1995.
* Tahun 1996, menyadari pentingnya
GPS bagi rakyat sipil, presiden AS Bill Clinton mengeluarkan kebijakan langsung
yang menyatakan GPS sebagai dual-use system dan mendirikan Interagency GPS
Executive Board untuk mengatur penggunaannya sebagai aset negara.
* Tahun 1998, Wakil Presiden AS Al
Gore mengumumkan rencana untuk mengupgrade GPS dengan dua sinyal sipil untuk
mempertinggi keakuratan dan keandalan pengguna, terutama dengan respek terhadap
faktor keselamatan penerbangan.
* Pada 2 mei 2000, “Selective
Availability” tidak dilanjutkan sebagai hasil dari Peraturan Pemerintah tahun
1996, memungkinkan pengguna untuk menerima sinyal tidak bertingkat secara
global.
* Tahun 2004, pemerintah AS
menandatangani sebuah perjanjian bersejarah dengan Komunitas Eropa membangun
kerjasama dalam bidang GPS dan rencana sistem Galileo Eropa.
* Tahun 2004, presiden AS George W.
Bush memperbaharui kebijakan nasional, menggantikan lembaga eksekutif dengan
National Space-Based Positioning, Navigation, and Timing Executive Committee.
* November 2004, QUALCOMM mengumumkan
keberhasilan menguji aplikasi bantuan sistem GPS pada telepon genggam.
* 2005, satlelit GPS pertama yang dimodernisasi
diluncurkan dan mulai mentransmisikan sinyal sipil kedua (L2C) untuk
meningkatkan manfaatnya bagi pengguna.
* Peluncuran terbaru pada 17 Oktober
2007. Satelit GPS tertua yang masih beroperasi diluncurkan pada 4 Juli 1991 dan
mulai dioperasikan pada 30 Agustus 1991.
* 14 September 2007, peraturan
tentang Sistem Pengendalian Segmen Pusat yang telah usang digantikan dengan
Rencana Evolusi Arsitektur yang baru.
KEGUNAAN GPS
· Militer. GPS digunakan untuk
keperluan perang, seperti menuntun arah bom, atau mengetahui posisi pasukan
berada. Dengan cara ini maka kita bisa mengetahui mana teman, mana lawan untuk
menghindari salah target ataupun menentukan pergerakan pasukan.
· Navigasi. GPS banyak juga digunakan
sebagai alat navigasi seperti kompas. Beberapa jenis kendaraan telah dilengkapi
dengan GPS untuk alat bantu navigasi. Dengan menambahkan peta, maka bisa
digunakan untuk memandu pengendara sehingga pengendara bisa mengetahui jalur
mana yang sebaiknya dipilih untuk mencapai tujuan yang diinginkan.
· Sistem Informasi Geografis. Untuk
keperluan Sistem Informasi Geografis, GPS sering juga diikutsertakan dalam
pembuatan peta, seperti mengukur jarak perbatasan, ataupun sebagai referensi
pengukuran.
· Pelacak kendaraan. Kegunaan lain
GPS adalah sebagai pelacak kendaraan. Dengan bantuan GPS, pemilik
kendaraan/pengelola armada bisa mengetahui ada di mana saja kendaraannya/aset
bergeraknya berada saat ini.
· Pemantau Gempa. Bahkan saat ini,
GPS dengan ketelitian tinggi bisa digunakan untuk memantau pergerakan tanah,
yang ordenya hanya milimeter dalam setahun. Pemantauan pergerakan tanah berguna
untuk memperkirakan terjadinya gempa, baik pergerakan vulkanik ataupun
tektonik.
· Navigasi Pesawat Terbang. Kebanyakan
sistem penerbangan menggunakan alat GPS biasa dalam penerbangan, kecuali ketika
mendarat dan lepas landas, sama seperti alat elektronik lain. Larangan
penggunaan GPS disebabkan adanya isu keselamatan, yaitu tidak ingin penumpang
memetakan posisinya. Sebaliknya, sebagian penerbangan juga memasukkan GPS ke dalam
sistem hiburan penerbangan. Dengan pengamatan GPS, maka informasi posisi 3D,
kecepatan dan percepatan pesawat terbang dapat ditentukan secara teliti. Di
samping itu GPS juga dapat digunakan sebagai sistem navigasi pesawat terbang
pada saat survey dengan metode real time DGPS (Differential Global Positioning
System).
· Penangkapan Ikan di Perairan Luas. Trimble
memperkenalkan penerima GPS pertama di dunia untuk navigasi laut pada tahun
1985. Dan seperti yang mungkin kita duga, menavigasikan perairan dunia menjadi
lebih tepat daripada sebelumnya. Saat ini alat penerima Trimble dapat ditemukan
di perahu-pearhu di seluruh dunia, mulai dari perahu nelayan, kapal kargo
pengantar barang, sampai kapal-kapal pesiar mewah. Sebuah perusahaan
penangkapan ikan asal Selandia Baru menggunakan GPS supaya mereka dapat kembali
ke wilayah terbaik untuk menangkap ikan tanpa perlu tersesat sebelumnya.
CARA KERJA GPS
Perangkat GPS menerima sinyal dari
satelit dan kemudian melakukan perhitungan sehingga pada tampilan umumnya kita
dapat mengetahui posisi (dalam lintang dan bujur), kecepatan, dan waktu.
Disamping itu juga informasi tambahan seperti jarak, dan waktu tempuh. Posisi
yang ditampilkan merupakan sistem referensi geodetik WGS-84 dan waktu merupakan
referensi USNO (U.S. Naval Observatory Time).
Ilmuwan mengembangkan suatu
konfigurasi untuk sistem GPS yang dapat menjangkau secara global dengan
menggunakan sedikitnya 21 satelit pada medium earth orbit (MEO).
· 21 satelit yang aktif dan 3 satelit
cadangan.
· Enam bidang orbit. Ketinggian:
20,200 km. Period: 11 jam 58 menit. Kemiringan: 530
· Empat satelit per pesawat.
· Lima stasiun pengawasan
Pada awalnya, peneliti berpendapat
bahwa sebuah konfigurasi garis edar bumi geostationary (GEO) berada pada 36,000
km. Namun hal ini dibantah karena pendapat tersebut berarti satelit-satelit
akan memerlukan pemancar yang lebih kuat dan sarana peluncuran yang lebih
tangguh. Selain itu, GEO akan memberikan jangkauan daerah kutub yang lemah.
Bahkan konfigurasi test pendahuluan menunjukan bahwa pesawat – pesawat peluncur
berada pada kemiringan 630. 24 satelit-satelit GPS yang baru berada pada
konfigurasi Block II, dan telah diluncurkan antara tahun 1989 dan 1994.
Konfigurasi ini menunjukan bahwa enam
pesawat berada pada kemiringan 550. Berada pada posisi garis bujur yang sama
yaitu pada 600 garis bujur, kemiringan ini memberikan jangkauan global terbaik,
termasuk daerah kutub. Satelit-satelit bahkan dibagi menjadi empat generasi:
II, IIA, IIR dan IIF. Perbedaan-perbedaan yang utama ada pada ketelitian dan
jumlah maksimum hari tanpa kontak dari stasiun pemantauan dan kendali.
Stasiun pengawasan mengirimkan data
yang baru dan telah diperbaiki kepada masing-masing satelit setiap empat jam.
Data ini mencakup koreksi terhadap waktu dan posisi yang tepat dari satelit
tersebut dan satelit-satelit GPS lainnya yang berada di dalam orbit. Data
terbaru mengenai posisi satelit dapat ditentukan dengan melakukan pengukuran
GPS terhadap ground antenna di lokasi yang telah diketahui. Stasiun pengawasan
ditempatkan di dekat garis katulistiwa untuk mengurangi efek ionospheric.
Konsep GPS
Hubungan mendasar antara satelit dan
receiver digambarkan dalam lima langkah-langkah di bawah ini :
1. Receiver menerima sinyal dari
satelit GPS.
2. Hal tersebut menentukan perbedaan
antara waktu yang ada dengan waktu yang disampaikan melalui frekuensi yang ada.
3. Sinyal yang dikirimkan juga
menghitung jarak satelit dari receiver, dengan memperhitungkan bahwa sinyal
tersebut dikirim dengan kecepatan cahaya.
4. Receiver menerima sinyal dari dua
satelit yang lain, dan kembali menghitung jarak dari mereka.
5. Dengan mengetahui jarak nya dari
tiga lokasi yang berbeda, receiver mentrianggulir (triangulation) posisi nya.
GPS memiliki dua tingkat ketelitian:
* Sistem posisi standar (standard
positioning system / SPS)
SPS merupakan yang disediakan untuk
umum (sipil). Tingkat akurasi yang dihasilkan adalah 100 m untuk posisi
horisontal dan 150 meter untuk posisi vertikal.
* Sistem posisi presisi (precision
positioning system / PPS)
PPS digunakan oleh Departemen
Pertahanan AS dan tidak disediakan untuk umum.
Penerima GPS menghitung posisinya
dengan mengukur jarak antara posisinya dan tiga atau lebih satelit GPS lainnya.
Masing-masing satelit memiliki jam atom dan secara berkesinambungan mengirimkan
pesan-pesan yang memuat waktu dan lokasi yang tepat. Penerima menggunakan
jamnya untuk menetapkan dengan seksama waktu penerimaan setiap pesan. Hal itu
membuat jarak dengan setiap satelit sejak pergerakan sinyal bergerak dengan
kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Dengan mengetahui jaraknya dengan
sedikitnya tiga satelit dan posisi satelit tersebut, penerima menghitung
posisinya menggunakan trilaterasi. Kenyataannya, penerima-penerima tersebut
biasanya tidak memiliki ketepatan waktu yang akurat, tetapi melacak empat
satelit atau lebih sehingga memungkinkan mereka untuk menetapkan baik lokasi
maupun waktu yang akurat.
Untuk mengetahui posisi dari GPS,
diperlukan minimal 3 satelit. Pengukuran posisi GPS didasarkan oleh sistem
pengukuran matematika yang disebut dengan Triliterasi. Yaitu pengukuran suatu
titik dengan bantuan 3 titik acu. Misalnya anda berada di suatu kota A (disini
kota kita anggap sebagai titik), tetapi anda tidak mengetahui dimana anda
berada. Untuk mengetahui keberadaan anda, anda bertanya kepada seseorang, dan
orang tersebut menjawab bahwa anda 2 km dari kota B.
Jawaban ini tidak memuaskan anda
karena anda tidak tahu apakah anda di sebelah selatan, utara, barat, atau timur
kota B. Kemudian anda bertanya kepada orang ke-2 dan mendapat jawaban bahwa
anda berada 5 km dari kota C. Dengan jawaban ini anda sudah dapat membayangkan
dimana posisi anda, hanya ada kemungkinan 2 titik berbeda yang berpotongan
antara lingkaran dengan radius kota A dengan kota B dan lingkaran dengan radius
kota A dengan kota C. Untuk lebih memperjelas lagi anda mumerlukan orang ke-3,
misalnya anda berada di 1 km dari kota D.
Dengan demikian anda mendapatkan
perpotongan antara lingkaran dengan radius jarak kota A ke kota B, lingkaran
antara kota A dan kota C, dan lingkaran antara kota A dan kota D. Dalam GPS
kota A adalah alat penerima GPS, kota B, C, dan D adalah Satelit. Beberapa
fungsi dari GPS adalah : 1. Untuk melakukan navigasi terhadap kapal laut dan
pesawat terbang. 2. Untuk menentukan jarak-jarak tertentu 3. Untuk melakukan
suatu penemuan di bidang geografi 4. dll.
Pengembangan GPS.
Assisted-global positioning system (
A-
GPS)
merupakan
pengembangan / penyempurnaan dari GPS sebagai
satelit penentu posisi di belahan
bumi.
Satelit GPS yang dimiliki bumi mempunyai
rasi bintang 24 satelit dalam enam
orbit yang mendekati lingkaran, setiap orbit
ditempati oleh 4 buah satelit dengan
interval antara yang tidak sama. Orbit satelit
GPS
berinklinasi 550° terhadap
bidang equator dengan ketinggian rata-rata dari
permukaan bumi sekitar 20.200 km.
Metode
Advanced Positioning yang terdapat pada A-GPS merupakan
metode penentuan posisi yang paling tinggi akurasinya dibandingkan metode
deteksi posisi lainnya seperti misalnya
Time
Difference Of Arrival (TDOA), maupun
Enhanced
Observed Time Difference (E-OTD) sehingga
A-GPS jauh lebih efisien dan efektif dalam mengakses
informasi dari satelit karena tidak perlu
mencari data satu persatu dari ke-24 satelit yang ada, namun A-GPS telah
mengetahui sasaran (satelit) mana yang dibutuhkan atau dituju.
A-GPS pertama kali dikeluarkan oleh US FCC (United States Federal Communications
Comission), yakni suatu badan komunikasi Amerika.Pada
masa itu digunakan untuk mengakomodir Panggilan Darurat (911) agar penelpon dapat terlacak
dengan lebih akurat, baik ketika di dalam maupun luar gedung.
Pada masa sekarang ini, deteksi posisi bukan lagi hanya untuk
kebutuhan militer ataupun eksplorasi,
namun akibat adanya "demam" piranti-piranti tanpa kabel ataupun
komunikasi selular, penggunaan deteksi posisi telah menjadi sebuah kebutuhan di
dunia telekomunikasi.
Atas dasar itulah, maka teknologi pencari posisi ini terus berevolusi
mencari bentuk yang paling ideal dan sempurna
Keunggulan :
- A-GPS
menawarkan solusi terakurat dari metode-metode yang telah ada sebelumnya.
Lebih lanjut, A-GPS merupakan layanan yang menggabungkan sistem GPS dan
layanan GSM (Global
System for Mobile Communications).
- Layanan
ini juga berguna untuk dapat menjembatani kekurangan dan kelebihan GPS dan
LBS. LBS adalah Location
Based Service yang sebenarnya adalah salah satu layanan
tambahan dari selular GSM.LBS bukanlah sistem tetapi
merupakan layanan yang menggunakan sistem tambahan penunjang sistem GSM.
- A-GPS
Menjadikan proses akses informasi menggunakan satelit menjadi lebih mudah
dan cepat.
A-GPS merupakan metode yang berbasis
pada waktu. Pada metode ini akan dilakukan pengukuran waktu tiba dari sebuah sinyal yang dikirimkan dari satelit GPS. Hal
ini berarti pada perangkat yang digunakan harus memiliki fasilitas untuk mengakses GPS. seperti halnya
GPS, A-GPS juga menggunakan satelit yang memancarkan sinyal radio ke penerima yang terpasang pada permukaan atas bumi. Penerima
GPS dihubungkan dengan antena yang menerima sinyal radio untuk mengkalkulasi
posisi penerima GPS. (dari berbagai
sumber)