GD2213 GEODESI SATELIT

Samuel

15108061

PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA

FAKULTAS ILMU DAN TEKNIK KEBUMIAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2010

Astronomi Geodesi

Karakteristik umum

Astronomi Geodesi adalah cabang ilmu yang paling tua dari geodesi satelit dalam menentukan kerangka dasar geodetic. Astronomi geodesi adalah salah satu ilmu geodesi yang mempelajari posisi relative dari bumi (garis lintang dan garis bujur) dari planet, bintang dan revolusi terhadap matahari. Dasar-dasar dari ilmu astronomi geodesi saat ini digunakan dalam teknologi GPS saat ini. Dasar kerja dari ilmu astronomi geodesi adalah menggunakan sifat-sifat bumi sebagai planet yang berevolusi terhadap matahari dan berotasi pada porosnya, serta sifat-sifat objek langit lainnya. Pengamatan astronomis pada astronomi geodesi bertujuan untuk menentukan sudut jurusan dari suatu arah antara dua titik yang ada di permukaan bumi. Titik tersebut sangat penting dalam pembuatan kerangka dasar geodetic dalam pemetaan suatu wilayah. Sudut jurusan juga diperlukan untuk pemberian arah awal (arah utara). Serat untuk mengontrol ukuran-ukuran sudut pada ukuran polygon.

Parameter yang Diketahui

1. Deklinasi matahari δ2. Lintang tempat pengamat φ.

Besaran yang diukur1. Waktu pada saat pengamatan.2. Sudut antara matahari dan target.3. Sudut tinggi matahahari dapat berupa zenith maupun sudut miring.

Cara menentukan posisi titik dari parameter dan besaran di atasPenentuan posisi titik dapat dilakukan dengan dua metode yaitu metode sudut waktu dan metode tinggi matahari. Berikut adalah cara dengan metode waktu.

Cari nilai UT Ubah bujur menjadi satuan waktu dengan dibagi 150

Cari nilai t. t=UT+E+ λ−24 jam Cari Amatahari dengan rumus tan Amatahari= -sin t/cos φ tan δ−sinφ cos t Apabila target di sebelah kanan matahari maka A = A matahari + β Apabila target di sebelah kiri matahari maka A = Amatahari - β Kemudian dengan menggunakan Azimuth cari koordinat titik dengan menggunaka

koordinat titik kerangka sebagai acuannya.Menggunakan metode tinggi matahari

1. Cari deklinasi matahari dan sudut tinggi matahari yang telah dikoreksi salh indeks2. Cari nilai dari refraksi (r), r = rm×C p×C t

3. Cari nilai tinggi matahari (h), h = hu−s .i−r+ p4. Cari nilai Azimuth, Cos A = sin δ – sin φ sin m/ ( cos φ cos m)5. Kemudian dengan menggunakan Azimuth cari koordinat titik dengan menggunaka

koordinat titik kerangka sebagai acuannya.

Satelit FotografiKarakteristik umumIlmu satelit fotografi merupakan salah satu ilmu yang mempelajari pengukuran arah ke satelit dengan memotret satelit yang memiliki latar belakang bintang-bintang. Ilmu satelit fotografi adalah metode tertua yang diciptakan manusia dengan menggunakan satelit buatan. Metode ini digunakan pada satelit-satelit buatan awal. Saat ini metode satelit fotografi sudah tidak digunakan lagi karena kurangnya presisi dari citra yang diciptakan. Salah satu sumbangsih ilmu satelit fotografi pada dunia adalah penentuan parameter penggepengan bumi yang ditentukan dari penjejakan satelit (penggepengan, f=1/298,3) Pada tahun 1959, dapat dibuktikan bahwa bumi berbentuk “pear shape” dari analisa satelit Vanguard yang menggunakan metode satelit fotografi. Satelit fotografi dihasilkan tracking rocket dan fotogrametri. Pada satelit fotografi kamera ballistic ditempatkan pada foto theodolit dari fotogametri terrestrial. Pada satelit fotografi titik control didapat dari citra bintang.Parameter yang diketahui

1. Posisi dari citra satelit dengan acuan pada bintang di daerah pengamatan2. Posisi dari bintang yang ada pada latar belakang satelitBesaran yang diukur1. Waktu pemunculan yang didapat pada merekam citra fotografi2. Kenaikan toposentrik yang tepat3. Deklinasi dari satelit4. Orbit dari satelit5. Kecepatan, besaran dan arah dari satelit

Cara menentukan posisi titik dari parameter dan besaran di atasUntuk menetukan posisi dapat digunakan rumus sebagai berikut,

∑ i ∂ S/∂ Pi. ∆ P = ( ρ’ - ρo ) + V

Pi = tidak diketahui ( orbital, stasiun , dll)

ρ’ = vektor range yang diamati

ρo = vektor range model = ro – SR

dimana ,

ro adalah posisi geosentrik satelit yang sudah dikomputisasi

SR adalah posisi geosentrik satelit

V = residual

Transit DopplerKarakteristik umumSistem satelit navigasi TRANSIT diciptakan oleh Amerika Serikat. Sistem TRANSIT didesain pada tahun 1958, dan dinyatakan operasional pada tahun 1964 untuk militer dan 1967 untuk pihak sipil. Saat ini sistem TRANSIT sudah tidak operasional lagi, karena sudah digantikan oleh teknologi GPS, yang notabene lebih canggih. Sistem satelit TRANSIT memanfaatkan efek Doppler. Efek Doppler adalah efek yang menjelaskan tentang frekuensi gelombang diterima pada suatu titik dan frekuensi gelombang sumber, ketika sang penerima gelombang dan sumber saling bergerak satu dengan yang lainnya. Dalam geodesi satelit observasi Doppler memiliki peranan penting karena kebanyakan satelit menerima frekuensi yang stabil. Pada pengaplikasiannya posisi satelit TRANSIT dipengaruhi oleh medan gaya berat bumi dan datum yang digunakan adalah datum geosentrik. Gelombang frekuensi yang digunakan sekitar 150 sampai 400 MHz.Parameter yang diketahui

1. Koordinat satelit TRANSIT2. Kecepatan cahaya3. Jumlah efek Doppler yang terintergrasi pada selang waktu tertentu

Besaran yang diukur1. Frekuensi penerima2. Frekuensi sinyal stabil

Cara menentukan posisi titik dari parameter dan besaran di atasPosisi dapat diketahui dengan rumus,

N jk=f gc

({( Xk−X i )2+(Y k−Y i )

2+ (Zk−Z i )2}12− {(X j−X i )

2+ (Y j−Y i )2+ (Z j−Zi )

2}12)+(f g−f s)¿

Xi, Yi, Zi = koordinat yang dicariXj, Yj, Zj = koordinat satelit 1Xk, Yk, Zk = koordinat satelit 2Fg = frekuensi sinyal referensi stabilNjk = Jumlah efek Doppler yang terintergrasi pada selang waktu tertentuFs = frekusensi sinyal penerimac = kecepatan cahaya

SLRKarakteristik umum

Sistem SLR atau satellite laser ranging adalah sebuah sistem satelit yang mulai dikembangkan oleh NASA pada tahun 1964 dengan peluncuran satelit Beacon-Explorer B. SLR merupakan salah satu sistem penentuan posisi absolute yang paling teliti saat ini. Sistem ini berbasiskan pada pengukuran jarak dengan laser ke satelit yang dilengkapi dengan retro-reflektor laser. Saat ini sistem SLR telah banyak diaplikasikan untuk berbagai aplikasi pada geodesi, yaitu:

a. Penentuan posisi absolute titik secara teliti, bai untuk keperluan realisasi sistem referensi koordinat maupun untuk studi geodinamika dan deformasi.

b. Penentuan orbit satelit yang dilengkapi reflector laser.c. Penentuan parameter orientasi bumi, yaitu presesi, nutrasi, pergerakan kutub, dan

rotasi bumi.d. Studi medan gaya berat bumie. Studi respon kerak bumi terhadap fenomena pasut lautan dan atmosfer.f. Studi variasi pusat bumig. Penentuan nilai koefisien gravitasi GM.

Parameter yang diketahui

1. Kecepatan cahaya2. Waktu tempuh dari stasiun bumi ke sateli dan kembali lagi ke bumi (dt) yang dihitung

oleh jam atom3. Posisi dari satelit

Besaran yang diukur1. Jarak2. Koreksi 3. waktu

Cara menentukan posisi titik dari parameter dan besaran di atasTentukan dahulu jarak dengan rumus,

d = c.t/2 + do + ds + db + dr + dimana :

t = data ukuran selang waktu tempuh pulsa laser dari sinyal start–stopd0 = koreksi eksentrisitas di tanahds = koreksi eksentrisitas di satelitdb = delay sinyal di sistem tanah (ground system)dr = koreksi refraksi

= kesalahan random dan bias yang tersisa

Tentukan koordinat dengan rumus

r0 – mr = p

r0 = koordinat teleskop

mr= koordinat reflector

[p]= jarak antara reflector dengan teleskop yang dicari dengan rumus jarak dari bumi ke bulan

GPSKarakteristik umum

GPS adalah sistem satelit navigasi yang palin popular dan yang paling banyak digunakan saat ini. GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit. Sistem ini dapat digunakan oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca. Sistem ini juga didesain untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti,dan juga informasi mengenai waktu secara kontinyu di seluruh dunia. Sampai saat ini, GPS adalah satu-satunya sistem navigasi yang menggunakan satelit dan mempunyai karakteristik prima yang dapat melakukan itu. Disampin produk dasar tersebut (posisi, kecepatan, dan waktu), sebenarnya ada parameter lainnya yang dapat ditentukan oleh teknologi GPS ini antara lain,

1. Percepatan2. Attitude parameters3. TEC (Total Electron Content)4. WVC (Water Vapor Content)5. Polar motion parameters6. Dan lain-lain

Pada dasarnya GPS terdiri dari tiga satelit utama, yaitu segmen angkasa (space segment) yang terdiri dari satelit-satelit GPS, segmen sistem control (control segment system) yang terdiri dari stasiun-stasiun pemonitor dan pengontrol satelit, serta yang terakhir adalah segmen pemakai (user segment) yang terdiridari pemakai GPS termasuk alat-alat penerima dan pengolah sinyal dan data GPS.

Parameter yang diketahui

1. Koordinat satelit2. Kecepatan gelombang3. Refraksi4. Kesalahan jam5. Efek multipath6. Noise 7. Kecepatan cahaya

Besaran yang diukur

1. Interval waktu antara receiver dan satelit2. Beda fase

Cara mendapatkan posisi titik dari parameter dan besaran di atas

Posisi titik dapat ditentukan dengan rumus,

Pi = + d + dtrop + dioni + (dt – dT) + MPi + Pi

Li = + d + dtrop + dioni + (dt – dT) + MCi - INi + Ci

Keterangan

Pi = c.ti

= pseudorange pada frekuensi fi (m), (I=1,2)

Li = i.I

= jarak fase (carrier range) pada frekuensi fi (m), (I=1,2)

= jarak geometris antara pengamat (x,y,z) dengan satelit (m)

c = kecepatan cahaya dalam vakum (m/s)

= panjang gelombang sinyal (m)

d = kesalahan jarak yang disebabkan oleh kesalahan ephemeris

dtrop = bias yang disebabkan oleh refraksi troposfer (m)

dioni dion = bias yang disebabkan oleh refraksi ionosfer (m)

dt ,dT = kesalahan dan offset dari jam receiver dan jam satelit (m)

MPi,MCi = efek dari multipath pada hasil pengamatan

N1,N2 = ambiguitas fase dari fase sinyal–sinyal L1 dan L2

Pi,Ci = derau (noise) pada hasil pengamayan L1 dan L2

LLRKarakteristik umum

Sistem LLR (Lunar Laser Ranging), mulai dikembangkan pada pada tahun 1969 dengan ditempatkannya sekelompok reflector laser di permukaan bulan oleh misi Apollo 11, sistem LLR pada dasarnya punya prinsip kerja yang sama dengan SLR. Hanya untuk LLR pengukuran jarak dengan laser dilakukan ke bulan bukan ke satelit. Pengukuran jarak ke bulan dilakukan dengan memanfaatkan retro-reflektor yang ditempatkan dipermukaan bulan oleh para astronot dari Amerika Serikat dan Rusia yang ikut misi Apollo dan Luna ke bulan. Sampai saat ini LLR telah diaplikasikan dalam berbagai bidang geodesi, yaitu antara lain :

a. Penentuan posisi absolute titik secara teleti, baik untuk realisasi kerangka referensi koordiant maupun studi geodinamika.

b. Penentuan parameter orientasi bumi.c. Penentuan konstanta gravitasi (GM) bumi dan bulan.d. Penentuan orbit bulan serta variasi rotasinya.e. Studi medan gaya berat bumi.f. Studi interaksi dinamika bumi dan bulan.g. Penentuan parameter relativitas.

Parameter yang diketahui

1. Koordinat bulan2. Koefisien gravitasi bulan3. Kecepatan cahaya4. Rotasi bumi 5. Pergerakan kutub6. Presesi dan nutasi7. Librasi8. Pasang surut9. Aberasi10. Efek-efek relativitas11. Pergerakan lempeng

Besaran yang diukur

1. Jarak2. Waktu

Cara mendapatkan posisi titik dari parameter dan besaran di atas

Koordinat dapat dicari dengan rumus,

r0 – mr = p

r0 = koordinat teleskop dalam sistem barisentris

mr= koordinat reflector dalam sistem barisentris

[p]= jarak antara reflector dengan teleskop yang dicari dengan rumus jarak dari bumi ke bulan

d=c.dt/2. Ukuran jarak akan dipengaruhi oleh pasang surut air laut

VLBI

Karakteristik umum

Teknik VLBI (Very Long Baseline Interferometry) pertama kali dikembangkan dalam bidang astronomi radio dengan objektif untuk mempelajari secara rinci struktur sumber-sumber gelombang radio di luar angkasa dengan resolusi ketinggian angular yang tinggi. Teknik VLBI dapat dipandang sebagai teknik penentuan posisi relative dengan menggunakan data fase dari gelombang radio yang dipancarkan oleh kuasar, yaitu benda langit pemancar gelombang radio alamiah. Dalam geodesi satelit, VLBI adalah teknik penentuan posisi relative yang paling teliti untuk baseline (jarak antar titik) yang relative panjang.

Dalam bidang geodesi sistem VLBI terutama dimanfaatkan untuk aplikasigeodetik berskala global dan menuntut ketelitian yang tinggi seperti,

1. Realisasi kerangka referensi koordinat2. Penentuan parameter-parameter orientasi bumi3. Studi geodinamika

Parameter yang diketahui

1. Frekuensi

Besaran yang diukur

1. Waktu

Cara mendapatkan posisi titik dari parameter dan besaran di atas

Fungsi dari VLBI dapat dituliskan sebagai berikut,

t obs=1

SNR .Beff

Keterangan

δtobs : Nilai delay sinyal (berkorelasi dengan badwidth efektif Beff)

Beff : Bandwidth efektif dari sinyal VLBI yang terekam

SNR : Rasio sinyal dan noise

Dengan rumus tobs umum sebagai berikut.

Δtobs= Δtg +Δ tclock +Δ tinst +Δ ttrop+ Δ tionos +Δ t rel + …

Keterangan

Δtclock = kontribusi kemunculan delay sinyal dari kesalahan mis-synchronization dari jam referensi pada setiap pengamatan

Δtinst = kontribusi delay sinyal dari kesalahan delay propagasi sepanjang bagian saat perjalanan sinyal didalam kabel/instrumen lainnya

Δ ttrop = kontribusi delay sinyal dari kesalahan delay propagasi sepanjang bagian yang tidak terionisasi pada atmosfer bumi

Δ tionos = kontribusi delay sinyal dari delay propagasi sepanjang bagian yang terionisasi pada atmosfer bumi

Δ t rel = koreksi relativitas umum dan khusus untuk delay geometrik klasik tg

rumus dari geometri klasik adalah :

tg = 1 ŝ. [r2 (t) – r1 (t + tg (t))]c