MENGENAL GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM)SEJARAH, CARA KERJA DAN PERKEMBANGANNYA

A. Pengertian

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.

GPS adalah sistem radio navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit

yang dimiliki dan dikelola oleh Amerika Serikat. Sistem ini dapat digunakan

oleh banyak orang sekaligus dalam segala cuaca, serta didesain untuk

memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti dan juga informasi

mengenai waktu secara kontinyu di seluruh dunia. GPS adalah satu-satunya

sistem navigasi satelit yang berfungsi dengan baik. Sistem ini menggunakan 24

satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima

oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan posisi,

kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS anatara lain

GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.

Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat,

dengan nama lengkapnya adalah NAVSTAR GPS. Kumpulan satelit ini diurus

oleh 50th Space Wing Angkatan Udara Amerika Serikat. Biaya perawatan

sistem ini sekitar US$750 juta per tahun, termasuk penggantian satelit lama,

serta riset dan pengembangan.

B. Sejarah

Sebelum GPS dikenal, dahulu orang menggunakan beberapa tanda alam di

dalam menentukan lokasi dan arah. Pada saat mereka berada di darat, mereka

menggunakan beberapa acuan alam seperti pegunungan, pepohonan ataupun

jenis bebatuan. Tanda-tanda alam di atas sifatnya tidak kekal apabila terjadi

bencana alam diantaranya banjir yang mengakibatkan tanah longsor ataupun

gempa bumi yg dapat menghilangkan semuanya itu.

Untuk menggantikan tanda-tanda alam tersebut, maka orang menggunakan

Kompas sebagai penentu arah. Selain alat ini orang juga menggunakan rasi

bintang tertentu sebagai penentu arah. Namun metode pengamatan bintang ini

sangat memakan waktu karena orang harus menghitung sudut yang ada

diantara bintang-bintang untuk menentukan arah bepergian di lautan yang luas.

Sejarah dari teknologi navigasi satelit dimulai dari zaman perlombaan ruang

angkasa. Dengan adanya peluncuran Sputnik I pada tahun 1957, orang – orang

Russia harus kembali mempelajari Efek Doppler: Untuk memelihara kontak

radio dengan sebuah obyek yang bergerak, kita harus terus menerus

mengubah frekuensi gelombangnya. Stasiun pengawasan akan mencari dalam

suatu wilayah frekuensi tertentu sampai ia dapat memperoleh hubungan dengan

sinyal dari Sputnik. Dengan menghitung perubahan frequency, stasiun

pengawasan dapat menentukan kecepatan Sputnik relatif terhadapnya. Dengan

begitu, stasiun pengawas dapat menentukan posisi Sputnik dalam orbit (garis

edar). Bahkan mereka secara cepat memilih suatu frekuensi yang dapat

didengar pada radio transistor yang normal.

GPS dimulai dari awal tahun 1960-an saat Departemen Pertahanan (Dephan)

Amerika Serikat merasa perlu memiliki sistem navigasi yang akurat, dapat

berfungsi secara global, dalam segala cuaca, dan tersedia setiap saat. Berbagai

pendekatan dan teknologi diuji coba sampai akhirnya pada akhir tahun 1973

Dephan AS menyetujui pelaksanaan uji coba satelit Navstar yang menjadi

generasi pertama dari satelit GPS.

Hingga tahun 1983, masa pemerintahan Presiden Ronald Reagan mengizinkan

penggunaan GPS untuk pesawat sipil setelah terjadi insiden penembakan

pesawat Korean Airlines, penerbangan 007 yang dianggap "nyasar" melintasi

perbatasan Uni Soviet. Sejak saat itu, GPS mulai disiapkan untuk dipergunakan

oleh kalangan sipil secara internasional, terutama untuk kalangan penerbangan

dan kelautan.

Lonjakan pesat industri GPS pertama terjadi di tahun 1991 saat terjadinya

Perang Teluk. Pada saat itu, Pentagon memesan 10.000 unit dan 3.000 unit

perangkat GPS nonmiliter dari Trimble Navigation dan Magellan Systems.

Pada perkembangan selanjutnya, perangkat GPS terus dikembangkan semakin

baik, andal, dan terjangkau harganya.

Maret 1994, Satelit GPS NAVSTAR 24 unit serta 3 unit cadangan telah siap

diorbit beroperasi untuk pengembangan teknologi navigasi diantaranya dapat

dipergunakan untuk bahan penelitian, Sport, Pertanian, Militer, Pilot, Surveyor,

Pendaki Gunung, Pengemudi, Nakhoda pelayaran, dan masih banyak lagi

kegunaan alat ini. GPS adalah system navigasi berbasis satelit, terdiri dari

jaringan 27 satelit (24 beroperasi, 3 cadangan) yang di tempatkan di orbit bumi

oleh US Department of Defense (US DoD). Awalnya GPS diperuntukan bagi

kepentingan militer (NavStar, nama yang diberi US DoD untuk GPS).

Pengembangan sistem GPS ini memakan biaya kurang lebih $ 12 Bilion secara

khusus dibuat untuk US Military dengan saluran transmisi band “L.2″ .

(1227.60 MHz). Selanjutnya sekitar tahun 1983-1984, pemerintah AS

mengijinkan system yang dikembangkan untuk pertama kali dipergunakan oleh

sipil. GPS dapat bekerja di segala cuaca, di manapun di seluruh belahan dunia,

24 jam perhari 7 hari selama seminggu, tanpa harus membayar biaya

berlangganan atau pemasangan untuk penggunaan umum.

C. Alat

Untuk memanfaatkan GPS, kita harus menggunakan alat penerima GPS (GPS

receiver). Tugas alat penerima sinyal GPS adalah mencari tiga atau lebih

satelit-satelit ini (dengan cara mendeteksi sinyal yang dipancarkan dari satelit-

satelit itu),  untuk menentukan jarak  setiap satelit dari penerima, dan

menggunakan informasi ini untuk menentukan lokasi pengamat yang

membawa penerima ini (berdasarkan garis lintang dan bujurnya). Sebagai

informasi, sinya GPS ini ditransmisikan dalam frekuensi L Band, yakni pada

angka 1575,42 dan 1227,60 Mhz.

Alat ini akan menunjukkan lokasi kita dalam format koordinat, seperti pada

peta biasa. Jika kita perhatikan, setiap peta selalu dilengkapi dengan garis-garis

melintang dan membujur. Berdasarkan koordinat garis lintang dan garis bujur

itulah kita menentukan letak suatu tempat. Nah, GPS juga memiliki koordinat

serupa yang disebut waypoint. Tentu saja, waypoint pada GPS lebih teliti dan

lebih akurat ketimbang koordinat peta.

Bagaimana cara alat penerima GPS bisa menampilkan koordinat kita? Metode

yang digunakan sebenarnya sangat sederhana. Jika penerima GPS di tangan

kita mengetahui jarak antara lokasi kita dan 3 buah satelit GPS, serta

mempunyai informasi tentang posisi satelit-satelit tersebut, maka lokasi kita

dengan gampang dapat dihitung. Karena bersifat tiga dimensi, bukan hanya

letak atau lokasi pasti alat penerima yang bisa ditentukan, melainkan juga

ketinggiannya dari permukaan bumi. Ini membuat sistem GPS sesuai dipakai

oleh dunia penerbangan untuk menentukan lokasi pesawat saati berada diudara.

D. Cara Kerja

Cara kerja sistem GPS pada dasarnya adalah menentukan jarak antara posisi

satelit-satelit GPS pada orbitnya di angkasa luar ke alat penerima GPS. Dengan

minimal 4 signal satelit yang diterima pada alat penerima GPS, maka alat

penerima GPS dapat menghitung, dengan tingkat ketelitian tertentu, lokasi?

alat penerima GPS tersebut di atas permukaan bumi. Pada saat ini j ada lebih

dari 31 satelit dengan 24 satelit aktif GPS yang mengorbit di angkasa luar,

tersebar di 6 bidang orbit.

Sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS memuat informasi waktu kapan

signal itu dipancarkan dan juga informasi mengenai posisi satelit yang

bersangkutan di angkasa luar. Satelit GPS dilengkapi dengan jam atom yang

memiliki ketelitian sangat tinggi, sehingga data waktu yang terbungkus dalam

sinyal GPS mempunyai tingkat ketepatan/akurasi yang tinggi.

Tingkat ketelitian yang dibutuhkan dari alat GPS bergantung pada penggunaan

alat GPS tersebut. Akurasi penentuan posisi alat GPS komersial saat ini yang

hanya menggunakan informasi dari GPS (standalone GPS) adalah sekitar 100

meter, sedangkan bila menggunakan tambahan referensi informasi lain

(differential GPS) yang standar maka tingkat akurasinya bisa antara 10 cm

sampai 1m.

Sistim ini menggunakan sejumlah satelit yang berada di orbit bumi, yang

memancarkan sinyalnya ke bumi dan ditangkap oleh sebuah alat penerima.

Ada tiga bagian penting dari sistim ini, yaitu bagian kontrol, bagian angkasa,

dan bagian pengguna.

Gambaran skema sistim GPS

1. Bagian Kontrol

Seperti namanya, bagian ini untuk mengontrol. Setiap satelit dapat berada

sedikit diluar orbit, sehingga bagian ini melacak orbit satelit, lokasi,

ketinggian, dan kecepatan. Sinyal-sinyal sari satelit diterima oleh bagian

kontrol, dikoreksi, dan dikirimkan kembali ke satelit. Koreksi data lokasi

yang tepat dari satelit ini disebut dengan data ephemeris, yang nantinya

akan di kirimkan kepada alat navigasi kita.

2. Bagian Angkasa

Bagian ini terdiri dari kumpulan satelit-satelit yang berada di orbit bumi,

sekitar 12.000 mil diatas permukaan bumi. Kumpulan satelit-satelit ini

diatur sedemikian rupa sehingga alat navigasi setiap saat dapat menerima

paling sedikit sinyal dari empat buah satelit. Sinyal satelit ini dapat

melewati awan, kaca, atau plastik, tetapi tidak dapat melewati gedung atau

gunung. Satelit mempunyai jam atom, dan juga akan memancarkan

informasi ‘waktu/jam’ ini. Data ini dipancarkan dengan kode ‘pseudo-

random’. Masing-masing satelit memiliki kodenya sendiri-sendiri. Nomor

kode ini biasanya akan ditampilkan di alat navigasi, maka kita bisa

melakukan identifikasi sinyal satelit yang sedang diterima alat tersebut.

Data ini berguna bagi alat navigasi untuk mengukur jarak antara alat

navigasi dengan satelit, yang akan digunakan untuk mengukur koordinat

lokasi. Kekuatan sinyal satelit juga akan membantu alat dalam

penghitungan. Kekuatan sinyal ini lebih dipengaruhi oleh lokasi satelit,

sebuah alat akan menerima sinyal lebih kuat dari satelit yang berada tepat

diatasnya (bayangkan lokasi satelit seperti posisi matahari ketika jam 12

siang) dibandingkan dengan satelit yang berada di garis cakrawala

(bayangkan lokasi satelit seperti posisi matahari terbenam/terbit).

Ada dua jenis gelombang yang saat ini dipakai untuk alat navigasi berbasis

satelit pada umumnya, yang pertama lebih dikenal dengan sebutan L1 pada

1575.42 MHz. Sinyal L1 ini yang akan diterima oleh alat navigasi. Satelit

juga mengeluarkan gelombang L2 pada frekuensi 1227.6 Mhz. Gelombang

L2 ini digunakan untuk tujuan militer dan bukan untuk umum.

3. Bagian Pengguna

Bagian ini terdiri dari alat navigasi yang digunakan. Satelit akan

memancarkan data almanak dan ephemeris yang akan diterima oleh alat

navigasi secara teratur. Data almanak berisikan perkiraan lokasi

(approximate location) satelit yang dipancarkan terus menerus oleh satelit.

Data ephemeris dipancarkan oleh satelit, dan valid untuk sekitar 4-6 jam.

Untuk menunjukkan koordinat sebuah titik (dua dimensi), alat navigasi

memerlukan paling sedikit sinyal dari 3 buah satelit. Untuk menunjukkan

data ketinggian sebuah titik (tiga dimensi), diperlukan tambahan sinyal

dari 1 buah satelit lagi.

Dari sinyal-sinyal yang dipancarkan oleh kumpulan satelit tersebut, alat

navigasi akan melakukan perhitungan-perhitungan, dan hasil akhirnya

adalah koordinat posisi alat tersebut. Makin banyak jumlah sinyal satelit

yang diterima oleh sebuah alat, akan membuat alat tersebut menghitung

koordinat posisinya dengan lebih tepat.

Karena alat navigasi ini bergantung penuh pada satelit, maka sinyal satelit

menjadi sangat penting. Alat navigasi berbasis satelit ini tidak dapat

bekerja maksimal ketika ada gangguan pada sinyal satelit. Ada banyak hal

yang dapat mengurangi kekuatan sinyal satelit:

Kondisi geografis, seperti yang diterangkan diatas. Selama kita

masih dapat melihat langit yang cukup luas, alat ini masih dapat

berfungsi.

Hutan. Makin lebat hutannya, maka makin berkurang sinyal yang

dapat diterima.

Air. Jangan berharap dapat menggunakan alat ini ketika menyelam.

Kaca film mobil, terutama yang mengandung metal.

Alat-alat elektronik yang dapat mengeluarkan gelombang

elektromagnetik.

Gedung-gedung. Tidak hanya ketika didalam gedung, berada

diantara 2 buah gedung tinggi juga akan menyebabkan efek seperti

berada di dalam lembah.

Sinyal yang memantul, misal bila berada diantara gedung-gedung

tinggi, dapat mengacaukan perhitungan alat navigasi sehingga alat

navigasi dapat menunjukkan posisi yang salah atau tidak akurat.

E. Manfaat

Sistem ini dapat dipakai di segala bidang misalnya :

1. Militer

GPS digunakan untuk keperluan perang seperti menurunkan arah bom, atau

mengetahui posisi pasukan berada. dengan cara ini maka kita bisa

mengetahui maa teman dan mana lawan utnuk menghindari salah target,

ataupun menetukan pergerakan pasukan.

2. Navigasi

Banyak digunakan sebagai alat navigasi seperti kompas. beberapa

kendaraan telah dilengkapi dengan GPS untuk alat bantu navigasi., dengan

menambahkan peta maka bisa digunakan untuk memandu pengendara,

sehingga pengendaa bisa mengetahui jalur mana yang sebaiknya dipilih

untuk menacapai tujuan yang diinginkan.

3. Sistem informasi geografis

Untuk keperluan sistem informasi geografis, GPS sering juga diikutsertakan

dalam pembuatan peta. seperti mengukur jarak perbatasan, atau sebagai

referensi pengukuran.

4. sistem pelacakan kendaraan

kegunaan lain GPS sebagai pelacak kendaraan, dengan bantuan GPS

pemilik kendaraan/pengelola armada bisa mengetahui ada dimana saja

kendaraan/aset bergerak berarti saat ini.

5. Pemantauan Gempa

Bahkan saat ini, GPS dengan ketelitian tinggi bisa digunakan untuk

memantau pergerakan tanah, yang ordernya hanya mm dalam setahun.

pemantauan pergerakan tanah berguna untuk memperkirakan terjadinya

gempa, baik pergerakan vulkanik ataupun tektonik.

F. Perkembangan

GPS Navigasi dan Global Positioning System sering bisa ditemukan di kaca

depan mobil atau pada sepeda motor dan sepeda. Teknologi ini sangat populer

sehingga sistem pemetaan canggih ini yang lebih baru bahkan mobil yang

dirancang dengan GPS dimasukkan sebagai fitur standar. Tapi apa yang

banyak orang gagal untuk sadari adalah bahwa GPS mulai sebagai lebih dari

perangkat yang digunakan oleh directionally ditantang. GPS Navigasi mulai

sebagai sebelum waktu dan menjanjikan peralatan yang dirancang oleh

Pemerintah Amerika Serikat untuk militer dan pemerintah menggunakan secara

eksklusif.

Hari sistem ini mencakup pengoperasian 24 satelit yang terus mengorbit bumi

dalam lagu yang sangat tepat. Satelit digunakan untuk berbagai fungsi yang

mencakup navigasi, GPS pemetaan dan pelacakan. Dengan bantuan satelit ini

yang hanya terlihat pada malam hari kita dapat secara akurat menggambarkan

lokasi kami, lokasi orang lain, atau lokasi di mana kita ingin melakukan

perjalanan. Apa yang lebih luar biasa adalah bagaimana sistem seperti kecil

sekarang. Hari GPS bisa masuk ke telapak tangan Anda dan belum memegang

kekuasaan yang sangat besar. Beberapa unit navigasi bahkan dibangun ke jam

yang tidak lebih besar dari seperempat, GPS yang lebih kecil populer untuk

pejalan kaki dan pengendara sepeda motor karena mudah untuk dibawa dan

mengetahui lokasi.

Teknologi GPS terus-menerus berubah dan hanya masa depan akan dapat

memberi tahu kami apa yang akan terjadi dengan itu karena kemungkinan tidak

terbatas. Dengan hari ini kendaraan, built in GPS memiliki lebih banyak

daripada navigasi. Teknologi yang ada sekarang memiliki kemampuan untuk

menempatkan informasi lalu lintas, cuaca dan berita informasi langsung ke

GPS dan peta itu! Bahkan pompa bensin dengan harga saat ini dapat digunakan

dengan layanan langsung MSN disertakan dalam beberapa GPS pembelian.

Pada awal perkembangan teknologi GPS, hanya ada satu receiver komersial yg

dijual secara bebas dipasar dengan harga sekitar beberapa ribu dolar Amerika.

Namun saat ini lebih dari 500 merk GPS telah beredar dipasar (Dapat dilihat

pada majalah GPS World edisi januari 2006). Harga receiver yang ada saat ini

bervariasi mulai dari sekitar 1 juta rupiah untuk GPS genggam hingga 500 juta

rupiah untuk high end geodetic receiver.

Receiver GPS komersial dapat dibagi menjadi empat jenis, berdasarkan pada

kemampuan menerima sinyal yakni;

1. Single-frequency code receiver.

2. Single-frequency carrier smoothed code receiver.

3. Single-frequency code and carrier receiver.

4. Dual-frequency receiver

Single-frequency receiver hanya dapat mengakses gelombang L1 saja

sedangkan Dual-frequency receiver dapat mengakses L1 dan L2.

Receiver yg paling sederhana dan sekaligus paling murah adalah single-

frequency code receiver. Receiver tipe ini hanya menggunakan data C/A saja

dan merupakan receiver yang memiliki akurasi paling rendah. Receiver kedua

adalah single-frequency carrier smoothed code receiver. Receiver ini juga

hanya menggunakan data C/A, bedanya receiver ini menggunakan carrier

wave untuk memproduksi kode C/A yang smooth, sehingga memperbaiki

resolusi pseudorange sehingga akurasi penentuan posisi-nya menjadi lebih

baik. Single-frequency code and carrier receiver memiliki kemampuan untuk

menyimpan rawdata kode C/A, P dan juga gelombang pembawa L1 yg

memungkinkan penentuan posisi teliti (post-processing technique). Selain itu,

kemampuan receiver tipe ini juga meliputi kemampuan dua tipe receiver

sebelumnya. Dual-frequency receiver adalah receiver yang paling rumit,

canggih, teliti, sekaligus paling mahal. Receiver tipe ini dapat mengamat dan

menyimpan rawdata C/A, P, L1 dan L2. Kemampuan menyimpan data L1 dan

L2 inilah yang merupakan kelebihan yg memungkinkan kemudahan resolusi

ambiguitas fase dengan mengkombinasikan data L1 dan L2 (L1-L2 = wide

lane, L1+L2 narrow lane).

Receiver GPS juga dapat dibedakan menurut jumlah channel yang digunakan

yang bervariasi dari 1-12 channel. Receiver yang bagus adalah yg memiliki

multi channel dimana setiap channel memiliki kemampuan tracking secara

kontinu pada setiap satelit yg mengorbit. Saat ini sebagian besar dari receiver

yang dijual dipasar memiliki 9-12 channel, baik independen maupun paralel.

Hal hal yang harus diperhatikan saat memilih receiver adalah:

1. Harga2. Kemudahan pengoperasian3. Konsumsi catu daya4. Ukuran dan berat5. Memori penyimpan data (internal/eksternal)6. Kemampuan interface7. Kemampuan mitigasi multipath

Artinya, masing masing dari kategori diatas lebih baik disesuaikan dengan

aplikasi yang akan kita gunakan.

DAFTAR PUSTAKA

http://artikelbiboer.blogspot.com/2009/11/sejarah-gps.html

http://cybertech.cbn.net.id/cbprtl/cybertech/detail.aspx?x=Hot+Topic&y=cybertech|0|0|2|46

http://dedi-gps-receiver.blogspot.com/

http://id.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System

http://mustakimtelematika.wordpress.com/2009/03/26/1-gps-global-positioning-system/

http://simontanutama.multiply.com/journal/item/452/gps

http://thebloghub.com/pages/Bahar-Education-Center/Mengenal-GPS

http://weli14.wordpress.com/2009/10/28/global-positioning-system-gps-chapter3-triliteration/

http://www.arrahmah.com/index.php/news/read/2424/2014-gps-gantikan-peta

http://www.johns-company.com/index.php?lang=id&cat=269&month=2009-12&id=6836

MENGENAL GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM)SEJARAH, CARA KERJA DAN PERKEMBANGANNYA

( Tugas Makalah Mata Kuliah Perpetaan )

Oleh

I Gede Boy Darmawan0617041043

JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG2010