Global Positioning System

A.    SEJARAH SINGKAT

Nenek moyang kita memiliki cara yang cukup unik untuk menjaga agar tidak tersesat. Mereka mendirikan monumen yang mudah dilihat, menggambar peta detil yang cukup membuang tenaga, dan belajar untuk membaca rasi bintang di malam hari. Kemudian dengan berkembang ilmu pengetahuan dan tuntutan zaman maka keakuratan dibutuhkan dalam berbagai hal. Seperti yang kita ketahui, hal yang penting untuk penjelajahan laut pada zaman pencarian “dunia baru” adalah mengetahui ke mana akan pergi dan bagaimana dapat sampai di tujuan. Salah satunya adalah dengan memiliki kapal laut dan kru/navigator yang baik. Hal lain yang dibutuhkan adalah rencana atau peta yang menunjukkan keberadaan dan tujuan. Dengan memiliki peralatan dan keahlian untuk menggambarkan secara akurat perjalanan, berapa kecepatan bergerak (untuk itu dibutuhkan jam yang akurat) dan arah pergerakan.
Sekarang ini, hal tersebut menjadi lebih mudah. Dengan peranti global positioning system (GPS) dan langit yang cerah, Anda tidak akan tersesat lagi. Dalam artikel ini akan dijelaskan bagaimana GPS dapat melakukan itu. Seperti yang akan kita jumpai, GPS digunakan secara luas, memiliki keakuratan yang tinggi, dan bersangkutan dengan berbagai kemudahan secara teknis. Walaupun demikian, memiliki konsep yang sederhana dan mudah dimengerti. GPS dapat dibawa atau dipasang di pesawat terbang, kapal laut, tank, kapal selam, mobil dan truk. Alat penerima (receiver) ini mendeteksi, melakukan pengodean, dan memproses sinyal satelit GPS. Polisi, pemadam kebakaran, dan unit pelayanan medis menggunakan GPS untuk mengetahui keberadaan mobil polisi, truk pemadam kebakaran, atau ambulans yang terdekat dengan tempat darurat. Pabrik mobil juga menawarkan display peta yang dipandu GPS sebagai pilihan untuk kendaraan buatannya yang digunakan dalam rencana perjalanan. GPS juga merupakan bagian dari teknologi Precision Farming, yaitu membantu dalam penyimpanan data lokasi yang memiliki perbedaan kebutuhan nutrisi pada lahan yang luas, menambah efisiensi dalam kondisi yang sulit seperti mengurangi tumpang tindih pemupukan dan terlewatnya pekerjaan seperti penyiraman.
            Dengan sistem navigasi GPS, Anda tidak akan tersesat. Setelah Anda memasukkan data tujuan, GPS akan menampakkan di layar posisi, arah tujuan, kapan harus berbelok, dan bagaimana sampai di tujuan. Anda juga dapat hanya melihat-lihat tampilan peta bila tidak akan pergi. Dengan GPS jenis tertentu, Anda dapat membeli CD dengan daerah yang akan didatangi, apabila jalan tersebut belum terprogram dalamnya.

B.     CARA KERJA & FUNGSI

 Satelit GPS pertama diluncurkan tahun 1978 dan konstelasi 24 satelit berhasil dilengkapi tahun 1994. Setelah itu satelit-satelit baru rutin diluncurkan untuk meng-upgrade satelit lama atau mengganti satelit yang rusak/tidak berfungsi lagi. Tiap satelit mentransmisikan data navigasi dalam sinyal CDMA (Code Division Multiple Access)-sama seperti jenis sinyal untuk telepon seluler CDMA. Sinyal CDMA menggunakan kode pada transmisinya sehingga penerima GPS tetap bisa mengenali sinyal navigasi GPS walaupun ada gangguan pada frekuensi yang sama. Frekuensi yang digunakan adalah L1 (1575,42 MHz) dan L2 (1227,6 MHz). Kode CDMA disebut "pseudorandom" karena seakan-akan ("pseudo") tidak beraturan ("random"), padahal tidaklah demikian. Kode CDMA tiap satelit dipilih dengan saksama agar tidak mengganggu transmisi satelit lainnya. Jenis kode CDMA ini ada dua, yaitu C/A dan P(Y). Kedua kode ini ditransmisikan pada frekuensi L1, sementara di L2 hanya ada kode P(Y). C/A (Coarse/Acquisition) penggunaannya terbuka untuk siapa saja. "Coarse" karena resolusi datanya lebih kasar/tidak sepresisi kode P(Y). Ini disebabkan modulasi kode yang lebih lambat, yaitu 1,023 MHz dibandingkan dengan P(Y) yang 10,23 MHz (bandingkan dengan cdma2000 yang 1,2288 MHz dan WCDMA (generasi penerus GSM) yang 3,84 MHz). Kata "Acquisition" adalah untuk akuisisi karena kode C/A yang sederhana lebih mudah dikenali dibandingkan dengan kode P(Y) sehingga untuk menangkap sinyal kode P(Y) lebih mudah setelah berhasil mengakuisisi satelit GPS dari sinyal C/A-nya. P(Y) berarti kode precision (presisi) yang dienkripsi dengan kode sandi Y. Modulasi kode yang sepuluh kali lebih cepat dibandingkan dengan kode C/A menyebabkan secara teoritis mampu memberikan presisi 10 kali lebih baik juga. Enkripsi digunakan agar data navigasinya tidak bisa digunakan orang tanpa seizin Departemen Pertahanan AS. Dengan mensinkronisasikan kode ini, alat penerima GPS dapat menghitung berapa waktu antara sinyal dikirim dari satelit dan diterima oleh alat penerima GPS. Data lain yang diperlukan juga ditumpangkan pada sinyal kode GPS, antara lain: koreksi posisi satelit, koreksi waktu satelit, dan informasi mengenai atmosfer yang dilalui sinyal dari satelit ke alat penerima.

Satelit GPS memancarkan sinyal pada peralatan yang berada di permukaan bumi. Receiver GPS menerima secara pasif sinyal satelit dan tidak memancarkan sinyal. GPS memerlukan ruang terbuka, sehingga hanya digunakan di luar ruangan (outdoor), dan kadang tidak bekerja dengan baik pada wilayah yang berhutan atau dekat bangunan tinggi. Cara kerja GPS bergantung pada referensi waktu yang sangat akurat, yang terdapat pada jam atom di U.S. Navy Seal Observatory. Tiap satelit GPS memiliki jam atom di dalam unitnya. Satelit GPS memancarkan data yang mengindikasikan lokasinya dan waktu tertentu. Semua satelit GPS dioperasikan secara sinkron, jadi sinyal yang berulang-ulang dipancarkan pada saat yang sama. Sinyal bergerak pada kecepatan cahaya, tiba di receiver GPS dengan perbedaan waktu yang kecil, karena beberapa satelit memiliki jarak yang lebih jauh dari yang lain. Jarak ke satelit GPS dapat diperhitungkan dengan memperkirakan jumlah waktu yang dibutuhkan sinyalnya untuk mencapai receiver. Ketika receiver memperkirakan jarak dari sekurangnya empat satelit GPS, ini cukup untuk mengalkulasikan posisi dalam tiga dimensi (3D). Sekurangnya terdapat 24 satelit GPS yang bekerja penuh waktu. Satelit ini dioperasikan U.S. Air Force dan memiliki periode orbit 12 jam. Stasiun di bumi (ground station) digunakan untuk melacak secara tepat tiap orbit satelit. Dan fungsi GPS adalah sebagia berikut :

1.      Menghitung jarak dan arah dari lokasi tempat kita berada.

2.      Satu unit GPS dapat menyimpan dalam memory lokasi di mana kita berada saat ini.

3.      Setiap lokasi dapat diberi nama atau nomor dan tanggal dan waktu.

4.      Mengingat lokasi yang pernah kita simpan.

5.      Mengarahkan kita dari satu lokasi ke lokasi lain dengan simbol berupa grafik.

6.      Menyimpan rute perjalanan kita dan mengantar kita kembali dengan rute yang sama.

7.      Berfungsi sebagai kompas yang dapat menuntun kita ke arah yang tepat.

8.      Dapat digunakan sebagai penunjuk arah di kapal, mobil dengan menggunakan daya sebesar 12 volt.

9.      Beberapa GPS dapat menunjukkan peta jalan-jalan utama, sungai-sungai.

Beberapa GPS juga dapat menampilkan kekuatan baterai, posisi satelit, kekuatan sinyal.

C.     MEMPERKIRAKAN POSISI

Sebuah receiver GPS “mengetahui” lokasi dari satelit-satelit, karena informasi itu terdapat pada pancaran satelit. Dengan memperkirakan berapa jarak satelit, receiver juga mengetahui letaknya di suatu tempat pada permukaan lingkaran imajiner yang titik pusatnya adalah satelit, yaitu dengan memperhitungkan beberapa lingkaran, satu untuk tiap satelit. Lokasi receiver adalah tempat lingkaran ini teriris (intercept).

D.    KEAKURATAN GPS

Keakuratan memperkirakan posisi dengan GPS bergantung pada tipe receiver. Mayoritas GPS hand-held (genggam) memiliki keakuratan 10-20 meter. Tipe lain dari receiver menggunakan metode differential GPS (DGPS) untuk memperoleh keakuratan yang lebih tinggi. DGPS membutuhkan tambahan receiver fixed pada lokasi terdekat yang telah diketahui koordinatnya. Observasi yang dihasilkan stationary receiver digunakan untuk mengoreksi posisi yang terekam oleh unit yang bergerak, menghasilkan keakuratan lebih besar dari 1 m. Ketika sistem navigasi ini dibuat, timing error dimasukkan ke pancaran sinyal GPS untuk membatasi keakuratan Receiver GPS nonmiliter, yaitu sekira 100 meter. Bagian dari operasi GPS ini disebut Selective Availability, kemudian pada akhirnya hal ini dihilangkan.

E.     MENGGUNAKAN GPS

Sebelumnya kita melihat fungsi paling penting dari GPS adalah untuk mendapat sinyal dari sedikitnya empat satelit dan mengombinasikan informasi dalam sinyal tersebut dengan informasi pada almanak elektronik, yaitu untuk menggambarkan lokasi GPS di bumi.
Apabila GPS telah menghitung seluruh informasi, Anda dapat mengetahui ketinggian, garis lintang dan garis bujur posisi saat menggunakannya. Untuk navigasi lebih mudah digunakan pengguna, kebanyakan dari GPS memiliki data yang dimasukkan ke dalamnya berupa file-file peta yang tersimpan dalam memori. Anda dapat menggunakan memori GPS ini, menghubungkannya dengan komputer yang memiliki peta yang lebih detail atau membeli peta detail yang Anda inginkan dan menemukan jalur menggunakan bacaan koordinat lintang dan bujur pada GPS. Beberapa GPS dapat men-download peta detail ke dalam memori atau menambahkan melalui plug in peta simpanan. GPS yang standar tidak hanya menunjukkan lokasi pada peta, tapi juga meninggalkan jejak pada jalur yang anda lewati pada peta. Apabila GPS dibiarkan menyala dan mengubah lokasi, GPS tetap berhubungan dengan satelit dan akan terlihat lokasi berubah. Dengan informasi ini, GPS akan memberikan beberapa informasi yang berharga, yaitu berapa jarak yang ditempuh, lama perjalanan, kecepatan berjalan, kecepatan rata-rata, titik-titik pada peta yang menunjukkan tempat yang telah dilalui, perkiraan waktu kedatangan di tempat tujuan. Untuk memperoleh informasi ini tentunya harus memasukkan data kordinat tujuan, yang juga merupakan kemampuan GPS, memasukkan data lokasi.

F.      KELEMAHAN GPS

Rata-rata format peta Indonesia biasanya memakai datum dari Jakarta (0 derajat). Kebanyakan alat GPS tidak punya format ini sehingga kita harus memakai Latitude & Longitude. Di negara lain bisa membaca GPS kita dan langsung bisa melihat posisi kita di peta. Langit langsung – Alat GPS perlu melihat langsung satelit untuk menerima informasi. Oleh karena itu, kita tidak bisa memakai GPS dalam rumah, atau terlalu dekat gedung-gedung yg tinggi, atau dlm lembah, atau di bawah hutan lebat. Bahasa - Dengan GPS Garmin Kita bisa memilih bahasa yang dipakai. Tetapi bahasa yang tersedia hanya bahasa-bahasa Eropa belum bahasa Indonesia atau Melayu. Baterai – Jika baterai habis, tidak ada cadangan bantuan navigasi. Biasanya alat GPS memakai 4 baterai AA dan cepat habis kalau dipakai terus-menerus (10 - 36 jam, tergantung model). Elektronik - Sama seperti alat elekronik lain yang bisa rusak jika jatuh atau terkena air.Walaupun alat GPS bisa menghitung ketinggian, biasanya kesalahan cukup besar dan kurang cocok untuk membantu sebagai informasi navigasi di daerah pegunungan.