1. Pengantar GPS.pdf

Modul-1 : Introduction : Introduction to GPS Hasanuddin Z. Abidin Geodesy Research Division Institute of Technology Bandung Jl. Ganesha 10, Bandung, Indonesia E-mail : [email protected] : [email protected] Version : January 2007

Lecture Slides of GD. 3211 Satellite Surveying Geodesy & Geomatics Engineering Institute of Technology Bandung (ITB)

Short History of Navigation • Ancien Ancientt to Now : (Geod (Geodetic) etic) Astro Astronomy nomy – OK for Latitu Latitude, de, but no no so good good for Longit Longitude ude until Chronometer was invented in ~1760

• 13th Ce Cent nt • 1907 • 19 12 • 193 1930’ 0’ss • 19 40’ s 1960 60’s ’s • 19 • 1970’s • 19 80’ s • 20 2000 00’s ’s

: : : : : : : : :

Magnet Magn etic ic Co Comp mpas asss Gyrocompass Radio Direction Finding Rada Ra darr da dan n IN INS S (I (Ine nert rtia iall Na Nav. v. Sy Syst stem em)) Loran-A Omega an Omega and d Do Dop ppl ple er Sat atel elli lite tess Loran-C GPS and then GLONASS GPS GNSS (GP GNSS GPS, S, GL GLON ONAS ASS S, Ga Gali lile leo o) Hasanuddin Z. Abidin, 2004

Perbandingan Sistem Navigasi SISTEM

CAKUPAN GLOBA BAL L KONT ONTINY INYU

DIMENSI POSISI

KETELITIAN POSISI ABSOLUT (RMS)

Loran-C

Tidak

Ya

2- D

25 0 m

Omega

Ya

Ya

2- D

2000-4000 m

Transit

Ya

Tidak

2- D

25 m

GP S

Ya

Ya

3-D + Waktu

H:5m V : 7.5 m

Ref. : Misra & Enge (2001) Hasanuddin Z. Abidin, 2004

Global Positioning System (GPS) Name : NAVSTA NAVSTAR R GPS • Formal Name (NAVigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System) Satellite-based ed navigation navigation and and • Satellite-bas positioning system system operated operated by the the • Military system Department of Defense, USA and jointly managed by the National PNT Committee development : 1973 - April April 1994 • System development satellite (Block I) I) was launched launched in 1978 • The first satellite • Worldwide coverage •Designed to provide position, • Continuous operation, day and night velocity, and time information • Weather Independent • Could be used by many peoples at the same time Hasanuddin Z. Abidin, 2004

KEMAMPUAN GPS • Ketelitian posisi 

GPS dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan waktu secara cepat, akurat, murah, dimana saja di bumi ini pada setiap saat tanpa tergantung cuaca.

beberapa mm sampai beberapa meteran • Ketelitian kecepatan beberapa cm/detik



GPS adalah satu-satunya sistem navigasi ataupun sistem penentuan posisi, selama beberapa abad ini, yang mempunyai karakteristik prima seperti tersebut.

• Ketelitian waktu beberapa nanodetik

Hasanuddin Z. Abidin, 2003

National Management of GPS

Ref : Miller (2006) at www.gps.gov

GPS Major Milestones 1973: 1978: 1983: 1996:

1997: 2000: 2004:

2005:

Decision to develop develop a satellite navigation system based on the systems TRANSIT, TIMATION, and Project 621B First GPS Block I satellites launched President Reagan offers offers free free civilian civilian access to GPS after Korean Airlines Flight 007 incident President Clinton issues U.S. policy declaring GPS a dual-use system under joint civil/military management – Civil GPS remains free of direct user fees U.S. Congress codifies policy provisions into law Selective Availability on civil civil signal signal set to zero by President Clinton providing full GPS accuracy to users President Bush W. issues issues new policy on space-based space-based positioning, navigation, and timing (PNT) – Recognizes changing international conditions and worldwide growth of GPS applications 1st Launch Launch of modernized signals (L2C and and M Code) Ref : Miller (2006) at www.gps.gov

Segments of GPS

SATELITTES . 21 + 3 satellites . Orbital period : 12 hr . Altitude : 20200 km

USERS . Observe GPS signals . Compute position, velocity, time information, or other parameters CONTROL SYSTEM . Time synchronization . Orbit prediction . Data injection . Satellite health monitoring Hasanuddin Z. Abidin, 1998

GPS Orbital Configuration • Orbital shape : nominally circle (e <0.02) • 6 orbital planes • 4 satellites per orbit • Inclination : 550 • Mean altitude : 20.200 km • Orbital period : 11 hr and 58 minutes Nominal orbit of 24 satellites completed by April 1994 Hasanuddin Z. Abidin, 1997

Distribution of GPS Satellites Orbital Planes

A

B

C

160o

4

40 o 55o

2

325.7

25.7

280o

1

4 4

2 1

Right 265.7 Ascension of Ascending Node (deg)

3

1

200o

205.7

2 1

240o

145.7 14

2

3

1

1

85.7 85

2

2

3 3

F

3

4

80 o

320o

E

3

120o

Equator 0o

D

F3

4 4

E4


     

BLOCK – I BLOCK BLOCK BL OCK - II BLOCK BLOC K – IIA BLOCK BLOC K - IIR BLOCK BLOC K – IIR BLOCK BLOC K - IIF

: : : : : :

Initial Initi al Co Conce ncept pt Va Valid lidati ation on Sa Satel tellit lites es Initi In itial al Pro Produc ductio tion n Sat Satell ellite itess Upgraded Upgr aded Produ Productio ction n Satel Satellites lites Replenis Repl enishment hment Sate Satellite llitess Moderniz Mode rnized ed Bloc Block-IIR k-IIR Sate Satellit llites es Follow-O Foll ow-On n “Sui “Suistai stainmen nment” t” Sate Satellit llites es

GPS Satellites

 Block-I

(11 satellites) is the original concept validation satellites, launched from 1978 to 1985. One of its satellites was usable until 1995

 The

current GPS constellation consists of 30 Block II/IIA/IIR/IIR-M satellites (Jan. 2007) : Block-II Block-IIA Block-IIR Block-IIR(M)

01 satellites 15 satellites 12 satellites 02 satellites

Ref : http://tycho.usno.navy.mil/gpscurr.html


Satelit GPS



Seperti stasion radio di angkasa angkasa yang memancar pada 2 frekuensi.



Dilengkapi dengan antena-antena untuk mengirim dan menerima sinyal-sinyal pada spektrum L-band.



Satelit dilengkapi dengan jam atom.



Mempunyai dua sayap sayap yang yang dilengkapi dilengkapi dengan sel-sel pembangkit tenaga matahari, yang merupakan sumber enerji untuk satelit.



Konstelasi satelit satelit disusun untuk memastikan memastikan agar 4 - 10 satelit GPS selalu terlihat dimana saja dan kapan saja di Bumi ini.



Kecepatan satelit dalam dalam orbit orbit sekitar sekitar 4 km/detik km/detik



Dari wilayah wilayah Indonesia umumnya 6 sampai sampai 9 satelit satelit GPS GPS akan bisa ‘dilihat’ dengan sudut elevasi di atas 10 derajad Hasanuddin Z. Abidin, 1996

Roles of GPS Satellites • GPS satellite satellite transmits transmits the signals, signals, in principle to inform the users who received it the information on : - satellite position - its distance to the user - time of observation

• By observing observing the signals signals from enough number of satelli satellites, tes, the user can derive its position and velocity, obtain precise time information , and can also estimate other parameters.

GPS Satellite

• satellite position • distance to satellite • time information • satellite health • other information

GPS Signal

Observer

4 Hasanuddin Z. Abidin, 2003

Satelit GPS Blok - I NAVSTAR I I I I I I I I I

-1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 I - 10 I - 11

SVN

PRN

Satelit GPS Blok-I

Waktu Peluncuran

Mulai Operasional

Berhenti Operasional

Lama Operasional (bulan)

22-Feb-78 29-Mar-78 25-Jan-80 21.9 01 04 03-Mei-78 14-Jul-78 30-Jul-80 25.5 02 07 06-Okt-78 09-Nov-78 19-Apr-92 161.3 03 06 11-Des-78 08-Jan-79 27-Okt-86 93.6 04 08 09-Feb-80 27-Feb-80 28-Nov-83 45 05 05 26-Apr-80 16-Mei-80 10-Des-90 126.8 06 09 0 07 - 18-Des-81 Gagal pada saat peluncuran 14-Jul-83 10-Aug-83 04-Mei-93 116.8 08 11 13-Jun-84 19-Jul-84 28-Feb-94 115.2 09 13 08-Sep-84 03-Okt-84 18-Nov-95 133.5 10 12 09-Okt-85 30-Okt-85 27-Feb-94 99.9 11 03 SVN = Satellite Vehicle Number, PRN = Pseudo Random noise Number Hasanuddin Z. Abidin, 1999

Satelit GPS Blok – II/IIA • Blok-II : SVN 13 s/d 21. • Blok-IIA : SVN 22 s/d 40. • Blok II adalah satelit GPS

operasional generasi pertama. Diban angu gun n ole oleh h Rock ockw well Int Inter erna nattion ional. al. • Dib • Bl Blo ok-II : Feb Feb.. 1989 - Ok Oktt. 1990. Blok ok-IIA -IIA : Nov Nov.. 1990 – Nov. 1997. • Bl • Rencana hidup dari Block II/IIA adalah 7.5 tahun. • Setiap satelit membawa 4 jam atom : 2 Cesium (Cs) dan 2 Rubidium (Rb). • Mempunyai kemampuan Selective Availabity (SA) dan Anti-Spoof (A-S). Hasanuddin Z. Abidin, 2004

Satelit GPS Blok - IIR • Satelit : SVN 41 sampai SVN 62, Dibang ngun un oleh oleh Lockhe Lockheed ed Mart Martin • Diba • Mulai diluncurkan Jan. 1997. • Rencana hidup dari Block II/IIA

adalah 10 tahun. • Setiap satelit membawa 3 jam atom Rubidium (Rb). • Mempunyai kemampuan Selective Availabity (SA) dan Anti-Spoof (A-S). • Karakteristik yang spesifik dari satelit Blok-IIR ini adalah kemampuannya - melakukan pengukuran jarak antar satelit ( crosslink ranges) dan - menghitung ephemeris satelit on-board . Hasanuddin Z. Abidin, 2004

Perbandingan Satelit GPS Blok

AutoNav

Data Storage : Ephemeris/Clock (hari)

Periode dairi URE di akhir Pengelolaan Autonomous periode AO Momentum Operati Operation, on, AO (hari (hari)) (m)

II

Tidak

14

OCS

14

161.1

II-A

Tidak

180

Onboard

180

< 10.000

II-R

Ya

210

Onboard

180

7.4

OCS = Operational Control Segment; URE = User Range Error Ref. : Misra & Enge (2001)

Jumlah Peluncuran pertama Berat satelit (kg) Daya/Solar Panel (W) Unit cost

Blok II/IIA

Blok IIR

Blok IIF

28 1989 900 1100 $43M

21 1997 1100 1700 $30M

12 2005 * 1700 * 2900 * $28M * * Estima Estimates tes


Ref : Miller (2006) at www.gps.gov

GPS Control System Segment (1) The GPS control segment has responsibility responsibility for maintaining maintaining the GPS satellites and their proper functioning. THIS FUNCT FUNCTION ION INCL INCLUDES UDES : satellites in their their proper orbital positions positions (station • Maintaining the satellites keeping). In keeping). In this case the control segment updates each satellite’s clock, ephemeris, almanac, and other indicators in the navigation message once per day or as needed. satellite subsystem subsystem health and status. • Monitoring satellite the satellite solar arrays, arrays, battery power power levels, and • Monitoring the propellant levels used for maneuvers and activates spare satellites (if available). satellite anomalies and and controlling AS (Anti (Anti Spoofing) • Resolving satellite Determining g and maintaining maintaining GPS time system. • Determinin Ref. : [Kaplan, 1996]


GPS Control System Segment (2) PRIMARY STATIONS

http://gps.faa.gov/gpsbasics/controlsegment.htm

Stasion-Stasio Stasion -Stasion n Sistem Kontrol GPS Secara spesifik, segmen sistem kontrol GPS terdiri dari : • Ground

Antenna Stations (GAS), • Monitor Stations (MS), • Prelaunch Compatibility Station (PCS), dan • Master Control Station (MCS). GAS : 3 stasi stasion on (Asc (Ascensi ension, on, Die Diego go Garci Garcia, a, dan dan Kwaj Kwajalei alein) n) MS : 5 stasion (3 stasion GCS ditambah Colorado Springs dan Hawaii) PCS : Cape Caneveral (juga backup dari GAS) MCS : Colorado Springs. Hasanuddin Z. Abidin, 1997

GPS Control System Segment (3) Alaska

United Kingdom

Colorado St. Louis, MO Springs USNO Hawaii

Austin, TX

Korea

Cape Canaveral Bahrain

Kwajalein

Ecuador Diego Garcia

Ascension

Tahiti

South Africa Argentina

Australia New Zealand

Ref : Crane (2007)

GPS Monitor Stations NGA Site (11) (8 on-line with MCS) NGA Tes Testt Sit Sitee (2) USAF USAF Site Site (6) (6)

GPS Control System Segment (4) Working Mechanism of GPS Control System Segment

All Codes and Phases Observations Uploading (S-band) Monitor Station

…….

Monitor Station

…….

Monitor Station

Master Control Station

One of Ground Antenna Stations

Ephemeris, Clock Data Control Parameters

• Data Processing • Satellites Control • System Operations Hasanuddin Z. Abidin, 2007

Foto Stasion Diego Garcia (MS + GAS)


GPS Receivers (1) • satellite position • distance to satellite • time information • satellite health • other information

Mapping type Geodetic type Navigation type (hand-held)

4 Hasanuddin Z. Abidin, 2003

GPS Receivers (2)

Basic Components of GPS Receivers

Antenna and Pre-amplifier

Signal Processor

Precision Oscillator

Referensi : Seeber (2003)

Navigation Solution

User Communication

Data Logger, External Communication

Power Supply


GPS Receivers (3) According to their functions , there there are several several types of GPS receivers, receivers, namely : Civilian

Navigation POSITIONING POSITIONI NG

Mapping Geodetic

GPS RECEIVERS

Military Single-Frequency Dual-Frequency Dual-Frequenc y

TIMING

Timing Receiver


Spektrum Receiver GPS 4 • • • • • • •

Jenis Tipe Ukuran Ketelitian Kecanggihan Harga Merek

: : : : : : :

satu-frekuensi, codeless, dua-frekuensi navigasi survai-pemetaan geodetik kecil (hand-held) cukup besar biasa teliti sangat teliti sederhana sangat canggih beberapa ratus ribu ratusan juta Rupiah berbagai macam ragam (beberapa puluhan)

KECENDERUNGAN DARI RECEIVER GPS • • • •

Ukuran semakin kecil Harga semakin murah Keandalan semakin tinggi Ketelitian data yang diberikan semakin baik

• Lebih ‘user-oriented’ • Dapat diintegrasikan dengan sistem lainnya seperti GIS, Video, Kamera, dll. • GPS Card semakin populer Hasanuddin Z. Abidin, 1996

ANTENA GPS  Komponen

yang penting dari suatu receiver GPS.  Antena GPS berfungsi mendeteksi dan menerima gelombang elektromagnetik yang datang dari satelit GPS, serta merubahnya menjadi arus listrik. Arus listrik ini setelah diperkuat akan dikirimkan ke komponen elektronik dari receiver untuk diproses lebih lanjut.  Antena GPS harus mempunyai polarisasi lingkaran (right-hand) untuk dapat mengamati sinyal GPS.  Antena GPS harus mempunyai sensitivitas yang tinggi untuk dapat mendeteksi sinyal GPS yang relatif lemah.  Antena GPS harus dapat mengamati sinyal GPS yang datang dari semua arah dan ketinggian dengan baik.  Antena GPS untuk keperluan survai dan pemetaan sebaiknya juga mempunyai stabilitas pusat fase yang tinggi serta ‘daya tolak’ yang baik terhadap multipath. Hasanuddin Z. Abidin, 1996

ANTENA GPS Ada beberapa jenis antena GPS yang dikenal, yaitu : monopole monop ole atau dipole, dipole, quadrifilar quadrifilar helix helix (juga dinamaka dinamakan n volute), spiral helix, microstrip (juga dinamakan patch), dan choke ring.

Monopole

Helix

Spiral Helix

Microstrip Microstrip

Choke Ring


Navigation-type Navigation-type GPS Receivers Rece ivers (Civilian)


Receiver GPS Tipe Navigasi Garmin eTrex Family eTrex Camo $129.00 eTrex Venture $159.00

eTrex $125.99

eTrex Legend $199.99 sumber : www.navtechgps.com

eTrex Summit $219.99

eTrex Vista $299.99 Hasanuddin Z. Abidin, 2004

Navigation-type Navigation-type GPS Receivers (Military) Receivers (Military) PLGR GPS Receiver The Manpack was replaced in 1993 by the hand-held Precision Lightweight GPS Receiver (PLGR), popularly known as the "Plugger." These units are similar to civilian receivers, but they can use higher-precision GPS signals

http://www.nasm.si.edu/ galleries/gps/

MANPACK GPS Receiver One of the first portable GPS units available to soldiers in the field was the PSN-8 "Manpack" receiver. About 1,400 were manufactured between 1988 and 1993.

Mapping-type GPS Receivers


Geodetic-type GPS Receivers (Single Frequency, 1F)

getting closer Mapping-type

Geodetic-type (1F) Hasanuddin Z. Abidin, 2006

Geodetic-type GPS Receivers (Dual Frequency, 2F)


GPS Receivers for Positioning (2006) 1-3 m

15 – 30 K 10 – 15 K

5-10 m

Geodetic (2F) Geodetic (1F) Mapping

5 – 10 K

Navigation (Military) Navigation (Civilian)

Price (USD)

mm-cm cm-dm

dm-m

? 150 - 300

Positioning Accuracy Hasanuddin Z. Abidin, 2007

Receiver GPS Untuk Penentuan Waktu l Untuk

penentuan dan sinkronisasi waktu dan frekuensi secara teliti. l Aplikasi : transfer waktu antar benua, sinkronisasi jaringan telekomunikasi dijital, maupun sinkronisasi jaringan pembangkit tenaga listrik.


Beberapa tipe receiver GPS yang lebih spesifik TIPE

KARAKTERISTIK SPESIFIK ·

PENERBANGAN (AVIATION)

· · · ·

LAUT (MARINE) · · LUAR ANGKASA (SPACEBORNE)

GPS CARD Hasanuddin Z. Abidin, 1997

·

· · ·

Umumnya digunakan digunakan untuk navigasi dan dan penentuan attitude . Umumnya dapat dapat diintegrasikan diintegrasikan dengan dengan basis data Jeppson. Receiver yang lebih canggih sedang dibangun dibangun dan diuji untuk keperluan pendaratan ( landing). Umumnya digunakan untuk navigasi Umumnya mengakomodir mengakomodir format data NMEA -183 sehingga dapat diintegrasikan dengan peralatan elektronik kapal lainnya. Beberapa dilengkapi dilengkapi dengan layar tampilan yang cukup lebar untuk menampilkan peta navigasi laut. Digunakan untuk navigasi navigasi satelit dan penentuanattitudenya. Mempunyai daya daya tahan terhadap radiasi yang lebih baik dibandingkan receiver yang umum digunakan di permukaan bumi. Hanya berupa electronic board Dimaksudkan untuk dintegrasikan dintegrasikan dengan dengan instrumen lain, seperti komputer PC, kamera, video, dll.nya. Ada yang dapat menerima menerima koreksi diferensial.

GPS Cards


Evolusi Teknologi UE (User Equipment) GPS Card

Box

Modules (Multi-Chip)

Chip

Software Code

Perangkat pengguna (user equipment) GPS mengalami evolusi teknologi yang cukup dramatis; dari perangkat berukuran besar, berat, dan memerlukan catu daya yang relatif besar (umumnya dalam bentuk box ) menjadi perangkat yang relatif kecil, ringan, efisien dalam konsumsi catu daya, dan secara fungsional lebih efektif.

Ref.[GPS JPO, 1996] Hasanuddin Z. Abidin, 1999

KENAPA GPS MENARIK (1) ? 



 





Dapat memberikan memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, dan percepatan tiga-dimensi, maupun informasi waktu, secara cepat, kapan saja dan dimana saja di dunia ini dalam segala cuaca, dengan ketelitian yang relatif tinggi. Informasi tersebut tersebut dapat ditentukan dalam dalam kondisi statik maupun kinematik. Cocok untuk untuk segala jenis jenis platform platform (mobil, kereta, kereta, kapal, satelit, satelit, dll.). dll.). Tersedia Terse dia untuk untuk semua orang secara secara gratis (tidak (tidak ditarik biaya pemakaian sistem). Prinsip penggunaan penggunaan GPS untuk untuk penentuan penentuan informasi tersebut di atas relatif mudah dan tidak memakan banyak tenaga. Semakin banyak orang yang menggunakan GPS untuk untuk berbagai keperluan. Hasanuddin Z. Abidin, 2004

KENAPA GPS MENARIK (2) ? 

 









Memberikan posisi dan kecepatan yang bereferensi bereferensi ke satu global global datum (WGS 1984). Penentuan posisi tidak memerlukan saling keterlihatan keterlihatan antar antar titik. Penggunaan GPS relatif tidak tidak dipengaruhi oleh oleh kondisi topografi topografi di antara titik. Pengumpul data (surveyor) GPS tidak dapat ‘memanipulasi’ data pengamatan. Alat penerima penerima (receiver) GPS cenderung cenderung semakin kecil kecil ukurannya, ukurannya, semakin murah harganya, dan semakin tinggi tingkat keandalannya. Perangkat lunak lunak untuk untuk pemrosesan data GPS semakin banyak dan semakin canggih. Semakin banyak orang yang menggunakan menggunakan GPS untuk berbagai berbagai keperluan. Hasanuddin Z. Abidin, 2004

GPS Products

PARAMETERS THAT COULD BE DERIVED USING GPS

• Position • Velocity Primary • Time • Acceleration • Frequency • Attitude parameters • TEC (Total Electron Content) • WVC (Water Vapour Content) • Polar motion parameters • Orthometric Height Should be combined • Geoidal Undulation with other external information • Deflection of Vertical

Various Applications Hasanuddin Z. Abidin, 2004

GPS satellite

20.200 km

GPS Coverage GPS coverag coveragee is relativ relatively ely wide

GPS satellites

Does not require inter-visibility between points


A point behind mountain

GPS Coverage GPS Orbit

 27o  20.000 km

 Bumi


GPS Satellite

Mask Angle 0o 5o 10o 15o

152o 142o 132o 122o

Earth circumference  40.000 km = 360o Topography and (natural or man-made) objects would reduce GPS coverage !!

Spatial Coverage of GPS Signal Beam 21.3o (for L1) 23.4o (for L2)

GPS Satellite

o

13.9 Orbit t i m i L m a e B n i a M S P G

Earth

GPS Main Beam Signal

G P S M a i in B n e a am m L i m mi t t

GPS Main Beam Signal GPS Signal Shadowed by the Earth


Relative Accuracy : GPS vs Other Systems 40

Ref. : (Seeber, 2003)

) m 30 c ( y c a r u c 20 c A e v i t a l e R 10

INS

Terrestrial

VLBI 0 1

10

100

1000

10000

Distance (km) SLR = Satellite Laser Ranging, VLBI = Very Long Baseline Interferometry, INS = Inertial Navigation System

Uneg-Uneg tentang GPS (1) •

GPS tidak bisa digunaka digunakan n di tempat-tempat tempat-tempat dimana dimana sinyal dari satelit tidak dapat mencapai receiver GPS, seperti di dalam ruangan, di dalam terowongan, di bawah air, di dalam hutan yang lebat, dan tempat-tempat sejenisnya.

•

Pemakai tidak punya kontrol dan wewenang dalam pengoperasian sistem GPS.

•

Datum posisi posisi yang diberika diberikan n oleh GPS, dalam dalam hal ini WGS-84, WGS-84, ditentukan oleh pemilik dan pengelola sistem. Pemakai yang menggunakan datum yang lain harus memikirkan sendiri cara pentransformasian koordinat dari WGS-84 ke datumnya masingmasing.

•

Meskipun pengumpulan pengumpulan datanya relatif mudah, pengolahan pengolahan data GPS relatif bukanlah hal yang mudah, terutama kalau ketelitian yang tinggi yang dituju.


Uneg-Uneg tentang GPS (2) •

GPS adalah teknolo teknologi gi yang relatif relatif baru, sehingga sehingga sumber sumber daya manusia yang mengerti tentang GPS dan metode pengaplikasiannya relatif masih sedikit.

•

Survai dengan GPS punya karakteristik karakteristik dan persyaratan persyaratan yang agak agak berbeda dengan metode-metode survai terestris seperti poligon, triangulasi, dan trilaterasi.

•

Pada survai GPS, GPS, satelit-satelit GPS yang dapat dapat dianalogikan dianalogikan dengan titik-titik kontrol pada survai terestris, tidak terlihat oleh surveyor. Ini secara psikologis dapat menimbulkan sikap kekurang hati-hatian pada diri surveyor.

•

Pemakaian GPS terkesan Pemakaian terkesan ‘sangat ‘sangat mudah’. Ini kadangkala kadangkala bisa menyebabkan situasi dimana informasi yang diberikan GPS digunakan secara tidak benar oleh pemakai. Hasanuddin Z. Abidin, 1996

GPS Limitation Limitationss • GPS can can not not be used used in the the places places where where GPS signal can not reach the antenna, as inside the room, inside the tunnel, or underneath the water. • Although the accuracy accuracy provided provided by GPS is relatively high, its system integrity is relatively low. To increase its system reliability, reliabil ity, GPS should be strengthe strengthened ned with other external systems and a reliabl reliablee integrity monitoring method. • In term of vertical component, component, GPS can only directly directly provide the ellipsoidal height, and not the orthometric height which is used in practic practice. e. • GPS signals signals are not free free from errors and biases, ostructions, and interferences. Hasanuddin Z. Abidin, 2003

Orbital errors affect both the code and phase

Propagation of GPS Signal Ionosphere delays the code, but advances the phase

IONOSPHERE altitude 50-2000 km

Troposphere delays both the code and phase MULTIPATH

Mutipath affects both the code and phase

TROPOSPHERE up to 9-16 km Clock and antenna errors affect Both the code and phase


Obstructions and Interference to GPS signals Signal Signal obstructed obstructed obstructed by tree canopy

GPS Satellites Clear signal

Signal Signal that that can pass

Signal blocked by the building Signal obstructed by tree canopy

Signal that can pass GPS Receiver

Hasanuddin Z. Abidin, 2003 Hasanuddin Z. Abidin, 2003

GPS Applications • • • • • • • • • • •

MILITARY APPLICATIONS SURVEYING AND MAPPING (Land, Sea) CONSTRUCTION AND MINING GEODINAMICS, AND DEFORMATION STUDIES NAVIGATION & TRANSPORTATION (Land, Air, Sea) TROPOSPHERIC & IONOSPHERIC STUDIES CADASTRAL, AGRICULTURE, FORESTRY PHOTOGRAMMETRY & REMOTE SENSING GIS (Geographic Information System) OCEANOGRAPHIC STUDIES (Current, Wave, Tides) SPORT AND RECREATIVE APPLICATIONS


Scientific & Surveying (13%) Maritime (15%)

World GPS Market (1995) Land Transportation (32%)

Aviation (12%) Recreation (16%) Source : NAPA 1995 Industry Survey

Timing (12%)


Commercial Applications Dominate the GPS Market Car Navigation

35%

2% 2% 5%

Consumer Tracking/Machine Control Original Equipment Manufacturing

16%

Survey/Mapping 22% 5% 13%

Data for Year Y ear 2000 Source: DOC, 1998

Aviation Marine Military

Pertumbuhan Pasar GPS Dunia 14 12

1995 2000 2005

10 n o i l l i B $ S U

8 6 4 2 0 Aviat viatio ion n

Mari Mariti tim me

Source : NAPA 1995 Industry Survey

Surve urveyi yin ng Land Recr Recrea eati tion on & Scientific Transport.

Timi Timing ng


1998 Jepang (47%)

1998

GPS SALES USA (32%)

2003 Lainnya (1%)

Eropa (18%) Asia (2%)

Jepang (44%)

Lainnya (1%)

Ref : Bogosian (2003)

2003

USA (30%)

Eropa (23%) Asia (2%)

GPS Modernization Service for Space Users 2nd & 3rd Civil Signals

Improved User Equipment

Augmentations, Augmentations, Improved Timing

Increased Radiated Power

Pseudolite Services

Ref : [Shaw, [Shaw, 1999] 1999]

GPS Modernization Goals • System-wide improvements in: – Accuracy – Availability – Integrity – Reliability • Robustness against interference • Improved indoor, mobile, and urban use • Interoperability with other GNSS constellations • Backward compatibility Ref : Miller (2006) at www.gps.gov

Sistem Waktu Satelit 

Satelit GPS beroperasi dengan menggunakan sistem waktunya sendiri, yaitu sistem waktu satelit.



Sistem Sistem waktu waktu ini didefinisik didefinisikan an oleh jam-jam atom yang berada berada di setiap satelit GPS.



Setiap satelit GPS Blok II/IIA yang ber Setiap beropera operasi si saat ini memba membawa wa 4 jam atom, 2 Cesium (Cs) dan 2 Rubidum (Rb); dan satelit Blok IIR membawa 3 jam atom Rubidium (Rb).





Semua frekuensi yang dibangkitkan di satelit serta waktu pentransmisian untuk kode-C/A, kode-P(Y), dan pesan navigasi, adalah mengacu pada sistem waktu ini. Meskipun begitu patut Meskipun patut dicatat di sini bahwa data yang berada dalam pesan navigasi adalah mengacu ke sistem waktu GPS. Hasanuddin Z. Abidin, 2003

Sistem Waktu GPS Sistem waktu GPS adalah sistem waktu berskala kontinyu yang didefiniskan oleh jam (atom) utama yang berada di Master Control Station (MCS) GPS di Colorado Springs.





Sistem waktu GPS ini bereferensi ke sistem waktu UTC (Universal Time Coordinated ) yang dikelola oleh USNO (United States Naval Observatory ), ), dan kedua keduanya nya mempunyai hubungan yang terdefinisi secara teliti sampai tingkat 1 msec.



Hubungan antara sistem waktu GPS dan UTC : IAT IAT

= =

GPS + 19.s000, UTC + (1. s000).n

dimana n adalah integer yang diumumkan oleh IERS (International Earth Rotation Service). Sebagain contoh pada bulan Juni 1996, nilai n adalah 30. Hasanuddin Z. Abidin, 1997

GLONASS 

GLONASS (Global Navigation Satellite System) is satellite-based navigation system owned and operated by the Russian Federation.



Has similar function and characteristics as GPS.



GLONASS was developed since 1970’s, and publically annouced by the Russian on February 1982.



First GLONASS satellite was launched, and at the present (Jan. 2007) there are 9 usable satellites and 7 satellites are temporarily switched off GLONASS Satellite



Several GPS receivers (e.g. Topcon, Leica and Trimble) can both simultaneously track GPS and GLONASS satellites.

http://www.glonass-ianc.rsa.ru/


GPS Constellation Number of satellites Number of orbital planes Orbital inclination (deg) Orbital radius (km) Period (hr:min) Ground track repeat Signal Characteristics Carrier signal (MHz)

Code

Code frequency (MHz) Reference Standards Coordinate System Time

24 6 55 26,560 11:58 sidereal day

GLONASS 24 3 65.8 25,510 11:16 8 sidereal days

CDMA C/A code on L1 P code on L1 and L2 C/A code: 1.023 P code: 10.23

L1: (1602+0.5625 n), L2: (1246+0.4375 n), n=1,2,...,24 FDMA C/A code on L1 P code on L1 and L2 C/A code: 0.511 P code: 5.11

WGS84 UTC(USNO)

SGS85 UTC(SU)

L1: 1575.42 L2: 1227.60


Rumus Transformasi Transformasi Antara Antara Datum GPS dan Datum Datum GLONASS RZ  RY   X   X  dX   1          Y dY (1 ds). RZ 1 RX      .Y   Z   dZ   RY  RX 1   Z  PZ -90 WGS 84

Parameter transformasinya [ Bazlov et al., 1999] : dX dY dZ ds RX RY RZ

= = = = = = =

- 1.08  0. 0.2 21 m - 0.27  0. 0.2 21 m - 0.90  0. 0.3 33 m - 0.12  0. 0.06 06 pp ppm m 0 0 - 0.16” + 0.01” Hasanuddin Z. Abidin, 1999

• Galileo is the Europ European ean global navigation GALILEO satellite system, under civilian control • It will be inter-operable with GPS and GLONASS •The first satellite (GIOVE-A) was launched on 28 Dec 2005 GALILEO Constellation :

Inclination 56 degrees

Ref : http://www.esa.int/esaNA/galileo.html

• 30 satellites orbital planes of MEO • 3 orbital (Medium Earth Orbit) • Orbital altitude : 23616 km Orbit it inclin inclination ation : 56 degre degrees es • Orb period : 14 hr hr 4 min • Orbit period ground track : 10 days • Repeat ground satellite in each plane will be • One satellite a spare, on stand-by should any operational satellite fail. Hasanuddin Z. Abidin, 2007

Satelit GALILEO GALILEO • Satell Satellite ite mass: mass: 680 kg • Satellite power: 1,6 kW • Navig Navigation ation payload: payload: 70-80 Kg / 850 W • Mass SAR transponder: 20 kg 1,2 m 2,7 m 1,1 m

• No apog apogeeee-eng engine ine • Attit Attitude ude & Orbit Orbit Control System System (AOCS) (AOCS) is able to to shift the satellite satelli te position within the orbit plane (spare S/C) Ref : ESA (2002)

GALILEO GALIL EO : Estima Estimasi si Ketelit Ketelitian ian Posis Posisii Horisontal (Absolut)

Ref : ESA (2002)

The GALILEO Master Schedule DEFINITION

DEV & VA VAL LIDATION

DEPLOYMEN DEPL OYMENT T

OPERATIONS OPERA TIONS

2000 20 00 2001 2001 2002 2002 2003 2003 20 2004 04 200 005 5 20 200 06 20 2007 07 200 008 8… Definition Development & Validation PSDR

PHASE B2

CDR

SQR

PHASE CD

IOVR

In-Orbit Validation (IOV) Test Bed (GSTB)

Full Deployment Operations Local Elements User Receiver / Applications Technology Developments PDR: Preliminary Design Review

SQR: System Qualification Review Launches

CDR: Critical Design Review

IOVR: In-Orbit Validation Review

Ref : ESA (2002)

Selected Books on GPS INTRODUCTION TO GPS: The Global Positioning System, by Ahmed El-Rabbany UNDERSTANDING GPS: Principles and Applications, by E.D. Kaplan, C. Hegarty

GLOBAL POSITIONING SYSTEM: Theory & Applications by B.W. Parkinson and J. Spilker

GPS SATELLITE SURVEYING by Alfred Leick GLOBAL POSITIONING SYSTEM: Theory and Practice by B. Hofman-Wellenhof

Learning Sites on GPS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

http://tycho http://t ycho.usno .usno.navy .navy.mil .mil/gps /gps.htm .htmll http://w http ://www. ww.navce navcen.us n.uscg.g cg.gov/gp ov/gps/de s/defaul fault.htm t.htm http://gp http ://gps.lo s.losang sangeles. eles.af.m af.mil/ il/ http://gp http ://gps.fa s.faa.gov a.gov/ind /index.ht ex.htm m http: ht tp://w //www ww.gp .gps.g s.gov/ ov/ http://gauss.gge.unb.ca/GP http://gauss.g ge.unb.ca/GPS.INTERNET.SE S.INTERNET.SERVICES.HTML RVICES.HTML http://en.wikipedia.org/ http://en.w ikipedia.org/wiki/Global_P wiki/Global_Positioning_Sy ositioning_System stem http://www.colorado.edu http://www .colorado.edu/geography/gc /geography/gcraft/notes/g raft/notes/gps/gps_f.htm ps/gps_f.htmll http://w http ://www. ww.ngs.n ngs.noaa. oaa.gov/ gov/CORSCORS-Prox Proxy/io y/ionosph nosphere/ ere/ http://gauss.gge.unb.ca/Gu http://gauss.g ge.unb.ca/Guide_to_GPS_ ide_to_GPS_Positioning.h Positioning.html tml http://www.trimble.com/ http://www .trimble.com/gps/index.sh gps/index.shtml tml http://www.navcen.uscg.gov http://www .navcen.uscg.gov/pubs/defaul /pubs/default.htm t.htm http://edu-observatory.org http://edu-ob servatory.org/gps/tutorials /gps/tutorials.html .html http://www.garmin.com/ http://www .garmin.com/aboutGPS/ aboutGPS/ http://www.satorione.c http://www .satorione.com/GPStuto om/GPStutorial.htm rial.htm http://www.glonass-ianc.r http://www .glonass-ianc.rsa.ru/ sa.ru/ http://www.esa.int/esaN http://www .esa.int/esaNA/galileo.h A/galileo.html tml Hasanuddin Z. Abidin, 2007

TUGAS GPS - 1 

Buat suatu tulisan tulisan singkat yang menjelaskan menjelaskan tentang tentang isi dari websites GPS yang GPS yang ada di internet.



Jumlah : 20 : 20 websites. websites.



Jelaskan secara singkat dan sistematis tentang hal-hal yang ditampilkan oleh setiap website.



Nilai tugas ditentukan ditentukan oleh kelengkapan kelengkapan dan kualitas dari pembahasan.



Waktu Penyele Penyelesaian saian = 1 minggu Hasanuddin Z. Abidin, 2007

1. Pengantar GPS.pdf

Recommend Documents