TUGAS 3 GD3105 SURVEI GNSS
Eka Fitriani 15112093
TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014
1. Jelaskan pengertian gelombang elektromagnetik, orbit satelit, parameter orbit satelit, kode P(Y), dan kode C/A! 2. Jelaskan secara singkat tapi menyeluruh metode penentuan jarak GPS dengan code (PSEUDORANGE) !
3. Jelaskan secara singkat tapi menyeluruh metode penentuan jarak GPS dengan phase (PHASERANGE) !
1. Pengertian gelombang elektromagnetik, orbit satelit, parameter orbit satelit, kode P(Y), dan kode C/A! Gelomban g El ektr omagneti k
Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat meski tidak ada medium perambatannya. Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu panjang gelombang, frekuensi, amplitude, dan kecepatan gelombang. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang merupakan jarak antar dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), maka panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi gelombang. Semakin panjang suatu gelombang, akan semakin rendah frekuensi yang dihasilkan. Dan semakin pendek suatu gelombang, maka gelombang tersebut akan memiliki frekuensi yang tinggi. Energi elektromagnetik dipancarkan oleh semua massa di alam semesta pada level yang berbeda-beda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.
Berikut ini adalah ciri-ciri dari gelombang elektromagnetik. -
Perubahan medan listrik dan medan magnetik terjadi pada saat yang bersamaan, sehingga kedua medan memiliki nilai maksimum dan minimum pada saat yang sama dan pada tempat yang sama.
-
Arah medan listrik dan medan magnetik saling tegak lurus dan keduanya tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.
-
Seperti halnya gelombang pada umumnya, gelombang elektromagnetik mengalami peristiwa pemantulan, pembiasan, interferensi dan difraksi.
Cepat rambat gelombang elektromagnetik hanya bergantung pada sifat-sifat listrik dan magnetik medium yang ditempuhnya. Orbi t Sateli t
Sebuah satelit yang diluncurkan dengan kendaraan peluncur , satelit tersebut akan di tempatkan pada ketinggian tertentu dan akan mengitari bumi. Gaya tarik bumi ( gravity) akan mempertahankan posisit satelit tetap pada tempatnya inilah yang disebut “orbit”. 3 Jenis orbit yang paling umum dari beberapa jenis orbit satelit yang ada adalah : LEO ( Low Earth Orbit ) Satelit pada lingkaran low earth orbit ditempatkan sekitar 161 hingga 483 km dari permukaan bumi. Karena sifatnya yang terlalu dekat dengan permukaan bumi menyebabkan satelit ini akan bergerak sangat cepat untuk mencegah satelit tersebut terlempar keluar dari lintasan orbitnya. Satelit pada orbit ini akan bergerak sekitar 28163 km/jam. Satelit pada orbit ini dapat menyeselaikan satu putaran mengeliling bumi antara 30 menit hingga 1 jam. Satelit pada low orbit hanya dapat terlihat oleh station bumi sekitar 10 menit. MEO, Medium Earth Orbit Satelit dengan ketinggian orbit menengah dengan ketinggian 9656 km hingga 19312 km dari permukaan bumi. Pada orbit ini satelit dapat terlihat oleh stasiun bumi lebih lama sekitar 2 jam atau lebih. Dan waktu yang diperlukan untuk menyeleseaikan satu putaran mengitari bumi adalah 2 jam hingga 4 jam. GEO, or Geostationary Earth Orbit. Satelit dengan orbit GEO mengitari bumi 24 jam dan relative diam terhadap bumi (berputar searah rotasi bumi). Sama dengan waktu yang dibutuhkan bumi berotasi pada sumbunya. Umumnya ditempatkan sejajar dengan equator bumi. Karena relative diem terhadap bumi maka spot (wilayah radiasi sinyal ) juga tidak berubah. Jarak ketinggian dari permukaan bumi sekitar 35895 km. GEO satelit akan selalu terlihat oleh stasion bumi dan sinyalnya dapat mengjangkau 1/3 dari permukaan bumi. Sehingga 3 buah GEO satelit dapat mengjangkau seluruh permukaan bumi kecuali pada wilayah kutub Utara dan kutub Selatan. Untuk Orbit LEO dan MEO , umumnya merupakan Polar Orbit karena inklinasi lintasan terhadap ekuator sangat besar .
Parameter orbi t sateli t
Ketentuan dalam sebuah orbit ellip ada lima parameter yang dibutuhkan sedangkan ketentuan posisi satelit dalam orbitnya ada enam parameter. Enam parameter orbit merepresentasikan elemen orbit klasik antara lain a semimajor axis e kemiringan i inclination
right ascension of ascending node
argument of perigee
time of perigee
Mo Massa
Kode P(Y) atau P (Pr ecise or Pr i vate)-Code
Kode-P merupakan jenis kode yang tepat dari sinyal GPS biasanya hanya digunakan oleh militer AS. Biasanya terenkripsi dan direset setiap tujuh hari sekali untuk mencegah penggunaan dari orang yang tidak berkepentingan secara sah. Kode-P dibandingkan dengan kode-C/A merupakan rangkaian bilangan-bilangan biner yang sangat panjang, yaitu 2.3547 x 1014 chips, dan polanya tidak berulang sampai setelah 266 hari (sekitar 38 minggu). Kode-P ini dibangkitkan dengan kecepatan yang 10 kali lebih cepat dibandingkan dengan kode-C/A, yaitu 10.23 juta chip per detik. Ini berarti chip kode-P mempunyai panjang gelombang sekitar 30 meter. Untuk satelit GPS, setiap satelit dicirikan dengan suatu segmen satu mingguan dari kode-P yang sifatnya unik, dan kode ini diinisialisasi kembali setiap minggunya pada tengah malam Sabtu/Minggu. Kode-P ini dimodulasikan pada kedua gelombang pembawa L1 dan L2.
Kode C/A atau Coarse/Acqui si ti on Code
Kode C/A yaitu kode akuisisi kasar merupakan standar sinyal satelit GPS yang ditransmisikan oleh satelit GPS untuk pengguna sipil. Berisi informasi yang berguna bagi receiver GPS untuk memperbaiki posisi dan waktu. Kode C/A mempunyai akurasi 100 meter atau lebih baik lagi. Kode-C/A merupakan rangkaian dari 1023 bilangan biner (chips) yang berulang setiap satu milidetik (msec). Ini berarti bahwa setiap detik chip dari kode-C/A dibangkitkan dengan kecepatan 1.023 juta chip per detik, dan setiap chip mempunyai durasi waktu sekitar satu mikrodetik (msec), atau sekitar 300 meter dalam unit jarak. Setiap satelit GPS dicirikan dengan satu kode-C/A tertentu yang sifatnya unik (tunggal), dan secara total ada 32 kode yang tersedia untuk satelit-satelit GPS. Kode-C/A hanya dimodulasikan pada gelombang pembawa L1.
2. Metode Penentuan Jarak GPS dengan Code Pseudorange
Pengukuran jarak dari satelit ke receiver dapat dilakukan dengan menggunakan data kode P atau C/A maupun dengan data fase gelombang pembawa. Pengukuran jarak dengan data fase digunakan untuk penentuan posisi teliti. Di lain pihak, pengukuran jarak dengan kode memungkinkan penyajian posisi secara instan, walaupun ketelitiannya lebih rendah jika dibandingkan dengan menggunakan data fase. Pengukuran jarak dengan data kode disebut pseudorange .
Definisi pseudorange atau pseudoranging secara umum adalah pengukuran jarak berdasarkan korelasi antara kode yang dipancarkan oleh satelit dengan replika kode yang dibuat oleh receiver . Disebut pseudorange karena jarak tersebut masih mengandung kesalahan karena dalam pendefinisian jarak tersebut harga koreksi kesalahan dalam proses sinkronisasi jam satelit-jam receiver belum diperhitungkan. Kronologi prosedur penentuan jarak dengan kode ( pseudorange) adalah sebagai berikut. Kita asumsikan bahwa jam receiver dan jam satelit sinkron secara sempurna satu sama lain. Ketika sinyal (PRN code*) ditransmisikan dari satelit dan diterima oleh receiver , receiver memproduksi replika kode yang diterima. Receiver kemudian membandingkan kode yang diterima dari satelit dengan replika-nya dan menghitung selang waktu sinyal merambat dari satelit ke receiver . Selang waktu ini kemudian dikalikan dengan cepat rambat cahaya dan didapatlah jarak antara receiver dan satelit. Perlu dimengerti bahwa asumsi jam receiver
sinkron secara sempurna adalah tidak sepenuhnya benar, atau dengan kata lain proses sinkronisasi yang dilakukan oleh receiver tidaklah sempurna dan masih mengandung kesalahan. Oleh sebab itulah maka pengukuran jarak dengan menggunakan data kode disebut sebagai pseudorange .
3. Metode Penentuan Jarak GPS dengan fase Phaserange
Data fase merupakan cara lain yang dapat digunakan untuk menentukan jarak antara satelit ke receiver atau yang biasa disebut dengan phaserange . Berdasar pada cara ini, jarak yang terukur adalah jumlah gelombang penuh ( cycles) yang terukur ditambah dengan nilai fraksional gelombang terakhir (saat diterima receiver ) dan gelombang awal (saat dipancarkan oleh satelit) dikalikan dengan panjang gelombangnya. Jarak yang ditentukan dengan cara ini jauh lebih teliti jika dibandingkan dengan jarak berdasar data kode. Hal tersebut dikarenakan resolusi data fase jauh lebih kecil jika dibanding dengan resolusi data kode. Namun demikian, ada satu masalah yang dihadapi dalam penggunaan data fase. Gelombang pembawa GPS adalah murni gelombang sinusoidal, setiap cycle mempunyai bentuk yang sama dengan cycle yang lain. Oleh karena itulah receiver GPS tidak dapat membedakan antara satu cycle dengan yang lainnya. Dengan kata lain, ketika receiver dinyalakan dan lock on ke satelit, receiver mampu menerima sinyal namun dia hanya merekamnya saja. Receiver tidak dapat menentukan jumlah total cycle antara satelit dan dirinya. Definisi ambiguitas fase
Ambiguitas fase merupakan jumlah gelombang penuh yang tidak terukur oleh receiver GPS. Untuk dapat merekonstruksi jarak ukuran antara satelit dengan antena maka harga ambiguitas fase harus ditentukan terlebih dahulu. Ambiguitas fase merupakan bilangan bulat (kelipatan panjang gelombang). Pada setiap data pengamatan fase dari satelit yang berbeda maka akan mempunyai harga ambiguitas fase tersendiri. Namun, harga ambiguitas fase akan selalu sama pada setiap epok apabila sepanjang receiver GPS sinyal yang diamati kontinyu atau tidak terjadi cycle slip. Metoda-metoda penentuan ambiguitas fase : Terdapat tiga aspek yang perlu diperhatikan dalam proses resolusi ambiguitas (ambiguitas fase) yaitu: Eliminasi kesalahan dan bias data dari pengamatan, geometri satelit, teknik resolusi ambiguitas itu sendiri. Pada kesalahan bias umumnya terkait dengan satelit seperti kesalahan ephemeris , jam satelit, dan selective availability (SA). Kemudian medium propagasi, seperti bias ionosfer dan troposfer. Selain itu, receiver GPS seperti kesalahan jam receiver (kesalahan yang terkait dengan antena dan noise). Terdapat juga kesalahan pada data pengamatan seperti ambiguitas fasa dan cycle slips, atau lingkungan sekitar GPS receiver seperti multipath dan imaging . Untuk menyelesaikan atau mengatasi cycle ambiguity, terdapat berbagai macam metode, diantaranya : 1. Metode Geometris Metode ini memanfaatkan variasi yang bergantung waktu pada hibungan geometris antara receiver dan satelit. Secara umum, pengukuran fase secara kontinu digunakan dengan ambiguitas diestimasi sebagai parameter bernilai real . Sekali sinyal teridentifikasi oleh receiver , seluruh nomor dari cycle yang masuk diukur dan dihitung. Inisial ambigu itu yang tidak diketahui dipertahankan selama proses pengamatan dan dapat dipresentasikan oleh parameter tunggal (bias). Pengamatan secara kontinu pada carrie phase akan menghasilkan penentuan dari range difference yang bebas ambiguitas. 2. Metode Data Dual Frekuensi Dengan menggunakan data dual frekuensi, hasil yang diperoleh untuk mendapatkan ambiguitas berubah secara signifikan. Banyak sekali keuntungan yang bisa diperoleh dengan
mengimplementasikan metode ini, karena banyaknya kombinasi linier yang bisa dibentuk. Teknik yang digunakan adalah teknik wide lane, yang menggabungkan data fase dari frekuensi L1 dan L2. 3. Metode Kombinasi Dual Frekuensi Data Fase dan Data Fase Faktor yang sangat menggangu dalam teknik wide lane yang telah dijelaskan di atas adalah pengaruh bias ionosfer yang meningkat seiring dengan makin panjang baseline. Masalah ini dapat dieliminasi dengan melakukan metode Kombinasi Dual Frekuansi Data Fase dan Data Fase. Dengan demikian, dapat memberikan suatu penentuan dari ambiguitas wide lane Nw untuk setiap epok dan setiap site. Hasilnya independen terhadap pengaruh panjang baseline dan efek ionosfer. Tetapi tetap saja, jika semua kesalahan sistematik telah teratasi, efek multipath akan tetap ada dan akan mempengaruhi data fase dan data kode secara berbeda. Multipath-lah yang mempengaruhi terjadinya variasi Nw oleh beberapa cycle dari epok ke epok. 4. Metode Fast Ambiguity Resolution Approach Penggunaan metode ini dipublikasikan oleh Frei dan Schumbernigg (1992). Menurut publikasi terakhir, karakteristik utama dari metode ini adalah : Menggunakan informasi statistik dari perataan awal untuk memilih range pencarian (search range) Menggunakan informasi dalam matriks variansi-kovariansi untuk menolak ambiguitas yang tidak layak diterima secara statistik Mengaplikasikan tes hipotesis statistik untuk memilih set yang benar dari ambiguitas. 5. Metode Kuadrat Terkecil Secara teoritik ambiguitas fase akan didapatkan secara akurat apabila :
data pengamatan tidak dipengaruhi kesalahan non acak
geometri satelit yang baik saat pengamatan
model matematika yang digunakan sudah sesuai
model pembobotan pengamatan yang sesuai
