Sistem Pemosisi Global

Sistem Pemosisi Global (GPS)
	;
Negara asal	Amerika Serikat
Operator	Angkatan Antariksa Amerika Serikat
Tipe	Militer, sipil
Status	Operasional
Jangkauan	Global
Akurasi	500–30 cm (20–1 ft)
Konstelasi
Jumlah total satelit	33
Satelit di orbit	31
Peluncuran pertama	Februari 1978; 46 tahun lalu
Jumlah peluncuran	72
Karakteristik orbit
Sistem orbit	6x bidang orbit MEO
Ketinggian orbit	20.180 km (12.540 mi)

Sistem Pemosisi Global ^[1] (bahasa Inggris: Global Positioning System (GPS)) adalah sistem untuk menentukan letak di permukaan bumi dengan bantuan penyelarasan (synchronization) sinyal satelit. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan letak, kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS antara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.

Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dengan nama lengkapnya adalah NAVSTAR GPS (kesalahan umum adalah bahwa NAVSTAR adalah sebuah singkatan, ini adalah salah, NAVSTAR adalah nama yang diberikan oleh John Walsh, seorang penentu kebijakan penting dalam program GPS).^[2] Kumpulan satelit ini diurus oleh 50th Space Wing Angkatan Antariksa Amerika Serikat. Biaya perawatan sistem ini sekitar US$750 juta per tahun,^[3] termasuk penggantian satelit lama, serta riset dan pengembangan.

GPS Tracker atau sering disebut dengan GPS Tracking adalah teknologi AVL (Automated Vehicle Locater) yang memungkinkan pengguna untuk melacak posisi kendaraan, armada ataupun mobil dalam keadaan Real-Time. GPS Tracking memanfaatkan kombinasi teknologi GSM dan GPS untuk menentukan koordinat sebuah objek, lalu menerjemahkannya dalam bentuk peta digital.

Prinsip

Komponen saat memperbarui almanak GPS menggunakan A-GPS dan jaringan GSM

Satelit GPS membawa jam atom yang sangat stabil yang disinkronkan satu sama lain dan dengan jam atom referensi di stasiun kontrol darat; setiap penyimpangan jam di atas satelit dari waktu referensi yang dipertahankan di stasiun darat dikoreksi secara teratur. Karena kecepatan gelombang radio ( kecepatan cahaya ) konstan dan tidak bergantung pada kecepatan satelit, waktu tunda antara saat satelit memancarkan sinyal dan stasiun darat menerimanya sebanding dengan jarak dari satelit ke stasiun darat. Dengan informasi jarak yang dikumpulkan dari beberapa stasiun darat, koordinat lokasi satelit apa pun pada waktu apa pun dapat dihitung dengan sangat presisi.

Setiap satelit GPS membawa catatan akurat mengenai posisi dan waktunya sendiri, dan menyiarkan data tersebut secara terus-menerus. Berdasarkan data yang diterima dari beberapa satelit GPS , penerima GPS pengguna akhir dapat menghitung posisi empat dimensinya sendiri dalam ruangwaktu ; Namun, minimal, empat satelit harus terlihat oleh penerima agar dapat menghitung empat kuantitas yang tidak diketahui (tiga koordinat posisi dan deviasi jamnya sendiri dari waktu satelit).

Deskripsi lebih rinci

Setiap satelit GPS terus menerus menyiarkan sinyal ( gelombang pembawa dengan modulasi ) yang meliputi:

Kode pseudorandom (urutan angka satu dan nol) yang diketahui oleh penerima. Dengan menyelaraskan waktu antara versi yang dihasilkan penerima dan versi kode yang diukur oleh penerima, waktu kedatangan (TOA) dari titik yang ditentukan dalam urutan kode, yang disebut epoch, dapat ditemukan dalam skala waktu jam penerima.
Pesan yang mencakup waktu transmisi (TOT) dari kode epoch (dalam skala waktu GPS) dan posisi satelit pada saat itu

Secara konseptual, penerima mengukur TOA (menurut jamnya sendiri) dari empat sinyal satelit. Dari TOA dan TOT, penerima membentuk empat nilai waktu terbang (TOF), yang (dengan kecepatan cahaya) kira-kira setara dengan jangkauan penerima-satelit ditambah perbedaan waktu antara penerima dan satelit GPS dikalikan dengan kecepatan cahaya, yang disebut pseudo-range. Penerima kemudian menghitung posisi tiga dimensi dan deviasi jam dari keempat TOF.

Dalam praktiknya, posisi penerima (dalam koordinat Cartesian tiga dimensi dengan asal di pusat Bumi) dan pergeseran jam penerima relatif terhadap waktu GPS dihitung secara bersamaan, menggunakan persamaan navigasi untuk memproses TOF.

Lokasi solusi penerima yang berpusat di Bumi biasanya diubah menjadi lintang , bujur, dan ketinggian relatif terhadap model Bumi elipsoidal. Ketinggian tersebut kemudian dapat diubah lebih lanjut menjadi ketinggian relatif terhadap geoid , yang pada dasarnya adalah permukaan laut rata-rata. Koordinat ini dapat ditampilkan, seperti pada tampilan peta bergerak , atau direkam atau digunakan oleh beberapa sistem lain, seperti sistem panduan kendaraan.

Geometri pengguna-satelit

Meskipun biasanya tidak terbentuk secara eksplisit dalam pemrosesan penerima, perbedaan waktu kedatangan konseptual (TDOA) menentukan geometri pengukuran. Setiap TDOA sesuai dengan hiperboloid revolusi. Garis yang menghubungkan dua satelit yang terlibat (dan ekstensinya) membentuk sumbu hiperboloid. Penerima terletak di titik tempat tiga hiperboloid berpotongan.

Kadang-kadang dikatakan secara keliru bahwa lokasi pengguna berada di persimpangan tiga bola. Meskipun lebih mudah divisualisasikan, hal ini hanya terjadi jika penerima memiliki jam yang disinkronkan dengan jam satelit (yaitu, penerima mengukur jarak sebenarnya ke satelit, bukan perbedaan jarak). Ada manfaat kinerja yang nyata bagi pengguna yang membawa jam yang disinkronkan dengan satelit. Yang terpenting adalah hanya tiga satelit yang diperlukan untuk menghitung solusi posisi. Jika merupakan bagian penting dari konsep GPS bahwa semua pengguna perlu membawa jam yang disinkronkan, jumlah satelit yang lebih sedikit dapat digunakan, tetapi biaya dan kompleksitas peralatan pengguna akan meningkat.

Penerima dalam operasi terus menerus

Uraian di atas merupakan gambaran situasi permulaan penerima. Sebagian besar penerima memiliki algoritma lintasan , terkadang disebut pelacak , yang menggabungkan serangkaian pengukuran satelit yang dikumpulkan pada waktu yang berbeda—dengan kata lain, memanfaatkan fakta bahwa posisi penerima yang berurutan biasanya berdekatan satu sama lain. Setelah serangkaian pengukuran diproses, pelacak memperkirakan lokasi penerima yang sesuai dengan serangkaian pengukuran satelit berikutnya. Ketika pengukuran baru dikumpulkan, penerima menggunakan skema pembobotan untuk menggabungkan pengukuran baru dengan prediksi pelacak. Secara umum, pelacak dapat (a) meningkatkan posisi penerima dan akurasi waktu, (b) menolak pengukuran yang buruk, dan (c) memperkirakan kecepatan dan arah penerima.

Kerugian dari pelacak adalah bahwa perubahan kecepatan atau arah hanya dapat dihitung dengan penundaan, dan bahwa arah yang diperoleh menjadi tidak akurat ketika jarak yang ditempuh antara dua pengukuran posisi turun di bawah atau mendekati kesalahan acak pengukuran posisi. Unit GPS dapat menggunakan pengukuran pergeseran Doppler dari sinyal yang diterima untuk menghitung kecepatan secara akurat. [ 77 ] Sistem navigasi yang lebih canggih menggunakan sensor tambahan seperti kompas atau sistem navigasi inersia untuk melengkapi GPS.

Aplikasi non-navigasi

GPS memerlukan empat atau lebih satelit agar terlihat untuk navigasi yang akurat. Solusi persamaan navigasi memberikan posisi penerima beserta perbedaan antara waktu yang dicatat oleh jam di dalam pesawat penerima dan waktu sebenarnya, sehingga menghilangkan kebutuhan akan jam berbasis penerima yang lebih tepat dan mungkin tidak praktis. Aplikasi untuk GPS seperti transfer waktu , pengaturan waktu sinyal lalu lintas, dan sinkronisasi stasiun pangkalan telepon seluler , memanfaatkan pengaturan waktu yang murah dan sangat akurat ini. Beberapa aplikasi GPS menggunakan waktu ini untuk tampilan, atau, selain untuk kalkulasi posisi dasar, tidak menggunakannya sama sekali.

Meskipun empat satelit diperlukan untuk operasi normal, lebih sedikit yang berlaku dalam kasus-kasus khusus. Jika satu variabel sudah diketahui, penerima dapat menentukan posisinya hanya dengan menggunakan tiga satelit. Misalnya, sebuah kapal di lautan terbuka biasanya memiliki ketinggian yang diketahui mendekati 0m , dan ketinggian sebuah pesawat terbang mungkin diketahui. Beberapa penerima GPS dapat menggunakan petunjuk atau asumsi tambahan seperti menggunakan kembali ketinggian terakhir yang diketahui, perhitungan mati , navigasi inersia , atau memasukkan informasi dari komputer kendaraan, untuk memberikan posisi (yang mungkin terdegradasi) ketika kurang dari empat satelit terlihat.

Struktur

Contoh visual konstelasi GPS 24 satelit yang bergerak dengan bumi yang berputar. Perhatikan bagaimana jumlah satelit yang terlihat dari suatu titik di permukaan bumi berubah seiring waktu. Titik dalam contoh ini adalah di Golden, Colorado, AS. (39°44′49″N 105°12′39″W / 39.7469°N 105.2108°W / 39.7469; -105.2108).

Chip GNSS BCM4750, 90nm. Chip GPS pertama yang terjual sebanyak 1 miliar unit. Ditemukan di sebagian besar model telepon pintar kelas atas pada awal tahun 2010-an.

GPS saat ini terdiri dari tiga segmen utama. Segmen ini adalah segmen antariksa, segmen kontrol, dan segmen pengguna. Angkatan Antariksa AS mengembangkan , memelihara, dan mengoperasikan segmen antariksa dan kontrol. Satelit GPS menyiarkan sinyal dari antariksa, dan setiap penerima GPS menggunakan sinyal ini untuk menghitung lokasi tiga dimensinya (lintang, bujur, dan ketinggian) dan waktu saat ini.

Segmen ruang angkasa

Segmen ruang angkasa (SS) terdiri dari 24 hingga 32 satelit, atau Wahana Ruang Angkasa (SV), di orbit Bumi sedang , dan juga mencakup adaptor muatan untuk pendorong yang diperlukan untuk meluncurkannya ke orbit. Desain GPS awalnya menyerukan 24 SV, masing-masing delapan dalam tiga orbit yang kira-kira melingkar , tetapi ini dimodifikasi menjadi enam bidang orbit dengan masing-masing empat satelit. Enam bidang orbit memiliki kemiringan sekitar 55° (kemiringan relatif terhadap ekuator Bumi ) dan dipisahkan oleh asensio rektum 60° dari simpul menaik (sudut sepanjang ekuator dari titik referensi ke perpotongan orbit). Periode orbit adalah setengah hari sideris , yaitu 11 jam dan 58 menit, sehingga satelit melewati lokasi yang sama atau lokasi yang hampir sama setiap hari. Orbitnya diatur sedemikian rupa sehingga setidaknya enam satelit selalu berada dalam garis pandang dari mana saja di permukaan Bumi (lihat animasi di sebelah kanan). Hasil dari tujuan ini adalah bahwa keempat satelit tidak berjarak sama (90°) dalam setiap orbit. Secara umum, perbedaan sudut antara satelit di setiap orbit adalah 30°, 105°, 120°, dan 105°, yang jika dijumlahkan menjadi 360°.

Mengorbit pada ketinggian sekitar 20.200 km (12.600 mil); radius orbit sekitar 26.600 km (16.500 mil), setiap SV membuat dua orbit lengkap setiap hari sideris , mengulang lintasan tanah yang sama setiap hari. Ini sangat membantu selama pengembangan karena bahkan dengan hanya empat satelit, penyelarasan yang benar berarti keempatnya terlihat dari satu tempat selama beberapa jam setiap hari. Untuk operasi militer, pengulangan lintasan tanah dapat digunakan untuk memastikan cakupan yang baik di zona pertempuran.

Pada Februari 2019 , ada 31 satelit di konstelasi GPS , 27 di antaranya sedang digunakan pada waktu tertentu dengan sisanya dialokasikan sebagai siaga. Yang ke-32 diluncurkan pada tahun 2018, tetapi pada Juli 2019 masih dalam evaluasi. Lebih banyak satelit yang dinonaktifkan berada di orbit dan tersedia sebagai cadangan. Satelit tambahan meningkatkan presisi kalkulasi penerima GPS dengan menyediakan pengukuran yang berlebihan. Dengan meningkatnya jumlah satelit, konstelasi diubah menjadi pengaturan yang tidak seragam. Pengaturan seperti itu terbukti meningkatkan akurasi tetapi juga meningkatkan keandalan dan ketersediaan sistem, relatif terhadap sistem yang seragam, ketika beberapa satelit gagal. Dengan konstelasi yang diperluas, sembilan satelit biasanya terlihat kapan saja dari titik mana pun di Bumi dengan cakrawala yang cerah, memastikan redundansi yang cukup besar atas minimum empat satelit yang dibutuhkan untuk suatu posisi.

Segmen kontrol

Segmen kontrol (CS) terdiri dari:

stasiun kontrol utama (MCS),
stasiun kontrol utama alternatif,
empat antena darat khusus, dan
enam stasiun monitor khusus.

MCS juga dapat mengakses antena darat Satellite Control Network (SCN) (untuk kemampuan perintah dan kontrol tambahan) dan stasiun monitor NGA ( National Geospatial-Intelligence Agency ). Lintasan penerbangan satelit dilacak oleh stasiun monitor khusus US Space Force di Hawaii, Kwajalein Atoll , Ascension Island , Diego Garcia , Colorado Springs, Colorado, dan Cape Canaveral , Florida, bersama dengan stasiun monitor NGA bersama yang dioperasikan di Inggris, Argentina, Ekuador, Bahrain, Australia, dan Washington, DC. Informasi pelacakan dikirim ke MCS di Schriever Space Force Base 25 km (16 mi) ESE dari Colorado Springs, yang dioperasikan oleh 2nd Space Operations Squadron (2 SOPS) dari US Space Force. Kemudian 2 SOPS menghubungi setiap satelit GPS secara teratur dengan pembaruan navigasi menggunakan antena darat khusus atau bersama (AFSCN) (antena darat khusus GPS terletak di Kwajalein , Pulau Ascension , Diego Garcia , dan Cape Canaveral ). Pembaruan ini menyinkronkan jam atom di satelit hingga beberapa nanodetik satu sama lain, dan menyesuaikan ephemeris model orbit internal setiap satelit. Pembaruan dibuat oleh filter Kalman yang menggunakan masukan dari stasiun pemantauan darat, informasi cuaca luar angkasa , dan berbagai masukan lainnya.

Ketika orbit satelit sedang disesuaikan, satelit tersebut ditandai tidak sehat , sehingga penerima tidak menggunakannya. Setelah manuver tersebut, teknisi melacak orbit baru dari darat, mengunggah ephemeris baru, dan menandai satelit tersebut sehat kembali.

Segmen kontrol operasi (OCS) saat ini berfungsi sebagai segmen kontrol yang tercatat. Segmen ini menyediakan kemampuan operasional yang mendukung pengguna GPS dan menjaga GPS tetap beroperasi dan berkinerja sesuai spesifikasi.

OCS menggantikan komputer mainframe era 1970-an di Pangkalan Angkatan Udara Schriever pada bulan September 2007. Setelah dipasang, sistem tersebut membantu memungkinkan pemutakhiran dan menyediakan fondasi bagi arsitektur keamanan baru yang mendukung angkatan bersenjata AS.

OCS akan terus menjadi sistem kendali darat yang tercatat hingga segmen baru, Sistem Kendali Operasi GPS Generasi Berikutnya (OCX), sepenuhnya dikembangkan dan berfungsi. Departemen Pertahanan AS telah mengklaim bahwa kemampuan baru yang disediakan oleh OCX akan menjadi landasan untuk meningkatkan kemampuan misi GPS, yang memungkinkan Angkatan Luar Angkasa AS untuk meningkatkan layanan operasional GPS kepada pasukan tempur AS, mitra sipil, dan pengguna domestik dan internasional. Program GPS OCX juga akan mengurangi biaya, jadwal, dan risiko teknis. Program ini dirancang untuk memberikan penghematan biaya pemeliharaan sebesar 50% melalui arsitektur perangkat lunak yang efisien dan Logistik Berbasis Kinerja. Selain itu, GPS OCX diharapkan berbiaya jutaan dolar lebih rendah daripada biaya untuk meningkatkan OCS sambil menyediakan kemampuan empat kali lipat.

Program GPS OCX merupakan bagian penting dari modernisasi GPS dan menyediakan peningkatan jaminan informasi atas program GPS OCS saat ini.

OCX akan memiliki kemampuan untuk mengendalikan dan mengelola satelit GPS lama serta satelit GPS III generasi berikutnya, sembari mengaktifkan rangkaian lengkap sinyal militer.
Dibangun di atas arsitektur fleksibel yang dapat cepat beradaptasi terhadap perubahan kebutuhan pengguna GPS yang memungkinkan akses langsung ke data GPS dan status konstelasi melalui informasi yang aman, akurat, dan dapat diandalkan.
Memberikan prajurit informasi yang lebih aman, dapat ditindaklanjuti, dan prediktif untuk meningkatkan kesadaran situasional.
Memungkinkan sinyal baru yang dimodernisasi (L1C, L2C, dan L5) dan memiliki kemampuan kode-M, yang tidak dapat dilakukan oleh sistem lama.
Memberikan peningkatan jaminan informasi yang signifikan terhadap program saat ini termasuk mendeteksi dan mencegah serangan siber, sekaligus mengisolasi, menahan, dan mengoperasikan selama serangan tersebut.
Mendukung kemampuan dan keterampilan perintah serta kontrol dengan volume yang lebih tinggi dan mendekati waktu nyata.

Pada tanggal 14 September 2011, Angkatan Udara AS mengumumkan penyelesaian Tinjauan Desain Awal GPS OCX dan mengonfirmasi bahwa program OCX siap untuk tahap pengembangan berikutnya. Program GPS OCX gagal mencapai tonggak penting dan menunda peluncurannya hingga tahun 2021, 5 tahun setelah batas waktu semula. Menurut Kantor Akuntansi Pemerintah pada tahun 2019, batas waktu tahun 2021 tampak goyah.

Proyek ini tertunda pada tahun 2023, dan (sampai Juni 2023) melebihi 73% anggaran perkiraan awalnya. Pada akhir tahun 2023, Frank Calvelli, asisten sekretaris Angkatan Udara untuk akuisisi dan integrasi ruang angkasa, menyatakan bahwa proyek tersebut diperkirakan akan berjalan pada suatu waktu selama musim panas tahun 2024.

Segmen pengguna

Segmen pengguna (AS) terdiri dari ratusan ribu pengguna militer AS dan sekutu dari Layanan Pemosisian Tepat GPS yang aman, dan puluhan juta pengguna sipil, komersial, dan ilmiah dari Layanan Pemosisian Standar. Secara umum, penerima GPS terdiri dari antena, yang disetel ke frekuensi yang dipancarkan oleh satelit, prosesor penerima, dan jam yang sangat stabil (sering kali berupa osilator kristal ). Penerima GPS juga dapat menyertakan layar untuk memberikan informasi lokasi dan kecepatan kepada pengguna.

Penerima GPS dapat menyertakan input untuk koreksi diferensial, menggunakan format RTCM SC-104. Ini biasanya dalam bentuk port RS-232 pada kecepatan 4.800 bit/s. Data sebenarnya dikirim pada kecepatan yang jauh lebih rendah, yang membatasi keakuratan sinyal yang dikirim menggunakan RTCM. Penerima dengan penerima DGPS internal dapat mengungguli penerima yang menggunakan data RTCM eksternal. Pada tahun 2006 , bahkan unit berbiaya rendah umumnya menyertakan penerima Wide Area Augmentation System (WAAS).

Banyak penerima GPS dapat menyampaikan data posisi ke PC atau perangkat lain menggunakan protokol NMEA 0183. Meskipun protokol ini secara resmi ditetapkan oleh National Marine Electronics Association (NMEA), referensi ke protokol ini telah dihimpun dari catatan publik, yang memungkinkan alat sumber terbuka seperti gpsd untuk membaca protokol tanpa melanggar hukum kekayaan intelektual. Protokol hak milik lainnya juga ada, seperti protokol SiRF dan MTK . Penerima dapat berinteraksi dengan perangkat lain menggunakan metode termasuk koneksi serial, USB , atau Bluetooth .

Sinyal GPS

Sinyal GPS disiarkan oleh satelit Global Positioning System untuk memungkinkan navigasi satelit. Penerima di atau dekat permukaan bumi dapat menentukan lokasi, waktu, dan kecepatan menggunakan informasi ini. Konstelasi satelit GPS dioperasikan oleh Skuadron Operasi Luar Angkasa ke-2 (2SOPS) Space Delta 8, Angkatan Luar Angkasa Amerika Serikat.

Sinyal GPS mencakup sinyal jangkauan, yang digunakan untuk mengukur jarak ke satelit, dan pesan navigasi. Pesan navigasi tersebut mencakup data ephemeris, yang digunakan dalam trilaterasi untuk menghitung posisi setiap satelit di orbit, dan informasi tentang waktu dan status seluruh konstelasi satelit, yang disebut almanak.

Ada empat spesifikasi sinyal GPS yang dirancang untuk penggunaan sipil. Berdasarkan tanggal perkenalannya, adalah: L1 C/A, L2C, L5 dan L1C. L1 C/A juga disebut sinyal lama dan disiarkan oleh semua satelit yang beroperasi saat ini. L2C, L5 dan L1C merupakan sinyal yang dimodernisasi, dan hanya disiarkan oleh satelit yang lebih baru (atau belum sama sekali), dan pada Januari 2021, belum ada satupun yang dianggap beroperasi penuh untuk penggunaan sipil. Selain itu, terdapat sinyal terbatas dengan frekuensi dan kecepatan chip yang dipublikasikan tetapi kode terenkripsi dimaksudkan untuk digunakan hanya oleh pihak yang berwenang. Beberapa penggunaan sinyal terbatas secara terbatas masih dapat dilakukan oleh warga sipil tanpa dekripsi; ini disebut akses tanpa kode dan semi-kode, dan didukung secara resmi.

Antarmuka ke Segmen Pengguna (penerima GPS) dijelaskan dalam Dokumen Kontrol Antarmuka (ICD). Format sinyal sipil dijelaskan dalam Spesifikasi Antarmuka (IS) yang merupakan bagian dari ICD.

Komunikasi

Sinyal navigasi yang dikirimkan oleh satelit GPS mengodekan berbagai informasi termasuk posisi satelit, status jam internal, dan kesehatan jaringan. Sinyal-sinyal ini dikirimkan pada dua frekuensi pembawa terpisah yang umum untuk semua satelit dalam jaringan. Dua pengodean berbeda digunakan: pengodean publik yang memungkinkan navigasi resolusi rendah, dan pengodean terenkripsi yang digunakan oleh militer AS.

Format pesan

GPS message format
Subframes	Description
1	Satellite clock, GPS time relationship
2–3	Ephemeris (precise satellite orbit)
4–5	Almanac component (satellite network synopsis, error correction)

Setiap satelit GPS terus menerus menyiarkan pesan navigasi pada frekuensi L1 (C/A dan P/Y) dan L2 (P/Y) dengan kecepatan 50 bit per detik (lihat bitrate ). Setiap pesan lengkap membutuhkan waktu 750 detik ( 12+1 ⁄ 2 menit) untuk menyelesaikannya. Struktur pesan memiliki format dasar bingkai sepanjang 1500 bit yang terdiri dari lima subbingkai, setiap subbingkai berdurasi 300 bit (6 detik). Subbingkai 4 dan 5 disubkomutasi masing -masing 25 kali, sehingga pesan data lengkap memerlukan transmisi 25 bingkai penuh. Setiap subbingkai terdiri dari sepuluh kata, masing-masing berdurasi 30 bit. Jadi, dengan 300 bit dalam subbingkai dikalikan 5 subbingkai dalam bingkai dikalikan 25 bingkai dalam satu pesan, setiap pesan berdurasi 37.500 bit. Pada laju transmisi 50 bit/detik, ini memberikan waktu 750 detik untuk mengirimkan seluruh pesan almanak (GPS) . Setiap bingkai berdurasi 30 detik dimulai tepat pada menit atau setengah menit sebagaimana ditunjukkan oleh jam atom pada setiap satelit.

Subframe pertama dari setiap frame mengodekan nomor minggu dan waktu dalam minggu tersebut, serta data tentang kesehatan satelit. Subframe kedua dan ketiga berisi ephemeris – orbit yang tepat untuk satelit. Subframe keempat dan kelima berisi almanak , yang berisi informasi orbit dan status kasar hingga 32 satelit dalam konstelasi serta data yang terkait dengan koreksi kesalahan. Jadi, untuk mendapatkan lokasi satelit yang akurat dari pesan yang dikirimkan ini, penerima harus mendemodulasi pesan dari setiap satelit yang disertakan dalam solusinya selama 18 hingga 30 detik. Untuk mengumpulkan semua almanak yang dikirimkan, penerima harus mendemodulasi pesan selama 732 hingga 750 detik atau 12 detik.+1 ⁄ 2 menit.

Semua satelit menyiarkan pada frekuensi yang sama, mengodekan sinyal menggunakan akses berganda pembagian kode (CDMA) yang unik sehingga penerima dapat membedakan satelit satu dengan yang lain. Sistem ini menggunakan dua jenis pengodean CDMA yang berbeda: kode kasar/akuisisi (C/A), yang dapat diakses oleh masyarakat umum, dan kode tepat (P(Y)), yang dienkripsi sehingga hanya militer AS dan negara-negara NATO lainnya yang telah diberi akses ke kode enkripsi yang dapat mengaksesnya.

Ephemeris diperbarui setiap 2 jam dan cukup stabil selama 4 jam, dengan ketentuan untuk pembaruan setiap 6 jam atau lebih lama dalam kondisi non-nominal. Almanak biasanya diperbarui setiap 24 jam. Selain itu, data untuk beberapa minggu berikutnya diunggah jika terjadi pembaruan transmisi yang menunda pengunggahan data.

Frekuensi satelit

GPS frequency overview^[4]^:607
Band	Frequency	Description
L1	1575.42 MHz	Coarse-acquisition (C/A) and encrypted precision (P(Y)) codes, plus the L1 civilian (L1C) and military (M) codes on Block III and newer satellites.
L2	1227.60 MHz	P(Y) code, plus the L2C and military codes on the Block IIR-M and newer satellites.
L3	1381.05 MHz	Used for nuclear detonation (NUDET) detection.
L4	1379.913 MHz	Being studied for additional ionospheric correction.
L5	1176.45 MHz	Used as a civilian safety-of-life (SoL) signal on Block IIF and newer satellites.

Semua satelit menyiarkan pada dua frekuensi yang sama, 1,57542 GHz (sinyal L1) dan 1,2276 GHz (sinyal L2). Jaringan satelit menggunakan teknik sebaran spektrum CDMA di mana data pesan bitrate rendah dikodekan dengan urutan pseudo-acak (PRN) tingkat tinggi yang berbeda untuk setiap satelit. Penerima harus menyadari kode PRN untuk setiap satelit untuk merekonstruksi data pesan yang sebenarnya. Kode C/A, untuk penggunaan sipil, mengirimkan data pada 1,023 juta chip per detik, sedangkan kode P, untuk penggunaan militer AS, mengirimkan pada 10,23 juta chip per detik. Referensi internal sebenarnya dari satelit adalah 10,22999999543 MHz untuk mengimbangi efek relativistik yang membuat pengamat di Bumi melihat referensi waktu yang berbeda sehubungan dengan pemancar di orbit. Pembawa L1 dimodulasi oleh kode C/A dan P, sedangkan pembawa L2 hanya dimodulasi oleh kode P. Kode P dapat dienkripsi sebagai apa yang disebut kode P(Y) yang hanya tersedia untuk peralatan militer dengan kunci dekripsi yang tepat. Baik kode C/A maupun P(Y) memberikan waktu yang tepat kepada pengguna.

Sinyal L3 pada frekuensi 1,38105 GHz digunakan untuk mengirimkan data dari satelit ke stasiun darat. Data ini digunakan oleh Sistem Deteksi Detonasi Nuklir Amerika Serikat (NUDET) (USNDS) untuk mendeteksi, menemukan, dan melaporkan detonasi nuklir (NUDET) di atmosfer Bumi dan dekat luar angkasa. Salah satu penggunaannya adalah penegakan perjanjian larangan uji coba nuklir.

Pita L4 pada 1.379913 GHz sedang dipelajari untuk koreksi ionosfer tambahan.

Pita frekuensi L5 pada 1,17645 GHz ditambahkan dalam proses modernisasi GPS . Frekuensi ini termasuk dalam rentang yang dilindungi secara internasional untuk navigasi aeronautika, yang menjanjikan sedikit atau tidak ada gangguan dalam semua keadaan. Satelit Blok IIF pertama yang menyediakan sinyal ini diluncurkan pada bulan Mei 2010. Pada tanggal 5 Februari 2016, satelit Blok IIF ke-12 dan terakhir diluncurkan. L5 terdiri dari dua komponen pembawa yang berada dalam fase kuadratur satu sama lain. Setiap komponen pembawa adalah kunci pergeseran bifase (BPSK) yang dimodulasi oleh rangkaian bit terpisah. "L5, sinyal GPS sipil ketiga, pada akhirnya akan mendukung aplikasi keselamatan jiwa untuk penerbangan dan memberikan ketersediaan dan akurasi yang lebih baik."

Pada tahun 2011, keringanan bersyarat diberikan kepada LightSquared untuk mengoperasikan layanan pita lebar terestrial di dekat pita L1. Meskipun LightSquared telah mengajukan permohonan lisensi untuk beroperasi di pita 1525 hingga 1559 sejak awal tahun 2003 dan telah dipublikasikan untuk mendapatkan komentar publik, FCC meminta LightSquared untuk membentuk kelompok studi dengan komunitas GPS guna menguji penerima GPS dan mengidentifikasi masalah yang mungkin timbul akibat daya sinyal yang lebih besar dari jaringan terestrial LightSquared. Komunitas GPS tidak keberatan dengan permohonan LightSquared (sebelumnya MSV dan SkyTerra) hingga November 2010, ketika LightSquared mengajukan permohonan modifikasi pada otorisasi Komponen Terestrial Tambahan (ATC). Pengajuan ini (SAT-MOD-20101118-00239) merupakan permintaan untuk menjalankan daya beberapa kali lipat lebih banyak dalam pita frekuensi yang sama untuk stasiun pangkalan terestrial, yang pada dasarnya mengubah tujuan dari apa yang seharusnya menjadi "lingkungan yang tenang" untuk sinyal dari luar angkasa menjadi setara dengan jaringan seluler. Pengujian pada paruh pertama tahun 2011 telah menunjukkan bahwa efek dari spektrum 10 MHz yang lebih rendah minimal untuk perangkat GPS (kurang dari 1% dari total perangkat GPS yang terpengaruh). 10 MHz yang lebih tinggi yang dimaksudkan untuk digunakan oleh LightSquared mungkin memiliki beberapa efek pada perangkat GPS. Ada beberapa kekhawatiran bahwa hal ini dapat menurunkan kualitas sinyal GPS secara serius untuk banyak penggunaan konsumen. Majalah Aviation Week melaporkan bahwa pengujian terbaru (Juni 2011) mengonfirmasi "gangguan signifikan" GPS oleh sistem LightSquared.

Demodulasi dan decoding

Karena semua sinyal satelit dimodulasi ke frekuensi pembawa L1 yang sama, sinyal-sinyal tersebut harus dipisahkan setelah demodulasi. Hal ini dilakukan dengan menetapkan setiap satelit urutan biner unik yang dikenal sebagai kode Gold . Sinyal-sinyal tersebut didekodekan setelah demodulasi menggunakan penambahan kode Gold yang sesuai dengan satelit yang dipantau oleh penerima.

Jika informasi almanak telah diperoleh sebelumnya, penerima memilih satelit yang akan didengarkan melalui PRN, yaitu nomor unik dalam rentang 1 hingga 32. Jika informasi almanak tidak ada dalam memori, penerima akan memasuki mode pencarian hingga kunci diperoleh pada salah satu satelit. Untuk memperoleh kunci, diperlukan garis pandang yang tidak terhalang dari penerima ke satelit. Penerima kemudian dapat memperoleh almanak dan menentukan satelit yang harus didengarkan. Saat mendeteksi sinyal setiap satelit, penerima mengidentifikasinya melalui pola kode C/A yang berbeda. Mungkin ada penundaan hingga 30 detik sebelum perkiraan posisi pertama karena kebutuhan untuk membaca data ephemeris.

Pemrosesan pesan navigasi memungkinkan penentuan waktu transmisi dan posisi satelit saat ini. Untuk informasi lebih lanjut, lihat Demodulasi dan Dekode, Lanjutan .

GPS/INS

GPS/INS adalah penggunaan sinyal satelit GPS untuk mengoreksi atau mengkalibrasi solusi dari sistem navigasi inersia (INS). Metode ini berlaku untuk sistem GNSS/INS apa pun.

GPS memberikan nilai posisi bebas penyimpangan absolut yang dapat digunakan untuk mengatur ulang solusi INS atau dapat digabungkan dengan menggunakan algoritma matematika, seperti filter Kalman. Orientasi sudut unit dapat disimpulkan dari serangkaian pembaruan posisi dari GPS. Perubahan kesalahan posisi relatif terhadap GPS dapat digunakan untuk memperkirakan kesalahan sudut yang tidak diketahui.

Keuntungan menggunakan GPS dengan INS adalah INS dapat dikalibrasi oleh sinyal GPS dan INS dapat memberikan pembaruan posisi dan sudut dengan kecepatan lebih cepat dibandingkan GPS. Untuk kendaraan dengan dinamika tinggi, seperti rudal dan pesawat terbang, INS mengisi kesenjangan antara posisi GPS. Selain itu, GPS mungkin kehilangan sinyalnya dan INS dapat terus menghitung posisi dan sudut selama periode hilangnya sinyal GPS. Kedua sistem ini saling melengkapi dan sering digunakan bersamaan.

GPS/INS umumnya digunakan di pesawat untuk keperluan navigasi. Penggunaan GPS/INS memungkinkan perkiraan posisi dan kecepatan yang lebih halus yang dapat diberikan pada tingkat pengambilan sampel yang lebih cepat daripada penerima GPS. Hal ini juga memungkinkan estimasi akurat mengenai sudut sikap pesawat (roll, pitch, dan yaw). Secara umum, fusi sensor GPS/INS adalah masalah pemfilteran nonlinier, yang biasanya diatasi dengan menggunakan filter Kalman yang diperluas (EKF) atau filter Kalman tanpa pewangi (UKF). Penggunaan kedua filter ini untuk GPS/INS telah dibandingkan di berbagai sumber, termasuk analisis sensitivitas terperinci. EKF menggunakan pendekatan linierisasi analitik menggunakan matriks Jacobian untuk linierisasi sistem, sedangkan UKF menggunakan pendekatan linierisasi statistik yang disebut transformasi tanpa aroma yang menggunakan sekumpulan titik yang dipilih secara deterministik untuk menangani nonlinier. UKF memerlukan penghitungan akar kuadrat matriks dari matriks kovarians kesalahan keadaan, yang digunakan untuk menentukan penyebaran titik sigma untuk transformasi tanpa aroma. Ada berbagai cara menghitung akar kuadrat matriks yang telah disajikan dan dibandingkan dalam aplikasi GPS/INS. Dari penelitian ini disarankan untuk menggunakan metode dekomposisi Cholesky.

Selain aplikasi pesawat terbang, GPS/INS juga telah dipelajari untuk aplikasi mobil seperti navigasi otonom, kontrol dinamika kendaraan, atau estimasi kekakuan ban saat menikung, selip, terguling, dan miring. ]

Modul GPS drone

Modul GPS dalam aplikasi drone adalah mengukur lokasi dari drone dengan mengukur seberapa lama sinyal bergerak dari satelit. Modul ini dapat juga digunakan untuk memperkirakan ketinggian. Fitur utama dari modul GPS adalah menerbangkan drone melalui way-point yang sudah ditetapkan secara otomatis. Antena GPS sering kali diletakkan diluar drone sehingga “terlihat” dari satelit untuk mendapatakan sinyal yang solid. Tidak ada definisi pasti yang membedakan antara autopilot dan flight controller. Secara umum, autopilot adalah sistem yang memungkinkan drone terbang secara autonomus melewati way point (titik-titik koordinat yang kita inginkan), sedangkan flight controller adalah alat yang memungkinkan drone terbang dengan stabil dengan mengoreksi gerakannya. Flight controller adalah otak dari drone. Flight controller ini membaca sinyal-sinyal dari sensor dan melakukan kalkulasi untuk memerintahkan drone bergerak sesuai keinginan. Adapun berikut ini adalah penjelasan dari masing-masing bagian : Processor, Accelerometer dan Gyroscope, Compass/Magnetometer, Barometer, Sensor Kecepatan Angin (Airspeed), Data logging (Black Box), Gabungan Sensor, GPS (Global Positioning System), Telemetry, Ground Station, Power Module.

Modul GPS sering digunakan sebagai komponen dalam penerbangan pesawat drone, contohnya drone jenis FPV. FPV adalah singkatan dari First Person View, dan drone FPV adalah jenis kendaraan udara tak berawak (UAV) yang diterbangkan menggunakan umpan video langsung yang dikirimkan dari kamera di drone ke sepasang kacamata atau monitor yang dikenakan oleh pilot. Drone balap racing FPV seringkali memiliki rangka yang kecil dan ringan, dengan motor brushless yang kuat yang dapat mencapai kecepatan tinggi dan berbelok tajam. Mereka mungkin juga memiliki fitur khusus seperti penghindaran rintangan, GPS, dan sistem kontrol penerbangan lanjutan untuk membantu pilot menavigasi melalui jalur yang rumit.

Sistem serupa

Setelah penerapan GPS di Amerika Serikat, negara-negara lain juga telah mengembangkan sistem navigasi satelit mereka sendiri. Sistem ini meliputi:

Sistem Satelit Navigasi Global Rusia (GLONASS) dikembangkan bersamaan dengan GPS, namun cakupan buminya tidak lengkap hingga pertengahan tahun 2000-an. Penerimaan GLONASS selain GPS dapat digabungkan dalam satu receiver sehingga memungkinkan tersedianya satelit tambahan untuk memungkinkan penetapan posisi lebih cepat dan meningkatkan akurasi, hingga dalam jarak dua meter (6,6 kaki).
Sistem Satelit Navigasi BeiDou Tiongkok memulai layanan global pada tahun 2018 dan menyelesaikan penerapan penuhnya pada tahun 2020.
Sistem satelit navigasi Galileo, sistem global yang sedang dikembangkan oleh Uni Eropa dan negara mitra lainnya, mulai beroperasi pada tahun 2016,[205] dan diharapkan dapat diterapkan sepenuhnya pada tahun 2020.
Sistem Satelit Quasi-Zenith Jepang (QZSS) adalah sistem augmentasi berbasis satelit GPS untuk meningkatkan akurasi GPS di Asia-Oseania, dengan navigasi satelit independen dari GPS dijadwalkan pada tahun 2023.
Sistem Satelit Navigasi Regional India, dikerahkan oleh India.

Lihat pula

Referensi

^ "Kateglo". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-10-07. Diakses tanggal 2012-06-18.
^ Parkinson, B.W. (1996), Global Positioning System: Theory and Applications, chap. 1: Introduction and Heritage of NAVSTAR, the Global Positioning System. pp. 3-28, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, D.C.
^ GPS Overview from the NAVSTAR Joint Program Office Diarsipkan 2006-09-28 di Wayback Machine.. Accessed December 15, 2006.
^ Penttinen, Jyrki T.J. (2015). The Telecommunications Handbook: Engineering Guidelines for Fixed, Mobile and Satellite Systems (dalam bahasa Inggris). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-94488-1.

Tanoe, Andre, October 2009. GPS Bagi pemula, dasar-dasar pemakaian sehari hari. Download buku
"NAVSTAR GPS User Equipment Introduction" (PDF). United States Coast Guard. September 1996. * Parkinson; Spilker (1996). The global positioning system. American Institute of Aeronautics and Astronautics. ISBN 978-1-56347-106-3.
Jaizki Mendizabal; Roc Berenguer; Juan Melendez (2009). GPS and Galileo. McGraw Hill. ISBN 978-0-07-159869-9.
Nathaniel Bowditch (2002). The American Practical Navigator – Chapter 11 Satellite Navigation. United States government.
Global Positioning System Open Courseware from MIT, 2012

Pranala luar

Schriever Air Force Base – GPS Operations Center Responsible for operation of the Global Positioning System
Global Positioning System di Curlie (dari DMOZ)
FAA GPS FAQ
GPS.gov—General public education website created by the U.S. Government
USCG Navigation Center—Status of the GPS constellation, government policy, and links to other references; includes satellite almanac data.
The GPS Program Office (GPS Wing) Diarsipkan 2009-05-02 di Wayback Machine.—Responsible for designing and acquiring the system on behalf of the United States Government.
U.S. Army Corps of Engineers manual: NAVSTAR HTML and PDF (22.6 MB, 328 pages)
National Geodetic Survey Orbits for the Global Positioning System satellites in the Global Navigation Satellite System
GPS PPS Performance Standard Diarsipkan 2011-12-30 di Wayback Machine.—The official Precise Positioning Service specification
GPS and GLONASS Simulation (Java applet) Simulation and graphical depiction of space vehicle motion including computation of dilution of precision (DOP)
Peta GPS Indonesia
Peta Topo 3d Indonesia

[1] "Kateglo". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-10-07. Diakses tanggal 2012-06-18.

[Parkinson-2] Parkinson, B.W. (1996), Global Positioning System: Theory and Applications, chap. 1: Introduction and Heritage of NAVSTAR, the Global Positioning System. pp. 3-28, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, D.C.

[GPS_overview_from_JPO-3] GPS Overview from the NAVSTAR Joint Program Office Diarsipkan 2006-09-28 di Wayback Machine.. Accessed December 15, 2006.

[handbook-pent-4] Penttinen, Jyrki T.J. (2015). The Telecommunications Handbook: Engineering Guidelines for Fixed, Mobile and Satellite Systems (dalam bahasa Inggris). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-119-94488-1.

[1]

[2]

[3]

[4]