GPS

(Bagian 1)

Kira-kira dua tahun yang lalu (sekarang 2012), saya diajak makan malam seorang teman di sebuah Cafe di kawasan Dago Bandung. Saya masuk ke dalam mobil teman saya tersebut. Saya duduk di depan disamping teman saya yang tengah mengemudi mobil. Dalam mobil saya melihat benda aneh. "Benda apa ini gerangan?", tanya saya. "Oh, itu penerima GPS", katanya. "Kebetulan! sudah lama saya mendengar tentang alat ini tapi belum pernah melihat unjuk kerjanya. Ini kesempatan yang tak boleh dilewatkan," pikir saya dalam hati.

Penerima GPS tampak serupa layar LCD dengan ukuran kira-kira 15cm x 10cm. Sepanjang perjalanan, saya terus mengamati layar monitor GPS. Pada layar tampak peta jalan dan penanda yang menunjukkan di mana posisi mobil berada. Penanda tampak bergerak bersesuaian dengan posisi mobil yang tengah meluncur di jalan Dago. Tak berapa lama lagi kami akan melintas di bawah jalan layang Pasupati. Hal itu saya ketahui dari layar GPS. Saya ingin cek apakah benar demikian? Perhatian saya alihkan keluar. Ternyata benar tampak dari kejauhan jalan layang Pasupati. Ketika mobil lewat di bawah jalan layang Pasupati, saya cek di layar GPS. Hebat!, setengah tak percaya: ternyata GPS pun menunjukkan kami tengah berada di bawah jalan layang yang merupakan icon kota Bandung.. "Canggih nian penerima GPS ini", pikir saya! Tak berapa lama kemudian tampak di layar GPS bahwa kami akan segera melintas di depan restoran Jepang Miyasaki. Saya semakin penasaran apakah kali ini GPS presisi. Ternyata memang presisi, terbukti ketika kami melintas di depan restoran Jepang yang ada di jalan Dago ini, GPS pun menunjukkan tepat demikian.

Setelah sampai di Cafe tujuan kami, sambil menikmati hidangan saya banyak bertanya tentang "automobile GPS Navigator" milik teman saya tadi. Alat ini memang mengagumkan: Bila ingin pergi ke mana saja, kita tinggal set pada alat GPS tadi, dan GPS akan menunjukkan jalan mana yang harus kita lewati. Bahkan kalau jalanan macet kita bisa mencari jalan-jalan alternatif tanpa takut tersesat. GPS dilengkapi dengan Data Base tempat-tempat penting seperti rumah sakit, SPBU, restoran dan entah apa lagi. Pendek kata, dengan alat ini, kita tidak akan tersesat sekalipun kita harus pergi ke kota yang belum kita kenal.

Anda tidak asing dengan GPS, bukan? Sekarang banyak handphone yang dilengkapi dengan fitur GPS. Bahkan dengan uang kurang dari satu setengah juta rupiah kita sudah bisa membeli handphone seperti ini. Mungkin di masa depan GPS merupakan fitur standar yang harus ada pada Handphone. Tapi bagaimana GPS dapat mengetahui posisi kita? Oke, kita bahas sebentar lagi...

Awalnya untuk Kepentingan Militer.

GPS adalah singkatan dari Global Positioning System. GPS dapat dibagi menjadi 3 bagian:

  1. Bagian luar angkasa, berupa banyak satelit.
  2. Bagian pengendali terletak di beberapa lokasi di Bumi.
  3. Bagian pengguna, berupa penerima GPS.

Anda dapat menentukan lokasi di sembarang tempat di manapun di dunia, kapan pun 24 jam sehari. Agar hal ini tercapai harus ada banyak satelit yang beredar merata di atas Bumi, sehingga di manapun di Bumi, di atas langit tempat kita berada sedikitnya beredar empat buah satelit. Untuk maksud tersebut, GPS mempunyai 24 buah satelit yang mengorbit bumi. Banyak sekali bukan? Karena itu GPS adalah sistem yang amat sangat mahal. Tentu saja, karena harga sebuah satelit amat mahal. Untung bagi kita, karena kita bisa menggunakan satelit ini tanpa membayar serupiahpun alias gratis, asal kita punya penerima GPS.

Ke 24 satelit tersebut membentuk konstelasi seperti berikut: Ada 6 buah bidang orbit, masing-masing bidang orbit dihuni 4 satelit. Bidang orbit mempunyai kemiringan 55° terhadap Equator

Satelit-satelit tersebut ini milik negara Amerika Serikat, dioperasikan oleh DOD (Departemen of Defence), Dephankam-nya negara Paman Sam. Nama resmi dari satelit ini adalah NAVSTAR GPS. Dulu, di jaman kakek kita, kalau ingin mengetahui posisi ketika berlayar di samudra raya, kita perlu navigasi Bintang (STAR), tapi sekarang sebagai penggantinya kita menggunakan NAVSTAR GPS. Teknologi ini relatif masih baru, muncul sekitar tahun 1980an.

Satelite ini dioperasikan oleh DOD karena awalnya direncanakan untuk keperluan militer. Kemampuan mengetahui posisi kita di bumi sangat memudahkan operasi militer. Misalnya kita bisa mengirim berita di pusat komando, "kami terkepung musuh pada koordinat x, y, z. Mohon bantuan tembakan udara segera!!" Aplikasi militer yang sangat mengerikan menurut saya adalah : adanya kemampuan membuat robot-terbang-pembunuh (peluru kendali penjelajah) yang diluncurkan ribuan kilometer dari sasaran. Peluru kendali penjelajah dapat menghancurkan target tepat sasaran, sekalipun diluncurkan dari tempat yang sangat jauh. Lebih mengerikan si peluru kendali ternyata bisa membawa senjata nuklir! Salah satu teknologi yang digunakan untuk menuntun peluru kendali menuju sasaran adalah GPS.

Selain Amerika Serikat, negara yang mempunyai GPS adalah Rusia dan Uni Eropa. GPS kepunyaan Rusia disebut GLONASS, sedangkan GPS yang akan dioperasikan oleh Uni Eropa bernama GALILEO (belum beroperasi). Republik Rakyat Cina(RRC) juga sedang membangun sistim GPS nya sendiri, mereka menyebutnya COMPASS. Konon diperkirakan belasan tahun kedepan Cina sudah selesai membangun sistem GPS untuk seluruh permukaan bumi. Selain RRC diketahui India juga tengah mengembangkan GPS.

Sampai sekarang sistem GPS yang kita gunakan adalah GPS kepunyaan Amerika Serikat. GPS yang dimiliki Rusia hanya digunakan untuk keperluan militer. Konon, karena era perang dingin sudah berakhir, Rusia jarang mengganti satelitnya, sehingga banyak yang sudah kadaluwarsa alias sudah rusak dan perlu diganti dengan satelit yang baru. Sedangkan GPS kepunyaan Uni Eropa dan negara- negara lainnya mungkin baru beroperasi tahun 2020-an (itupun kalau dunia belum kiamat!).

Bagaimana GPS Bekerja

Penerima GPS dapat menentukan lokasi karena :

  1. Penerima GPS mengetahi posisi masing-masing satelit.
  2. Penerima GPS mengetahui berapa jarak masing masing satelit.

Butir-butir di atas dapat diketahui karena satelit terus menerus memancarkan gelombang radio yang mengandung informasi "dari satelit mana" dan "pada jam berapa" informasi itu dikirimkan. Bila infomasi itu kita terjemahkan dengan bahasa manusia kira-kira berbunyi demikian: "Hallo, selamat siang saya satelit A, berita dikirim jam 12.00". "Hallo saya satelit B, selamat sore berita dikirim 17.00". Informasi tersebut kemudian "didengar" oleh penerima GPS dengan menangkap sinyal radio melalui antena yang ada pada penerima GPS.

Penerima GPS disertai dengan Almanak untuk setiap satelit, sehingga dengan hanya menyebutkan jam berapa informasi tersebut dikirim, si penerima bisa mengetahui posisi satelit yang bersangkutan. Yang dimaksud dengan posisi satelit adalah koordinat yang bersangkutan berupa lintang, bujur dan ketingggian.

Penerima GPS dapat mengetahui jarak r dari seberapa lama berita itu sampai Δt. Karena informasi yang dikirim melalui gelombang radio merambat dengan kecepatan cahaya c, maka jarak adalah:

r = c.Δ t

Selang waktu Δt dapat diketahu dengan menghitung selisih waktu antara jam informasi dikirim dan jam informasi diterima. Agar selisih waktu dapat diketahui pada satelit maupun penerima GPS masing-masing dilengkapi dengan jam. Ketika satelit GPS mengirim informasi disertakan pula data jam berapa informasi itu dikirim. Informasi tersebut dibawa gelombang radio yang merambat kesegala penjuru. Diperlukan waktu agar informasi itu sampai di lokasi penerima GPS. Kemudian penerima GPS mencatat jam berapa infomasi tersebut diterima, dengan melihat jam yang ada pada penerima. Perlu diketahui jam pada satelit dan jam pada penerima telah dibuat saling sesuai satu dengan lainnya (dibuat serempak).

Sekarang, karena jarak dan posisi masing-masing satelit diketahui, maka penerima GPS bisa mengetahui posisinya di bumi. Diperlukan 3 (tiga) buah satelit agar posisi dapat dihitung. Proses perhitungan ini disebut Trilaterasi.

Penentuan posisi dengan Trilaterasi cukup rumit untuk dipaparkan. Agar mudah menjelaskannya saya sengaja membuat animasinya. silahkan klik link berikut untuk menyaksikan animasi tersebut: animasi GPS

Jam Harus sangat Presisi.

Syarat mutlak agar proses Trilaterasi dapat dilakukan adalah : jam pada satelit dan jam pada penerima haruslah sama alias serempak. Masalah ini tampaknya sederhana, tetapi sebenarnya cukup pelik. Pokok persoalannya terletak pada kecepatan cahaya yang merambat amat cepat 300.000 km/detik. Satelit ada pada ketinggian 20.000 km diatas permukaan bumi. Sekalipun jarak satelit ke permukaan bumi sedemikan jauh, sinyal sampai ke bumi hanya dalam 0.06 detik.

Kesalahan jam, walaupun amat sedikit, misalnya sebesar 0.01 (seperseratus detik), akan mengakibatkan kesalahan pengukuran yang sangat besar. Karena dalam 0.01 detik gelombang radio telah merambat sejauh 3.000 kilometer (4 kali jarak Jakarta-Surabaya). Kesalahan pengukuran jarak haruslah beberapa puluh meter saja! Untuk mencapai maksud tersebut, kesalahan jam pada System GPS tidak boleh lebih dari 10 nano detik (=3 meter rambatan cahaya). Untuk diketahui 10 nano detik = 0.00000001 detik.

Jadi sistim GPS harus menggunakan jam yang sangat presisi. Untuk maksud tersebut, satelit membawa jam Atom. Jam ini sangat presisi, diperkirakan jam Atom hanya kehilangan 1 detik setelah puluhan ribuan tahun. Dengan membawa jam Atom, jam pada satelit tiap-tiap satelit dapat dijamin sesuai satu sama lain sampai orde nano detik. Jam-jam pada satelit dibuat serempak satu sama lain oleh pengedali di darat. Idealnya penerima GPS juga menggunakan jam Atom, tetapi Jam Atom itu mahal sekali, puluhan milyar rupiah. Orang tak akan tertarik membeli HP pintar ber-GPS bila harga yang harus dibayar puluhan milyar gara-gara jam Atom yang kelewat mahal! Jam pada penerima GPS adalah jam digital biasa, tidak lebih baik dari jam digital murah.

Jam murah yang tidak presisi pada penerima GPS tidak memungkinkan membuatnya benar-benar serempak dengan jam pada satelit. Untunglah para Ilmuwan dan Insinyur DOD dapat mengatasi masalah ini. . Sebelum digunakan, selalu cocokkan dahulu jam penerima GPS dengan jam Satelit. Masalahnya menjadi beres, bukan? Untuk itu diperlukan satelit ke-4. Bagaimana proses penentuan posisi yang melibatkan 4 satelit?? Nanti kita bahas pada tulisan berikutnya...GPS bagian ke-2.

Sumber: en.wikipedia.org


Komentar:

ian v draff(2012-12-14 07:22:00)

punyakah indonesia jam atom?

Jawaban web master
Setahu saya Indonesia tidak punya jam Atom. Entahlah kalau saya salah.


Silahkan tulis komentar anda: