SINYAL DAN FREKUENSI GPS

TomTom Navigator Via Michelin Destinator Route 66 Rand McNally Street Finder TravRoute Door-to-Door 2000 Mappopolis National Geographic TOPO CoPilot Live dan lain-lain.

E. SINYAL DAN FREKUENSI GPS

Setiap satelit GPS terus-menerus memancarkan sinyal-sinyal kepada peralatan penerima GPS untuk kepentingan penentuan lokasi dan sinkronisasi waktu. Secara umum sinyal-sinyal tersebut terbagi ke dalam dua kategori yaitu sinyal jarak dan sinyal navigasi. Sinyal jarak dipergunakan untuk menentukan jarak penerima dan satelit. Sinyal navigasi memberikan informasi orbit satelit sehingga penerima dapat menghitung posisi satelit ephemerisnya. Sinyal navigasi juga berisi informasi tentang jaringan GPS secara keseluruhan maupun tentang waktu. Gambar 14. Modulasi Sinyal GPS E.1. SINYAL JARAK Sinyal jarak diperlukan untuk menghitung signal transmit time, waktu yang diperlukan sinyal dari satelit mencapai penerima, sering juga disebut Time of Arrival TOA, yang apabila dikalikan dengan kecepatan cahaya dalam vakum 299792458ms akan memberikan informasi jarak dari satelit kepada penerima. Setiap satelit memancarkan sinyal-sinyal GPS dalam dua jenis kode spektrum yaitu kode Coarse Acquisition CA yang tersedia secara gratis untuk umum dan kode Precise P yang terenkripsi dan dipergunakan oleh militer. Kode CA dan kode P didesain berbeda fase 90° Quadra-Phase. Tabel 3. Pita Frekuensi GPS Pita Frekuensi Fase Penggunaan Awal Penggunaan Sekarang L1 1575.42 MHz 1.In-Phase I-sefase dengan gelombang pembawa 2. Quadra-Phase Q -berbeda fase 90° dengan gelombang pembawa Kode PY yang terenkripsi Kode CA Kode PY yang terenkripsi dan Kode M militer Kode CA dan kode sipil L1 L2 1227.60 MHz 1. In-Phase 2. Quadra-Phase Kode PY yang terenkripsi - Kode PY yang terenkripsi dan Kode M militer Kode sipil L2 L2C L5 1176.45 MHz 1. In-Phase - Sinyal Pilot Safety of Life SoL 2. Quadra-Phase - Sinyal Data Safety of Life SoL Gambar 15. Pembuatan PRN Kode CA adalah kode PRN Pseudo Random Number sepanjang 1.023 bit yang dipancarkan 1,023 Megabit second 1,023 Mbs yang diulang terus setiap satu milidetik. Keunggulan dari kode random dengan ribuan bit ini adalah kerumitannya sehingga hanya dapat diterjemahkan jika benar-benar sama dan setiap satelit masing-masing mempunyai kode CA PRN yang berbeda. Metode ini juga digunakan dalam teknologi CDMA Code Division Multiple Access di mana penerima dapat menerima sinyal dari berbagai satelit pada frekuensi yang sama. Tapped Feedback Shift Registers dipergunakan untuk menghasilkan kode biner 0 dan 1 secara urut dengan frekuensi 1,023 MHz. Pada setiap pulsa, bit pada register digeser ke kanan di mana isi dari register paling kanan di baca sebagai keluaran. Data baru pada register paling kiri dibuat dengan penjumlahan modulo-2 binary sum dari sekelompok register tertentu. Pada kode CA, mempergunakan dua buah TFSR 10 bit yang menghasilkan dua buah kode Gold G yaitu G1 dengan menghitung polynomial 1 + X 3 + X 10 dan G2 dengan menghitung polynomial 1 + X 2 + X 3 + X 6 + X 8 + X 9 + X 10 . Keluaran dari register paling kanan dari G1 TFSR dijumlahkan secara modulo-2 dengan terhadap isi register G2. Kombinasi keluaran yang berbeda dari register G2 menghasilkan kode PRN yang berbeda. Ada 36 jenis kode yang berbeda yang bisa dihasilkan dalam satu kali proses. Gambar 16. Modulasi kode CA Kode Precision juga merupakan kode PRN kode acak namun setiap satelit mempergunakan sebanyak 6.1871 × 10 12 bit kode dan hanya diulang satu minggu sekali dipancarkan dengan kecepatan 10,23 Mbitdetik. Kode P sepanjang ini cukup aman terhadap interferensi yang timbul dari obyek-obyek tata surya. Untuk mencegah penggunaannya oleh pihak-pihak yang tidak berkepentingan maka kode P dienkripsi, dengan suatu algoritma enkripsi, kode W , untuk menghasilkan suatu kode akhir, kode Y. Kode yang terenkripsi inilah yang ditransmisikan ke penerima kode PY. Kode enkripsi W tetap dirahasiakan terhadap masyarakat namun diperkirakan berada di sekitar 20 kHz yang lebih rendah frekuensinya dari kode P. Hal ini memperbolehkan penerjemahan kode Y tanpa mengetahui detail dari kode W Nerem, 2004. Kode PRN GPS dibuat dari angka 1 sampai 37 hanya angka 1-31 yang dipakai, sedangkan selebihnya dipakai oleh oleh peralatan navigasi darat. Gambar 17. Modulasi kode P Kode CA dibuat unik untuk masing-masing satelit sedangkan kode P pada masing-masing satelit sebenarnya merupakan potongan dari kode P utama dengan panjang kira-kira 2.35 × 10 14 bit 235,000,000,000,000 bit, masing-masing satelit memancarkan kode bagiannya yang berbeda-beda. E.2. SINYAL NAVIGASI Sinyal navigasi berisi tiga bagian pesan yaitu : informasi waktu dan tanggal, data ephemeris dan almanak. Informasi waktu juga berisi tentang status satelit dan kesehatannya. Data ephemeris memberikan informasi orbit satelit secara akurat. Almanak berisi data orbit lokasi dan informasi masing-masing satelit yang berada pada seluruh jaringan GPS dan nomor PRNnya masing- masing. Data ephemeris berisi jalur-jalur orbit sesuai dengan hukum Keppler yang dikoreksi dengan memperhitungkan gangguan radiasi matahari dan medan-medan gravitasi yang tidak uniform. Data ephemeris sangat terperinci dan hanya mempunyai masa berlaku 30 menit sedangkan data almanak bersifat umum dan dapat berlaku selama beberapa minggu. Almanak dipergunakan untuk membantu penerima GPS untuk menentukan satelit mana yang harus dicari, setelah menemukan sinyal satelit yang dimaksud, penerima mengambil data ephemeris dari satelit yang bersangkutan. Penentuan posisi satelit tidak dapat ditentukan sampai penerima GPS menerima keseluruhan data ephemeris secara lengkap dan akurat dari satelit tersebut. Sinyal navigasi tersusun dalam bentuk 1.500 bit data, yang terbagi lagi atas lima bagian frame masing-masing sebesar 300 bit dan dipancarkan dengan kecepatan 50 bps. Sehingga setiap bagian memerlukan 6 detik untuk menyelesaikan pemancaran datanya. Bagian 1 berisi data jam dan tanggal, status satelit dan kondisinya Bagian 2 dan 3 , berisi data ephemeris satelit Bagian 4 dan 5, berisi 125 bagian dari almanak, sehingga untuk memperoleh isi almanak secara keseluruhan 15.000 bit diperlukan waktu 12,5 menit. Transfer data almanak akan memakan waktu 12,5 menit, hal inilah yang menyebabkan waktu jeda yang lama bagi peralatan pemakai GPS saat pertama kali dinyalakan supaya berada pada status siap pakai. Informasi almanak dipergunakan untuk memantau satelit-satelit GPS yang lain, sedangkan data ephemeris dari masing-masing satelit digunakan untuk menentukan posisi satelit- satelit yang aktif dipakai. Waktu yang diperlukan untuk memperoleh informasi ini menyebabkan waktu jeda yang cukup lama pada saat penentuan posisi pertama kali setelah peralatan penerima GPS dimatikan selama beberapa jam. . E.3. GELOMBANG PEMBAWA Kode CA dan kode P adalah data, sedangkan untuk mentransmisikannya diperlukan gelombang pembawa. Gelombang pembawa dihasilkan dengan jam kristal cesium atau rubidium dengan frekuensi 10,23 MHz. Setiap satelit diperlengkapi dengan dua buah jam atom cesium dan dua buah jam atom rubidium, sehingga diperoleh ketepatan waktu 10 -13 detik dalam satu hari atau satu detik dalam satu juta tahun dengan tiga buah jam atom rubidium pada satelit blok IIR dan IIR-M. Satelit-satelit yang termasuk golongan blok IIF bahkan mempergunakan maser hidrogen yang mempunyai ketepatan waktu lebih baik. Proses modulasi data ke dalam gelombang pembawa diperlihatkan pada gambar 12, dimana gelombang pembawa sinusoidal disuperposisikan dengan gelombang data yang bersifat kotak square wave. Gambar 18. Gelombang pembawa, sinyal jarak dan sinyal navigasi siklus Gelombang pembawa Kode data Gelombang pembawa yang termodulasi Gambar 19. Modulasi gelombang pembawa dengan data yang dibawanya Gambar 20. Modulasi kode CA dan P Gelombang pembawa yang dipakai adalah pada pita L, yaitu dua frekuensi pita L, L1 dan L2 Reinard, 2000 . L1 dimodulasikan dengan kode CA kode publik maupun kode P kode militer, sedangkan L2 dimodulasikan dengan kode P saja. Pemakaian dua jenis frekuensi ini berguna untuk mengukur adanya gangguan ionosfer sehingga dapat menghilangkan pengaruh derau yang timbul. Selain itu berguna juga untuk data cadangan dimana data GPS diperoleh dari dua sumber yang berguna apabila mengalami kesulitan pengolahan data jika dari satu sumber saja. Dan juga berguna saat terjadinya gangguan disengaja pada sistem GPS melalui jamming dari orang-orang yang tidak bertanggung jawab. Frekuensi L1 diperoleh dengan mengalikan frekuensi dasar 10,23 MHz dengan 154 sehingga diperoleh 1575.42MHz =19 cm sedangkan frekuensi L2 diperoleh dengan mengalikan frekuensi dasar dengan 120 sehingga diperoleh frekuensi 1227.60MHz =24 cm. E.4. PENSINYALAN TAMBAHAN Sistem GPS telah beroperasi dengan penuh sejak 17 Juli 1995 mempergunakan ketiga jenis sinyal di atas. Namun karena perkembangan teknologi dan juga bertambahnya kebutuhan akan pemakaian GPS dalam bidang sipil menuntut adanya pensinyalan tambahan. Pertama kali diumumkan oleh wakil presiden AS pada tahun 1998 dan dikuatkan oleh keputusan konggres AS pada tahun 2000 yang menyebut proyek tersebut sebagai GPS III. Sistem GPS III membutuhkan stasiun darat dan satelit yang baru, dengan tambahan sinyal navigasi untuk keperluan militer maupun sipil. Selain itu juga dirancang agar sistem ini mempunyai keakuratan dan ketersediaan yang lebih baik bagi semua pemakai sistem GPS. Sistem GPS III direncanakan akan selesai kira- kira tahun 2013. E.4.1. SINYAL L2C Tambahan sinyal yang pertama kali diumumkan adalah sinyal L2C yang digunakan untuk keperluan sipil. Kode sipil ini dipancarkan pada frekuensi yang berbeda daripada L1 untuk kode CA, yaitu frekuensi L2 sehingga disebut sinyal L2C kode Civil sipil pada L2. Oleh karena perbedaan ini, maka pensinyalan L2C memerlukan perangkat keras baru pada satelit GPS sehingga hanya akan dapat dipergunakan pada satelit GPS dengan desain baru yaitu satelit Block IIR-M dan yang akan datang. Tidak seperti kode CA, sinyal L2C mempergunakan dua buah kode PRN sebagai sinyal jarak, yaitu kode Civilian Moderate CM dan kode Civilian Long CL. Kode CM terdiri dari 10.230 bit kode yang diulang setiap 20 ms. Kode CL terdiri dari 767.250 bit kode yang diulang setiap 1.500 ms. Masing-masing sinyal dipancarkan dengan kecepatan 511.500 bps, namun keduanya dimultipleksikan sehingga kecepatannya bersamanya menjadi 1.023.000 bps. Kode CM dimodulasikan dengan metode sinyal navigasi CNAV sedangkan kode CL tidak dimodulasikan dengan data apapun sehingga disebut sinyal tanpa data . Jika dibandingkan dengan sinyal CA, sinyal L2C dapat dipergunakan untuk metode pengembalian data 2,7 dB lebih baik dan pelacakan 0,7 dB lebih baik sekalipun sinyal L2C dipancarkan dengan daya 2,3 dB lebih lemah. E.4.2. PESAN NAVIGASI CNAV Metode navigasi CNAV merupakan perbaikan dari pesan navigasi sebelumnya NAV karena didesain lebih akurat. Dalam format pesan CNAV, pesan navigasi seperti waktu, status, Ephemeris dan almanak tidak lagi mempergunakan frame melainkan menggunakan metode paket data seperti protokol TCPIP pada internet. Metode paket data mempergunakan dua bagian pesan, yang pertama paket kendali PCI : Protocol Control Information dan yang kedua data yang ingin ditransmisikan. PCI terletak di depan dan di belakang pesan sedang data yang diinginkan berada di antaranya. Dengan pesan navigasi CNAV dua dari empat pesan yang dikirimkan berisi data ephemeris dan minimal satu dari empat paket data berisi data waktu, namun sebenarnya desain dari CNAV memperbolehkan beragam paket data untuk ditransmisikan. Dengan 32 satelit GPS yang beroperasi saat ini sedangkan kebutuhan data yang perlu dipancarkan oleh satelit masih kecil maka sebenarnya pemakaian kapasitas transmisi data satelit GPS belum mencapai 75,

F. SENSOR GPS