a. Global Positioning System (GPS)
GNSS yang paling dikenal saat ini adalah
GPS (Global Positioning System). GPS (Global Positioning System) adalah sistem
satelit navigasi dan penentuan posisi menggunakan satelit. Nama formalnya
adalah NAVSTAR GPS, kependekan dari ‘NAVigation Satellite Timing and Ranging
Global Positioning System’. Sistem yang dapat digunakan dalam segala cuaca, di desain untuk memberikan
posisi dan kecepatan tiga dimensi yang teliti dan juga informasi mengenai
waktu, secara kontinyu diseluruh dunia.
Gambar 1. Sistem Penentuan Posisi Global, GPS [Abidin, 2007]
1) Segmen
GPS
Pada dasarnya GPS terdiri atas tiga segmen
utama, sebagai berikut:
a) Segmen
angkasa (space segment)
Segmen
angkasa GPS terdiri dari satelit-satelit GPS serta roket-roket Delta peluncur
satelit dari Cape Canaveral di Florida, Amerika Serikat. Satelit GPS bisa
dianalogikan sebagai stasiun radio di angkasa, yang diperlengkapi dengan
antena-antena untuk mengirim dan menerima sinyal-sinyal gelombang.
Sinyal-sinyal tersebut selanjutnya diterima receiver
GPS di/dekat permukaan bumi dan digunakan untuk menentukan informasi posisi,
kecepatan, waktu serta parameter-parameter turunan lainnya.
Satelit
GPS pada dasarnya terdiri dari:
(1) Solar
panel
Setiap
satelit GPS mempunyai dua sayap yang dilengkapi dengan sel-sel pembangkit
tenaga matahari yang merupakan sumber energi untuk satelit.
(2) Komponen
internal, meliputi jam atom dan pembangkit sinyal
(3) Komponen
eksternal, terdiri dari beberapa antenayang digunakan untuk menerima dan
memancarkan sinyal-sinyal ke dan dari satelit GPS.
Berdasarkan periode
operasionalisasinya, GPS
dapat terbagi atas beberapa generasi, sebagai berikut:
(1) Blok
I (Initial Concept Validation Satellites)
Satelit
Blok I adalah generasi satelit percobaan dan pertama kali diluncurkan pada
tanggal 22 Februari 1978. Masa operasional total satelit tersebut 78,29 tahun
dengan masa operasional rata-rata per sateliteb sekitar 7,8 tahun.
(2) Blok
II (Initial Production Validation
Satellites)
Satelit
Blok II adalah satelit GPS operasional generasi pertama yang diluncurkan mulai
Februari 1989 sampai dengan Oktober 1990. Blok II didesain untuk meminimalkan
interaksi dengan stasiun pemantau di bumi dan sebagian besar aktivitas
pemeliharaan satelit dapat dilakukan tanpa mengganggu pengiriman sinyal.
(3) Blok-IIA
(Upgraded Production Satellites)
Satelit
Blok II mulai diluncurkan pada November 1990 sampai dengan November 1997.
Satelit Blok-IIA pada dasarnya identik dengan satelit Blok-II, dengan satu
pengecualian yaitu seandainya stasiun pemantau satelit tidak dapat mengirimkan
pesan navigasi baru ke satelit, maka satelit akan mampu mengirimkan pesan
navigasi yang terakhir sampai dengan selama 180 hari
(4) Blok-IIR
(Replenishment Satellites)
Satelit
pertama dari generasi Blok-IIR telah diluncurkan pada tanggal 17 Januari 1997,
tetapi hancur karena kegagalan dalam proses peluncurannya. Karakteristik yang
spesifik dari satelit Blok IIR adalah kemampuannya untuk melakukan navigasi
yang sifatnya mandiri serta melakukan pengukuran jarak antar satelit.
(5) Blok-IIF
(Follow-On ‘Suistainment’ Satellites)
Satelit
pertama dari Blok IIF direncanakan akan diluncurkan pada tahun 2007. Satelit
GPS ini mempunyai navigasi yang lebih mandiri dari kendali sistem kontrol serta
pemrograman ulang on-orbit yang relatif cepat.
(6) Blok
III
Satelit
Blok III merupakan inisiatif dari Angkatan Udara Amerika Serikat yang
dimaksudkan untuk memenuhi kebutuhan navigasi dan penentuan waktu berbasiskan
satelit untuk 30 tahun mendatang. Satelit Blok III diperkirakan akan mulai
diluncurkan mulai 2012.
Konstalasi
standar dari satelit GPS terdiri dari 24 satelit yang menempati 6 bidang orbit
yang bentuknya sangat mendekati lingkaran. Keenam bidang orbit mempunyai spasi
sudut yang sama antar sesamanya. Meskipun begitu, setiap orbit ditempati oleh 4
satelit dengan interval antaranya tidak sama. Dengan adanya 24 satelit yang
mengangkasa, 4 sampai dengan 10 satelit akan selalu dapat diamati pada setiap
waktu darimanapun di permukaan bumi.
b) Segmen
sistem kontrol (control system segment)
Segmen
sistem kontrol berfungsi mengontrol dan memantau operasional semua satelit GPS
dan memastikan bahwa semua satelit berfungsi sebagaimana mestinya. Secara lebih
spesifik, tugas utama dari segmen sistem kontrol, yaitu sebagai berikut:
(1) Secara
kontinyue memantau dan mengontrol sistem satelit.
(2) Menentukan
dan menjaga waktu sistem GPS
(3) Memprediksi
ephemeris satelit serta karakteristik jam satelit
(4) Secara
periodik meremajakan(update) navigation message dari setiap satelit
(5) Melakukan
manuver satelit agar tetap berada dalam orbitnya, atau melakukan relokasi untuk
menggantikan satelit yang tidak sehat, seandainya diperlukan.
c) Segmen
pengguna (user segment)
Segmen
pengguna terdiri dari para pengguna GPS. Alat penerima sinyal GPS (GPS
receiver) diperlukan untuk menerima dan memproses sinyal dari satelit untuk
digunakan dalam penentuan posisi, kecepatan, waktu maupun parameter turunan
lainnya.
Komponen
utama receiver, meliputi antena dengan preamplifier, pemroses sinyal pemroses
data, osilasi presissi, unit pengontrolan receiver dan pemrosesan, catu daya,
memori serta perekam data.
2) Kemampuan
GPS
GPS
dapat memberikan informasi mengenai posisi, kecepatan dan waktu secara cepat,
teliti, dan murah dimana saja di Bumi ini pada setiap waktu, siang maupun malam
tanpa tergantung pada kondisi cuaca. Selain produk dasar (posisi, kecepatan dan
waktu), terdapat parameter turunan lainnya yang dapat ditentukan dengan GPS,
yaitu sebagai berikut:
a) Percepatan
b) Frekuensi
c) Azimut
Geodetik
d) Attitude
Parameters
e) TEC
f)
WVC
g) Parameter
Orientasi Bumi
h) Tinggi
Orthometrik
i)
Undulasi Geoid
j)
Defleksi Vertikal
k) Beragam
aplikasi
l)
Parameter tinggi
orthometrik, undulasi geoid dan defleksi vertikal perlu dikombinasikan dengan
formasi eksternal dari sistem lainnya.
3)
Fungsi
dan Kegunaan GPS
a) GPS untuk Militer
GPS dapat dimanfaatkan untuk mendukung sistem
pertahanan militer. Lebih jauh dari itu bisa memantau pergerakan musuh saat
terjadi peperangan, juga bisa menjadi penuntun arah jatuhnya bom sehingga bisa
lebih tertarget.
b) GPS untuk Navigasi
Dalam kebutuhan berkendara sistem GPS pun sangat
membantu, dengan adanya GPS Tracker terpasang pada kendaraan maka akan membuat
perjalanan semakin nyaman karena arah dan tujuan jalan bisa diketahui setelah
GPS mengirim posisi kendaraan kita yang diterjemahkan ke dalam bentuk peta digital.
c) GPS untuk Sistem Informasi
Geografis.
GPS sering juga digunakan untuk keperluan sistem
informasi geografis, seperti untuk pembuatan peta, mengukur jarak perbatasan,
atau bisa dijadikan sebagai referensi pengukuran suatu wilayah.
d) GPS untuk Sistem Pelacakan
Kendaraan
Fungsi ini hampir sama dengan navigasi, jika dalam
navigasi menggunakan perangkat penerima sinyal GPS berikut penampil titik
koordinatnya dalam satu perangkat, sedangkan untuk kebutuhan sistem pelacakan
adalah alat penampil dan penerima sinyal berbeda lokasi. Contohnya kita bisa
mengetahui lokasi kendaraan yang hilang dengan melihat titik kordinat yang
dihasilkan dari alat yang terpasang dalam kendaraan tersebut, untuk melihatnya
bisa melalui media smartphone atau alat khusus lainnya.
e) GPS untuk Pemantau Gempa
Saat ini teknologi GPS yang terus ditingkatkan
menghasilkan tingkat ketelitian dan keakuratan yang sangat tinggi sehingga GPS
dapat dimanfaatkan untuk memantau pergerakan tanah di bumi. Dengan hal itu maka
para pakar Geologi dapat memperkirakan kemungkinan terjadinya gempa di suatu
wilayah.
b. Global
Navigation Satellite System (GLONASS)
Sistem
satelit navigasi lainnya selain GPS yang cukup menjanjikan untuk digunakan
adalah sistem satelit milik Rusia yang bernama GLONASS (Global Navigation
Satelite). Pengembangan GLONASS telah dimulai pada tahun 1976. GLONASS mulai operasional pada
tahun 1991, walaupun pengembangan konstelasi secara penuh terselesaikan pada
tahun 1996.
GLONASS
didesain untuk memberikan posisi, kecepatan dan waktu di mana saja di permukaan
bumi pada setiap saat dan waktu tanpa tergantung cuaca. Prinsip penentuan
posisinya adalah
dengan mengukur jarak ke beberapa satelit sekaligus. Seperti halnya GPS sistem
GLONASS didesain untuk operasional dengan 24 satelit. Dari jumlah konstelasi
satelit tersebut, untuk sementara 7 satelit masih dimatikan dan 17 satelit
telah beroperasi.
Dengan pusat pengendali darat berlokasi di Moscow, satelit GLONASS dapat
menyiarkan data melalui stasiun pengendali di darat, namun demikian sistem
satelit GLONASS belum mampu berdiri sendiri untuk satelit penentuan posisi,
masih menggunakan sistem rangkap GPS+GLONASS terutama untuk para pengguna dalam
Real Time Kinematic GPS (RTK-GPS),
penerima yang dapat menggunakan satelit GLONASS untuk meningkatkan penentuan
posisi berintegrasi dengan satelit GPS dan telah terbukti sangat menguntungkan
di dalam suatu lingkungan yang sulit dicover satelit. Dalam peningkatan
pengembangan sistem GLONASS dapat ditingkatkan ke dalam sistem komersil yang
mampu bersaing di dalam pasar umum penggunan sistem GNSS.
c. GALILEO
Saat ini
Uni Eropa (European Union atau EU) bekerjasama dengan badan antariksa Eropa
atau ESA sedang mengembangkan program GNSS Galileo. Pembagian tugas sebagai
berikut: UE adalah bertanggung jawab utuk dimensi politik dan untuk pengaturan
sasaran program pengembangan , kemudian ESA secara teknis mengembangkan dan
mensahkan sistem satelit. Pengembangan program GNSS Galileo ini
dilatarbelakangi karena para pengguna navigasi satelit tidak mempunyai
alternatif pilihan selain menggunakan GPS atau GLONASS. Untuk itu maka tahun
1990-an Eropa merasa perlu untuk memiliki satelit sendiri. Satelit pertama
yaitu Galileo In-Orbit Validation Element-A(GIOVE-A) dan satelit kedua GIOVE-B
diluncurkan bulan april 2008.
Sistem
Galileo didesain untuk memberikaan posisi dan kecepatan tiga dimensi yang
teliti dan juga informasi mengenai waktu / frekuensi secara kontinyu di seluruh
dunia tanpa tergantung waktu dan cuaca, serta mempunyai fungsi Search and
Rescue (SAR) yang tidak
dipunyai oleh sistem GPS maupun GLONASS. Segmen angkasa Galileo direncanakan akan
mempnyai konstelasi operasi yang terdiri dari 30 satelit (27 operasional + 3
cadangan aktif) dengan spesifikasi sebagai berikut:
a) Orbit
berbentuk lingkaran dengan ketinggian satelit 23.222 km di atas permukaan bumi.
b) Inklinasi
orbit = 56 derajat
c) Tiga
orbit berspasi sama.
d) 9
operasional satelit berspasi samapada setiap orbit.
e) 1
satelit cadangan aktif pada setiap orbit.
Gambar 2. Konstelasi 30 satelit navigasi
Setiap
satelit Galileo akan dilengkapi dengan dua jam atom yaitu Rubidium dan Hydrogen
Master. Satelit-satelit tersebut
akan memancarkan 10 sinyal navigasi yang berbeda yang dipancarkan menggunkan 4
gelombang pembawa yaitu E5a, e5b, E6, dan E2-L1-E1 dengan frekuensi tengah
berada pada rentang frekuensi 1,1-1,6 Ghz. Karena itu, masing-masing satelit
Galileo akan memancarkan kode yang berbeda satu dengan yang lainnya. Banyaknya
sinyal yang dipancarkan sistem Galileo untuk melayani berbagai aplikasi yang
umum dinamakan the open service (OS), safety of life
(SOL), commercial
service (CS) dan public regulated service
(PRS). Dalam hal ini,
pemisahan dibuat untuk memisahkan sinyal yang mengandung data navigasi atau
kanal data dan sinyal yang tidak membawa data yang dinamakan kanal pilot. Kelaikpakaian sistem
Galileo akan dikontrol oleh dua Galileo Control Centres (GCC) yang berada di
Eropa serta 20 Galileo Sensor Stations (GSS) yang ditemptkan di seluruh dunia.
d. Sistem
Satelit Navigasi BeiDou
Sistem
Satelit Navigasi BeiDou atau BeiDou Navigation Satellite System (BDS) adalah
sistem satelit yang sedang dikembangkan China untuk menentukan lokasi bagi keperluan militer. China mengembangkan satelit Beidou
ini untuk mengurangi ketergantungan terhadap sistem satelit navigasi GPS dan
GLONASS. Sistem
ini terdiri dari dua satelit yang terpisah yang merupakan sebuah sistem uji
terbatas yang telah beroperasi sejak tahun 2000, dan sistem navigasi global
skala penuh yang saat ini sedang dibangun. Sistem BeiDou pertama, yang secara
resmi disebut Sistem Eksplorasi Navigasi BeiDou Satellite dan juga dikenal
sebagai BeiDou-1A dan Beidou-1B
yang diluncurkan masing-masing pada bulan Oktober 2000 dan Desember 2000. Sistem ini terdiri dari tiga satelit dan menawarkan
cakupan terbatas dan aplikasi.
Generasi
kedua dari sistem ini, yang secara resmi disebut BeiDou Navigation Satellite
System (BDS) dan juga dikenal sebagai COMPASS atau BeiDou-2, akan menjadi
sistem navigasi satelit global yang terdiri dari 35 satelit, dan sedang dibangun
mulai Januari 2015. Satelit ini
mulai beroperasi di China pada bulan Desember 2011, dengan 10 satelit
digunakan, dan mulai menawarkan layanan kepada pelanggan di kawasan Asia
Pasifik pada bulan Desember 2012. Maskapai ini direncanakan untuk mulai melayani
pelanggan global pada saat selesai pada tahun 2020. Pada tahun 2015, China
memulai pembangunan sistem BeiDou generasi ketiga (BDS-3) di konstelasi cakupan
global. Satelit BDS-3 pertama diluncurkan 30 Maret 2015. Pada bulan Februari
2016, lima satelit validasi BDS-3 in-orbit telah diluncurkan.
Menurut
China Daily, setelah lima belas tahun sistem satelit ini diluncurkan, telah menghasilkan omset $
31,5 miliar per tahun untuk perusahaan besar seperti China Aerospace Science
and Industry Corp, AutoNavi Holdings Ltd, dan China North
Industries Group Corp. BeiDou telah digambarkan sebagai sistem navigasi
satelit potensial untuk menyalip GPS dalam penggunaan global, dan diharapkan
lebih akurat daripada GPS setelah selesai sepenuhnya. Generasi ketiga BeiDou
saat ini mengklaim mencapai akurasi tingkat milimeter (dengan pemrosesan
pasca), yang sepuluh kali lebih akurat daripada tingkat GPS terbaik.
e. Quasi-Zenith Sistem
Satelit (QZSS)
Pada
tahun 2003 Jepang sebagai negara yang maju secara teknologi memulai sebuah
proyek dengan nama Quasi-Zenith Sistem Satelit (QZSS) atau dalam bahasa jepang
Jun-Ten-Cho (Miljenko, 2007). QZSS akan meningkatkan kinerja GPS dalam dua cara
yaitu peningkatan ketersediaan sinyal GPS, dan peningkatan performa GPS
(mencakup akurasi dan keaslian sinyal GPS).
QZSS
terdiri dari 3 (tiga) satelit dan akan memberikan layanan posisi satelit secara
regional serta komunikasi dan broadcasting.
Setiap satelit akan berada dalam 3 bidang orbit yang berbeda, dimana mempunyai
kemiringan 45 derajat terhadap Geostationary
orbit (GEO). Satelit pertama yang diberi nama Michibiki telah diluncurkan
pada tanggal 11 September 2010. QZSS ini beroperasi secara penuh pada tahun
2013. Dalam orbitnya tersebut, satelit QZSS akan melengkapi sistem GNSS lainnya
yang selama ini digunakan jepang. Selain itu QZSS akan mencakup wilayah
Australia dan daerah Asia. Sistem satelit QZSS diaplikasikan untuk menyediakan
layanan berbasis komunikasi dan informasi posisi.
Gambar 3. Orbit QZSS
f. India Regional Navigation
Satellite System (IRNSS)
IRNSS
adalah sistem satelit navigasi yang dikembangkan oleh badan antariksa India India Space Research Organisation (ISRO) yang berada di bawah
kontrol pemerintah India. Konstelasi IRNSS akan terdiri dari 7 (tujuh) satelit,
3 (tiga) diantaranya di orbit GEO (34° E, 83° E dan 131,5° E), dan 4 (empat) di
GSO dengan kemiringan 29 derajat terhadap bidang ekuator seperti yang
ditunjukkan pada gambar 2-3b. Semua satelit akan terus terlihat di wilayah
India selama 24 jam setiap hari. Sistem IRNSS akan menyediakan dua jenis
layanan yaitu Service Standard
Positioning (SPS), dan Restricted
Service For Special User (layanan terbatas untuk pengguna khusus). Kedua
layanan ini akan disediakan pada frekuensi band L5 dan S-band, aplikasi satelit
ini digunakan untuk pemetaan, penentuan posisi dan akurasi cuaca yang lebih
baik (Sumber: Satellite Navigation,
2010). Sistem IRNSS dapat memberikan akurasi posisi absolut yang lebih baik
dari 10 meter (33 kaki) di seluruh daratan India dan lebih baik dari 20 meter
(66 kaki) di Samudra Hindia serta wilayah yang membentang sekitar 1500 km di
seluruh India.
Gambar 4.
Pelayanan Regional (a), Konstelasi IRNSS (b)
g. DORIS
Doris
merupakan kependekan dari Doppler
Orbitograhy and Radio-positoning Integrated by Satellite. Sistem navigasi
berbasis satelit ini dikembangkan oleh Perancis, kerjasama dengan CNES (Centre
National D’Etude Spatiale), IGN (Institute de Geographie Nationale) dan GRDS
(Groupement de Research Geodetique Spatiale). Sistem Doris memiliki dua
komponen utama yang ditempatkan di satelit terdiri dari antena dan Osilator,
sedangkan yang berada di permukaan bumi berupa jaringan global Stasiun Doris
Beacons, yang pada tahun 2008 terdiri dari 61 buah yang tersebar di berbagai
penjuru dunia dan slah satunya berada di Cibinong dioperasikan oleh
Bakosurtanah/BIG.
Seperti
halnya sistem navigasi lainnya, sistem Doris bekerja berdasar Effect Doppler yaitu terjadinya
pergeseran antara frekuensi dipancarkan oleh pemancar (transmitter) dan frekuensi yang diterima oleh penerima (receiver). Frekuensi akan meningkat bila
antara pemancar dan penerima terjadi pergerakan relatif ke arah salaing
mendekat satu terhadap yang lain dan frekuensi akan menurun bila terjadi
pergerakan sebaliknya saling menjauh. Setipa stasiun Doris Beacons memancarkan
dua pita frekuensi yang berbeda yaitu 2,036.25 MHz dan 401.25 MHz. Alat
penerima di satelit menganalisa sinyal-sinyal yang diterimanya untuk menghitung
kecepatan satelit relatif kepada Bumi dan hasilnya akan menjadi masukan bagi
model untuk determinasi posisi orbit satelit dengan tingkat ketelitan hingga Cm
pada jarak vertikal. Sistem Dris banyak digunakan pada sejumlah satelit untuk
kepentingan penentuan posisi, altimetri, dan pemantauan gerakan kutub Bumi,
pemantauan dalam rangka kontribusi pada ITRF (international Terestrial Reference Frame) serta pemantauan gerakan
lempeng tektonik. Disamping itu sistem Doris juga diaplikasikan untuk
penyermpurnaan model medan gravitasi Bumi dan Geoid serta pengukuran waktu baik
di satelit maupun dalam kerangka
kerja TAI (Time
Atomic International).
Gambar 6.
Doris Beacons Antenna
