Proses Perjalanan Sinyal GPS

Rangkuman salah satu bab dalam buku “PENENTUAN POSISI DENGAN GPS DAN APLIKASINYA” karya Hasanuddin Z. Abidin

Satelit GPS memancarkan sinyal-sinyal, pada prinsipnya untuk ‘memberi tahu’ si pengamat sinyal tentang posisi satelit tersebut serta jarak dari si pengamat beserta informasi waktunya. Dengan mengamati satelit dalam jumlah yang cukup menggunaka receiver GPS, pengamat dapat menentukan posisi, kecepatan, waktu, maupun parameter-parameter turunan lainnya.

Pada dasarnya sinyal GPS dapat dibagi atas 3 komponen yaitu:

1.  penginformasi jarak (kode) yang berupa kode-P(Y) dan kode-C/A,

2.  penginformasi posisi satelit (navigation message), dan

3.  gelombang pembawa (carrier wave) L1 dan L2

Kode-C/A merupakan rangkaian dari 1023 bilangan biner (chips) yang berulang setiap milidetik (msec) dan hanya dimodulasikan pada gelombang pembawa L1. Sedangkan kode-P merupakan rangkaian bilangan biner yang sangat panjang, yaitu 2,3547 x 10¹⁴ chips, dan polanya tidak berulang sampai setelah 267 hari, serta dimodulasikan pada gelombang pembawa L1 dan L2. Pada saat ini untuk mencegah terjadinya kemungkinan pengelabuan (spoofing) dari pihak musuh, pihak militer AS yang merupakan pengelola GPS, telah mentransformasikan kode-P menjadi kode-Y yang strukturnya hanya diketahui oleh pihak militer AS dan pihak-pihak yang diizinkan saja.

Waktu yang diperlukan untuk ‘mengimpitkan’ kode yang diterima dari satelit dan kode replika yang diformulasikan di dalam receiver (dt) adalah waktu yang diperlukan oleh kode tersebut untuk menempuh jarak dari satelit ke pengamat. Dengan mengalikan data dt dengan kecepatan cahaya maka jarak antara pengamat dengan satelit dapat ditentukan.

Di samping berisi kode-kode, sinyal GPS juga berisi pesan navigasi (navigation message) yang berisi informasi tentang koefisien koreksi jam satelit, parameter orbit, almanak satelit, UTC, parameter koreksi ionosfer, serta informasi spesial lainnya seperti status konstelasi dan kesehatan satelit. Salah satu informasi yang terkandung dalam pesan navigasi GPS adalah ephemeris (orbit) satelit yang biasa disebut broadcast ephemeris. Dalam broadcast ephemeris, informasi tentang posisi satelit tidak diberikan langsung dalam koordinat, tetapi dalam bentuk elemen-elemen keplerian dari orbit GPS yang dapat digunakan untuk menghitung posisi satelit dari waktu ke waktu.

Selain broadcast ephemeris, pesan navigasi juga berisi almanak satelit yang memberikan informasi tentang orbit nominal satelit. Almanak satelit sangat berguna baik bagi receiver GPS dalam proses akuisasi awal data satelit maupun bagi para pengguna dalam perencanaan waktu pengamatan yang optimal. 

Gelombang Pembawa

Ada dua gelombang pembawa yang digunakan yaitu L1 dan L2. Dalam hal ini, gelombang L1 membawa kode-kode P (Y) dan C/A beserta pesan navigasi, sedangkan gelombang L2 membawa kode P (Y) dan pesan navigasi. Agar gelombang pembawa dapat ‘membawa’ data kode dan pesan navigasi, maka data tersebut harus ditumpangkan ke gelombang pembawa.

Proses pemodulasian sinyal GPS melalui dua tahap yaitu binary-to binary modification of codes dan tahap binary biphase modulation. Pada tahap pertama, navigation message ditumpangkan ke kode-P(Y) dan kode C/A. Sedangkan pada tahap kedua, masing-masing kode yang telah ‘membawa’ navigation message ditumpangkan ke gelombang pembawa L1 dan L2.

Perjalanan Sinyal GPS

Dalam perjalanannya dari satelit ke pengamat di permukaan bumi, sinyal GPS harus melalui medium-medium ionosfer dan troposfer, dimana dalam kedua lapisan tersebut sinyal GPS akan mengalami refraksi dan sintilasi (scintillation) di dalamnya, serta pelemahan (atmospheric attenuation) dalam lapisan troposfer. Di samping itu, sinyal GPS juga dapat dipantulkan oleh benda-benda di sekitar pengamat sehingga dapat menyebabkan terjadinya multipath, yaitu fenomena dimana sinyal GPS yang diterima oleh antena adalah resultan dari sinyal langsung dan sinyal pantulan. Kesalahan dan bias tersebut akan menyebabkan kesalahan pada jarak ukuran dengan GPS, sehingga harus diperhitungkan dalam pemrosesan sinyal GPS untuk keperluan penentuan posisi. 

Sumber gambar:

1. http://www.gpsmagazine.com

2. http://kaskus.us