Cara Kerja Perangkat GPS

Orang-orang terdahulu harus melakukan langkah-langkah yang cukup luar biasa agar tidak tersesat. Mereka mendirikan tanda monumental, susunan batu yang susah payah dibuat, peta yang terperinci dan belajar membaca bintang-bintang di langit malam. Kemajuan teknologi membuat segala hal menjadi lebih mudah, betapa beruntungnya kita. Dengan harga yang relatif terjangkau, Anda sudah bisa membeli gadget berukuran saku dilengkapi dengan LCD beresolusi tinggi yang mampu "menggambarkan" dengan tepat posisi di mana Anda berada setiap saat. Selama Anda memiliki penerima GPS (Global Positioning System) dan pandangan yang jelas dari langit, Anda tidak akan kesulitan mencari arah dan tersesat lagi.
Pada kesempatan ini, kita akan mencari tahu bagaimana sebuah GPS, teknologi menakjubkan ini bekerja. Seperti yang kita pikirkan, GPS mencakup banyak hal, daris egi harga dan melibatkan banyak masalah teknis, tetapi konsep dasar cara kerjanya cukup sederhana dan intuitif.

Ketika orang berbicara tentang GPS, mereka sebenarnya membahas mengenai penerima GPS (GPS receiver). Global Positioning System (GPS) sebenarnya adalah konstelasi sejumlah satelit yang mengorbit bumi di luar angkasa. Pada awalnya digunakan untuk kebutuhan militer sebagai sistem navigasi militer, tapi segera membukanya untuk kebutuhan lain.

Satelit dengan ukuran 1,5 hingga 4 ton dengan tenaga surya mengelilingi dunia pada jarak sekitar 19.300 km, membuat dua rotasi penuh setiap hari. Orbit diatur sedemikian rupa sehingga setiap saat, di mana saja di Bumi, setidaknya ada empat satelit berada di atas langit di daerah tertentu.

Baca juga: Cara Kerja Bluetooth

Fungsi penerima GPS adalah untuk menemukan empat atau lebih dari satelit ini, mengetahui jarak masing-masing, dan menggunakan informasi ini untuk mendapatkan lokasi. Operasi ini didasarkan pada prinsip matematika sederhana yang disebut trilateration. Trilateration dalam ruang tiga dimensi dapat menjadi sedikit rumit dibandingkan trilateration dua dimensi.

Trilateration 2 Dimensi
Bayangkan Anda berada di suatu tempat dan Anda benar-benar tersesat, Anda benar-benar tidak tahu di mana Anda berada. Anda menemukan penduduk lokal dan bertanya "Di mana saya berada?" Dia menjawab "Anda berada 85 km dari Surabaya".

Ini adalah informasi bagus, fakta, tetapi tidak berguna. Anda bisa di mana saja pada lingkaran di sekitar Surabaya yang memiliki radius 85 km.
Kemudian Anda bertanya pada orang lain di mana Anda berada, dan dia menjawab "Anda berada 69 km dari Sidoarjo". Sekarang Anda mendapatkan suatu posisi. Jika Anda menggabungkan kedua informasi ini dengan informasi sebelumnya, Anda memiliki dua lingkaran yang bersinggungan. Sekarang Anda tahu bahwa Anda tepat berada di salah satu dari dua titik persimpangan ini, jika Anda 85 km dari Surabaya dan 69 km dari Sidoarjo.

Jika ada orang ketiga yang memberitahu Anda bahwa Anda berada 51 km dari Jombang, Anda dapat menghilangkan salah satu kemungkinan, karena lingkaran ketiga hanya akan berpotongan dengan salah satu titik-titik ini. Sekarang Anda tahu persis di mana Anda berada, misalnya Mojokerto.

Trilateration 3 Dimensi
Konsep yang sama bekerja dalam ruang tiga dimensi, tapi Anda sedang berhadapan dengan bola bukan lingkaran. Pada dasarnya, trilateration tiga dimensi tidak jauh berbeda dari trilateration dua dimensi, tapi itu sedikit rumit untuk divisualisasikan. Bayangkan jari-jari dari contoh-contoh sebelumnya merupakan jarak ke segala arah pada sebuah bola. Jadi, bukannya serangkaian lingkaran, Anda mendapatkan serangkaian bola.
Jika Anda tahu Anda berada 500 km dari satelit A di langit, Anda bisa di mana saja pada permukaan yang luas, bola imajiner dengan radius 500 km. Jika Anda juga tahu bahwa Anda adalah 40 km dari satelit B, Anda mendapatkan tumpang tindih bidang pertama dengan yang kedua, lingkup yang lebih besar. Bola berpotongan dalam lingkaran sempurna. Jika Anda tahu jarak ke satelit ketiga, Anda akan menemukan posisi yangbersinggungan dengan lingkaran ini di dua titik.

Bumi itu sendiri dapat bertindak sebagai suatu bidang keempat, hanya satu dari dua kemungkinan titik benar-benar berada di permukaan planet ini, sehingga Anda dapat menghilangkan satu titik di ruang angkasa. Penerima GPS umumnya melihat empat atau lebih satelit, untuk meningkatkan akurasi dan memberikan informasi ketinggian yang tepat.

Untuk membuat perhitungan sederhana ini, maka, penerima GPS harus tahu dua hal:

• Lokasi setidaknya tiga satelit di atas posisi Anda
• Jarak antara Anda dan masing-masing satelit

Penerima GPS menganalisa kedua informasi ini dengan menganalisis frekuensi tinggi, rendah daya sinyal radio dari satelit GPS. Unit yang lebih baik memiliki beberapa penerima sekaligus, sehingga dapat mengambil sinyal dari beberapa satelit secara bersamaan.

Gelombang radio adalah energi elektromagnetik, yang berarti dapat melakukan perjalanan dengan kecepatan cahaya (sekitar 300.000 km per detik dalam ruang hampa). Penerima dapat mengetahui seberapa jauh perjalanan sinyal dengan waktu waktu sinyal tiba.

Perhitungan GPS
Penerima GPS menghitung jarak ke satelit GPS dengan waktu perjalanan sinyal dari satelit ke penerima. Ternyata, hal ini adalah proses yang cukup rumit.
Pada waktu tertentu (misalkan tengah malam), satelit memulai transmisi, pola digital panjang yang disebut pseudo-random code. Penerima mulai menjalankan pola digital yang sama persis di tengah malam. Ketika sinyal satelit mencapai penerima, transmisi dari pola akan sedikit terlambat (lag) di belakang penerima dari pola.
Panjang lag sama dengan waktu perjalanan sinyal. Penerima mengalikan waktu ini dengan kecepatan cahaya untuk menentukan seberapa jauh sinyal berjalan. Dengan asumsi sinyal berjalan di garis lurus, dapat diketahui jarak dari penerima ke satelit.
Untuk membuat proses pengukuran jarak ini berfungsi, penerima dan satelit keduanya perlu pencocokan jam yang dapat disinkronkan hingga skala nanodetik. Jam atom tidak hanya diperlukan pada semua satelit, tetapi juga di bagian penerima. Tapi jam atom memiliki harga yang sangat tinggi, sekitar Rp. 500.000.000 hingga Rp. 1.000.000.000, yang pastinya terlalu mahal untuk digunakan sehari-hari.
Global Positioning System memiliki solusi efektif cerdas untuk masalah ini. Setiap satelit memiliki jam atom dengan harga mahal, tapi penerima itu sendiri menggunakan jam biasa, yang terus-menerus melakukan reset. Singkatnya, penerima melihat sinyal masuk dari empat atau lebih satelit dan mencocokkannya. Dengan kata lain, hanya ada satu nilai untuk "waktu saat ini" yang digunakan penerima. Nilai waktu yang benar akan menyebabkan semua sinyal penerima menyelaraskan pada satu titik dalam ruang. Waktu yang tepat dn digunakan adalah nilai waktu yang dimiliki oleh jam atom di seluruh satelit. Jadi penerima menyamakan jam dengan satelit sehingga memiliki waktu yang sama dengan semua satelit.

Penerima dapat dengan mudah menghitung penyesuaian yang diperlukan yang menyebabkan empat bola berpotongan pada satu titik. Berdasarkan hal ini, penerima me-reset jam untuk menjadi sinkronisasi dengan jam atom satelit. Penerima melakukan hal ini terus-menerus selama aktif, yang berarti hampir seakurat jam atom super mahal di satelit.

Agar informasi jarak dapat bermanfaat, penerima juga harus tahu di mana satelit sebenarnya. Hal ini tidak terlalu sulit karena satelit dalam orbit yang sangat tinggi dan dapat diprediksi. Penerima GPS hanya menyimpan informasi yang memberitahu di mana setiap satelit berada pada waktu tertentu. Fenomena alam seperti gravitasi bulan dan matahari mengubah sedikit orbit satelit, tapi Departemen yang berkepentingan terus memantau posisi tepatnya dan mengirimkan penyesuaian untuk semua penerima GPS sebagai bagian dari sinyal satelit.

Gangguan pada GPS
Sejauh ini, kita telah belajar bagaimana penerima GPS menghitung posisinya di bumi berdasarkan informasi yang diterimanya dari posisi empat satelit berbeda. Sistem ini bekerja dengan cukup baik, tapi ketidakakuratan dapat muncul. Metode ini mengasumsikan sinyal radio akan mengalir melalui atmosfer pada kecepatan yang konsisten (kecepatan cahaya). Tapi, atmosfer bumi memperlambat energi elektromagnetik, terutama saat berjalan melalui ionosfer dan troposfer. Penundaan yang bervariasi tergantung di mana Anda berada, yang berarti sangat sulit untuk mengetahui secara akurat dalam perhitungan jarak. Masalah juga bisa terjadi ketika sinyal radio mengenai benda-benda besar, seperti gedung pencakar langit, memberikan penerima informasi yang terkesan satelit lebih jauh daripada yang sebenarnya. Bahkan, satelit kadang-kadang mengirimkan data yang salah mengenai posisinya sendiri.

Differential GPS (DGPS) membantu menangani kesalahan ini. Ide dasarnya adalah untuk mengukur kesalahan GPS di sebuah stasiun penerima stasioner dengan lokasi yang diketahui. Karena hardware DGPS di stasiun sudah mengetahui posisi sendiri secara tepat, dengan mudah dapat menghitung ketidaktepatan penerimanya. Stasiun kemudian menyiarkan sinyal radio untuk semua penerima DGPS di daerah lain, memberikan informasi koreksi sinyal untuk daerah tersebut. Secara umum, akses ke informasi koreksi ini membuat DGPS menjadi receiver yang jauh lebih akurat daripada penerima biasa.

Fungsi yang paling penting dari penerima GPS adalah untuk mengambil transmisi dari setidaknya empat satelit dan menggabungkan informasitersebut, semua dalam rangka untuk mengetahui posisi penerima di Bumi.

Setelah receiver membuat perhitungan ini, dapat memberitahu Anda posisi lintang, bujur dan ketinggian (atau pengukuran lain) dari posisi saat ini. Untuk membuat navigasi yang lebih mudah digunakan, kebanyakan receiver memasang data mentah ini ke dalam file peta yang tersimpan dalam memori.

Anda dapat menggunakan peta yang tersimpan dalam memori receiver, menghubungkan receiver ke komputer yang dapat menyimpan peta yang lebih rinci dalam memori, atau hanya menggunakan peta rinci daerah Anda dan menemukan jalan Anda menggunakan garis lintang dan bujur. Beberapa receiver memungkinkan Anda dapat men-download peta rinci ke dalam memori.

Sebuah penerima GPS standar tidak hanya menginformasikan posisi Anda pada peta di setiap lokasi tertentu, tetapi juga akan menelusuri jalan di peta saat Anda bergerak. Jika Anda membiarkan receiver menyala, yang berarti perangkat akan berkomunikasi terus-menerus dengan satelit GPS untuk melihat bagaimana lokasinya berubah. Dengan informasi ini dan built-in clock, penerima dapat memberikan beberapa informasi yang bermanfaat, antara lain:

• Seberapa jauh Anda telah bepergian (odometer)
• Berapa lama Anda telah bepergian
• Kecepatan (speedometer)
• Kecepatan rata-rata
• Jejak tempat-tempat yang telah Anda lewati selama perjalanan
• Perkiraan waktu kedatangan di tempat tujuan jika Anda mempertahankan kecepatan Anda saat ini.

Begitu banyaknya manfaat GPS bagi kehidupan kita, tentu akan mempermudah kehidupan kita. Semua teknologi tentu tergantung pada kita sebagai user untuk memanfaatkannya dengan baik.

img:wikimedia.org

Bagikan Artikel ini