SISTEM KOMUNIKASI SATELIT

SISTEM KOMUNIKASI SATELIT

PERBANDINGAN AKURASI GLOBAL POSITIONING

SYSTEM (GPS) DAN GALILEO SEBAGAI SATELIT

NAVIGASI

COMPARISON OF GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)

AND GALILEO ACCURACY AS NAVIGATION SATELLITE

DISUSUN OLEH :

Caesar Sabani

(16101086)

Disusun untuk memenuhi Tugas Mata Kuliah Sistem Komunikasi Satelit

Dosen Pengampu:

Imam Muhammadi Pradono Budi, S.T., M.T

PROGRAM STUDI STRATA 1 (S1) TEKNIK TELEKOMUNIKASI FAKULTAS TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN ELEKTRO (FTTE)

INSTITUT TEKNOLOGI TELKOM JL. D.I. PANJAITAN 128 PURWOKERTO

I. LATAR BELAKANG

Dalam kehidupan manusia tentunya diera globalisasi ini penulis memerlukan suatu perjalanan baik untuk berlibur, kunjungan ke rumah saudara, atau hal lainnya yang penting. Sering kali pada realita kehidupan terjadi tidak tahunya arah dan jalan mana yang harus ditempuh. [1] Sedangkan lokasi yang presisi haruslah didapatkan dalam segala kondisi, setiap waktu, dan dimana saja dalam bumi ini. Pilihan untuk menunjukan arah itu adalah dengan seorang penunjuk jalan atau sistem navigasi.

Kedua hal tersebut tentunya memiliki kelebihan dan kekurangannya tersendiri. Sebagai contoh jika penulis berada di Purwokerto, dan penulis ingin menuju ke Jakarta dengan kendaraan pribadi. Bagaimana cara penulis bisa mencapai/menuju tempat tujuan penulis? Tentunya penulis bisa menyewa seorang penunjuk jalan dan tentunya penulis harus membayar jasanya dan dengan durasi tertentu/terbatas sesuai dengan kesepakatan yang dibuat, sedangkan jika penulis menggunakan system navigasi penulis bisa menggunakannya dimanapun, kapanpun, dan dalam segala kondisi. Hanya saja penulis memerlukan sebuah koneksi penghubung antara

device penulis untuk berinteraksi dengan satelit navigasi.

Permasalahan yang timbul adalah tingkat akurasi dari sistem navigasi tersebut. Hal tersebut dikarenakan jarak antara satelit navigasi dan device penulis ± 20.200 Km dan keadaan penulis yang berada dalam kendaraan yang terkadang mempengaruhi tingkat akurasi tersebut. Banyak dunia yang berlomba untuk memberikan layanan sistem navigasi demi tingkat akurasi yang presisi. Global Navigation Satellite System (GNSS) merupakan standar umum untuk semua sistem satelit navigasi seperti Global Positioning System (GPS) milik USA, GLONASS milik Russia, GALILEO punya Europe, BeiDou (China), QZSS (Jepang), NAVIC (India).

II. RUMUSAN MASALAH

2. Apa yang mempengaruhi tingkat akurasi yang presisi pada satelit navigasi GPS dan Galileo?

III. DASAR TEORI

A. GLOBAL SATELIT NAVIGATION SATELLITE SYTEM (GNSS)

GNSS merupakan suatu sistem satelit yang terdiri dari konstelasi satelit yang menyediakan informasi waktu dan lokasi, memancarkan sinyal dalam berbagai frekuensi secara realtime, yang tersedia disemua lokasi di atas permukaan bumi. GNSS yang ada saat ini adalah Global Positioning System (GPS) yang dimiliki Amerika Serikat, Global Navigation Satellite System (GLONASS) milik Rusia,

Galileo milik Uni Eropa, dan Compass/Beidou milik Cina.

GPS terbagi menjadi 3 segmen yaitu ground segmen digunakan untuk meng-upload data ke satelit, sinkronisasi waktu diseluruh konstelasi satelit dan untuk melacak satelit di orbit dan penentuan jam. Space segmen yaitu terdiri dari sateli-satelit GPS dienam orbit yang direncanakan. Dan segmen pengguna yang terdiri dari penerima dan antena yang terhubung digunakan untuk menerima dan membaca sandi (decode) sinyal untuk memberikan informasi waktu, posisi, dan navigasi.

Pembahasan masalah GNSS dalam sidang United Nation

Committee on the Peaceful Uses of Outer Space (UNCOPOUS) mulai

berlangsung pada sidang ke-45 Subkomite Ilmiah dan Teknik, tahun 2008 dalam mata agenda “Recent development in global navigation satellite systems”, yang telah disepakati dalam sidang ke-44 Subkomite Ilmiah dan Teknik, pada tahun 2007, tujuan pembahasan agenda ini adalah untuk meninjai isu-isu atau permasalahan yang terkait dengan International Committee on GNSS (ICG), dan juga memantau perkembangan pembahasan GNSS sejak sidang UNCOPOUS tahun 2008 sampai dengan tahun 2012 [2].

B. GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)

Global Positioning System (GPS) merupakan sebuah alat atau

sistem yang dapat digunakan untuk menginformasikan penggunanya dimana dia berada (secara global) dipermukaan bumi yang berbasis satelit. Data dikirim dari satelit berupa sinyal radio dengan data digital. GPS adalah sistem navigasi yang berbasiskan satelit yang saling berhubungan yang berada di orbitnya. Satelit-satelit itu milik Departemen Pertahanan (Departemen of Defense) Amerika Serikat yang pertama kali diperkenalkan mulai tahun 1978 dan pada tahun 1994 sudah memakai 24 satelit. Untuk dapat mengetahui posisi seseorang maka diperlukan alat yang diberi nama GPS reciever yang berfungsi untuk menerima sinyal yang dikirim dari satelit GPS. Posisi diubah menjadi titik yang dikenal dengan nama Way-point nantinya akan berupa titik-titik koordinat lintang dan bujur dari posisi seseorang atau suatu lokasi kemudian di layar pada peta elektronik.

GPS menggunakan konstelasi 27 buah satelit yang mengorbit bumi, dimana sebuah GPS receiver menerima informasi dari tiga atau lebih satelit tersebut seperti terlihat dalam Gambar 3.1 dibawah, untuk menentukan posisi. GPS receiver harus berada dalam line of sight (LoS) terhadap ketiga satelit tersebut untuk menentukan posisi, sehingga GPS hanya ideal untuk diguakan dalam outdoor positioning.

Gambar 3.1 Trilaterasi Dalam Global Positioning System (GPS) [3]. Aplikasi yang berada disisi target (client) setelah mendapatkan

request dari pelacak (server) maka client akan meminta koordinat

posisinya pada GPS, yang kemudian akan dikirimkan ke pelacak (server). Sejak tahun 1980, layanan GPS yang dulunya hanya untuk

leperluan militer mulai terbuka untuk publik. Meskipun satelit-satelit tersebut berharga jutaan dolar, namun setiap orang dapat menggunakannya dengan gratis. Satelit-satelit ini mengorbit pada ketinggian sepenulisr 12.000 mil dari permukaan bumi. Posisi ini sangat ideal karena satelit dapat menjangkau area coverage yang lebih luas. Setiap satelit mampu mengelilingi bumi hanya dalam waktu 12 jam. Sangat cepat, sehingga mereka selalu bisa menjangkau dimana pun posisi Anda di atas permukaan bumi. GPS reciever sendiri berisi beberapa integrated circuit (IC) sehingga murah dan teknologinya mudah untuk di gunakan oleh semua orang. GPS dapat digunakan untuk berbagai kepentingan, misalnya mobil, kapal, pesawat terbang, pertanian dan di integrasikan dengan komputer maupun laptop.

Gambar 3.2 Jenis Perangkat GPS [3]. 2. Cara kerja GPS

Setiap daerah di atas permukaan bumi ini minimal terjangkau oleh 3-4 satelit. Pada prakteknya, setiap GPS terbaru bisa menerima sampai dengan 12 channel satelit sekaligus. Kondisi langit yang cerah dan bebas dari halangan membuat GPS dapat dengan mudah menangkap sinyal yang dikirimkan oleh satelit. Semakin banyak satelit yang diterima oleh GPS, maka akurasi yang diberikan juga akan semakin tinggi. Cara kerja GPS secara sederhana ada 5 langkah, yaitu :

1. Memakai perhitungan “triangulation” dari satelit.

2. Untuk perhitungan “triangulation”, GPS mengukur jarak menggunakan travel time sinyal radio.

3. Untuk mengukur travel time, GPS memerlukan memerlukan akurasi waktu yang tinggi.

4. Untuk perhitungan jarak, penulis harus tahu dengan pasti posisi satelit dan ketingian pada orbitnya.

5. Terakhir harus menggoreksi delay sinyal waktu perjalanan di atmosfer sampai diterima receiver.

Sebuah GPS receiver harus mengunci sinyal minimal tiga satelit untuk memenghitung posisi 2D (latitude dan longitude) dan track pergerakan. Jika GPS receiver dapat menerima empat atau lebih satelit, maka dapat menghitung posisi 3D (latitude, longitude, dan

altitude). Jika sudah dapat menentukan posisi device, selanjutnya

GPS dapat menghitung informasi lain, seperti kecepatan, arah yang dituju, jalur, tujuan perjalanan, jarak tujuan, matahari terbit dan matahari terbenam dan masih banyak lagi.

Satelit GPS dalam mengirim informasi waktu sangat presesi karena Satelit tersebut memakai jam atom. Jam atom yang ada pada satelit dalam dengan partikel atom yang di isolasi, sehingga dapat menghasilkan jam yang akurat dibandingkan dengan jam bisa. Perhitungan waktu yang akurat sangat menentukan akurasi perhitungan untuk menentukan informasi lokasi penulis. Selain itu semakin banyak sinyal satelit yang dapat diterima maka akan semakin presesi data yang diterima karena ketiga satelit mengirim

pseudo-random code dan waktu yang sama.

Ketinggian itu menimbulkan keuntungan dalam mendukung proses kerja GPS, bagi penulis karena semakin tinggi maka semakin bersih atmosfer, sehingga gangguan semakin sedikit dan orbit yang cocok dan perhitungan matematika yang cocok. Satelit harus teptap pada posisi yang tepat sehingga stasiun di bumi harus terus

memonitor setiap pergerakan satelit, dengan bantuan radar yang presesi salalu di cek tentang altitude, position dan kecepatannya. 3. Cara Satelit menentukan posisi Lokasi

Sinyal yang dikirimkan oleh satelit ke GPS akan digunakan untuk menghitung waktu perjalanan (travel time). Waktu perjalanan ini sering juga disebut sebagai Time of Arrival (TOA). Sesuai dengan prinsip fisika, bahwa untuk mengukur jarak dapat diperoleh dari waktu dikalikan dengan cepat rambat sinyal. Maka, jarak antara satelit dengan GPS juga dapat diperoleh dari prinsip fisika tersebut. Setiap sinyal yang dikirimkan oleh satelit akan juga berisi informasi yang sangat detail, seperti orbit satelit, waktu, dan hambatan di atmosfir. Satelit menggunakan jam atom yang merupakan satuan waktu paling presisi. Untuk dapat menentukan posisi dari sebuah GPS secara dua dimensi (jarak), dibutuhkan minimal tiga buah satelit. Empat buah satelit akan dibutuhkan agar didapatkan lokasi ketinggian (secara tiga dimensi). Setiap satelit akan memancarkan sinyal yang akan diterima oleh GPS receiver. Sinyal ini akan dibutuhkan untuk menghitung jarak dari masing-masing satelit ke GPS. Dari jarak tersebut, akan diperoleh jari-jari lingkaran jangkauan setiap satelit. Lewat perhitungan matematika yang cukup rumit, interseksi (perpotongan) setiap lingkaran jangkauan satelit tadi akan dapat digunakan untuk menentukan lokasi dari GPS di permukaan bumi [3].

Gambar 3.3 Struktur Sinyal GPS[1]. 3. GALILEO

Pada Maret 2018, sistem Galileo terdiri dari 14 satelit siap pakai, satu satelit yang tersedia tetapi saat ini ditetapkan untuk 'tidak digunakan' untuk keperluan pemeliharaan, dua satelit dalam mode uji ditempatkan secara tidak sengaja di orbit elips, satu satelit yang belum tersedia sejak Mei 2014 karena masalah frekuensi utama, dan empat satelit yang baru-baru ini dikerahkan dan saat ini sedang dioperasikan. Pasangan satelit yang disebutkan di atas diluncurkan ke orbit elips yang keliru karena kecelakaan roket Proton Rusia yang digunakan untuk peluncuran.

Dalam hal kedua satelit ini tidak dapat digunakan untuk keperluan navigasi, ada opsi lain untuk membuatnya tersedia untuk penelitian, misalnya dalam bidang perilaku jam atom pada orbit yang sangat elips. Bagaimanapun, kedua satelit ini tidak hilang dan akan berkontribusi pada program navigasi satelit Eropa. Peluncuran satu set tambahan empat satelit Galileo direncanakan untuk tahun 2018. Tonggak sejarah utama Galileo dirangkum dalam Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Sejarah Satelit Galileo

Sistem Galileo menyediakan empat layanan:

• Layanan terbuka (OS): Layanan terbuka dan gratis untuk penentuan posisi dasar dan layanan pengaturan waktu.

• Layanan komersial (CS): Peningkatan layanan dengan peningkatan tingkat kinerja yang dijamin. CS menawarkan kemungkinan enkripsi sinyal untuk mengurangi risiko sinyal aktif terganggu atau dibuat-buat.

• Public regulated service (PRS): Layanan terbatas untuk pengguna resmi pemerintah untuk aplikasi sensitif yang memerlukan tingkat kontinuitas layanan yang tinggi. Layanan ini dimaksudkan untuk digunakan oleh otoritas yang disetujui saja.

• Layanan pencarian dan penyelamatan (SAR): Kontribusi Eropa untuk sistem deteksi tanda bahaya pencarian dan penyelamatan internasional (Cospas-Sarsat)

Galileo adalah salah satu dari empat sistem satelit navigasi global yang tersedia saat ini. Untuk menunjukkan pentingnya Galileo dibandingkan dengan sistem lain, tinjauan singkat tentang karakteristik sistem lain diuraikan sebagai berikut:

GPS Amerika dominan di berbagai domain. GPS diperkenalkan sebagai sistem militer pada tahun 1970-an dan sejak itu telah dioperasikan dan dikelola oleh Departemen of Defense (DOD). Saat ini sedang dimodernisasi untuk memasukkan sinyal navigasi tambahan dalam beberapa pita frekuensi. Modernisasi ini juga akan mencakup generasi satelit baru serta segmen kontrol baru. Untuk memastikan transisi yang lancar dari warisan yang telah terbukti dan mapan, berbagai generasi GPS akan bekerja secara paralel untuk waktu yang lama.

Sistem GLONASS Rusia adalah sistem navigasi global kedua. GLONASS mengatasi kemunduran awal pada 1990-an karena krisis keuangan Rusia dan saat ini menyediakan layanan navigasi global. Berbeda dengan rasi bintang GNSS lainnya, sinyal GLONASS konvensional menggunakan Frequency Division Multiple Access(FDMA) untuk multiplexing, yang berarti setiap satelit

mentransmisikan sinyalnya pada frekuensi yang sedikit berbeda untuk membedakan antara masing-masing satelit. Namun, di masa depan, GLONASS akan memperkenalkan sinyal baru menggunakan Code

Division Multiple Access(CDMA) untuk multiplexing sinyal siaran pada

frekuensi pembawa yang sama, seperti GNSS lainnya. Perbedaan lain dibandingkan dengan GPS adalah bahwa GLONASS telah

menyediakan sinyal yang dapat diakses publik pada dua frekuensi berbeda sejak awal untuk mengurangi efek ionosfer. Karena alasan historis dan teknis, GLONASS belum digunakan secara luas di semua domain.

Selama jangka waktu yang mirip dengan Galileo, Republik Rakyat Tiongkok mengembangkan sistem BeiDou-nya.

Pengembangan ini dibagi menjadi tiga fase berurutan, yang terbaru akan menyediakan layanan GNSS global, meskipun dengan fokus khusus pada wilayah Asia-Pasifik. Untuk tujuan ini, konstelasi BeiDou terdiri dari satelit dengan tiga jenis orbit yang berbeda. Selain satelit

Medium Earth Orbit(MEO) (yang juga digunakan oleh sistem lain),

BeiDou juga akan menyertakan satelit dalam Inclined Geo

Synchronous Orbits(IGSO) dan Geostationary Orbits (GEO). Ini akan

melengkapi konstelasi BeiDou di wilayah Asia-Pasifik dengan menambahkan satelit yang dapat dilihat pada ketinggian tinggi dan diharapkan dapat memberikan manfaat khususnya dalam skenario perkotaan.

Galileo menerapkan teknik yang mirip dengan yang ditemukan di GNSS lain, dan karenanya dapat dibandingkan dengan sistem lain. Salah satu keunggulan utama Galileo dibandingkan dengan sistem lainnya adalah independensinya. Karena masing-masing sistem lainnya membentuk bagian dari militer negaranya, masing-masing sistem dapat menjadi tidak tersedia selama konflik politik. Karena GNSS telah menjadi infrastruktur penting dalam banyak aplikasi, sangat penting untuk mengendalikan sistem navigasi satelit. Dengan cara ini, semua layanan Galileo dapat digunakan secara independen dari implementasi GNSS lainnya. Selain itu, Galileo pada akhirnya diharapkan mengungguli sistem lain, setidaknya dalam domain tertentu. Banyak upaya dicurahkan untuk membangun satelit yang memiliki jam atom yang sangat akurat, pemrosesan sinyal digital, dan rentang hidup yang panjang. Bersama dengan jaringan stasiun referensi yang padat dan stasiun kontrol yang berlebihan, Galileo

memiliki potensi untuk memberikan kinerja pemosisian yang lebih baik daripada sistem lain di masa depan.

Location Based Service(LBS) mencakup berbagai aplikasi dan

layanan terkait GNSS yang muncul, terutama memanfaatkan perangkat portabel seperti ponsel, tablet, dan jam tangan pintar. LBS terdiri dari bidang aplikasi GNSS yang sangat dinamis dan beragam dan mencakup layanan navigasi, jejaring sosial dan permainan, serta kebugaran, olahraga dan pelacakan aktivitas, dan berbagai layanan komersial profesional. Jika Galileo digunakan dalam LBS, itu sebagian besar didasarkan pada Layanan Terbuka dan Layanan Pencarian dan Penyelamatan Galileo. Galileo akan berkontribusi pada pengembangan aplikasi LBS lebih lanjut di pasar yang berkembang. LBS semakin banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan bisa dibilang mewakili bentuk GNSS yang paling menonjol di kalangan pengguna akhir sipil. Pengembang Eropa terus berkinerja kuat dalam pengembangan aplikasi. Dari 5,7 juta pengembang aplikasi di seluruh dunia, lebih dari 22% bekerja di UE. Pada 2018, ekonomi aplikasi Eropa diperkirakan akan menyumbang € 63 miliar untuk ekonomi Uni Eropa dan mempekerjakan 4,8 juta orang [4].

IV. KAJIAN DAN ANALISIS

Tingkat akurasi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu penundaan dari Ionosfer dan troposfer atau sinyal satelit melambat saat melewati atmosfer, sinyal multipath, kesalahan jam receiver, kesalahan orbital, jumlah satelit terlihat, geometri satelit/shading, dan degradasi dari sinyal satelit yang disengaja atau Selective Availability (SA) yang dikarenakan degradasi oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat. Penulis akan membahasnya satu persatu dari faktor-faktor tersebut :

1. Penundaan dari Ionosfer dan troposfer yaitu kondisi dimana satelit melambat saat melewati lapisan atmosfer. Hal ini dikarenakan sistem GPS menggunakan model sistem yang sudah terpasang yang menghitung jumlah rata-rata keterlambatan dan mengkoreksi

kesalahan. Penundaan tersebut dapat dikatakan sebgai Bias Ionosfer dan Bias Troposfer, dimana bias Ionosfer tersebut adalah bagian dari laposan atas atmosfer yang terdapat sejumlah electron dan ion bebas yang mempengaruhi perambatan gelombang radio, dalam hal ini ionosfer akan mempengaruhi kecepatan, arah, polarisasi, dan kekuatan sinyal GPS yang melalui lapisan ionosfer. Sedangkan bias troposfer sendiri berpengaruh karena sinyal dari satelit GPS untuk sampai ke antenna harus melalui lapisan troposfer, yaitu lapisan atmosfer netral yang berbatasan dengan permukaan bumi dimana temperature/suhu menurun dengan besarnya nilai ketinggian. Efek utama dari troposfer berpengaruh pada kecepatan, atau dengan kata lain terhadap hasil ukuran jarak. 2. Multipath merupakan fenomena dimana sinyal dari satelit tiba

diantena GPS melalui dua atau lebih lintasan yang berbeda. Dalam hal ini satu sinyal merupakan sinyal langsung dari satelit ke antena, sedangkan yang lainnya merupakan sinyal-sinyal tidak langsung yang dipantulkan oleh benda-benda disekitar antenna sebelum tiba di antenna.

3. Kesalahan jam receiver merupakan ketidaksesuaian antara jam disatelit dengan di receiver.

4. Kesalahan orbital merupakan kesalahan dimana orbit satelit yang dilaporkan oleh ephermis satelit tidak sama dengan orbit satelit yang sebenarnya dan dengan kata lain, posisi satelit yang dilaporkan tidak sama dengan orbit satelit yang sebenarnya.

5. Jumlah satelit terlihat yaitu banyaknya satelit yang terlihat selama durasi efektif dan waktu durasinya terlihat ± 12 Jam. Lokasi akan lebih akurat ketika device dapat terlihat oleh lebih dari 3 satelit. 6. Geometri satelit/shading yaitu posisi relatif satelit pada suatu waktu.

Geometri satelit ideal terjadi ketika satelit berada disudut lebar relatif terhadap satu sama lain. Hasil geometri yang tidak bagus saat satelit berada dalam satu garis lurus dengan bumi atau dalam kondisi satelit yang berdekatan.

7. Degradasi dari sinyal satelit merupakan kebijakan dari Departemen Pertahahanan Amerika serikat dimana kode-kode dari sinyal GPS bersifat rahasia dan hanya diketahui oleh pihak militer.

V. SIMPULAN DAN REKOMENDASI

Ketujuh faktor diatas dapat terjadi disengaja ataupun tidak, hal-hal yang perlu diantsipasi adalah satelit dapat digunakan sebagai bentuk kejahatan yang direncanakan, sehingga perlu adanya mitigasi yang sangat ketat. Faktor yang tidak disengaja tersebut di atas dikarena faktor alam yang memang lokasi satelit tersendiri berada di luar angkasa.

VI. DAFTAR PUSTAKA

[1] D. Manandhar, “Introduction to Global Navigation Satellite System (GNSS) Module:,” hlm. 66, 2018.

[2] D. Prasetyaningsih, “PARTISIPASI INDONESIA DALAM PEMBAHASAN SISTEM SATELIT NAVIGASI GLOBAL (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) DALAM SIDANG UNCOPUOS,” vol. 13, no. 4, hlm. 10.

[3] A. Pranindya, “(GPS) Global Positioning System.” Politeknik Sriwijaya. [4] “Europe Nation Galileo Satellite Navigation System.” European