Metode Penentuan Jarak GPS dengan Code
Metode Penentuan Jarak GPS dengan Code
PSEUDORANGE
PSEUDORANGE
Pengukuran jarak dari satelit ke receiver dapat dilakukan dengan menggunakan data kode P atau Pengukuran jarak dari satelit ke receiver dapat dilakukan dengan menggunakan data kode P atau C/A maupun dengan data fase gelombang pembawa (carrier phase). Pengukuran jarak dengan C/A maupun dengan data fase gelombang pembawa (carrier phase). Pengukuran jarak dengan data fase digunakan untuk penentuan posisi teliti. Di lain pihak, pengukuran jarak dengan kode data fase digunakan untuk penentuan posisi teliti. Di lain pihak, pengukuran jarak dengan kode memungkinkan penyajian posisi secara instan, walaupun ketelitiannya lebih rendah jika memungkinkan penyajian posisi secara instan, walaupun ketelitiannya lebih rendah jika dibandingkan dengan menggunakan data fase.
dibandingkan dengan menggunakan data fase.
Pengukuran jarak dengan data kode disebut pseudorange. Definisi pseudorange atau Pengukuran jarak dengan data kode disebut pseudorange. Definisi pseudorange atau pseudoran
pseudoranging ging secara secara umum umum adalah adalah pengukuran pengukuran jarak jarak berdasarkan korberdasarkan korelasi antara elasi antara kode kode yangyang dipancarkan oleh satelit dengan replika kode yg dibuat oleh receiver. Disebut pseudorange dipancarkan oleh satelit dengan replika kode yg dibuat oleh receiver. Disebut pseudorange (pseudo: semu, range: jarak, pseudorange:jarak semu)karena jarak tersebut masih mengandung (pseudo: semu, range: jarak, pseudorange:jarak semu)karena jarak tersebut masih mengandung kesalahan karena dalam pendefinisian jarak tersebut harga koreksi kesalahan dalam proses kesalahan karena dalam pendefinisian jarak tersebut harga koreksi kesalahan dalam proses sinkronisasi jam satelit-jam receiver belum diperhitungkan.
sinkronisasi jam satelit-jam receiver belum diperhitungkan.
Kronologi prosedur penentuan jarak dengan kode (pseudorange) adalah sebagai berikut. Kita Kronologi prosedur penentuan jarak dengan kode (pseudorange) adalah sebagai berikut. Kita asumsikan bahwa jam receiver dan jam satelit sinkron secara sempurna satu sama lain. Nah, asumsikan bahwa jam receiver dan jam satelit sinkron secara sempurna satu sama lain. Nah, ketika sinyal (PRN code*) ditransmisikan dari satelit dan diterima oleh receiver, receiver ketika sinyal (PRN code*) ditransmisikan dari satelit dan diterima oleh receiver, receiver memproduki replika kode yang diterima. Receiver kemudian membandingkan kode yang memproduki replika kode yang diterima. Receiver kemudian membandingkan kode yang diterima dari satelit dengan replika-nya dan menghitung selang waktu sinyal merambat dari diterima dari satelit dengan replika-nya dan menghitung selang waktu sinyal merambat dari satelit ke receiver. Selang waktu ini kemudian dikalikan dengan cepat rambat cahaya (3x108 satelit ke receiver. Selang waktu ini kemudian dikalikan dengan cepat rambat cahaya (3x108 atau tepatnya 299729458 meter per detik) dan didapatlah jarak antara receiver dan satelit. Nah, atau tepatnya 299729458 meter per detik) dan didapatlah jarak antara receiver dan satelit. Nah, perlu dimenge
perlu dimengerti bahwa rti bahwa asumsi jam receiver sinkron secara sempurna adalah tidak sepenuhnyaasumsi jam receiver sinkron secara sempurna adalah tidak sepenuhnya benar, atau d
benar, atau dengan kengan kata lain proata lain proses sinkronisasi ses sinkronisasi yang dilyang dilakukan oleh receiveakukan oleh receiver tidaklah semr tidaklah sempurnapurna dan masih mengandung kesalahan. Oleh sebab itulah maka pengukuran jarak dengan dan masih mengandung kesalahan. Oleh sebab itulah maka pengukuran jarak dengan menggunakan data kode disebut sebagai pseudorange.
menggunakan data kode disebut sebagai pseudorange.
(Hasanuddin Z Abidin, 2003) (Hasanuddin Z Abidin, 2003)
Proses Korelasi GPS
(Hasanuddin Z Abidin, 2003) TEORI DASAR
Persamaan pengukuran dasar untuk satu pseudorange adalah:
= − += = − 2+− 2+− 2 1/2+
Dengan notasi sebagai berikut:
Posisi vektor satelit pada sistem koordinat geosentris CTS dengan komponen , , Posisi vektor antenna pada sistem koordinat geosentris CTS dengan komponen , ,
waktu propagasi sinyal dari antenna satelit ke receiver antenna kesalahan sinkronisasi jam antara sistem GPS dan jam receiver Kecepatan propagasi sinyal
Dengan menggunakan persamaan pengukuran linearisasi (e.g Vanicek, Krakiwsky 1982) =−
adalah vektor persamaan pengukuran yang telah direduksi adalah posisi vektor aproksimasi, dengan = −
Dengan=
Dengan solusi sistem vektor = −
Phaserange
Definisi Data Fase
Data fase merupakan cara lain yang dapat digunakan untuk menentukan jarak antara satelit ke receiver. Berdasar pada cara ini, jarak yang terukur adalah jumlah gelombang penuh (cycles) yang terukur ditambah dengan nilai fraksional gelombang terakhir (saat diterima receiver) dan gelombang awal (saat dipancarkan oleh satelit) dikalikan dengan panjang gelombangnya. Jarak yang ditentukan dengan cara ini jauh lebih teliti jika dibandingkan dengan jarak berdasar data kode. Hal tersebut dikarenakan resolusi data fase jauh lebih kecil jika dibanding dengan resolusi data kode. Namun demikian, ada satu masalah yang dihadapi dalam penggunaan data fase. Gelombang pembawa GPS adalah murni gelombang sinusoidal, setiap cycle mempunyai bentuk yang sama dengan cycle yang lain. Oleh karena itulah receiver GPS tidak dapat membedakan antara satu cycle dengan yang lainnya. Dengan kata lain, ketika receiver dinyalakan dan lock on ke satelit, receiver mampu menerima sinyal namun dia hanya merekamnya saja. Receiver tidak dapat menentukan jumlah total cycle antara satelit dan dirinya.
Definisi ambiguitas fase
Ambiguitas fase merupakan jumlah gelombang penuh yang tidak terukur oleh receiver GPS. Untuk dapat merekonstruksi jarak ukuran antara satelit dengan antena maka harga ambiguitas fase harus ditentukan terlebih dahulu. Ambiguitas fase merupakan bilangan bulat (kelipatan panjang gelombang). Pada setiap data pengamatan fase dari satelit yang berbeda maka akan mempunyai harga ambiguitas fase tersendiri. Namun, harga ambiguitas fase akan selalu sama pada setiap epok apabila sepanjang receiver GPS sinyal yang diamati kontinyu atau tidak terjadi
cycle slip.
Terdapat 3 aspek yang perlu diperhatikan dalam proses resolusi ambiguitas (ambiguitas fase) yaitu: Eliminasi kesalahan dan bias data dari pengamatan, geometri satelit, teknik resolusi ambiguitas itu sendiri.
Pada kesalahan bias umumnya terkait dengan satelit seperti kesalahan ephemeris , jam satelit, dan selective availability (SA). Kemudian medium propagasi, seperti bias ionosfer dan troposfer. Selain itu, receiver GPS seperti kesalahan jam receiver (kesalahan yang terkait dengan antena dan noise atau derau). Terdapat juga kesalahan pada data pengamatan seperti ambiguitas fasa dan cycle slips, atau lingkungan sekitar GPS receiver seperti multipath dan imaging.
Untuk menyelesaikan atau mengatasi cycle ambiguity, terdapat berbagai macam metode, diantaranya :
1. Metode Geometris
Metode ini memanfaatkan variasi yang bergantung waktu pada hibungan geometris antara receiver dan satelit (Seeber, 1993). Secara umum, pengukuran fse secara kontinu digunakan dengan ambiguitas diestimasi sebagai parameter bernilai real. Sekali sinyal teridentifikasi oleh receiver, seluruh nomor dari cycle yang masuk diukur dan dihitung. Initial ambiguityu yang tidak diketahui dipertahankan selama proses pengamatan dan dapat dipresentasikan oleh parameter tunggal (bias). Pengamata secara kontinu pada carrrie phase akan menghasilkan penentuan dari range difference yang bebas ambiguitas.
2. Metode Data Dual Frekuensi
Dengan menggunakan data dual frekuensi, hasil yang diperoleh untuk mendapatkan ambiguitas berubah secara signifikan. Banyak sekali keuntungan yang bias diperoleh dengan
mengimplementasikan metode ini, karena banyaknya kombinasi linier yang bias dibentuk. Teknik yang digunakan adalah teknik wide lane, yang menggabungkan data fase dari frekuensi L1 dan L2.
3. Metode Kombinasi Dual Frekuensi Data Fase dan Data Fase
Faktor yang sangat menggangu dalam teknik wide lane yang telah dijelaskan di atas adalah pengaruh bias ionosfer yang meningkat seiring dengan makin panjang baseline. Masalah ini
dapat dieliminasi dengan melakukan metode Kombinasi Dual Frekuansi Data Fase dan Data Fase. Dengan demikian, dapat memberikan suatu penentuan dari ambiguitas wide lane Nw untuk setiap epok dan setiap site. Hasilnya independen terhadap pengaruh panjang baseline dan efek ionosfer. Tetapin tetap saja, jika semua kesalahan sistematik telah teratasi, efek multipath akan tetap ada dan akan mempengaruhi data fase dan data kode secara berbeda. Multipath-lah yang mempengaruhi terjadinya variasi Nw oleh beberapa cycle dari epok ke epok (cf. Dong dan Bock, 1993).
4. Metode Fast Ambiguity Resolution Approach
Penggunaan metode ini dipublikasikan oleh Frei dan Schumbernigg (1992). Menurut publikasi terakhir, karakteristik utama dari metode ini adalah :
Menggunakan informasi statistik dari perataan awal untuk memilih range pencarian (search range)
Menggunakan informasi dalam matriks variansi-kovariansi untuk menolak ambiguitas yang tidak layak diterima secara statistik
Mengaplikasikan tes hipotesis statistik untuk memilih set yang benar dari ambiguitas.
5. Metode Kuadrat Terkecil
Secara teoritik ambiguitas fase akan didapatkan secara akurat apabila : data pengamatan tidak dipengaruhi kesalahan non acak
geometri satelit yang baik saat pengamatan model matematika yang digunakan sudah sesuai model pembobotan pengamatan yang sesuai
