1. Peranan kombinasi linear data fase gps dalam proses resolusi ambiguitas fase

Pengkombinasian-linieran umumnya dilakukan terhadap data fase, ini terutama berguna dalam proses penentuan resolusi ambiguitas fase dari hasil pengamatan fase sinyal-sinyal GPS. Untuk keperluan penentuan ambiguitas fase sinyal GPS, ada beberapa karakteristik yang diharapkan dipunyai oleh sinyal kombinasi linier, yaitu Ambigutinya tetap bilangan bulat (integer) Panjang gelombangnya relatif panjang Efek dari refraksi ionosfir relatif kecil Noise dari pengamatan relatif tetap kecilSeandainya data pengamatan fase dari sinyal L1 dan L2 dinyatakan sebagai φ1 dan φ2 (dinyatakan dalam satuan jumlah gelombang atau cycle) maka fase dari sinyal kombinasi yang ambiguitasnya tetap merupakan bilangan bulat (integer) dapat diformulasikan sebagai berikut:Φn,m = n. φ1 + n. Φ2

Dimana n dan m adalah bilangan bulat. Ambiguitas fase dari sinyal kombinasi linier linier Nn,m terkait dengan ambiguitas fase dari sinyal L1 dan L2, N1 dan N2 sebagai berikut:Nn,m= n.N1 + m.N2

Frekuensi dan panjang gelombang dari sinyal kombinasi linier, fn,m dan λn,m dapat juga dinyatakan sebagai fungsi dari frekuensi dan panjang gelombang sinyal-sinyal L1 dan L2 sebagai berikut:Fn,m = n.f1 + m.f2 ; 1

λn , m= nλ1

+ mλ2

Fase sinyal kombinasi linier tersebut di atas juga dapat diekspresikan dalam unit jarak sesuai dengan formulasi:L n,m = λ n,m . f n,m = n . f 1 . L1+m. f 2. L2

n . f 1+m. f 2

Dilihat dari rumus di atas dapat dicatat bahwa proses kombinasi linier hanya mengubah besar efek dari kesalahan dan bias yang besarnya bergantung frekuensi sinyal, contohnya: Bias karena refraksi ionosfir Noise dari pengamatan MultipathSedangkan efek dari kesalahan dan bias yang besarnya tidak bergantung frekuensi sinyal, dengan kata lain akan tetap sama baik untuk sinyal kombinasi linier maupun untuk sinyal-sinyal L1 dan L2, seperti: Kesalahan ephemeris, Kesalahan dan offset jam GPS receiver maupun satelit Bias karena refraksi troposfirDalam kaitannya dengan efek dari refraksi ionosfer, jika besarnya bias ionosfer, baik perlambatan maupun percepatan, pada sinyal L1 dan L2 (pengamatan fase maupun waktu tempuh sinyal) dinyatakan sebagai dion1 dan dion2, maka besarnya bias ionosfer pada sinyal kombinasi linier dionn,m, dapat dirumuskan berdasarkan persamaan berikut:

Dionn,m = n . f 1 .dion1+m . f 2 . dion2

n . f 1+m . f 2 .

Dengan mempertimbangkan hanya orde pertama dari efek refraksi ionosfer, maka dion1 dan dion2 dapat diformulasikan dalam unit jarak sebagai berikut:dion1 = C

f 12 dion2 = C

f 22

Dimana C adalah parameter yang besarnya bergantung pada konsentrasi elektron yang dihadapi oleh sinyal dalam perjalanannya dari satelit ke pengamat. Jika 2 persamaan terakhir disubtitusikan, maka untuk sinyal kombinasi linier dapat diturunkan: Dionn,m = C

f 1 . f 1 .n . f 2+m . f 1

n . f 1+m. f 2

Formulasi di atas bergantung pada bilangan bulat n dan m, besarnya bias ionosfer pada sinyal kombinasi linier dionn,m akan berbeda. Harganya bisa positif atau negatif, yang berarti sinyal kombinasi linier dapat dipercepat atau diperlambat oleh ionosfer, bergantung pada harga n dan m.Proses kombinasi linier juga akan mengubah level noise dari sinyal kombinasi linier yang diperoleh. Jika level noise dari data pengamatan fase sinyal-sinyal L1 dan L2 dikarakterisasi dengan standar deviasi yang sama yaitu σΦ (dalam unit panjang gelombang), maka formulasinya adalah:σ(L n,m) = λ n,m. √n2+m2. σΦ

2. Keuntungan adanya 3 sinyal GPS yaitu L1,L2,dan L5 dalam proses resolusi ambiguitas fase maupun dalam penentuan posisi dengan GPS

Setiap satelit GPS mentransmisikan dua sinyal yaitu L1 (1575.42 MHz) dan L2 (1227.60

MHz). Sinyal L1 dimodulasikan dengan dua sinyal pseudo-random yaitu kode P (Protected) dan

kode C/A (coarse/aquisition). Sinyal L2 hanya membawa kode P.

Setiap satelit mentransmisikan kode yang unik sehingga penerima (perangkat GPS)

dapat mengidentifikasi sinyal dari setiap satelit. Pada saat fitur ”Anti-Spoofing” diaktifkan, maka

kode P akan dienkripsi dan selanjutnya dikenal sebagai kode P(Y) atau kode Y.

Perangkat GPS yang dikhususkan

buat sipil hanya menerima kode C/A pada sinyal L1 (meskipun pada perangkat GPS yang

canggih dapat memanfaatkan sinyal L2 untuk memperoleh pengukuran yang lebih

teliti.Perangkat GPS menerima sinyal yang ditransmisikan oleh satelit GPS. Dalam menentukan

posisi, kita membutuhkan paling sedikit 3 satelit untuk penentuan posisi 2 dimensi (lintang dan

bujur) dan 4 satelit untuk penentuan posisi 3 dimensi (lintang, bujur, dan ketinggian).

Semakin banyak satelit yang diperoleh maka akurasi posisi kita akan semakin tinggi.

Untuk mendapatkan sinyal tersebut, perangkat GPS harus berada di ruang terbuka. Apabila

perangkat GPS kita berada dalam ruangan atau kanopi yang lebat dan daerah kita dikelilingi

oleh gedung tinggi maka sinyal yang diperoleh akan semakin berkurang sehingga akan sukar

untuk menentukan posisi dengan tepat atau bahkan tidak dapat menentukan posisi.

Sinyal GPS juga digunakan untuk memberi tahu si pengamat sinyal tentang posisi satelit

tersebut serta jarak pengamat beserta informasi waktunya, mengonformasikan kesehatan

satelit kepada si pengamat, serta informasi pendukung lainnya seperti parameter untuk

perhitungan koreksi jam satelit, parameter model ionosfer atau frekuensi, transformasi waktu

GPS ke UTC dan satatus konstelasi pesawat.

Selain sinyal L1, Pemerintah Amerika serikat sudah memutuskan untuk menambah 2

sinyal baru, yang petama pada frekuensi L2 yang sekarang dan yang kedua pada frekuensi 1176

MHz. sinyal sipil baru pada frekuensi L2 akan mulai diimplementasikan mulai satelit Blok-IIR

yang ke-14 samapai 21 (Blok IIR-M), dan sinyal sipil L5 pada frekuensi pada frekuensi 1176 MHz

(115x10.23 MHz) direncanakan mulai satelit Blok IIF.

Penambahan sinyal-sinyal baru

pada dasarnya akan meningkatkan kualitas ketelitian dari posisi, kecepatan maupun parameter-

parameter lainnya yang ditentukan dengan menggunakan data pengamatan GPS. Selain itu

penambahan sinyal GPS akan meningkatkan juga integritas sistem GPS serta kontinuitas

pelayanan GPS baik secara spasial maupun temporal.

Pada prinsipnya sinyal-sinyal GPS merupakan gelombang pembawa, gelombang

pembawa ini akan ditumpangi oleh beberapa komponen, yaitu :

Data kode yaitu kode P (Y) dan C/A

Navigation Messages

Komponen-komponen di ataslah yang nantinya akan digunakan untuk menentukan

jarak dari receiver ke satelit dan pesan navigasi yang berguna untuk memberikan secara tidak

langsung informasi posisi satelit beserta parameter-parameter lainnya dalam broadcast

ephemeris.

Sinyal GPS itu berfungsi sebagai pembawa “sesuatu yang berharga” dimana “sesuatu”

itu berfungsi untuk bisa menentukan posisi dimana receiver berada. Tentu saja mengingat itu

semua maka sinyal yang berfungsi sebagai gelombang pembawa itu akan sangat berguna sekali,

apalagi jika sinyal itu ditambah lagi, karena dengan melakukan kombinasi linear akan dihasilkan

posisi yang lebih teliti.

Berikut ini adalah kelebihan dari sinyal L5 yaitu :

Bisa meningkatkan kualitas dan spectrum dari aplikasi yang bermanfaat untuk

penjagaan keselamatan hidup (safety-of-life use)

Memberikan tingkat ketelitian yang lebih tinggi bagi pemakai ketika digunakan, yaitu

:

- Ketelitian yang sama seperti ketelitian untuk keperluan militer

- Lebih tangguh dibandingkan kode L1 C/A

- Lebih tahan terhadap interferensi

- 4 kali lebih kuat dalam daya (power)

- Data message yang lebih baik

- Lebih tahan terhadap pengaruh multipath, karena data kode dimodulasikan pada

banyak frekuensi.

Frekuensi L5 ini berada di Aeronautical Radio Navigation Service (ARNS) band

dengan struktur desain sinyal yang digunakan untuk perbaikan ketelitian posisi pada

aplikasi penerbangan.

Dengan adanya sinyal tambahan yaitu L5 maka ketelitian posisi yang kita inginkan akan

lebih tinggi lagi. Sederhananya yaitu ketika sinyal semakin banyak itu artinya akan banyak pula

gelombang pembawa yang bisa ditumpangi oleh data kode dan pesan navigasi, sehingga data

pseudorange akan semakin banyak, juga data fase yang digunakan akan lebih baik dan lebih

hebat pula sehingga ketelitian posisi yang diharapkan akan semakin baik.

2.a Keuntungan pada resolusi ambiguitas fase

Ketika kita berbicara tentang resolusi ambiguitas fase maka kita berbicara tentang

pengukuran jarak dari satelit ke receiver dengan menggunakan data fase. Ambiguitas yang

terjadi saat pengukuran fase tergantung pada receiver dan satelit. Tidak terjadi ketergantungan

terhadap waktu selama pengamatan. Begitu ambiguitas dapat ditentukan sebagai bilangan

bulat dapat dikatakan ambiguitasnya terpecahkan (resolved).

Agar kita dapat memperoleh hasil dengan akurasi tinggi dengan menggunakan

pengamatan fase, cylcle ambiguity harus dapat dipecahkan apa nilai bulatnya secara tepat.

Cycle ambiguity memiliki sifat bahwa selama tidak terjadi cycle slip, maka bilangan N pada

satelit yang sama akan tetap. Cycle slip adalah ketidak kontinuan dalam jumlah gelombang

penuh dari fase gelombang pembawa yang diamati receiver atau sinyal terputus saat

pengamatan. Solusi terbaik dan tersederhana dari resolusi ambiguitas adalah penggunaan

frekuensi tambahan seperti dalam kasus pengukuran EDM.

Setelah adanya frekuensi baru yaitu L5 tentu saja dengan karakteristik dan

kelebihannya maka ia akan memberikan berbagai keuntungan apalagi jika dilakukan kombinasi

liniear fase antara L1 dengan L5 ataupun L2 dengan L5 maka resolusi ambiguitas fase pun akan

meningkat dan bisa diselesaikan (resolved).

Dengan adanya 3 sinyal GPS, akan didapatkan 3 kemungkinan kombinasi sinyal,

yaitu L1-L2, L2-L5, dan L1-L5, yang masing-masing dari kombinasi tersebut memiliki nilai

kombinasi linier yang berbeda. Ini mencakup perbedaan nilai parameter-parameter yang

merupakan fungsi dari kombinasi linier, seperti: Panjang gelombang, Efek ionosfer dan Faktor

skala noise.

Dalam hal ini kita mendapatkan ukuran lebih untuk menentukan resolusi ambiguitas

fase. Dan seperti yang sudah saya pelajari di matakuliah Hitung Perataan, bahwa ukuran lebih

itu berguna untuk mengontrol hitungan, sekaligus meningkatkan ketelitian dan tingkat

kepercayaan parameter, dalam hal ini resolusi ambiguitas fase.

Dengan kata lain, keuntungan 3 sinyal GPS ini dalam kaitannya dalam proses

resolusi ambiguitas fase adalah mengontrol hitungan, sekaligus meningkatkan ketelitian dan

tingkat kepercayaan resolusi ambiguitas fase.

2.b Keuntungan dalam menentukan posisi dengan GPS

Ketika kita menentukan koordinat suatu titik dengan GPS dengan memakai data

fase, yang memang lebih teliti dibandingkan data kode, kita wajib mengetahui besarnya nilai

ambiguitas fase, yang terdapat pada suatu proses pengukuran.

Untuk menentukan besarnya nilai ambiguitas fase ini bukan hal yang mudah.

Terdapat langkah-langkah yang tepat untuk menentukan nilai ini. Seperti yang dijelaskan pada

poin sebelumnya, bahwa dengan memakai 3 sinyal GPS dapat meningkatkan ketelitian resolusi

ambiguitas fase. Maka dengan meningkatnya ketelitian resolusi ambiguitas fase, maka otomatis

ketelitian posisi yang dihitung oleh GPS akan meningkat.

DAFTAR PUSTAKA

Abidin, Hasanuddin Z. 2007. Penentuan Posisi dengan GPS dan Aplikasinya. Jakarta: PT. Pradnya

Paramitha

Abidin, Hasanuddin Z. 2007. Survei Satelit. Bandung: Slide Kuliah Teknik Geodesi ITB