Sejarah Penemuan Global Positioning System (GPS)

Dewasa ini, kebutuhan untuk mengetahui posisi keberadaan seseorang di muka bumi, menentukan arah yang harus ditempuh untuk menuju suatu tempat atau wilayah, mengetahui letak suatu wilayah, jarak tempuh dan waktu yang diperlukan untuk mencapai suatu wilayah, dan hal-hal seperti ini akan memakan waktu serta biaya yang banyak, jika kita harus mengerahkan beberapa orang dalam beberapa tim untuk menyurveinya ke seluruh dunia.

Oleh karena itu, dibuatlah suatu alat atau sistem yang pada akhirnya melahirkan teknologi mutakhir yang mampu memenuhi semua kebutuhan manusia akan arah dan wilayah, yang disebut dengan teknologi GPS (Global Positioning System). Arah dan posisi suatu wilayah memiliki peran yang sangat penting dalam berbagai aktivitas. Dan seringkali proses atau cara yang digunakan untuk mendapatkannya tidak praktis. Kehadiran teknologi GPS telah menjawab tantangan yang ada untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Dengan teknologi ini manusia dapat mengetahui posisi secara real time dan juga arah jalan yang dituju.
Sayangnya, sebagian besar masyarakat Indonesia masih awam dengan gadget canggih yang satu ini. Hal ini mungkin dikarenakan penggunaan GPS hanya bagi mereka yang berkendaraan. Namun, tak dapat dipungkiri, faktor penghambat lain yang utama adalah GPS masih merupakan barang mahal bagi masyarakat kita.
Oleh karena itu, saya akan membahas beberapa hal yang berkaitan dengan masih awamnya masyarakat Indonesia dengan teknologi GPS.

Kebutuhan manusia akan arah dan letak memang merupakan barang langka yang baru bisa dipenuhi satu dekade terakhir ini. Penemuan dan pengembangan teknologi GPS merupakan terobosan suskes manusia yang semakin merealisasikan ungkapan “dunia dalam genggaman manusia”. Bagaimana tidak jika teknologi GPS yang dengan bantuan “kroni-kroni” satelitnya mampu merekam bumi dari berbagai sudut ini bahkan sudah dimasukkan ke dalam teknologi telpon genggam yang sudah marak beredar di pasaran saat ini?

1. GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS)

Global Positioning System (GPS) adalah suatu sistem navigasi yang memanfaatkan satelit. Penerima GPS memperoleh sinyal dari beberapa satelit yang mengorbit bumi. Satelit yang mengitari bumi pada orbit pendek ini terdiri dari 24 susunan satelit, dengan 21 satelit aktif dan 3 buah satelit sebagai cadangan. Dengan susunan orbit tertentu, maka satelit GPS bisa diterima di seluruh permukaan bumi dengan penampakan antara 4 sampai 8 buah satelit. GPS dapat memberikan informasi posisi dan waktu dengan ketelitian sangat tinggi.

Nama lengkap GPS adalah NAVSTAR GPS (Navigational satellite Timing and Ranging Global Positioning System), namun lebih sering dikenal sebagai GPS. GPS mulai diaktifkan untuk umum pada 17 Juli 1995.

Sedangkan, Assisted-Global Positioning System (A-GPS) merupakan penyempurnaan dari GPS sebagai satelit penentu posisi di belahan bumi.Satelit GPS yang dimiliki bumi mempunyai konstelasi 24 satelit dalam enam orbit yang mendekati lingkaran, setiap orbit ditempati oleh 4 buah satelit dengan interval antara yang tidak sama. Orbit satelit GPS berinklinasi 550° terhadap bidang equator dengan ketinggian rata-rata dari permukaan bumi sekitar 20.200 km.

Metode Advanced Positioning yang terdapat pada A-GPS merupakan metode penentuan posisi yang paling tinggi akurasinya dibandingkan metode deteksi posisi lainnya seperti misalnya Time Difference Of Arrival (TDOA), maupun Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) sehingga A-GPS jauh lebih efisien dan efektif dalam mengakses informasi dari satelit karena tidak perlu mencari data satu persatu dari ke-24 satelit yang ada, namun A-GPS telah mengetahui sasaran (satelit) mana yang dibutuhkan atau dituju.

2. SEJARAH GPS

Amerika Serikat merupakan negara pencetus dan pemrakarsa GPS. Pada dasarnya, bentuk sistem teknologi GPS sama dengan sistem navigasi radio pangkalan pusat, seperti LORAN dan Decca Navigator yang dikembangkan pada tahun 1940-an dan digunakan selama Perang Dunia II. Inspirasi pembuatan sistem GPS sebenarnya datang dari Uni Soviet yang pada saat itu, tahun 1957, meluncurkan satelit pertama mereka, Sputnik.

Sebuah tim ilmuwan AS yang dipimpin oleh Dr. Richard B. Kershner saat itu memonitor transmisi radio Sputnik. Mereka menemukan bahwa Efek Doppler berpengaruh pada transmisi radio, di mana sinyal frekuensi yang ditransmisi Sputnik sangat tinggi saat baru diluncurkan dan semakin rendah seiring dengan satelit menjauhi bumi. Mereka menyadari bahwa dengan mengetahui letak bujur lokasi mereka dengan tepat di peta dunia, mereka mampu melacak posisi satelit tersebut mengorbit berdasarkan tolak ukur penyimpangan Efek Doppler.

Transit, satelit sistem navigasi pertama yang digunakan oleh Angkatan Laut AS sukses diujicobakan pertama kali pada tahun 1960. Sistem yang menggunakan kumpulan dari lima satelit ini mampu menentukan posisi sekali tiap jamnya. Pada tahun 1967, AL AS mengembangkan satelit Timation yang membuktikan kemampuannya dengan menetapkan waktu yang akurat di angkasa, merupakan teknologi acuan sistem GPS. Tahun 1970-an, Sistem Navigasi Omega pangkalan pusat, berdasarkan pembandingan fase sinyal, menjadi sistem navigasi radio pertama yang meliputi seluruh dunia.

Satelit percobaan pertama Block-I GPS diluncurkan pada Februari 1978. Satelit-satelit GPS pertama kali dibuat oleh Rockwell International (sekarang merupakan bagian dari Boeing) dan sekarang dibuat oleh Lockheed Martin (IIR/IIR-M) dan Boeing (IIF).

Timeline:

* Pada tahun 1972, Holloman AFB AS melakukan perbandingan pengujian dua prototipe penerima GPS di atas White Sand Missile Range, menggunakan satelit tiruan pangkalan pusat.
* Tahun 1978, satelit percobaan pertama Block-I GPS diluncurkan.
* Tahun 1983, setelah pesawat interseptor Rusia menembak pesawat terbang sipil KAL 007 di wilayah udara terlarang Rusia, yang membunuh 269 orang dalam peristiwa tersebut, presiden AS Ronald Reagan mengumumkan bahwa sistem GPS akan dapat digunakan oleh rakyat sipil begitu sistem itu selesai dibuat.
* Tahun 1985, sepuluh satelit percobaan Block-I GPS tambahan diluncurkan untuk memvalidasi konsep tersebut.
* Pada 14 Februari 1989, satelit modern Block-II pertama diluncurkan.
* Tahun 1992, Space Wing kedua, yang pada dasarnya mengontrol sistem, di-nonaktifkan dan diganti dengan Space Wing ke-50.
* Pada Desember 1993 sistem GPS mampu beroperasi untuk pertama kalinya.
* Pada 17 Januari 1994, konstelasi komplit 24 satelit telah mengorbit.
* Kemampuan untuk beroperasi penuh dideklarasikan oleh NAVSTAR pada April 1995.
* Tahun 1996, menyadari pentingnya GPS bagi rakyat sipil, presiden AS Bill Clinton mengeluarkan kebijakan langsung yang menyatakan GPS sebagai dual-use system dan mendirikan Interagency GPS Executive Board untuk mengatur penggunaannya sebagai aset negara.
* Tahun 1998, Wakil Presiden AS Al Gore mengumumkan rencana untuk mengupgrade GPS dengan dua sinyal sipil untuk mempertinggi keakuratan dan keandalan pengguna, terutama dengan respek terhadap faktor keselamatan penerbangan.
* Pada 2 mei 2000, “Selective Availability” tidak dilanjutkan sebagai hasil dari Peraturan Pemerintah tahun 1996, memungkinkan pengguna untuk menerima sinyal tidak bertingkat secara global.
* Tahun 2004, pemerintah AS menandatangani sebuah perjanjian bersejarah dengan Komunitas Eropa membangun kerjasama dalam bidang GPS dan rencana sistem Galileo Eropa.
* Tahun 2004, presiden AS George W. Bush memperbaharui kebijakan nasional, menggantikan lembaga eksekutif dengan National Space-Based Positioning, Navigation, and Timing Executive Committee.
* November 2004, QUALCOMM mengumumkan keberhasilan menguji aplikasi bantuan sistem GPS pada telepon genggam.
* 2005, satlelit GPS pertama yang dimodernisasi diluncurkan dan mulai mentransmisikan sinyal sipil kedua (L2C) untuk meningkatkan manfaatnya bagi pengguna.
* Peluncuran terbaru pada 17 Oktober 2007. Satelit GPS tertua yang masih beroperasi diluncurkan pada 4 Juli 1991 dan mulai dioperasikan pada 30 Agustus 1991.
* 14 September 2007, peraturan tentang Sistem Pengendalian Segmen Pusat yang telah usang digantikan dengan Rencana Evolusi Arsitektur yang baru.

3. KEGUNAAN GPS

· Militer
GPS digunakan untuk keperluan perang, seperti menuntun arah bom, atau mengetahui posisi pasukan berada. Dengan cara ini maka kita bisa mengetahui mana teman, mana lawan untuk menghindari salah target ataupun menentukan pergerakan pasukan.

· Navigasi
GPS banyak juga digunakan sebagai alat navigasi seperti kompas. Beberapa jenis kendaraan telah dilengkapi dengan GPS untuk alat bantu navigasi. Dengan menambahkan peta, maka bisa digunakan untuk memandu pengendara sehingga pengendara bisa mengetahui jalur mana yang sebaiknya dipilih untuk mencapai tujuan yang diinginkan.

· Sistem Informasi Geografis
Untuk keperluan Sistem Informasi Geografis, GPS sering juga diikutsertakan dalam pembuatan peta, seperti mengukur jarak perbatasan, ataupun sebagai referensi pengukuran.

· Pelacak kendaraan
Kegunaan lain GPS adalah sebagai pelacak kendaraan. Dengan bantuan GPS, pemilik kendaraan/pengelola armada bisa mengetahui ada di mana saja kendaraannya/aset bergeraknya berada saat ini.

· Pemantau Gempa
Bahkan saat ini, GPS dengan ketelitian tinggi bisa digunakan untuk memantau pergerakan tanah, yang ordenya hanya milimeter dalam setahun. Pemantauan pergerakan tanah berguna untuk memperkirakan terjadinya gempa, baik pergerakan vulkanik ataupun tektonik.

· Navigasi Pesawat Terbang
Kebanyakan sistem penerbangan menggunakan alat GPS biasa dalam penerbangan, kecuali ketika mendarat dan lepas landas, sama seperti alat elektronik lain. Larangan penggunaan GPS disebabkan adanya isu keselamatan, yaitu tidak ingin penumpang memetakan posisinya. Sebaliknya, sebagian penerbangan juga memasukkan GPS ke dalam sistem hiburan penerbangan. Dengan pengamatan GPS, maka informasi posisi 3D, kecepatan dan percepatan pesawat terbang dapat ditentukan secara teliti. Di samping itu GPS juga dapat digunakan sebagai sistem navigasi pesawat terbang pada saat survey dengan metode real time DGPS (Differential Global Positioning System).

· Penangkapan Ikan di Perairan Luas
Trimble memperkenalkan penerima GPS pertama di dunia untuk navigasi laut pada tahun 1985. Dan seperti yang mungkin kita duga, menavigasikan perairan dunia menjadi lebih tepat daripada sebelumnya. Saat ini alat penerima Trimble dapat ditemukan di perahu-pearhu di seluruh dunia, mulai dari perahu nelayan, kapal kargo pengantar barang, sampai kapal-kapal pesiar mewah. Sebuah perusahaan penangkapan ikan asal Selandia Baru menggunakan GPS supaya mereka dapat kembali ke wilayah terbaik untuk menangkap ikan tanpa perlu tersesat sebelumnya.

4. CARA KERJA GPS


Perangkat GPS menerima sinyal dari satelit dan kemudian melakukan perhitungan sehingga pada tampilan umumnya kita dapat mengetahui posisi (dalam lintang dan bujur), kecepatan, dan waktu. Disamping itu juga informasi tambahan seperti jarak, dan waktu tempuh. Posisi yang ditampilkan merupakan sistem referensi geodetik WGS-84 dan waktu merupakan referensi USNO (U.S. Naval Observatory Time).
Ilmuwan mengembangkan suatu konfigurasi untuk sistem GPS yang dapat menjangkau secara global dengan menggunakan sedikitnya 21 satelit pada medium earth orbit (MEO).

· 21 satelit yang aktif dan 3 satelit cadangan.
· Enam bidang orbit. Ketinggian: 20,200 km. Period: 11 jam 58 menit. Kemiringan: 530
· Empat satelit per pesawat.
· Lima stasiun pengawasan

Pada awalnya, peneliti berpendapat bahwa sebuah konfigurasi garis edar bumi geostationary (GEO) berada pada 36,000 km. Namun hal ini dibantah karena pendapat tersebut berarti satelit-satelit akan memerlukan pemancar yang lebih kuat dan sarana peluncuran yang lebih tangguh. Selain itu, GEO akan memberikan jangkauan daerah kutub yang lemah. Bahkan konfigurasi test pendahuluan menunjukan bahwa pesawat – pesawat peluncur berada pada kemiringan 630. 24 satelit-satelit GPS yang baru berada pada konfigurasi Block II, dan telah diluncurkan antara tahun 1989 dan 1994.

Konfigurasi ini menunjukan bahwa enam pesawat berada pada kemiringan 550. Berada pada posisi garis bujur yang sama yaitu pada 600 garis bujur, kemiringan ini memberikan jangkauan global terbaik, termasuk daerah kutub. Satelit-satelit bahkan dibagi menjadi empat generasi: II, IIA, IIR dan IIF. Perbedaan-perbedaan yang utama ada pada ketelitian dan jumlah maksimum hari tanpa kontak dari stasiun pemantauan dan kendali.
Stasiun pengawasan mengirimkan data yang baru dan telah diperbaiki kepada masing-masing satelit setiap empat jam. Data ini mencakup koreksi terhadap waktu dan posisi yang tepat dari satelit tersebut dan satelit-satelit GPS lainnya yang berada di dalam orbit. Data terbaru mengenai posisi satelit dapat ditentukan dengan melakukan pengukuran GPS terhadap ground antenna di lokasi yang telah diketahui. Stasiun pengawasan ditempatkan di dekat garis katulistiwa untuk mengurangi efek ionospheric.

Konsep GPS
Hubungan mendasar antara satelit dan receiver digambarkan dalam lima langkah-langkah di bawah ini :

1. Receiver menerima sinyal dari satelit GPS.
2. Hal tersebut menentukan perbedaan antara waktu yang ada dengan waktu yang disampaikan melalui frekuensi yang ada.
3. Sinyal yang dikirimkan juga menghitung jarak satelit dari receiver, dengan memperhitungkan bahwa sinyal tersebut dikirim dengan kecepatan cahaya.
4. Receiver menerima sinyal dari dua satelit yang lain, dan kembali menghitung jarak dari mereka.
5. Dengan mengetahui jarak nya dari tiga lokasi yang berbeda, receiver mentrianggulir (triangulation) posisi nya.

GPS memiliki dua tingkat ketelitian:
* Sistem posisi standar (standard positioning system / SPS)
SPS merupakan yang disediakan untuk umum (sipil). Tingkat akurasi yang dihasilkan adalah 100 m untuk posisi horisontal dan 150 meter untuk posisi vertikal.
* Sistem posisi presisi (precision positioning system / PPS)
PPS digunakan oleh Departemen Pertahanan AS dan tidak disediakan untuk umum.

Penerima GPS menghitung posisinya dengan mengukur jarak antara posisinya dan tiga atau lebih satelit GPS lainnya. Masing-masing satelit memiliki jam atom dan secara berkesinambungan mengirimkan pesan-pesan yang memuat waktu dan lokasi yang tepat. Penerima menggunakan jamnya untuk menetapkan dengan seksama waktu penerimaan setiap pesan. Hal itu membuat jarak dengan setiap satelit sejak pergerakan sinyal bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Dengan mengetahui jaraknya dengan sedikitnya tiga satelit dan posisi satelit tersebut, penerima menghitung posisinya menggunakan trilaterasi. Kenyataannya, penerima-penerima tersebut biasanya tidak memiliki ketepatan waktu yang akurat, tetapi melacak empat satelit atau lebih sehingga memungkinkan mereka untuk menetapkan baik lokasi maupun waktu yang akurat.

Untuk mengetahui posisi dari GPS, diperlukan minimal 3 satelit. Pengukuran posisi GPS didasarkan oleh sistem pengukuran matematika yang disebut dengan Triliterasi. Yaitu pengukuran suatu titik dengan bantuan 3 titik acu. Misalnya anda berada di suatu kota A (disini kota kita anggap sebagai titik), tetapi anda tidak mengetahui dimana anda berada. Untuk mengetahui keberadaan anda, anda bertanya kepada seseorang, dan orang tersebut menjawab bahwa anda 2 km dari kota B.

Jawaban ini tidak memuaskan anda karena anda tidak tahu apakah anda di sebelah selatan, utara, barat, atau timur kota B. Kemudian anda bertanya kepada orang ke-2 dan mendapat jawaban bahwa anda berada 5 km dari kota C. Dengan jawaban ini anda sudah dapat membayangkan dimana posisi anda, hanya ada kemungkinan 2 titik berbeda yang berpotongan antara lingkaran dengan radius kota A dengan kota B dan lingkaran dengan radius kota A dengan kota C. Untuk lebih memperjelas lagi anda mumerlukan orang ke-3, misalnya anda berada di 1 km dari kota D.

Dengan demikian anda mendapatkan perpotongan antara lingkaran dengan radius jarak kota A ke kota B, lingkaran antara kota A dan kota C, dan lingkaran antara kota A dan kota D. Dalam GPS kota A adalah alat penerima GPS, kota B, C, dan D adalah Satelit. Beberapa fungsi dari GPS adalah : 1. Untuk melakukan navigasi terhadap kapal laut dan pesawat terbang. 2. Untuk menentukan jarak-jarak tertentu 3. Untuk melakukan suatu penemuan di bidang geografi 4. dll.

5. GPS DI INDONESIA

GPS sebenarnya bukan lagi barang baru di Indonesia. Hal ini terbukti karena sejak tahun 1999 PT Ratnacahaya Nusawiria yang berpusat di Bandung mampu mengembangkan sistem aplikasi navigasi berbasis GPS yang tak kalah canggih dengan aplikasi sejenis, seperti buatan Mapking, Navifone, atau Solomap, yang sekarang terpasang di beberapa ponsel yang memiliki fitur GPS (Kompas, 30 Agustus 2007).

Selain itu, pada bulan Aprill tahun 2000, Pusat Penelitian Antar Universitas bidang Mikroelektronika bekerjasama dengan Lembaga Penelitian dan Pengembangan ITENAS menyelenggarakan seminar – workshop tentang Global Positioning System (GPS) di Hotel Savoy Homann Bandung.

Topik seminar – workshop ini adalah mengenai Potensi dan Aplikasi Teknologi GPS. Acara ini digunakan sebagai wahana untuk mengetahui status dan potensi penerapan sistem GPS di Indonesia, khususnya mengkaji peluang pendayagunaan teknologi GPS tersebut dan sumbangannya pada peningkatan perekonomian dan daya saing nasional. Organisasi profesi maupun konsultan teknik juga menggalang kerjasama masyarakat pengguna GPS di Indonesia serta memberikan feedback terhadap kemampuan tenaga ahli Indonesia dalam pengembangan aplikasi teknologi GPS.

NusaMap merupakan salah satu produk GPS yang paling menonjol dan merupakan karya orang Indonesia yang patut dibanggakan. NusaMap merupakan aplikasi peta digital yang canggih dan serba bisa. Untuk menggunakan NusaMap, diperlukan satu PDA PocketPC disertai satu perangkat GPS (Bluetooth GPS, atau CompactFlash GPS, atau GPS yang dilengkapi kabel serial ke PocketPC).

Peta digital NusaMap mencakup Jawa-Bali, yang meliputi berbagai kota besar seperti Bali, Bandung, Bekasi, Bogor, Cirebon, Denpasar, Depok, Jakarta, Kuta, Malang, Nusa Dua, Semarang, Singaraja, Surakarta, Surabaya, Tangerang, dan Yogyakarta. Di dalamnya terdapat pula informasi lokasi POI yang dikategorikan dalam kelompok, bandara, stasiun kereta api, terminal, pelabuhan, hotel dan resort, restoran, lokasi turisme, lapangan golf, pertokoan, pasar, pom bensin, kantor polisi, rumah sakit, kantor pos, gedung perkantoran, apartemen, wali kota, dan universitas.

Walaupun NusaMap dapat dipakai secara stand-alone untuk melihat-lihat peta, akan jauh lebih bermanfaat bila dipasangkan dengan perangkat GPS. Perangkat GPS membantu memplot secara real time posisi setiap saat pada peta NusaMap.

Salah satu fitur yang tampak sederhana, tetapi berimplikasi besar, adalah digunakannya standar ASCII atau plain text file untuk menyimpan data waypoint. Masalah klasik yang dihadapi pada perangkat GPS adalah mengelola data waypoint mengingat adanya keterbatasan memory dan kesulitan pencarian. Data NusaMap berbentuk plain text memudahkan kita untuk menyimpan dan kemudian menemukan kembali waypoint tertentu dengan menggunakan fasilitas Search di PocketPC maupun di PC. Informasi waypoint juga dapat di cut & paste untuk dikirim via SMS atau e-mail kepada yang membutuhkan.

Untuk penggunaan lebih advanced, NusaMap memberikan pula fasilitas remote tracking. Dengan memasang perangkat GPS+GSM pada kendaraan, pemakai NusaMap dapat mengirim SMS permohonan info lokasi ke kendaraan tersebut, yang akan langsung dijawab secara otomatis sehingga lokasi kendaraan dapat ditampilkan seketika pada peta digital NusaMap yang ada pada kita.
Selain itu, perusahaan Solo System mengeluarkan produk GPS yang dikemas oleh perusahaan multimedia Avix yang digunakan oleh sejumlah ATPM di Indonesia dan juga dimanfaatkan oleh industri seluler terkemuka di dunia, Nokia. Dimana pemilik perusahaan Solo System dan “otak” dari GPS ini tak lain adalah orang Indonesia, yaitu Arifin Effendy.

Aplikasi dari teknologi GPS di Indonesia meliputi, GPS potabel pada kendaraan bermotor, baik mobil maupun motor. Selain itu, banyak juga diaplikasikan dalam telepon genggam, baik pada produk GSM maupun CDMA. Selain sebagai penunjuk arah, GPS juga dapat berfungsi sebagai alat pelacak lokasi kendaraan yang dimanfaatkan oleh perusahaan jasa transportasi, taksi. Dimana salah satu perusahaan penggunanya adalah Blue Bird. Dengan bantuan GPS, perusahaan mampu menyelesaikan order lebih banyak daripada sebelumnya karena perusahaan mampu melacak taksi yang posisinya terdekat dengan lokasi pemesan.
Di Indonesia, teknologi GPS sebenarnya telah cukup lama diaplikasikan dalam sistem navigasi pesawat terbang. Dengan pengamatan GPS, maka informasi posisi 3D, kecepatan dan percepatan pesawat terbang dapat ditentukan secara teliti. Di samping itu GPS juga dapat digunakan sebagai sistem navigasi pesawat terbang pada saat survey dengan metode real time DGPS (Differential Global Positioning System). Penggunaan GPS ini juga diterapkan dalam kegiatan militer, berkaitan dengan pemantauan seluruh wilayah kekuasaan NKRI untuk menjaga pertahanan dan keamanan negara.

source : http://luzman-interisti.blogspot.com/2008/08/global-positioning-system-gps.html