PETUNJUK GPS BAGI PEMULA

1. Pengantar

Pernahkah Anda hilang dan berharap ada cara mudah untuk mengetahui ke mana Anda harus pergi? Pernah tidak menemukan tempat berburu yang sempurna atau tempat memancing dan tidak mengingat bagaimana untuk mendapatkan jalan  kembali yang Mudah? Bagaimana jika diri Anda hiking dan tidak menemukan jalan keluar  arah mana harus Anda pergi untuk  kembali ke perkemahan atau mobil Anda? Pernah terbang bersama dan diperlukan untuk mencari bandara terdekat atau mengidentifikasi jenis udara Anda berada? Mungkin Anda telah dihadapkan dengan fakta itu, saatnya untuk menepi  dan bertanya kepada seseorang untuk petunjuk arah? Teknologi GPS  dengan cepat mengubah cara orang menemukan jalan mereka di  pelosokBumi. Apakah itu untuk bersenang-senang, menyelamatkan nyawa, menuju ke sana lebih cepat,  navigasi GPS menjadi lebih umum dari hari ke hari.

Apa itu GPS?

Singkatan dari  GPS Global positioning system. Sebuah jaringan satelit yang Terus menerus mengirimkan informasi kode, Yang membuatnya memungkinkan  untuk  menunjukkan lokasiy ang  tepat di bumi dengan cara mengukur jarak dari satelit.

Seperti yang tercantum dalam definisi di atas, GPS adalah singkatan dari Global Positioning System, dan Mengacu kepada sekelompok satelit Departemen Pertahanan AS yang secara konstan mengitari bumi. Satelit mengirimkan sinyal radio berdaya yang sangat rendah Membiarkan orang dengan penerima GPS dapat menentukan Lokasi mereka di Bumi. Untuk membangun sistem yang luar biasa Ini tidak murah, membutuhkan  biaya miliaran dolar AS,. Pemeliharaan, termasuk peluncuran satelit pengganti, menambah biaya dari Sistem. Hebatnya, GPS sesungguhnya mendahului  pengenalan komputer pribadi.

Para perancang mungkin tidak mengira bahwa suatu  hari penerima portabel kecil, dengan berat kurang dari satu pound, tidak hanya dapat memberitahu  di mana kita posisi koordinat (lintang / bujur) berada tetapi juga akan menampilkan lokasi kita pada peta elektronik dilengkapi dengam nama kota, jalan-jalan dan lain-lain.GPS awalnya digunakan untuk aplikasi militer  setidaknya penerima GPS akan membantu navigasi, pengerahan pasukan dan tembakan artileri.

Untungnya, keputusan eksekutif pada 1980-an membuat GPS juga tersedia untuk penggunaan sipil jadi. Sekarang semua orang bisa menikmati keuntungan  GPS dengan gratis. !   Jadi hanya keluar membawa penerima GPS, masukan baterai dan terjun langsung , menyenangkan!

3 Segmen GPS

Sistem NAVSTAR (singkatan untuk Navigasi Satelit Timing and Ranging, nama resmi Department Pertahanan US untuk GPS) terdiri dari ruas angkasa (satelit), segmen kontrol (stasiun bumi), dan segmen pengguna (Anda dan Anda penerima GPS). 

Sekarang mari kita ambil tiga bagian dari sistem dan mendiskusikannya secara lebih rinci. Kemudian kita akan melihat lebih dekat bagaimana GPS bekerja.

Segmen angkasa

Ruas angkasa, yang terdiri dari setidaknya 24 satelit (21 aktif ditambah 3 cadangan  operasi) adalah jantung dari sistem. Satelit berada dalam apa yang disebut "orbit tinggi" sekitar 12.000 mil di atas permukaan bumi. Beroperasi pada suatu ketinggian tinggi memungkinkan sinyal untuk menutupi area yang lebih besar. Satelit tersebut diatur dalam orbitnya sehingga penerima GPS di bumi selalu dapat menerima dari setidaknya empat dari mereka pada waktu tertentu.

 Satelit bejalan dengan kecepatan 7.000 kilometer per jam, yang memungkinkan mereka untuk mengelilingi bumi sekali setiap 12 jam. Mereka  didukung oleh energi surya dan dibangun untuk bertahan sekitar 10 tahun. Jika energi surya gagal (gerhana, dll), mereka memiliki baterai cadangan nuntuk menjaga mereka tetap berjalan. Mereka juga memiliki pendorong roket kecil untuk menjaga mereka melayang  di jalur yang benar. Satelit GPS pertama  diluncurkan ke ruang angkasa pada tahun 1978. Keseluruhan total  24 satelit dicapai pada tahun 1994.

Setiap satelit mentransmisikan sinyal radio daya rendah pada beberapa frekuensi (ditunjuk L1, L2, dll). Penerima GPS sipil "menangkap" pada frekuensi L1 dari 1575,42 MHz pada pita UHF. Sinyal berjalan "line of sight", yang berarti  ia akan melewati awan, kaca dan plastik, tapi tidak akan pergi melalui benda yang  padat seperti gedung dan pegunungan.

Sinyal satelit sangat rendah, pada 20-50 watt. Stasiun radio FM lokal Anda adalah sekitar 100.000 watt. Bayangkan mencoba untuk mendengarkan 50-watt stasiun radio transmisi dari 12.000 mil jauhnya! Itulah mengapa penting untuk memiliki pandangan yang jelas langit saat menggunakan GPS.

L1 berisi dua "pseudorandom" (pola kompleks kode digital) sinyal, kode Protected (P) dan kode Kasar / Akuisisi (C / A). Setiap satelit mentransmisikan kode yang unik, yang memungkinkan penerima GPS untuk mengidentifikasi sinyal. "Anti-spoofing" mengacu pada pengacakan kode P untuk mencegah akses yang tidak sah. Kode P juga disebut "P (Y)" atau "Y" kode.

Tujuan utama dari sinyal kode adalah untuk memungkinkan untuk menghitung waktu tempuh dari satelit ke penerima GPS di bumi. waktu perjalanan Ini juga disebut Waktu Tiba. Waktu tempuh dikalikan dengan kecepatan cahaya sama dengan rentang satelit (jarak dari satelit ke penerima GPS). Navigasi Pesan (informasi satelit mengirimkan ke penerima) berisi informasi orbital satelit dan informasi  jam dan pesan status sistem umum dan model delay ionosfer. Sinyal satelit dihitung menggunakan jam atom yang sangat akurat.

Segmen Kontrol

Segmen "kontrol"  mengontrol  satelit GPS dengan melacak mereka dan kemudian memberikan mereka dengan informasi  orbital dan jam (waktu) yang tepat. Ada lima stasiun kontrol yang terletak di seluruh dunia - empat stasiun pemantauan berawak dan satu "stasiun kontrol induk". Keempat stasiun penerima tak berawak terus menerima data dari satelit dan kemudian mengirim informasi tersebut ke stasiun kontrol induk. stasiun Kontrol pusat  "mengoreksi" data satelit dan, bersama dengan dua antena situs lain, mengirimkan ("uplink") informasi ke satelit GPS. 

Segmen Pengguna

Segmen pengguna hanya terdiri dari Anda dan penerima GPS Anda. Seperti disebutkan sebelumnya, segmen pengguna terdiri dari pelaut, pilot, pejalan kaki, pemburu, militer dan siapa saja yang ingin tahu di mana mereka berada, di mana mereka  atau di mana mereka akan pergi.

GPS-Bagaimana cara kerjanya?

Penerima GPS harus mengetahui dua hal untuk melakukan tugasnya. Yaitu dimana lokasi satelit berada dan berapa  JAUH (jarak ) mereka.

Mari kita melihat bagaimana penerima GPS tahu di mana satelit berada di ruang angkasa. Penerima GPS mengambil dua jenis kode informasi dari satelit. Salah satu jenis informasi, yang disebut "almanak" data, berisi perkiraan posisi (lokasi) dari satelit. Data ini terus-menerus dikirim dan disimpan dalam memori dari penerima GPS sehingga tahu orbit satelit dan di mana setiap satelit seharusnya. Almanak data diperbarui secara berkala dengan informasi baru karena satelit selalu bergerak keliling.  Tiap satelit dapat mengalami bergeser  sedikit keluar dari orbit, sehingga stasiun pemantau bumi terus melacak orbit satelit, ketinggian, lokasi, dan kecepatan. Stasiun bumi mengirim data ke stasiun kontrol orbital induk, yang pada gilirannya mengirimkan data yang dikoreksi sampai ke satelit. Koreksi  data ini disebut ephemeris, yang berlaku selama sekitar empat sampai enam jam, dan ditransmisikan dalam kode informasi ke penerima GPS. Jadi, setelah menerima almanak dan data ephemeris, penerima GPS mengetahui posisi (lokasi) dari satelit setiap saat.

 Waktu adalah inti 

meskipun penerima GPS mengetahui lokasi yang tepat dari satelit di angkasa, masih perlu untuk mengetahui seberapa jauh jarak satelit, sehingga dapat menentukan posisinya di Bumi. Ada sebuah rumus sederhana yang memberitahu penerima seberapa jauh itu dari setiap satelit: jarak Anda dari benda satelit tertentu sama dengan kecepatan dari sinyal dikalikan dengan waktu yang dibutuhkan sinyal untuk mencapai Anda (kecepatan x waktu yang dibutuhkan  = Jarak). Mungkin anda ingat  bagaimana Anda bisa mengetahui  seberapa jauh badai itu dari Anda? Ketika Anda melihat petir Anda menghitung jumlah detik sampai Anda mendengar guntur. Semakin lama menghitung, lebih jauh badai itu. GPS bekerja pada prinsip yang sama, yang disebut "Waktu Tiba".

Menggunakan rumus dasar yang sama untuk menentukan jarak, penerima sudah tahu kecepatan. Ini adalah kecepatan gelombang radio - 186.000 mil per detik (kecepatan cahaya), dikurang keterlambatan perjalanan sinyal  melalui atmosphere. Sekarang penerima GPS bumi harus menentukan waktu yang merupakan  bagian dari rumus. Jawabannya terletak pada kode sinyal yag dikirimkan satelit. Kode ditransmisikan disebut "kode acak-pseudo " karena terlihat seperti sinyal suara. Ketika satelit   menghasilkan kode pseudo-acak, penerima GPS juga menghasilkan kode yang sama dan mencoba untuk mencocokannya dengan kode satelit. Penerima kemudian membandingkan dua kode untuk menentukan berapa banyak yang dibutuhkan untuk menunda (atau shift) kode untuk mencocokkan kode satelit. Penundaan waktu (shift) ini dikalikan dengan kecepatan cahaya untuk mendapatkan jarak.

Jam penerima GPS Anda tidak menjaga waktu setepat jam satelit. Meletakan jam atom dalam penerima GPS Anda akan membuatnya jauh lebih besar dan terlalu mahal! Jadi setiap pengukuran jarak perlu dikoreksi untuk memperhitungkan kesalahan jam internal penerima GPS. Untuk alasan ini, pengukuran kisaran disebut sebagai "pseudo-range". Untuk menentukan posisi menggunakan data pseudo-range, minimal empat satelit harus dilacak dan keempat yang diperbaiki  harus dihitung ulang sampai kesalahan jam menghilang.

Sekarang kita memiliki lokasi dan jarak satelit, sehingga penerima dapat menentukan posisi.

 Katakanlah kita 11.000 mil dari satu satelit. Lokasi kita akan berada di suatu tempat pada bola imajiner dengan satelit di pusat dengan radius 11.000 km. Kemudian katakanlah kita 12.000 mil dari satelit lain. Kedua bola akan memotong  bola pertama,  untuk membuat lingkaran bersama.

Jika kita menambahkan satelit ketiga, pada jarak 13.000 km, kita sekarang memiliki dua titik bersama di mana tiga bidang berpotongan. Meskipun ada dua kemungkinan posisi, mereka sangat berbeda dalam lintang / bujur posisi  dan ketinggian. Untuk menentukan mana dari dua titik bersana  adalah posisi Anda yang sebenarnya, Anda harus memasukkan perkiraan ketinggian Anda ke penerima GPS. Hal ini akan memungkinkan penerima untuk menghitung posisi dua dimensi (lintang, bujur). 

Namun, dengan menambahkan satelit keempat, penerima dapat menentukan posisi tiga dimensi Anda (lintang, bujur, ketinggian). Katakanlah jarak kita dari satelit keempat adalah 10.000 mil. Kami sekarang memiliki sebuah bola keempat yang memotong tiga bola pada satu titik yang sama.

Data almanak

Unit ini menyimpan data tentang di mana satelit berada pada waktu tertentu. Data ini disebut almanak. Kadang-kadang ketika unit GPS tidak diaktifkan untuk waktu yang lama, almanak bisa mendapatkan usang atau "dingin". Ketika penerima GPS adalah "dingin", itu bisa memakan waktu lebih lama untuk memperoleh satelit. Sebuah penerima dianggap "hangat" ketika data telah dikumpulkan dari satelit dalam empat sampai enam jam terakhir. Bila Anda sedang mencari unit GPS untuk membeli, Anda mungkin melihat spesifikasi. Akuisisi waktu "dingin" dan "hangat" Jika waktu yang dibutuhkan unit GPS untuk mengunci ke sinyal dan menghitung posisi adalah penting bagi Anda, pastikan untuk memeriksa waktu akuisisi. Jika GPS telah terkunci ke satelit cukup untuk menghitung posisi, Anda siap untuk mulai navigasi ! Sebagian besar unit akan menampilkan halaman posisi atau halaman menampilkan posisi Anda pada peta (peta layar) yang akan membantu Anda dalam navigation.

 GPS Receiver Technology

Sebagian besar  penerima GPS modern desain paralel multi-channel. Desain single-channel yang lebih tua pernah populer, tetapi terbatas dalam kemampuan mereka untuk terus menerima sinyal di lingkungan terberat - seperti bawah pohon. Penerima paralel biasanya memiliki dari antara 5 dan 12 sirkuit penerima, masing-masing dikhususkan untuk satu sinyal satelit tertentu, kunci begitu kuat dapat dipertahankan pada semua satelit setiap saat. Penerima paralel-channel dengan  cepat   mengunci ke satelit ketika pertama dihidupkan dan mereka tiada bandingnya dalam kemampuan mereka untuk menerima sinyal satelit bahkan dalam kondisi sulit  seperti dedaunan lebat atau perkotaan dengan gedung-gedung tinggi.

Sumber-sumber kesalahan

Penerima GPS sipil memiliki potensial kesalahan posisi karena hasil dari akumulasi kesalahan terutama disebabkan beberapa sumber berikut:

 Ionosfer dan troposfer penundaan - sinyal satelit melambat saat melewati atmosfer. Sistem ini menggunakan "model" built-in yang menghitung rata-rata jumlah keterlambatan, tapi tidak tepat,.

Sinyal multi-path - Terjadi ketika sinyal GPS dipantulkan  dari objek seperti gedung-gedung tinggi atau permukaan batu besar sebelum mencapai penerima. Hal ini meningkatkan waktu tempuh sinyal, sehingga menyebabkan kesalahan.

Kesalahan jam Receiver - Karena tidak praktis untuk memiliki jam atom penerima GPS Anda, jam built-in dapat memiliki kesalahan waktu yang sangat sedikit.

 Kesalahan Orbital - Juga dikenal sebagai "kesalahan ephemeris", ini adalah ketidakakuratan  lokasi satelit dilaporkan.

 Jumlah satelit terlihat - Semakin banyak satelit penerima dapat "melihat", akurasi yang lebih baik. Bangunan, medan, interferensi elektronik, atau bahkan kadang-kadang dedaunan lebat dapat memblokir penerimaan sinyal, menyebabkan kesalahan posisi atau mungkin tidak ada posisi membaca sama sekali. Yang lebih jelas, semakin baik penerimaan. Unit GPS tidak akan bekerja dalam ruangan (biasanya), bawah air, atau bawah tanah.

Satelit geometri / shading - ini mengacu pada posisi relatif satelit pada waktu tertentu. Geometri satelit yang ideal terjadi ketika satelit berada di sudut lebar relatif terhadap satu sama lain. Hasil geometri miskin ketika satelit berada di garis atau dalam pengelompokan yang ketat.

Degradasi Disengaja sinyal satelit - degradasi disengaja AS militer terhadap sinyal dikenal sebagai "Selektif Tersedia-kemampuan" (SA) dan dimaksudkan untuk mencegah musuh militer dari menggunakan sinyal GPS yang sangat akurat. SA menyumbang mayoritas dari kesalahan dalam kisaran. SA dimatikan 2 Mei 2000, dan saat ini tidak aktif. Ini berarti Anda dapat mengharapkan khas akurasi GPS di kisaran 6-12 meter (sekitar 20-40 kaki). Namun, akurasi dapat ditingkatkan dengan menggabungkan penerima GPS dengan Differential GPS (DGPS atau) penerima, yang dapat beroperasi dari beberapa sumber yang mungkin untuk membantu mengurangi beberapa sumber kesalahan yang dijelaskan di atas. Bagian selanjutnya menjelaskan DGPS dan bagaimana works.DGPS-Bagaimana cara kerjanya?

Differential GPS

bekerja dengan menempatkan penerima GPS (disebut stasiun referensi) di lokasi yang dikenal. Karena stasiun referensi tahu lokasi yang tepat, dapat menentukan kesalahan dalam sinyal satelit. Hal ini dilakukan dengan mengukur rentang untuk setiap satelit menggunakan sinyal yang diterima dan membandingkan rentang ini diukur dengan rentang yang sebenarnya dihitung dari posisinya diketahui. Perbedaan antara rentang diukur dan dihitung untuk setiap satelit dalam pandangan menjadi "Koreksi diferensial". Koreksi diferensial untuk setiap satelit dilacak diformat menjadi pesan koreksi dan dikirim ke penerima DGPS. Ini koreksi diferensial ini kemudian diterapkan untuk perhitungan penerima GPS, menghilangkan banyak kesalahan umum dan meningkatkan akurasi. Tingkat akurasi yang diperoleh adalah fungsi dari penerima GPS dan kesamaan "lingkungan" untuk itu dari stasiun referensi, terutama kedekatannya dengan stasiun. Stasiun referensi penerima menentukan komponen kesalahan dan memberikan koreksi terhadap penerima GPS secara real time. Koreksi dapat ditransmisikan melalui frekuensi radio FM, melalui satelit, atau pemancar sinyal dipelihara oleh US Coast Guard. Khas DGPS akurasi 1-5 meter (sekitar 3-16 kaki).

 WAAS

Ketika kita terbang, ada satu hal yang kita semua inginkan: KESELAMATAN (! Dan lebih ruang untuk kaki) informasi posisi luar biasa adalah kunci untuk keselamatan penerbangan. Dalam kondisi cuaca memburuk, ketika navigasi visual yang terjadi kesulitan atau tidak mungkin, kita perlu akurasi posisi terbaik. Masukkan "Wide Area Augmentation System" Atau hanya WAAS *. "Wide Area" mengacu pada jaringan 25 stasiun referensi tanah yang menutupi seluruh AS dan beberapa Kanada dan Meksiko. Dilaksanakan oleh FAA (federal Aviation Administration) untuk pengguna penerbangan, ini 25 stasiun referensi berada di tempat tepat disurvei dan membandingkan pengukuran jarak GPS untuk nilai yang diketahui. Setiap stasiun referensi terkait dengan master station, yang menempatkan bersama pesan koreksi dan siaran itu melalui satelit. Penerima mampu WAAS biasanya memiliki akurasi 3-5 meter horizontal dan 3-7 meter di ketinggian. * WAAS tidak operasional pada saat tulisan ini.