GPS sebenarnya bukan merupakan teknologi baru. Alat ini sudah sejak lama dipakai walaupun tidak terlalu populer untuk kalangan umum. Sesuai artinya, GPS merupakan sebuah alat untuk system yang dapat dipakai untuk memandu penggunanya secara global.
Classical Question; Apa itu GPS?
GPS adalah alat yang dapat menunjukkan seseorang (yang sedang menggunakan GPS) di atas permukaan bumi. Untuk dapat menunjukkan posisi maka GPS akan membutuhkan bantuan satelit yang letaknya di sekeliling atmosfer bumi.
GPS menunjukkan letak seseorang dengan menggunakan koordinat. Sistem koordinat itu tidak beda seperti sistem koordinat yang biasa ditemukan pada peta. Jika pernah membaca peta, pasti tidak asing dengan penggunaan garis lintang dan bujur untuk menentukan koordinat. Prinsip yang sama juga digunakan oleh GPS. Dengan menggunakan sistem koordinat maka sebuah GPS bisa digunakan untuk menentukan posisi seseorang atau lokasi tertentu.
Teknis GPS. Bagaimana?
GPS tentu tidak bisa kerja sendiri dalam menentukan lokasi. Dalam prakteknya GPS akan bekerja sebagai penerima (receiver) dari sinyal-sinyal yang dikirimkan oleh satelit GPS. Satelit GPS merupakan satelit yang didesain khusus untuk memancarkan sinyal kepermukaan bumi. GPS itu awalnya dipakai untuk kepentingan militer Amerika Serikat yaitu Departement of Defense.
Satelite-satelit GPS mengorbit pada ketinggian kurang lebih 12.000 mil (sekitar 20.000 km) di atas permukaan bumi. Posisi ini sangat ideal karena bisa menjangkau semua area di atas permukaan bumi. Satelit-satelit itu juga bergerak sedemikian rupa untuk mengcover seluruh permukaan bumi, sehingga boleh dikatakan tidak ada area di atas permukaan bumi yang tidak terjangkau oleh satelit GPS (selama berhadapan dengan langit).
Satelit mengelilingi bumi hanya dalam waktu 12 jam. Sangat cepat. Sebagai sumber daya, satelit ini menggunakan panel yang menangkap sinar matahari. Sinar matahari menjadi sumber tenaga satelit. Tersedia bebarapa roket pendorong yang digunakan untuk mengoreksi posisi satelit jika melenceng dari lintasannya. Posisi satelit selalu dipantau oleh stasiun yang ada di bumi. Stasiun inilah yang akan memastikan setiap satelit untuk berada pada jalurnya serta melakukan koreksi jika diperlukan.
Teorinya, setiap area dipermukaan bumi akan menerima minimal 3-4 satelit. Angka ini adalah jumlah minimal satelit yang dibutuhkan oleh sebuh GPS untuk menentukan koordinat. GPS membutuhkan minimal 3 satelit untuk bisa menentukan koordinat 2 dimensi, atau 4 satelit untuk menentukan koordinat 3 dimensi. Pada prakteknya, jumlah satelit yang diterima biasanya cukup banyak. Semakin banyak satelit yang diterima oleh GPS maka akurasi yang ditawarkan semakin tinggi. GPS yang dijual umum biasaya memiliki akurasi maksimal sampai dengan 5 meter.
Cara GPS Menentukan Lokasi
Hanya dengan menerima sinyal satu arah dari satelit, GPS langsung menentukan koordinat.Setiap satelit GPS akan memancarkan sinyal radio daya rendah (low power radio sinyal) pada dua kanal frekwensi (L1 dan L2). Sinyal yang dipancarkan hanya berdaya sekitar 20-50 watts saja. Daya ini tergolong rendah. Terlebih melihat gerak orbit satelit yang mencapai 20.000 km di atas permukaan bumi. Sinyal ini akan dipancarkan secara line-of-sight (LOS). Praktis, tidak boleh ada halangan yang signifikan (seperti benda padat) agar sinyal dapat diterima dengan baik. Untuk pemakaian publik, GPS akan memantau frekwensi L1 pada Ultra Hight Frekwensi (UHF) di 1552,42 MHz. Sinyal yang dikirimkan ini akan memiliki pola tertentu.
Sinyal L1 yang dikirim terdiri dari dua bagian yaitu kode Coarse / Acquisition (C/A) dan P (Precise). C/A merupakan sinyal standar (Standard Positioning Service), sementara P merupakan sinyal yang dengan tingkat akurasi lebih baik (Precise Positioning Service). Pada kasus tertentu, seperti keperluan militer, sinyal yang dipantau adalah sinyal L2 (1227,6 MHz). Sinyal L2 ini hanya memancarkan sinyal P(Precise) sehingga akurasi yang ditawarkan lebih tinggi.
Setiap sinyal yang dikirimkan yang bersifat unik antar satelit, sehingga GPS bisa membedakan sinyal yang dikirim dari satelit yang berbeda.
Sinyal GPS menerima sinyal dari satelit, maka dimulailah proses penghitungan kompleks untuk menentukan lokasi GPS. Perjalanan sinyal dari satelit ke GPS yang sering disebut sebagai Time of Arrival (TOA) merupakan kunci. Sesuai dengan prinsip fisika. Jarak antara GPS dengan satelit bisa didapat dari hasil penghitungan cepat rambat sinyal (kurang lebih 300.000 km/detik) dikalikan dengan waktu perjalanan TOA.
Setiap satelit yang tertangkap oleh GPS akan membentuk lingkaran satelit sebagai pusatnya. Titik perpotongan antara lingkaran-lingkaran dari setiap satelit akan menentukan lokasi GPS. Tentu saja semakin banyak satelit titik potong yang menyebabkan penentuan lokasi akan semakin akurat.
GPS Bekerja
Ketika pertama kali dinyalakan, sebuah GPS akan mencoba menangkap sinyal-sinyal satelit yang ada di lokasi itu. Proses yang disebut cold aquisition time ini bisa berlangsung cukup lama sekitar 5 menit atau lebih. Minimal membutuhkan satelit minimal 3 untuk isa menentukan lokasi.
Setelah mengetahui jarak antara GPS dengan setiap satelit maka dimulailah proses triangulasi. Setiap satelit akan membuat lingkaran maya dengan menggunakan satelit itu sendiri sebagai titik pusat. Setiap lingkaran akan perpotongan dengan lingkaran dari satelit lain. Perpotongan inilah yang akan digunakan untuk menentukan lokasi GPS.
Waktu merupakan pemain penting dalam perhitungan jarak satelit. Oleh karena itu satelit memakai jam atom, yang merupakan satuan ukur dengan presisi tinggi. Perhitungan jarak dilakukan dengan menghitung selisih waktu / perjalanan sinyal dikalikan dengan cepat rambat sinyal / kecepatan cahaya.
