Sistem navigasi satelit

Sistem navigasi satelit atau satnav adalah sistem yang menggunakan satelit untuk menyediakan geoposisi otonom. Sistem navigasi satelit dengan cakupan global disebut global navigation satellite system (GNSS). Pada tahun 2024, empat sistem global beroperasi: Sistem Pemosisian Global (GPS) milik Amerika Serikat, Sistem Satelit Navigasi Global (GLONASS) milik Rusia, Sistem Satelit Navigasi BeiDou (BDS) milik Tiongkok, dan Galileo milik Uni Eropa.

Sistem Pemosisian Global milik Angkatan Luar Angkasa AS adalah sistem navigasi satelit global pertama dan yang pertama disediakan sebagai layanan global gratis.

Sejumlah satelit navigasi yang diluncurkan pada tahun 2014

Satellite Positioning

Sistem augmentasi berbasis satelit (SBAS), yang dirancang untuk meningkatkan akurasi GNSS, meliputi Sistem Satelit Quasi-Zenith Jepang (QZSS), GAGAN India dan EGNOS Eropa, semuanya berbasis GPS. Iterasi sebelumnya dari sistem navigasi BeiDou dan Sistem Satelit Navigasi Regional India (IRNSS) saat ini, yang secara operasional dikenal sebagai NavIC, adalah contoh sistem satelit navigasi regional (RNSS) yang beroperasi secara mandiri.

Perangkat navigasi satelit menentukan lokasi mereka (garis bujur, garis lintang, dan ketinggian/elevasi) dengan presisi tinggi (dalam beberapa sentimeter hingga meter) menggunakan sinyal waktu yang dikirimkan sepanjang garis pandang oleh radio dari satelit. Sistem ini dapat digunakan untuk memberikan posisi, navigasi atau untuk melacak posisi sesuatu yang dilengkapi dengan penerima (pelacakan satelit). Sinyal juga memungkinkan penerima elektronik untuk menghitung waktu lokal saat ini dengan presisi tinggi, yang memungkinkan sinkronisasi waktu. Penggunaan ini secara kolektif dikenal sebagai Positioning, Navigation and Timing (PNT). Sistem Satnav beroperasi secara independen dari penerimaan telepon atau internet apa pun, meskipun teknologi ini dapat meningkatkan kegunaan informasi posisi yang dihasilkan.

Cakupan global untuk setiap sistem umumnya dicapai oleh konstelasi satelit yang terdiri dari 18–30 satelit orbit Bumi menengah (MEO) yang tersebar di beberapa bidang orbit. Sistem sebenarnya bervariasi, tetapi semuanya menggunakan inklinasi orbit >50° dan periode orbit sekitar dua belas jam (pada ketinggian sekitar 20.000 kilometer atau 12.000 mil).

Klasifikasi

Sistem GNSS yang memberikan akurasi dan pemantauan integritas yang ditingkatkan yang dapat digunakan untuk navigasi sipil diklasifikasikan sebagai berikut:

• GNSS-1 adalah sistem generasi pertama dan merupakan gabungan dari sistem navigasi satelit yang sudah ada (GPS dan GLONASS), dengan Satellite Based Augmentation Systems (SBAS) atau Ground Based Augmentation Systems (GBAS). Di Amerika Serikat, komponen berbasis satelit adalah Wide Area Augmentation System(WAAS); di Eropa, adalah European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS); di Jepang, adalah Multi-Functional Satellite Augmentation System (MSAS); dan di India, adalah GPS-aided GEO augmented navigation (GAGAN). Augmentasi berbasis darat disediakan oleh sistem seperti Local Area Augmentation System (LAAS).
• GNSS-2 adalah sistem generasi kedua yang secara independen menyediakan sistem navigasi satelit sipil penuh, yang dicontohkan oleh sistem penentuan posisi Galileo Eropa. Sistem ini akan menyediakan pemantauan akurasi dan integritas yang diperlukan untuk navigasi sipil; termasuk pesawat terbang. Awalnya, sistem ini hanya terdiri dari set frekuensi UpperL Band (L1 untuk GPS, E1 untuk Galileo,dan G1 untuk GLONASS). Dalam beberapa tahun terakhir, sistem GNSS telah mulai mengaktifkanset frekuensiL Band dan G3 untuk GLONASS) untuk penggunaan sipil; mereka menampilkan akurasi agregat yang lebih tinggi dan lebih sedikit masalah dengan refleksi sinyal. Pada akhir 2018, beberapa perangkat GNSS tingkat konsumen dijual yang memanfaatkan keduanya. Mereka biasanya disebut perangkat "GNSS pita ganda" atau "GPS pita ganda"

. Berdasarkan perannya dalam sistem navigasi, sistem dapat diklasifikasikan sebagai:

• Ada empat sistem navigasi satelit global, saat ini
  • GPS (Amerika Serikat),
  • GLONASS (Federasi Rusia),
  • Beidou (Tiongkok) dan
  • Galileo (Uni Eropa).
• Sistem Augmentasi Berbasis Satelit Global (SBAS) seperti OmniSTAR dan StarFire.
• SBAS regional termasuk WAAS (AS), EGNOS (UE), MSAS (Jepang), GAGAN (India), dan SDCM (Rusia).
• Sistem Navigasi Satelit Regional seperti NAVIC milik India, dan QZSS milik Jepang.
• Sistem Augmentasi Berbasis Darat (GBAS) skala Kontinental misalnya GRAS Australia dan gabungan Penjaga Pantai AS, Penjaga Pantai Kanada, Korps Zeni Angkatan Darat AS, dan layanan GPS Diferensial Nasional (DGPS) Departemen Transportasi AS.
• GBAS skala regional seperti jaringan CORS.
• GBAS Lokal diwakili oleh satu stasiun referensi GPS yang mengoperasikan koreksi Real Time Kinematic (RTK).

Karena banyak sistem GNSS global (dan sistem augmentasi) menggunakan frekuensi dan sinyal yang sama di sekitar L1, banyak penerima "Multi-GNSS" yang mampu menggunakan beberapa sistem telah diproduksi. Sementara beberapa sistem berusaha untuk bekerja sama dengan GPS sebaik mungkin dengan menyediakan jam yang sama, yang lain tidak.

Sejarah

Navigasi radio berbasis darat sudah ada sejak puluhan tahun lalu. Sistem DECCA, LORAN, GEE, dan Omega menggunakan pemancar radio gelombang panjang terestrial yang menyiarkan pulsa radio dari lokasi "utama" yang diketahui, diikuti oleh pulsa yang diulang dari sejumlah stasiun "budak". Penundaan antara penerimaan sinyal utama dan sinyal budak memungkinkan penerima untuk menyimpulkan jarak ke masing-masing budak, sehingga memberikan jarak yang tetap .

Sistem navigasi satelit pertama adalah Transit, sebuah sistem yang digunakan oleh militer AS pada tahun 1960-an. Operasi Transit didasarkan pada efek Doppler : satelit melakukan perjalanan pada jalur yang dikenal dan menyiarkan sinyal mereka pada frekuensi radio yang dikenal. Frekuensi yang diterima akan sedikit berbeda dari frekuensi siaran karena pergerakan satelit terhadap penerima. Dengan memantau pergeseran frekuensi ini selama interval waktu yang singkat, penerima dapat menentukan lokasinya di satu sisi atau sisi lain satelit, dan beberapa pengukuran tersebut dikombinasikan dengan pengetahuan yang tepat tentang orbit satelit dapat memperbaiki posisi tertentu. Kesalahan posisi orbit satelit disebabkan oleh refraksi gelombang radio, perubahan medan gravitasi (karena medan gravitasi Bumi tidak seragam), dan fenomena lainnya. Sebuah tim, yang dipimpin oleh Harold L Jury dari Divisi Dirgantara Pan Am di Florida dari tahun 1970 hingga 1973, menemukan solusi dan/atau koreksi untuk banyak sumber kesalahan. Dengan menggunakan data waktu nyata dan estimasi rekursif, kesalahan sistematis dan residual dipersempit hingga mencapai akurasi yang cukup untuk navigasi.

Prinsip

Bagian dari siaran satelit yang mengorbit mencakup data orbitnya yang tepat. Awalnya, Observatorium Angkatan Laut AS (USNO) terus mengamati orbit satelit-satelit ini secara tepat. Saat orbit satelit menyimpang, USNO mengirimkan informasi terbaru ke satelit. Siaran berikutnya dari satelit yang diperbarui akan berisi ephemeris terbarunya.

Sistem modern lebih langsung. Satelit menyiarkan sinyal yang berisi data orbit (yang darinya posisi satelit dapat dihitung) dan waktu yang tepat sinyal tersebut ditransmisikan. Data orbit mencakup almanak kasar untuk semua satelit guna membantu menemukannya, dan ephemeris yang tepat untuk satelit ini. Ephemeris orbit ditransmisikan dalam pesan data yang ditumpangkan pada kode yang berfungsi sebagai referensi waktu. Satelit menggunakan jam atom untuk menjaga sinkronisasi semua satelit dalam konstelasi. Penerima membandingkan waktu siaran yang dikodekan dalam transmisi tiga (di permukaan laut) atau empat (yang juga memungkinkan perhitungan ketinggian) satelit yang berbeda, mengukur waktu penerbangan ke setiap satelit. Beberapa pengukuran tersebut dapat dilakukan pada saat yang sama ke satelit yang berbeda, yang memungkinkan perbaikan berkelanjutan untuk dibuat secara real time menggunakan versi trilaterasi yang diadaptasi.

Setiap pengukuran jarak, terlepas dari sistem yang digunakan, menempatkan penerima pada cangkang bulat pada jarak yang diukur dari penyiar. Dengan melakukan beberapa pengukuran tersebut dan kemudian mencari titik di mana mereka bertemu, sebuah perbaikan dihasilkan. Namun, dalam kasus penerima yang bergerak cepat, posisi sinyal bergerak saat sinyal diterima dari beberapa satelit. Selain itu, sinyal radio melambat sedikit saat melewati ionosfer, dan perlambatan ini bervariasi dengan sudut penerima ke satelit, karena itu mengubah jarak melalui ionosfer. Dengan demikian, perhitungan dasar mencoba menemukan garis berarah terpendek yang bersinggungan dengan empat cangkang bulat oblate yang berpusat pada empat satelit. Penerima navigasi satelit mengurangi kesalahan dengan menggunakan kombinasi sinyal dari beberapa satelit dan beberapa korelator, dan kemudian menggunakan teknik seperti penyaringan Kalman untuk menggabungkan data yang bising, parsial, dan terus berubah menjadi satu perkiraan untuk posisi, waktu, dan kecepatan.

Teori relativitas umum Einstein diterapkan pada koreksi waktu GPS, hasil akhirnya adalah waktu pada jam satelit GPS maju lebih cepat daripada jam di darat sekitar 38 mikrodetik per hari.

Aplikasi

Satelit GNSS digunakan untuk navigasi pada telepon pintar pada tahun 2021

Motivasi awal untuk navigasi satelit adalah untuk aplikasi militer. Navigasi satelit memungkinkan ketepatan dalam pengiriman senjata ke target, sehingga meningkatkan daya mematikan mereka sekaligus mengurangi korban yang tidak disengaja akibat senjata yang diarahkan secara salah. Navigasi satelit juga memungkinkan pasukan diarahkan dan menemukan lokasi mereka dengan lebih mudah, sehingga mengurangi kabut perang.

Kini sistem satelit navigasi global, seperti Galileo, digunakan untuk menentukan lokasi pengguna dan lokasi orang atau objek lain pada saat tertentu. Jangkauan penerapan navigasi satelit di masa depan sangat luas, mencakup sektor publik dan swasta di berbagai segmen pasar seperti sains, transportasi, pertanian, asuransi, energi, dll.

Kemampuan untuk menyediakan sinyal navigasi satelit juga merupakan kemampuan untuk menolak ketersediaannya. Operator sistem navigasi satelit berpotensi memiliki kemampuan untuk menurunkan atau menghilangkan layanan navigasi satelit di wilayah mana pun yang diinginkannya.

Sistem Pemosisi Global

Sistem Pemosisi Global ^[1] (bahasa Inggris: Global Positioning System (GPS)) adalah sistem untuk menentukan letak di permukaan bumi dengan bantuan penyelarasan (synchronization) sinyal satelit. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan letak, kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS antara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.

Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dengan nama lengkapnya adalah NAVSTAR GPS (kesalahan umum adalah bahwa NAVSTAR adalah sebuah singkatan, ini adalah salah, NAVSTAR adalah nama yang diberikan oleh John Walsh, seorang penentu kebijakan penting dalam program GPS).^[2] Kumpulan satelit ini diurus oleh 50th Space Wing Angkatan Udara Amerika Serikat. Biaya perawatan sistem ini sekitar US$750 juta per tahun,^[3] termasuk penggantian satelit lama, serta riset dan pengembangan.

GPS Tracker atau sering disebut dengan GPS Tracking adalah teknologi AVL (Automated Vehicle Locater) yang memungkinkan pengguna untuk melacak posisi kendaraan, armada ataupun mobil dalam keadaan Real-Time. GPS Tracking memanfaatkan kombinasi teknologi GSM dan GPS untuk menentukan koordinat sebuah objek, lalu menerjemahkannya dalam bentuk peta digital.

Sistem ini menggunakan sejumlah satelit yang berada di orbit bumi, yang memancarkan sinyalnya ke bumi dan ditangkap oleh sebuah alat penerima. Ada tiga bagian penting dari sistem ini, yaitu bagian kontrol, bagian angkasa, dan bagian pengguna.

GLONASS

GLONASS (bahasa Rusia: ГЛОНАСС, IPA: [Глобальная навигационная спутниковая система; transliterasi Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema), atau "Sistem Satelit Navigasi Global", adalah sistem navigasi satelit berbasis ruang angkasa yang beroperasi di radionavigasi-satelit.

Sistem ini memberikan alternatif untuk GPS dan merupakan sistem navigasi kedua yang beroperasi dengan cakupan global dan presisi yang sebanding.

Indian Regional Navigation Satellite System (IRNASS)

Indian Regional Navigation Satellite System adalah sistem navigasi satelit daerah otonom yang dikembangkan oleh Indian Space Research Organisation (ISRO) yang akan berada di bawah kendali penuh dari pemerintah India. Kebutuhan sistem navigasi tersebut didorong oleh kenyataan bahwa akses ke sistem satelit asing yang dikontrol pemerintah navigasi global tidak dijamin dalam situasi bermusuhan. IRNASS akan memberikan dua layanan, dengan Standard Positioning Service terbuka untuk penggunaan sipil dan Restricted Service, terenkripsi satu, untuk pengguna yang berwenang (militer).

Perbandingan beberapa sistem navigasi satelit

System	BeiDou	Galileo	GLONASS	GPS	NAVIC	QZSS
Owner	China	EU	Russia	United States	India	Japan
Coverage	Regional (Global by 2020)	Global	Global	Global	Regional	Regional
Coding	CDMA	CDMA	FDMA	CDMA	CDMA	CDMA
Orbital altitude	21,150 km (13,142 mi)	23,222 km (14,429 mi)	19,130 km (11,887 mi)	20,180 km (12,539 mi)	36,000 km (22,369 mi)	32,000 km (19,884 mi)
Period	12.63 h (12 h 38 min)	14.08 h (14 h 5 min)	11.26 h (11 h 16 min)	11.97 h (11 h 58 min)	1436.0m (IRNSS-1A) 1436.1m (IRNSS-1B) 1436.1m (IRNSS-1C) 1436.1m (IRNSS-1D) 1436.1m (IRNSS-1E) 1436.0m (IRNSS-1F) 1436.1m (IRNSS-1G)
Revolutions per sidereal day	17/9	17/10	17/8	2
Number of satellites	5 geostationary orbit (GEO) satellites, 30 medium Earth orbit (MEO) satellites	18 satellites in orbit, 15 fully operation capable, 11 currently healthy, 30 operational satellites budgeted	28 (at least 24 by design) including:[4] 24 operational 2 under check by the satellite prime contractor 2 in flight tests phase	31 (at least 24 by design)[5]	3 geostationary orbit (GEO) satellites, 5 geosynchronous (GSO) medium Earth orbit (MEO) satellites	In 2011 the Government of Japan has decided to accelerate the QZSS deployment in order to reach a 4-satellite constellation by the late 2010s, while aiming at a final 7-satellite constellation in the future
Frequency	1.561098 GHz (B1) 1.589742 GHz (B1-2) 1.20714 GHz (B2) 1.26852 GHz (B3)	1.164–1.215 GHz (E5a and E5b) 1.260–1.300 GHz (E6) 1.559–1.592 GHz (E2-L1-E11)	Around 1.602 GHz (SP) Around 1.246 GHz (SP)	1.57542 GHz (L1 signal) 1.2276 GHz (L2 signal)	1176.45 MHz(L5 Band) 2492.028 MHz (S Band)
Status	22 satellites operational, 40 additional satellites 2016-2020	18 satellites operational 12 additional satellites 2017-2020	Operational	Operational	6 satellites fully operational, IRNSS-1A partially operational
Precision	10m (Public) 0.1m (Encrypted)	1m (Public) 0.01m (Encrypted)	4.5m – 7.4m	15m (Without DGPS or WAAS)	10m (Public) 0.1m (Encrypted)	1m (Public) 0.1m (Encrypted)
System	BeiDou	Galileo	GLONASS	GPS	NAVIC	QZSS

Lihat pula

• Sistem Pemosisi Global
• GLONASS
• Sistem Satelit Quasi-Zenith
• Automatic Dependent Surveillance–Broadcast (ADS-B) adalah teknologi pengawasan penerbangan dan bentuk kewaspadaan elektronik di mana sebuah pesawat menentukan posisinya melalui navigasi satelit atau sensor lain dan secara berkala menyiarkan posisinya dan data terkait lainnya, yang memungkinkannya dilacak.
• Automatic Identification System, sistem yang secara konseptual serupa untuk kapal laut
• Advanced Train Control System, sistem yang secara konseptual serupa untuk rel kereta api
• Automatic Packet Reporting System (APRS), sistem pelacakan berbasis GPS yang secara konseptual serupa dalam layanan radio amatir
• Galileo , sistem navigasi satelit

Referensi

1. "Kateglo". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-10-07. Diakses tanggal 2012-06-18.
2. Parkinson, B.W. (1996), Global Positioning System: Theory and Applications, chap. 1: Introduction and Heritage of NAVSTAR, the Global Positioning System. pp. 3-28, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, D.C.
3. GPS Overview from the NAVSTAR Joint Program Office Diarsipkan 2006-09-28 di Wayback Machine.. Accessed 15 Desember, 2006.
4. "GLONASS status". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-05-04. Diakses tanggal 2015-07-24.
5. "GPS Space Segment". Diakses tanggal 2015-07-24.