Sinyal GPS

Struktur Sinyal GPS

Jarak dalam GPS diukur berdasarkan sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS kepada receiver GPS. Sinyal GPS merupakan bagian gelombang mikro dari spektrum gelombang elektromagnetik. Dari segi pemancaran sinyal, GPS disebut sebagai sistem pasif karena pada kenyataannya hanya satelit yang memancarkan sinyal, sedangkan receiver GPS dipermukaan bumi berfungsi sebagai penerima sinyal (satu arah dari satelit ke receiver). Karena tipikal sistem pasif inilah maka tidak ada batasan jumlah receiver GPS yg dapat mengamat sinyal GPS secara simultan (pada saat yg bersamaan). Seperti halnya jutaan televisi yg disetel pada frekuensi yang sama tidak akan saling menganggu antar pesawat televisi maupun jalannya siaran yg sedang berlangsung. Hal tersebut merupakan keuntungan dari sistem pasif GPS, namun sebagai konsekuensinya sinyal GPS harus membawa sebanyak mungkin informasi yg diperlukan oleh receiver untuk menentukan posisi dipermukaan bumi.

Sinyal GPS terdiri atas:

1. Data Kode
2. Gelombang Pembawa
3. Pesan Navigasi

Satelit berkomunikasi dengan receiver menggunakan kode. Kode-kode tersebut dibawa oleh dua gelombang pembawa (L1-L2 carrier wave). Masing-masing gelombang pembawa memiliki karakteristik tersendiri (fase, amplitudo atau frekuensi) yang dapat dirubah atau dimodulasi untuk membawa informasi. Sebagai contoh, ketika kita mendengarkan siaran radio baik itu musik, obrolan maupun iklan maka sesungguhnya bunyi musik atau obrolan di bawa oleh gelombang radio dengan teknik modulasi amplitudo (untuk radio AM) atau modulasi frekuensi (untuk radio FM). Gelombang pembawa sinyal GPS juga merupakan gelombang radio, bagian dari L-Band yg meliputi frekuensi gelombang ultrahigh radio dari 390 Mhz sampai 1550 Mhz. Namun demikian, gelombang pembawa L1 GPS memiliki frekuensi sedikit lebih tinggi dari definisi L-band standar.

Data Kode

Data Kode GPS terdiri atas 2 kode yakni C/A (coarse acquisition) dan P (precision). Kedua kode tersebut terdiri atas kode biner yang berisi angka 0 dan 1, yang sering disebut sebagai chips atau codes. Kode C/A memiliki rate sebesar 1.023 MBps (million bits per second) sedangkan Kode P 10.23 MBps. Setiap satelit baru dapat mengulang kembali kode P setelah 37 minggu. Receiver GPS harus dapat membedakan transmisi kode P dari masing-masing satelit. Caranya adalah dengan memberikan informasi minggu tertentu kepada satu satelit tertentu. Sebagai contoh, Jika kita menggunakan GPS dan dilayar menampilkan SV14 (space vehicle 14) maka ini berarti satelit tersebut mentransmisikan data kode P untuk minggu ke 14. Kode C/A memiliki bit 10 kali lebih lambat dari kode P. Hal tersebut membuat proses identifikasi kode C/A mudah. Oleh karena itu kode C/A dapat ditransmisikan oleh masing-masing satelit dan informasi ini dapat diulang setiap 1 milidetik. Data inilah yg digunakan untuk menunjukkan posisi real-time pada layar GPS.

Gelombang Pembawa

Sebuah gelombang dengan panjang gelombang tertentu dalam durasi 1 detik, disebut juga 1 cycle per detik, didefinisikan memiliki frekuensi 1 hertz (Hz) dalam sistem Sistem Satuan Internasional (SI). Frekuensi 1 Hz dapat dianggap sebagai frekuensi yang rendah jika dibandingkan rentang bunyi yang bisa didengar oleh manusia (25Hz-15.000Hz). Gelombang pembawa sinyal GPS masing-masing adalah L1 dengan frekuensi 1575.42 MHz dan L2 dengan frekuensi 1227.60 MHz. Panjang gelombang masing-masing carrie wave adalah 19 cm untuk L1 dan 24.4 cm untuk L2.

Pesan Navigasi

Pesan navigasi memiliki frekuensi 50 Hz dan dimodulasikan kedalam gelombang pembawa seperti halnya kode C/A dan kode P. Pesan navigasi terdiri atas 1500 bit terbagi atas lima subframes dengan masing masing terdiri atas 10 kata (masing-masing 30 bit). Kelima subframes ini digunakan untuk memberikan informasi-informasi penting kepada receiver.

1. Subframe 1 memberikan informasi tentang simpangan (drift) jam satelit. Data ini sering juga disebut sebagai AODC (age of data clock), sebuah keterangan tentang tingkat reliabilitas koreksi jam satelit.
2. Subframe 2 dan 3 memberikan informasi tentang posisi satelit (efemeris satelit) dan yg disebut sebagai broadcast ephemeris.
3. Subframe 4 berisi informasi untuk koreksi atmosfer. Namun demikian, seperti halnya subframe 1, informasi tsb hanya mampu mengurangi sebagian kesalahan yg ada.
4. Subframe 5 berisi informasi tentang almanak satelit. Almanak satelit adalah data yg menginformasikan kepada receiver dimana satelit GPS yg lain berada. Subframe ini berisi efemeris dari seluruh 24 satelit yg beroperasi. Berbeda dengan broadcast ephemeris, data almanak berisi informasi kasar tentang posisi satelit. Data ini digunakan untuk membantu receiver untuk "lock on" ke satelit. Subframe 5 juga berisi data satellite health yg menginformasikan kondisi satelit. Hal ini dikarenakan pada waktu tertentu suatu satelit kemungkinan bermasalah dengan sistemnya, sebagian besar karena masalah jam satelit.

Masing-masing dari kelima subframe dimulai dengan dua kata: TLM (telemetry word) dan HOW (Hand Over Word) yg di-generate oleh masing-masing satelit. TLM didesain untuk proses upload data dari Segmen Kontrol ke Satelit. Sedangkan HOW berisi angka yg disebut sebagai Z count, angka yg digunakan receiver untuk mendapatkan kode P. Z count menginformasikan kepada receiver dimana satelit sebenarnya berada saat kode P di pancarkan.