1. Pengantar GPS.pdf

Modul-1 : Introduction to GPS

Lecture Slides of GD. 3211 Satellite SurveyingGeodesy & Geomatics Engineering

Institute of Technology Bandung (ITB)

Hasanuddin Z. AbidinGeodesy Research DivisionInstitute of Technology BandungJl. Ganesha 10, Bandung, IndonesiaE-mail : [email protected]

Version : January 2007

Hasanuddin Z. Abidin, 2004

Short History of Navigation

Ancient to Now : (Geodetic) Astronomy OK for Latitude, but no so good for Longitude

until Chronometer was invented in ~1760

13th Cent : Magnetic Compass 1907 : Gyrocompass 1912 : Radio Direction Finding 1930s : Radar dan INS (Inertial Nav. System) 1940s : Loran-A 1960s : Omega and Doppler Satellites 1970s : Loran-C 1980s : GPS and then GLONASS 2000s : GNSS (GPS, GLONASS, Galileo)

CAKUPANSISTEM GLOBAL KONTINYU DIMENSI POSISIKETELITIAN POSISI

ABSOLUT (RMS)

Loran-C Tidak Ya 2-D 250 m

Omega Ya Ya 2-D 2000-4000 m

Transit Ya Tidak 2-D 25 m

GPS Ya Ya 3-D + Waktu H : 5 mV : 7.5 m


Perbandingan Sistem Navigasi

Ref. : Misra & Enge (2001)

Formal Name : NAVSTAR GPS(NAVigation Satellite Timing andRanging Global Positioning System)

Satellite-based navigation andpositioning system

Military system operated by theDepartment of Defense, USA andjointly managed by the NationalPNT Committee

System development : 1973 - April 1994 The first satellite (Block I) was launched in 1978 Worldwide coverage Continuous operation, day and night Weather Independent Could be used by many peoples at the same time


Designed to provide position,velocity, and time information

Global Positioning System (GPS)

KEMAMPUAN GPS

Ketelitian posisi

beberapa mm sampaibeberapa meteran

Ketelitian kecepatan

beberapa cm/detik

Ketelitian waktu

beberapa nanodetik

GPS dapat memberikan informasitentang posisi, kecepatan, danwaktu secara cepat, akurat,murah, dimana saja di bumi inipada setiap saat tanpa tergantungcuaca.

GPS adalah satu-satunyasistem navigasi ataupunsistem penentuan posisi,selama beberapa abad ini,yang mempunyai karakteristikprima seperti tersebut.


National Management of GPS

Ref : Miller (2006) at www.gps.gov

1973: Decision to develop a satellite navigation system basedon the systems TRANSIT, TIMATION, and Project 621B

1978: First GPS Block I satellites launched1983: President Reagan offers free civilian access to GPS after

Korean Airlines Flight 007 incident1996: President Clinton issues U.S. policy declaring GPS a

dual-use system under joint civil/military management Civil GPS remains free of direct user fees

1997: U.S. Congress codifies policy provisions into law2000: Selective Availability on civil signal set to zero by

President Clinton providing full GPS accuracy to users2004: President Bush W. issues new policy on space-based

positioning, navigation, and timing (PNT) Recognizes changing international conditions and worldwidegrowth of GPS applications

2005: 1st Launch of modernized signals (L2C and M Code)

GPS Major Milestones


Segmentsof GPS

SATELITTES. 21 + 3 satellites

. Orbital period : 12 hr. Altitude : 20200 km

CONTROL SYSTEM. Time synchronization. Orbit prediction. Data injection. Satellite health monitoring

USERS. Observe GPS signals

. Compute position, velocity,time information,

or other parameters


GPS Orbital Configuration


Orbital shape :nominally circle(e

Distribution of GPS Satellites


325.7Equator 25.7 85.7 145.7 205.7 265.740o

80o120o

160o

320o

280o

240o

200o

0o

1

2

3

4

1

2

3

4

4

1

2

3

4

12

3

4

1

2

3

34

1

2

Orbital Planes A B C D E F

RightAscensionof AscendingNode (deg)

55o

F3

E4

BLOCK I : Initial Concept Validation Satellites BLOCK - II : Initial Production Satellites BLOCK IIA : Upgraded Production Satellites BLOCK - IIR : Replenishment Satellites BLOCK IIR : Modernized Block-IIR Satellites BLOCK - IIF : Follow-On Suistainment Satellites

GPSSatellites


Block-I (11 satellites) is the original conceptvalidation satellites, launched from 1978 to1985. One of its satellites was usable until 1995

The current GPS constellation consists of 30Block II/IIA/IIR/IIR-M satellites (Jan. 2007) :

Block-II 01 satellitesBlock-IIA 15 satellitesBlock-IIR 12 satellitesBlock-IIR(M) 02 satellites

Ref : http://tycho.usno.navy.mil/gpscurr.html

Seperti stasion radio di angkasayang memancar pada 2 frekuensi.

Dilengkapi dengan antena-antena untukmengirim dan menerima sinyal-sinyalpada spektrum L-band.

Satelit dilengkapi dengan jam atom.

Mempunyai dua sayap yang dilengkapidengan sel-sel pembangkit tenaga matahari,yang merupakan sumber enerji untuk satelit.

Konstelasi satelit disusun untuk memastikan agar 4 - 10 satelit GPSselalu terlihat dimana saja dan kapan saja di Bumi ini.

Kecepatan satelit dalam orbit sekitar 4 km/detik

Dari wilayah Indonesia umumnya 6 sampai 9 satelit GPS akan bisadilihat dengan sudut elevasi di atas 10 derajad

Satelit GPS


Roles of GPS Satellites

GPS satellite transmits the signals,in principle to inform the users whoreceived it the information on :

- satellite position- its distance to the user- time of observation

By observing the signals fromenough number of satellites, theuser can derive its position andvelocity, obtain precise timeinformation, and can also estimateother parameters.

GPS Signal

GPSSatellite

Observer

4

satellite position distance to satellite time information satellite health other information


NAVSTAR SVN PRNWaktu

PeluncuranMulai

OperasionalBerhenti

OperasionalLama

Operasional(bulan)

I - 1 01 04 22-Feb-78 29-Mar-78 25-Jan-80 21.9I - 2 02 07 03-Mei-78 14-Jul-78 30-Jul-80 25.5I - 3 03 06 06-Okt-78 09-Nov-78 19-Apr-92 161.3I - 4 04 08 11-Des-78 08-Jan-79 27-Okt-86 93.6I - 5 05 05 09-Feb-80 27-Feb-80 28-Nov-83 45I - 6 06 09 26-Apr-80 16-Mei-80 10-Des-90 126.8I - 7 07 - 18-Des-81 Gagal pada saat peluncuran 0I - 8 08 11 14-Jul-83 10-Aug-83 04-Mei-93 116.8I - 9 09 13 13-Jun-84 19-Jul-84 28-Feb-94 115.2

I - 10 10 12 08-Sep-84 03-Okt-84 18-Nov-95 133.5I - 11 11 03 09-Okt-85 30-Okt-85 27-Feb-94 99.9

SVN = Satellite Vehicle Number, PRN = Pseudo Random noise Number

Satelit GPSBlok-ISatelit GPS

Blok - I


Satelit GPSBlok II/IIA


Blok-II : SVN 13 s/d 21. Blok-IIA : SVN 22 s/d 40. Blok II adalah satelit GPS

operasional generasi pertama. Dibangun oleh Rockwell International. Blok-II : Feb. 1989 - Okt. 1990. Blok-IIA : Nov. 1990 Nov. 1997. Rencana hidup dari Block II/IIA

adalah 7.5 tahun. Setiap satelit membawa 4 jam atom :

2 Cesium (Cs) dan 2 Rubidium (Rb). Mempunyai kemampuan Selective Availabity (SA) dan Anti-Spoof (A-S).

Satelit GPSBlok - IIR Satelit : SVN 41 sampai SVN 62, Dibangun oleh Lockheed Martin Mulai diluncurkan Jan. 1997. Rencana hidup dari Block II/IIA

adalah 10 tahun. Setiap satelit membawa 3 jam

atom Rubidium (Rb). Mempunyai kemampuan Selective

Availabity (SA) dan Anti-Spoof (A-S). Karakteristik yang spesifik dari satelit Blok-IIR ini adalah kemampuannya

- melakukan pengukuran jarak antar satelit (crosslink ranges) dan- menghitung ephemeris satelit on-board.


Perbandingan Satelit GPS


* Estimates

Blok

II

II-A

II-R

AutoNav

Tidak

Tidak

Ya

Data Storage :Ephemeris/Clock

(hari)

14

180

210

PengelolaanMomentum

OCS

Onboard

Onboard

Periode dairiAutonomous

Operation, AO (hari)

14

180

180

URE di akhirperiode AO

(m)

161.1

< 10.000

7.4

OCS = Operational Control Segment; URE = User Range Error

Blok II/IIA Blok IIR Blok IIF

JumlahPeluncuran pertamaBerat satelit (kg)Daya/Solar Panel (W)Unit cost

2819899001100$43M

21199711001700$30M

122005 *1700 *2900 *$28M *

Ref. : Misra & Enge (2001)

Maintaining the satellites in their proper orbital positions (stationkeeping). In this case the control segment updates each satellitesclock, ephemeris, almanac, and other indicators in the navigationmessage once per day or as needed.

Monitoring satellite subsystem health and status. Monitoring the satellite solar arrays, battery power levels, and

propellant levels used for maneuvers and activates spare satellites(if available).

Resolving satellite anomalies and controlling AS (Anti Spoofing) Determining and maintaining GPS time system.

The GPS control segment has responsibility for maintainingthe GPS satellites and their proper functioning.

Hasanuddin Z. Abidin, 1998Ref. : [Kaplan, 1996]

THIS FUNCTION INCLUDES :

GPS Control System Segment (1)

http://gps.faa.gov/gpsbasics/controlsegment.htm


PRIMARYSTATIONS

Secara spesifik, segmen sistem kontrol GPS terdiri dari :

GAS : 3 stasion (Ascension, Diego Garcia, dan Kwajalein)MS : 5 stasion (3 stasion GCS ditambah

Colorado Springs dan Hawaii)PCS : Cape Caneveral (juga backup dari GAS)MCS : Colorado Springs.

Ground Antenna Stations (GAS), Monitor Stations (MS), Prelaunch Compatibility Station (PCS), dan Master Control Station (MCS).

Stasion-Stasion Sistem Kontrol GPS



Tahiti

Alaska

Austin, TX

St. Louis, MOUSNO

South Africa

Bahrain

UnitedKingdom

Australia

New Zealand

Korea

Ecuador

Argentina

GPS Monitor StationsNGA Site (11) (8 on-line with MCS)

NGA Test Site (2)USAF Site (6)

Hawaii

ColoradoSprings

Ascension Diego Garcia

KwajaleinCape Canaveral

Ref : Crane (2007)

Working Mechanism of GPS Control System Segment

MonitorStation

Master Control Station

Data Processing Satellites Control System Operations

All Codes and PhasesObservations

One of GroundAntenna Stations

Uploading(S-band)

Ephemeris, Clock Data

Control Parameters



MonitorStation

MonitorStation

. .

Foto Stasion Diego Garcia (MS + GAS)


GPS Receivers (1)

Navigation type(hand-held)

satellite position distance to satellite time information satellite health other information

4

Geodetic type


Mapping type


SignalProcessor

NavigationSolution

UserCommunication Power Supply

Data Logger,External

Communication

Referensi : Seeber (2003)

Antenna andPre-amplifier

PrecisionOscillator

Basic Components of GPS Receivers

GPS Receivers (2)

GPS Receivers (3)

According to their functions,there are several types of GPS receivers, namely :


GPSRECEIVERS

POSITIONING

TIMING

Civilian

Military

Single-Frequency

Dual-Frequency

Navigation

Mapping

Geodetic

Timing Receiver


Jenis : satu-frekuensi, codeless, dua-frekuensi Tipe : navigasi survai-pemetaan geodetik Ukuran : kecil (hand-held) cukup besar Ketelitian : biasa teliti sangat teliti Kecanggihan : sederhana sangat canggih Harga : beberapa ratus ribu ratusan juta Rupiah Merek : berbagai macam ragam (beberapa puluhan)

KECENDERUNGAN DARI RECEIVER GPS

Ukuran semakin kecil Harga semakin murah Keandalan semakin tinggi Ketelitian data yang diberikan

semakin baik

Lebih user-oriented Dapat diintegrasikan dengan sistem

lainnya seperti GIS, Video, Kamera, dll. GPS Card semakin populer

Spektrum Receiver GPS4

ANTENA GPS


Komponen yang penting dari suatu receiver GPS. Antena GPS berfungsi mendeteksi dan menerima gelombang

elektromagnetik yang datang dari satelit GPS, serta merubahnyamenjadi arus listrik. Arus listrik ini setelah diperkuat akandikirimkan ke komponen elektronik dari receiver untuk diproseslebih lanjut.

Antena GPS harus mempunyai polarisasi lingkaran (right-hand)untuk dapat mengamati sinyal GPS.

Antena GPS harus mempunyai sensitivitas yang tinggi untuk dapatmendeteksi sinyal GPS yang relatif lemah.

Antena GPS harus dapat mengamati sinyal GPS yang datang darisemua arah dan ketinggian dengan baik.

Antena GPS untuk keperluan survai dan pemetaan sebaiknya jugamempunyai stabilitas pusat fase yang tinggi serta daya tolakyang baik terhadap multipath.

ANTENA GPS


Monopole Helix Spiral Helix Microstrip Choke Ring

Ada beberapa jenis antena GPS yang dikenal, yaitu :monopole atau dipole, quadrifilar helix (juga dinamakanvolute), spiral helix, microstrip (juga dinamakan patch),

dan choke ring.

Navigation-type GPS Receivers(Civilian)


eTrex Vista$299.99

eTrex Camo$129.00

eTrex Legend$199.99

eTrex Venture$159.00

eTrex Summit$219.99

eTrex$125.99

Receiver GPS Tipe NavigasiGarmin eTrex Family

Hasanuddin Z. Abidin, 2004sumber : www.navtechgps.com

MANPACK GPS ReceiverOne of the first portable GPS units availableto soldiers in the field was the PSN-8"Manpack" receiver. About 1,400 weremanufactured between 1988 and 1993.

PLGR GPS ReceiverThe Manpack was replaced in 1993 by the

hand-held Precision Lightweight GPS Receiver(PLGR), popularly known as the "Plugger."

These units are similar to civilian receivers,but they can use higher-precision GPS signals

Navigation-typeGPS Receivers (Military)

http://www.nasm.si.edu/galleries/gps/


Mapping-type GPS Receivers

Mapping-type Geodetic-type (1F)

getting closer

Geodetic-type GPS Receivers(Single Frequency, 1F)



Geodetic-type GPS Receivers(Dual Frequency, 2F)

Geodetic (1F)Geodetic (2F)

Navigation(Military)

Navigation(Civilian)

Price(USD)

Positioning Accuracy

15 30 K10 15 K

150 - 300

5-10 m1-3 m

mm-cm

?

Mapping

cm-dm dm-m

5 10 K


GPS Receivers for Positioning (2006)

Receiver GPS Untuk Penentuan Waktu


l Untuk penentuan dan sinkronisasi waktu dan frekuensi secara teliti.l Aplikasi : transfer waktu antar benua, sinkronisasi jaringan telekomunikasi

dijital, maupun sinkronisasi jaringan pembangkit tenaga listrik.

TIPE KARAKTERISTIK SPESIFIK

PENERBANGAN(AVIATION)

Umumnya digunakan untuk navigasi dan penentuanattitude.

Umumnya dapat diintegrasikan dengan basis dataJeppson.

Receiver yang lebih canggih sedang dibangun dandiuji untuk keperluan pendaratan (landing).

LAUT (MARINE)

Umumnya digunakan untuk navigasi Umumnya mengakomodir format data NMEA-183

sehingga dapat diintegrasikan dengan peralatanelektronik kapal lainnya.

Beberapa dilengkapi dengan layar tampilan yang cukuplebar untuk menampilkan peta navigasi laut.

LUAR ANGKASA(SPACEBORNE)

Digunakan untuk navigasi satelit danpenentuanattitudenya.

Mempunyai daya tahan terhadap radiasi yang lebihbaik dibandingkan receiver yang umum digunakan dipermukaan bumi.

GPS CARD Hanya berupaelectronic board Dimaksudkan untuk dintegrasikan dengan instrumen

lain, seperti komputer PC, kamera, video, dll.nya. Ada yang dapat menerima koreksi diferensial.

Beberapa tipe receiver GPS yang lebih spesifik


GPS Cards


Evolusi Teknologi UE(User Equipment) GPS

Card

Modules(Multi-Chip)

SoftwareCode

Chip

Box

Ref.[GPS JPO, 1996]


Perangkat pengguna(user equipment) GPSmengalami evolusiteknologi yang cukupdramatis; dari perangkatberukuran besar, berat,dan memerlukan catudaya yang relatif besar(umumnya dalam bentukbox) menjadi perangkatyang relatif kecil, ringan,efisien dalam konsumsicatu daya, dan secarafungsional lebih efektif.

KENAPA GPS MENARIK (1) ?

Dapat memberikan informasi tentang posisi, kecepatan, danpercepatan tiga-dimensi, maupun informasi waktu, secara cepat,kapan saja dan dimana saja di dunia ini dalam segala cuaca, denganketelitian yang relatif tinggi.

Informasi tersebut dapat ditentukan dalam kondisi statik maupunkinematik.

Cocok untuk segala jenis platform (mobil, kereta, kapal, satelit, dll.). Tersedia untuk semua orang secara gratis (tidak ditarik biaya

pemakaian sistem). Prinsip penggunaan GPS untuk penentuan informasi tersebut di atas

relatif mudah dan tidak memakan banyak tenaga. Semakin banyak orang yang menggunakan GPS untuk berbagai

keperluan.


Memberikan posisi dan kecepatan yang bereferensi ke satu globaldatum (WGS 1984).

Penentuan posisi tidak memerlukan saling keterlihatan antar titik. Penggunaan GPS relatif tidak dipengaruhi oleh kondisi topografi di

antara titik. Pengumpul data (surveyor) GPS tidak dapat memanipulasi data

pengamatan. Alat penerima (receiver) GPS cenderung semakin kecil ukurannya,

semakin murah harganya, dan semakin tinggi tingkat keandalannya. Perangkat lunak untuk pemrosesan data GPS semakin banyak dan

semakin canggih. Semakin banyak orang yang menggunakan GPS untuk berbagai

keperluan.

KENAPA GPS MENARIK (2) ?


Position Velocity Time Acceleration Frequency Attitude parameters TEC (Total Electron Content) WVC (Water Vapour Content) Polar motion parameters Orthometric Height Geoidal Undulation Deflection of Vertical

PARAMETERSTHAT COULD

BE DERIVEDUSING GPS

Should be combinedwith other externalinformation

Primary

Various Applications

GPS Products


GPSsatellites

A pointbehindmountain

GPS coverageis relatively wide

Does not requireinter-visibilitybetween points

20.200 km

GPS Coverage


GPSsatellite


27o

Bumi

GPSOrbit

GPSSatellite

20.000 km

Mask Angle 0o 152o5o 142o10o 132o15o 122o

Earth circumference40.000 km

= 360o

Topography and (natural or man-made)objects would reduce GPS coverage !!

GPS Coverage

Spatial Coverage of GPS Signal Beam


GPS Satellite

Orbit

GPS MainBeam Signal

GPS Main Beam LimitG

PSM

ain

Beam

Lim

it

21.3o (for L1)23.4o (for L2)

13.9o

GPS SignalShadowedby the Earth

GPS MainBeam Signal

Earth

SLR = Satellite Laser Ranging, VLBI = Very Long Baseline Interferometry, INS = Inertial Navigation System

Ref. : (Seeber, 2003)

VLBI

SLRGPS

1 10 100 1000 100000

10

20

30

40

Terrestrial

TRANSITDoppler

INS

Distance (km)

Rel

ativ

eA

ccur

acy

(cm

)

Relative Accuracy : GPS vs Other Systems

Uneg-Uneg tentang GPS (1)

GPS tidak bisa digunakan di tempat-tempat dimana sinyal darisatelit tidak dapat mencapai receiver GPS, seperti di dalamruangan, di dalam terowongan, di bawah air, di dalam hutanyang lebat, dan tempat-tempat sejenisnya.

Pemakai tidak punya kontrol dan wewenang dalam pengoperasiansistem GPS.

Datum posisi yang diberikan oleh GPS, dalam hal ini WGS-84,ditentukan oleh pemilik dan pengelola sistem. Pemakai yangmenggunakan datum yang lain harus memikirkan sendiri carapentransformasian koordinat dari WGS-84 ke datumnya masing-masing.

Meskipun pengumpulan datanya relatif mudah, pengolahan dataGPS relatif bukanlah hal yang mudah, terutama kalau ketelitianyang tinggi yang dituju.


GPS adalah teknologi yang relatif baru, sehingga sumber dayamanusia yang mengerti tentang GPS dan metode pengaplikasiannyarelatif masih sedikit.

Survai dengan GPS punya karakteristik dan persyaratan yang agakberbeda dengan metode-metode survai terestris seperti poligon,triangulasi, dan trilaterasi.

Pada survai GPS, satelit-satelit GPS yang dapat dianalogikan dengantitik-titik kontrol pada survai terestris, tidak terlihat oleh surveyor.Ini secara psikologis dapat menimbulkan sikap kekurang hati-hatianpada diri surveyor.

Pemakaian GPS terkesan sangat mudah. Ini kadangkala bisamenyebabkan situasi dimana informasi yang diberikan GPSdigunakan secara tidak benar oleh pemakai.

Uneg-Uneg tentang GPS (2)



GPS can not be used in the places where GPS signal can not reachthe antenna, as inside the room, inside the tunnel, or underneaththe water.

Although the accuracy provided by GPS is relatively high,its system integrity is relatively low. To increase its systemreliability, GPS should be strengthened with other externalsystems and a reliable integrity monitoring method.

In term of vertical component, GPS can only directly providethe ellipsoidal height, and not the orthometric height which isused in practice.

GPS signals are not free from errors and biases, ostructions, andinterferences.

GPS Limitations

Propagation of GPS Signal


MULTIPATH

Ionosphere delays the code,but advances the phase

IONOSPHEREaltitude 50-2000 km

TROPOSPHEREup to 9-16 km

Troposphere delays boththe code and phase

Orbital errorsaffect both

the codeand phase

Mutipath affectsboth the codeand phase

Clock and antenna errors affectBoth the code and phase

Obstructions and Interference to GPS signals

Hasanuddin Z. Abidin, 2003GPS Receiver

Signal obstructedby tree canopy

Signal thatcan passSignal thatcan pass

GPS Receiver

Signal obstructedby tree canopy Signal blocked

by the buildingSignal obstructedby tree canopy

Clearsignal

Signal thatcan pass

GPS Satellites

Signal thatcan pass


MILITARY APPLICATIONS SURVEYING AND MAPPING (Land, Sea) CONSTRUCTION AND MINING GEODINAMICS, AND DEFORMATION STUDIES NAVIGATION & TRANSPORTATION (Land, Air, Sea) TROPOSPHERIC & IONOSPHERIC STUDIES CADASTRAL, AGRICULTURE, FORESTRY PHOTOGRAMMETRY & REMOTE SENSING GIS (Geographic Information System) OCEANOGRAPHIC STUDIES (Current, Wave, Tides) SPORT AND RECREATIVE APPLICATIONS

GPS Applications


LandTransportation

(32%)

Recreation (16%)

Maritime(15%)

Scientific& Surveying

(13%)

Aviation(12%)

Timing(12%)Source : NAPA 1995 Industry Survey

World GPS Market (1995)


Commercial ApplicationsDominate the GPS Market

35%

22%

13%5%

16%

5%2%

2% Car Navigation

Consumer

Tracking/MachineControlOriginal EquipmentManufacturingSurvey/Mapping

Aviation

Marine

MilitaryData for Year 2000Source: DOC, 1998

Source : NAPA 1995 Industry Survey

Pertumbuhan Pasar GPS Dunia


0

2

4

6

8

10

12

14

Aviation Maritime Surveying& Scientific

LandTransport.

Recreation Timing

US$

Billi

on

199520002005

GPS SALES1998 USA (32%)Jepang (47%)

Eropa (18%)Asia (2%)Lainnya (1%) 2003 USA (30%)Jepang (44%)

Eropa (23%)Asia (2%)Lainnya (1%)

Ref : Bogosian (2003)

2003

1998

GPS Modernization

Improved UserEquipment

2nd & 3rd Civil SignalsIncreasedRadiated Power

Service forSpace Users

Augmentations,Improved Timing

PseudoliteServices

Ref : [Shaw, 1999]

System-wide improvements in:

Accuracy Availability Integrity Reliability

Robustness against interference Improved indoor, mobile, and urban use Interoperability with other GNSS constellations Backward compatibility

GPS Modernization Goals


Satelit GPS beroperasi dengan menggunakan sistem waktunyasendiri, yaitu sistem waktu satelit.

Sistem waktu ini didefinisikan oleh jam-jam atom yang beradadi setiap satelit GPS.

Setiap satelit GPS Blok II/IIA yang beroperasi saat ini membawa4 jam atom, 2 Cesium (Cs) dan 2 Rubidum (Rb); dan satelit Blok IIRmembawa 3 jam atom Rubidium (Rb).

Semua frekuensi yang dibangkitkan di satelit serta waktupentransmisian untuk kode-C/A, kode-P(Y), dan pesan navigasi,adalah mengacu pada sistem waktu ini.

Meskipun begitu patut dicatat di sini bahwa data yang beradadalam pesan navigasi adalah mengacu ke sistem waktu GPS.

Sistem Waktu Satelit


Sistem waktu GPS adalah sistem waktu berskala kontinyuyang didefiniskan oleh jam (atom) utama yang berada diMaster Control Station (MCS) GPS di Colorado Springs.

Sistem waktu GPS ini bereferensi ke sistem waktu UTC(Universal Time Coordinated) yang dikelola oleh USNO(United States Naval Observatory), dan keduanya mempunyaihubungan yang terdefinisi secara teliti sampai tingkat 1 msec.

Hubungan antara sistem waktu GPS dan UTC :

dimana n adalah integer yang diumumkan oleh IERS(International Earth Rotation Service). Sebagain contoh padabulan Juni 1996, nilai n adalah 30.

IAT = GPS + 19.s000,IAT = UTC + (1. s000).n

Sistem Waktu GPS


GLONASS


GLONASS (Global Navigation Satellite System) is satellite-basednavigation system owned and operated by the Russian Federation.

Has similar function and characteristics as GPS.

GLONASS was developed since 1970s, and publically annoucedby the Russian on February 1982.

First GLONASS satellite was launched, and at the present (Jan. 2007)there are 9 usable satellites and 7 satellitesare temporarily switched off

Several GPS receivers (e.g. Topcon,Leica and Trimble) can bothsimultaneously track GPS andGLONASS satellites.

GLONASS Satellite

http://www.glonass-ianc.rsa.ru/

ConstellationNumber of satellitesNumber of orbital planesOrbital inclination (deg)Orbital radius (km)Period (hr:min)Ground track repeatSignal CharacteristicsCarrier signal (MHz)

Code

Code frequency (MHz)

Reference StandardsCoordinate SystemTime

246

5526,56011:58

sidereal day

L1: 1575.42L2: 1227.60

CDMAC/A code on L1

P code on L1 and L2C/A code: 1.023

P code: 10.23

WGS84UTC(USNO)

243

65.825,51011:16

8 sidereal days

L1: (1602+0.5625 n),L2: (1246+0.4375 n),

n=1,2,...,24FDMA

C/A code on L1P code on L1 and L2

C/A code: 0.511P code: 5.11

SGS85UTC(SU)

GPS GLONASS


90-PZ84WGS ZYX

.1RXRY

RX1RZRYRZ1

ds).(1dZdYdX

ZYX

Parameter transformasinya [Bazlov et al., 1999] :

dX = - 1.08 0.21 mdY = - 0.27 0.21 mdZ = - 0.90 0.33 mds = - 0.12 0.06 ppmRX = 0RY = 0RZ = - 0.16 + 0.01

RumusRumus TransformasiTransformasi AntaraAntaraDatum GPSDatum GPS dandan Datum GLONASSDatum GLONASS



30 satellites 3 orbital planes of MEO

(Medium Earth Orbit) Orbital altitude : 23616 km Orbit inclination : 56 degrees Orbit period : 14 hr 4 min Repeat ground track : 10 days One satellite in each plane will be

a spare, on stand-by should anyoperational satellite fail.

GALILEO Constellation :

Inclination 56 degrees

GALILEO

Ref : http://www.esa.int/esaNA/galileo.html

Galileo is the European global navigationsatellite system, under civilian control

It will be inter-operable with GPS and GLONASSThe first satellite (GIOVE-A) was launched on 28 Dec 2005

1,1 m

2,7 m

1,2 m

SatelitSatelit GALILEOGALILEO

Satellite mass: 680 kg Satellite power: 1,6 kW Navigation payload: 70-80 Kg / 850 W Mass SAR transponder: 20 kg

No apogee-engine Attitude & Orbit Control System (AOCS) is able to shift the

satellite position within the orbit plane (spare S/C)Ref : ESA (2002)

GALILEO : Estimasi Ketelitian PosisiHorisontal (Absolut)

Ref : ESA (2002)

The GALILEO Master Schedule

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Technology Developments

Definition

DEFINITION DEV & VALIDATION DEPLOYMENT OPERATIONS

PDR: Preliminary Design Review

CDR: Critical Design Review

SQR: System Qualification Review

IOVR: In-Orbit Validation ReviewLaunches

Development & ValidationPHASE B2

Test Bed (GSTB)

PHASE CD

In-Orbit Validation (IOV)

PSDR CDR SQR

IOVR

Full Deployment

Operations

User Receiver / ApplicationsLocal Elements

Ref : ESA (2002)

UNDERSTANDING GPS:Principles and Applications,by E.D. Kaplan, C. Hegarty

Selected Books on GPSINTRODUCTION TO GPS:

The Global Positioning System,by Ahmed El-Rabbany

GPS SATELLITESURVEYINGby Alfred Leick

GLOBAL POSITIONING SYSTEM:Theory and Practice

by B. Hofman-Wellenhof

GLOBAL POSITIONINGSYSTEM: Theory &Applicationsby B.W. Parkinsonand J. Spilker

1. http://tycho.usno.navy.mil/gps.html2. http://www.navcen.uscg.gov/gps/default.htm3. http://gps.losangeles.af.mil/4. http://gps.faa.gov/index.htm5. http://www.gps.gov/6. http://gauss.gge.unb.ca/GPS.INTERNET.SERVICES.HTML7. http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System8. http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html9. http://www.ngs.noaa.gov/CORS-Proxy/ionosphere/10. http://gauss.gge.unb.ca/Guide_to_GPS_Positioning.html11. http://www.trimble.com/gps/index.shtml12. http://www.navcen.uscg.gov/pubs/default.htm13. http://edu-observatory.org/gps/tutorials.html14. http://www.garmin.com/aboutGPS/15. http://www.satorione.com/GPStutorial.htm16. http://www.glonass-ianc.rsa.ru/17. http://www.esa.int/esaNA/galileo.html

Learning Sites on GPS


TUGAS GPS - 1

Buat suatu tulisan singkat yang menjelaskan tentang isi dariwebsites GPS yang ada di internet.

Jumlah : 20 websites.

Jelaskan secara singkat dan sistematis tentanghal-hal yang ditampilkan oleh setiap website.

Nilai tugas ditentukan oleh kelengkapan dan kualitasdari pembahasan.

Waktu Penyelesaian = 1 mingguHasanuddin Z. Abidin, 2007

Documents

1. Pengantar GPS.pdf