T:

Gua masih bingung nih, gimana sih cara kerja GPS sehingga bisa tahu dimana posisi kita saat ini berada

J:

Enggg....... Gua akan coba jelasin yah, moga-moga bisa ngasih gambaran tentang bagaimana prinsip kerja dari penentuan lokasi melalui GPS. Anggaplah loe sekarang lagi bingung nih berada dimana kita saat ini. Loe hanya tahu bahwa posisi saat ini berjarak 7 km dari suatu titik acuan katakanlah "A". Nah coba ambil kertas dan gambar sebuah lingkaran dengan jari-jari yang mewakili 7km.

T:

Dah,.. udah gua gambar, trus

J:

Nah, disamping acuan titik "A" tersebut loe juga tahu bahwa kita saat ini juga berada sejauh 14 km dari suatu titik dengan nama "B". Coba kamu gambar dan lihat informasi apa yang bisa kamu ambil dari gambar tersebut nantinya.

T:

Gua udah gambar lingkarang dengan jari-jari mewakili 14 km. Dan setelah gua perhati-in lingkaran B tersebut memotong lingkaran A di dua titik. Nah terus gua mesti ngapain lagi

J:

Kedua titik perpotongan tersebut merupakan titik dimana kita berada sekarang. Tapi tentunya nggak mungkinkan kita berada di dua tempat yang berbeda dalam waktu yang bersamaan. Untuk itu kita perlu satu acuan lagi yang akan menentukan dititik mana kita berada dari kedua titik tersebut. Aggaplah loe juga tahu bahwa saat ini kita berada 3 km dari suatu titik reference C yang sudah loe tahu pasti lokasinya. Coba gambar lingkaran dan lihat apa hasilnya.

T:

Ahaa,... gua tahu sekarang dimana posisi kita berada, di bulatan kuning ini kan ? Jadi begini ya prinsip kerja GPS, dengan tiga informasi jarak kita sudah mengetahui dimana posisi kita berada

J:

Ya dan Tidak

T:

Maksud loe

J:

Tentunya kita butuh informasi data ketinggian juga dong, sehingga lokasi kita benar-benar unik di bidang tiga dimensi.

T:

Terus gimana dong GPS tahu pada ketinggian berapa kita berada

J:

Untuk mengetahuinya kita butuh satu satelit lagi untuk mendapatkan informasi data ketinggian.

T:

Satu satelit lagi apa hubungannya, maksud gua gimana proses kerjanya

J:

Begini, loe mesti tahu dulu prinsip kerja proses pengiriman data oleh satelit. Saat satelit GPS mengirimkan sinyal kepada GPS penerima, sinyal tersebut  berisi informasi posisi satelit dan waktu pengiriman sinyal tersebut. Dengan adanya jarak antara satelit dengan GPS penerima tentunya akan ada perbedaan waktu saat pertama kali sinyal dipancarkan dengan saat diterima oleh perangkat GPS. Kecepatan sinyal yang dipancarkan tersebut adalah setara dengan kecepatan cahaya pada ruang hampa. Namun dengan adanya lapisan atmosfir tentunya kecepatannya ini mengalami perlambatan, tapi dengan suatu metode tertentu kelemahan ini bisa diminimalkan. Anggaplah bahwa ruang antara pemancar dan penerima sinyal berada dalam ruang hampa, sehingga kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya. Dengan beda waktu sebesar T, maka diperoleh jarak:
                  Jarak (S) = Waktu (T) x Kecepatan Cahaya (V)
Jarak (S) inilah yang merupakan jari-jari lingkaran yang kita pergunakan tadi.
Hal lain yang perlu diperhatikan adalah bahwa GPS penerima tidak memiliki pembangkit waktu (time generator) secanggih yang dimiliki satelit, sehingga ......

T:

Tunggu bentar, pembangkit waktu itu apa

J:

Pembangkit waktu itu merupakan alat yang digunakan sebagai pedoman penentuan lamanya suatu waktu. Kalau di jam tangan yang loe pakai sekarang ini, pembangkit waktunya berupa sebuah kristal yang bergetar pada frekuensi tertentu. Lama satu detik ditentukan berapa kali satu periode pulsa (satu frekuensi) terjadi, misalkan dalam gambar gua ini satu detik dibentuk dari 6 kali periode yang berarti memiliki frekuensi 6 Hertz.

T:

Terus

J:

Nah satelit itu sendiri berada pada ketinggian sekitar 20.200km dari permukaan laut. Bila kecepatan cahaya, anggaplah kita bulatkan menjadi 300.000 km/detik maka waktu tempuh yang diperlukan sinyal GPS hingga ke objek penerima dibumi hanyalah 20.200/300.000 = 0,0673 detik.  Hal itu berarti jika terjadi kesalahan atau perbedaan pengukuran waktu antara satelit dengan GPS penerima selama 1/1000 detik saja maka lokasi objek yang diukur akan meleset sejauh 300 km. Untuk itu diperlukan pembangkit waktu yang sangat presisi agara kesalahan pengukuran bisa diminimalisir. Satelit GPS sendiri menggunakan "atomic clock"  sebagai pembangkit waktunya dengan tingkat ketepatan perhitungan hingga sepersembilan milyar detik. Sayangnya harga atomic clock sangat mahal sekita USD 100K yang tentunya nggak bakal mampu kita beli bila dipasang di GPS penerima

T:

Ok,.ok,.. tapi gua tetap nggak ngerti alasan loe kenapa mesti butuh 4 satelit untuk mengukur data ketinggian dan apa hubungannya dengan "kuliah"-an loe tentang atomic clock tadi

J:

Gini bos, setiap satelit GPS mengirimkan data posisi (X,Y,Z) kepada penerima. Nah anggaplah hanya tiga satelit yang bisa diterima oleh GPS kita, itu berarti ada 3 variabel dalam 3 persamaan yang diterima oleh GPS. Hal itu berarti ketiga persamaan tersebut nantinya akan menghasilkan satu perhitungan yang menunjukkan dimana lokasi kita berada. Gua tulis aja ya biar gampang:
            X ₁+Y₁+Z₁ = X₂+Y₂+X₂ = X₃+Y₃+Z₃
Karena masing-masing nilai (X,Y,Z) tiap satelit tersebut berbeda-beda maka agar bisa menghasilkan perhitungan yang sama perlu ditambahkan 3 variabel lagi yang berlaku untuk semua informasi tersebut, sebutlah (a,b,c) sehingga formulanya berubah menjadi:
            aX ₁+bY₁+cZ₁ = aX₂+bY₂+cX₂ = aX₃+bY₃+cZ₃ 
Variabel (a,b,c) tersebut adalah merupakan informasi ketinggian kita. Karena ada tiga variabel yang tidak kita ketahui dalam tiga persamaan yang berbeda maka secara matematika hal itu bisa dilakukan. Bila proses pengiriman informasi satelit ke GPS penerima berlaku di kondisi sempurna maka dengan ke tiga informasi tersebut kita sudah mengetahui dimana posisi dan pada ketingian berapa kita berada. Sayangnya secara praktek hal itu tidak terjadi. Terdapat perbedaan atau kesalahan saat pembacaan sinyal satelit akibat dari perlambatan sinyal GPS di atmosfir dan juga pembangkit waktu GPS kita yang tidak seakurat seperti apa yang digunakan oleh GPS satelit. Itu berarti ada satu variabel lagi yang nggak kita ketahui yakni "waktu (T)".
Berarti kita memiliki 4 variabel yang tidak kita ketahui yakni X,Y,Z dan T. Untuk menghitungnya dibutuhkan 4 persamaan metematika yang berbeda, oleh karena itulah kita butuh informasi posisi dari satelit ke empat

T:

i c,.. jadi dengan 4 variabel dari 4 persamaan yang berbeda, secara matematis kita akan tahu mengetahui dimana posisi kita berada, gitu

J:

Yup, betul bos. Hal ini pula mengapa pada saat kita menerima informasi dari 3 satelit GPS kita sudah tahu dimana posisi kita berada secara 2 dimensi bukan 3 dimensi, karena pada saat itu, data ketinggian diabaikan. Yang dihitung adalah data X,Y dan T. Kenapa data ketinggian di abaikan ? Karena GPS device lebih mengutamakan posisi secara 2 dimensi terlebih dahulu, sehingga variabel ketiga digunakan untuk menghitung beda waktu agar hasil perhitungan posisi bisa dipertanggungjawabkan
Satu hal lagi, tentu loe masih inget artikel gua tentang "Pengukuran Ketinggian", bukan

T:

Masih, ... masih. tapi apa hubungannya

J:

Nah data ketinggian yang diperoleh dari perhitungan matematika tadi nantinya akan di sesuaikan dengan "geodetic DATUM"  yang saat itu digunakan oleh GPS device. Sehingga hasil pengukurannya lebih sesuai dengan kondisi data ketinggian dimana GPS penerima tersebut berada . Ini gua kasih gambarnya lagi dari artikel kemaren, biar tambah jelas :

J:

Nah hasil perhitungan matematika tadi ditambah penyesuaian dengan "geodetic DATUM" tertentu maka kita memperoleh nilai (h) dari gambar diatas.

T:

Waaaahhhh,.. bener juga loe. Sekarang makin jelas aja gua, ....
Eh, ngomong-ngomong gimana sih cari hasil 4 variabel dari 4 persamaan yang berbeda

J:

Lho ..... .....
Emang lu nggak tahu cara ngitungnya

T:

He,..he..he.. lupa gua, soalnya dulu waktu guru gua ngajarin tentang itu,  gua pas lagi kebelakang

J:

Busyet dah, ............... Udah pergi sono..... cari bukunya dan pelajari lagi ....