Bias dan kesalahan dalam penentuan posisi GPS

Share Berbagilah kebaikan dengan mensharing artikel ini melalui FB anda.

Dalam perjalanannya dari satelit hingga mencapai antena dipemukaan bumi, sinyal GPS akan dipengaruhi oleh beberapa kesalahan dan bias,

1. Bias
Bias didefinisikan sebagai efek-efek pasa pengukuran yang menyebabkan jarak sesungguhnya berbeda dengan jarak terukur dengan “jumlah yang sistematis” dan harus dimasukkan dalam model pengukuran pada pengolahan data.
a). Yang bersumber dari satelit
1. Ketidakpastian efemeris
2. Ketidakpastian jam satelit
b). Yang bersumber pada receiver
1. Ketidakpastian jam receiver
2. Koordinat stasiun
c). Yang bersumber pada media atmosfer
1. Bias ionosfer
2. Bias troposfer
3. Ambiguitas fase pembawa

2. Kesalahan
Kesalahan dalam penentuan posisi dengan GPS dapat disebabkanoleh hal-hal berikut:
a. Bias yang tidak termodelkan
b. Cycle slips
c. Multipath
d. Pergerakan pusat fase
e. Kesalahan acak pengamatan

Dalam pengolahan data GPS bias dan kesalahan tersebut harus diperhitungankan untuk mendapatkan hasil yang kualitasnya baik. Beberapa dari bias dan kesalahan tesebut dapat dihilangkan dengan teknik dan pemodelan tertentu, namun sebagian lagi masih sulit untuk dimodelkan (misalkan multipath).
Untuk mengetahui pengaruh dari bias atau kesalahan tertentu perlu digunakan beberapa pembatas atau asumsi. Misalnya untuk meneliti efek kesalahan orbit datelit GPS digunakan efemeris broadcast dan efemeris teliti. Bias dan kesalahan yang lain, seperti bias ionosfer dan troposfer, multipath dan cycle slips diasumsikan mempunyai pengaruh yang sama pada kedua model efemeris satelit yang digunakan.

A. Kesalahn Ephemeris (orbit)
Kesalahan ephemeris (orbit) adalah kesalahan dimana orbit satelit yang dilaporkan oleh ephemeris satelit tidak sama dengan orbit satelit yang sebenarnya. Kesalahan ephemeris ini akan mempengaruhi ketelitian dari koordinat titik-titik (obsolut maupun relatif) yang ditentukan. Dalam penentuan posisi secara relatif, semakin panjang baseline yang diamati maka efek dari bias efemeris satelit akan makin besar.

B. Bias ionosfer
Ionosfer adalah lapisan atas atmosfer dimana terdapat sejumlah elektron dan ion bebas yang mempengaruhi perambatan gelombang radio. Dimana ion-ion bebas dalam lapisan ionosfer akan mempengaruhi propogasi sinyal GPS. Dalam hal ini ionosfer akan mempengaruhi kecepatan, arah, polarisasi dan kekuatan dari sinyal GPS yang melaluinya.

C. Bias troposfer
Sinyal dari satelit GPS untuk sampai ke antena harus melalui lapisan troposfer, yaitu laisan atmosfer netral yang berbatasan dengan permukaan bumi dimana temperatur menurun dengan membesarnya ketinggian. Ketika melalui troposfer sinyal GPS akan mengalami refraksi, yang menyebabkan perubahan kecepatan dan arah sinyal GPS.

D. Multipath
Multipath adalah fenomena dimana sinyal dari satelit tiba di antena GPS melaui dua atau lebih lintasan yang berbeda. Dalam hal ini satu sinyal merupakan

sinyal langsung dari satelit ke antena, dan yang lainnya merupakan sinyal-sinyal tidak tidak langsung yang dipantulkan oleh benda-benda disekitar antena sebelum tiba di antena. Beberapa benda yang dapat memantulkan sinyal GPS antara lain adalah jalan raya, gedung, danau dan kendaraan. Bidang-bidang pantulan berupa bidang horizontal, vertikal maupun bidang miring. Perbedaan panjang lintasan menyebabkan sinyal-sinyal tersebut berinteferensi ketika tiba di antena yang pada akhirnya menyebabkan kesalahan pada hasil pengamatan.

E. Ambiguitas Fase
Ambiguitas fase dari pengamatan fase sinyal GPS adalah sejumlah gelombang penuh yang tidak terukur oleh receiver GPS. Untuk dapat merekonstruksi jarak ukuran antara satelit dengan antena maka harga ambiguitas fase ditentukan terlebih dahulu.
Pada pengamatan one-way (dari satu antena ke satu satelit) dan singgle difference, ambiguitas fase sulit untuk dipisahkan dengan efek kesalahan jam pada receiver atau satelit, dan oleh sebab itu sifat kebulatan harganya sulit untuk dieksploitasi. Sedangkan pada pengamatan double-difference, efek kesalahan jam pada receiver dan satelit tereliminasi, sehingga sifat kebulatan harganya dapat dieksploitasi.

F. Cycle Slips
Cycle slips adalah ketidak-kontinyuan dalm jumlah gelombang penuh dari fase gelombang pembawa yang diamati, karena receiver disebabkan oleh satu dan lain hal, ‘terputus’ dalm pengamatan sinyal. Kalau kita membuat plot data pengamatan fase terhadap waktu, maka cycle slips dapat dikenali dari loncatan mendadak dari kurva grafik yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Harga ambiguitas fase sebelum dan sesudah terjadinya cycle slips akan berbeda besarnya.



gambar Cycle slips

G. Selective Availability
Selective Availabelity (SA) adalah metode yang diaplikasikan untuk memproteksi ketelitian posisi obsolut secara real-time yang tinggi dari GPS hanya untuk pihak militer Amerika dan pihak-pihak yang diberi izin. Ini dilakukan oleh pihak Amerika Serikat sebagai pemilik dan pengelola GPS, secara sengaja dengan menerapkan kesalahan-kesalahan berikut, yaitu:
 Kesalahan waktu satelit
 Kesalahan ephemeris satelit

H. Anti Spoofing
Anti Spoofing (AS) adalah suatu kebijakan dari DoD Amerika Serikat, dimana kode-P dari sinyal GPS diubah menjadi kode-Y yang bersifat rahasia, yang strukturnya hanya diketahui pihak militer Amerika dan pihak-pihak yang diberi izin.



I. Kesalahan jam
Data pseudorange dan fase kedua-duanya akan dipengaruhi oleh kesalahan jam receiver dan jam satelit. Kesalahan dari salah satu jam, apakah itu dalam bentuk offset waktu, offset frekuensi, ataupun frequensi drift akan langsung mempengaruhi ukuran jarak, baik itu pseudorange ataupun jarak fase.

J. Pergerakkan dari Pusat Fase Antena
Pusat fase antena adalah pusat(sumber) yang sebenarnya dari radiasi dan dalam konteks GPS merupakan titik referensi yang sebenarnya digunakan dalam pengukuran sinyal secara elektronis. Titik sumber radiasi yang ideal akan mempunyai muka fase gelombang berbentuk bola serta pusat fase yang tetap. Tetapi dalam realitanya, karena sumber radiasi yang ideal tersebut sulit untuk direalisasikan pada antena GPS, maka pusat fase antena GPS umumnya berubah-rubah bergantung pada elevasi dan azimut satelit serta intensitas sinyal, dan lokasinya akan berbeda untuk sinyal L1 dan L2. Karena satelit GPS selalu bergerak, maka pusat fase dari antena pun akan berubah dari waktu ke waktu.

K. Imaging
Imaging adalah suatu fenomena yang melibatkan suatu benda konduktif(konduktor) yang berada dekat dengan antena GPS, seperti reflektor berukuran besar maupun grandplane dari antena itu sendiri. Radiasi dari antena sebenarnya akan menimbulkan arus induksi pada benda konduktif yang reflektif tersebut. Sehingga benda tersebut akan membangkitkan pola radisasi tertentu, sehingga seolah-olah menjadi antena tersendiri yang dapat dilihat sebagai bayangan “image” dari antena sebenarnya. Pola radiasi dari kedua antena ini selanjunya akan berinteraksi (coupling) dan resultan dari pola fase antena yang dihasilkan akan berbeda dengan pola fase antena GPS yang seharusnya.

.::Artikel Menarik Lainnya::.