GPS (Global Positioning System) merupakan peralatan navigasi elektronik yang menerima informasi dari 4 - 12 satelit sehingga GPS bisa memperhitungkan posisi di mana kita berada di Bumi. Satelit GPS tidak mentransmisikan informasi posisi kita, yang ditransmisikan satelit adalah posisi satelit dan jarak penerima GPS kita dari satelit. Informasi ini diolah alat penerima GPS kita dan hasilnya ditampilkan kepada kita.
GPS sebenarnya adalah proyek Departemen Pertahanan Amerika Serikat (AS) yang memberinya nama resmi NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing And Ranging). Bagian utama dari sistem GPS adalah 24 satelit yang mengorbit Bumi di ketinggian 20.200 kilometer. Orbit satelit dirancang sehingga setiap titik di Bumi dapat melihat paling sedikit empat satelit pada setiap saat. Tiap satelit mengitari bumi kira-kira sekali dalam 12 jam dengan kecepatan sekitar 11.000 kilometer per jam. Satelit GPS mempunyai panel-panel pengumpul tenaga Matahari untuk membangkitkan energi listrik yang diperlukannya. Selain itu juga ada baterai yang menyimpan tenaga listrik dan mempergunakannya saat satelit tidak memperoleh sinar Matahari.
Fungsi GPS
1. Menghitung jarak dan arah dari lokasi tempat kita berada.
2. Satu unit GPS dapat menyimpan dalam memory lokasi di mana kita berada saat ini.
3. Setiap lokasi dapat diberi nama atau nomor dan tanggal dan waktu.
4. Mengingat lokasi yang pernah kita simpan.
5. Mengarahkan kita dari satu lokasi ke lokasi lain dengan simbol berupa grafik.
6. Menyimpan rute perjalanan kita dan mengantar kita kembali dengan rute yang sama.
7. Berfungsi sebagai kompas yang dapat menuntun kita ke arah yang tepat.
8. Dapat digunakan sebagai penunjuk arah di kapal, mobil dengan menggunakan daya sebesar 12 volt.
9. Beberapa GPS dapat menunjukkan peta jalan-jalan utama, sungai-sungai.
10. Beberapa GPS juga dapat menampilkan kekuatan baterai, posisi satelit, kekuatan sinyal.
Sistem Kerja GPS
Satelit GPS pertama diluncurkan tahun 1978 dan konstelasi 24 satelit berhasil dilengkapi tahun 1994. Setelah itu satelit-satelit baru rutin diluncurkan untuk meng-upgrade satelit lama atau mengganti satelit yang rusak/tidak berfungsi lagi. Tiap satelit mentransmisikan data navigasi dalam sinyal CDMA (Code Division Multiple Access)-sama seperti jenis sinyal untuk telepon seluler CDMA. Sinyal CDMA menggunakan kode pada transmisinya sehingga penerima GPS tetap bisa mengenali sinyal navigasi GPS walaupun ada gangguan pada frekuensi yang sama. Frekuensi yang digunakan adalah L1 (1575,42 MHz) dan L2 (1227,6 MHz). Kode CDMA disebut "pseudorandom" karena seakan-akan ("pseudo") tidak beraturan ("random"), padahal tidaklah demikian. Kode CDMA tiap satelit dipilih dengan saksama agar tidak mengganggu transmisi satelit lainnya. Jenis kode CDMA ini ada dua, yaitu C/A dan P(Y). Kedua kode ini ditransmisikan pada frekuensi L1, sementara di L2 hanya ada kode P(Y).
C/A (Coarse/Acquisition) penggunaannya terbuka untuk siapa saja. "Coarse" karena resolusi datanya lebih kasar/tidak sepresisi kode P(Y). Ini disebabkan modulasi kode yang lebih lambat, yaitu 1,023 MHz dibandingkan dengan P(Y) yang 10,23 MHz (bandingkan dengan cdma2000 yang 1,2288 MHz dan WCDMA (generasi penerus GSM) yang 3,84 MHz). Kata "Acquisition" adalah untuk akuisisi karena kode C/A yang sederhana lebih mudah dikenali dibandingkan dengan kode P(Y) sehingga untuk menangkap sinyal kode P(Y) lebih mudah setelah berhasil mengakuisisi satelit GPS dari sinyal C/A-nya. P(Y) berarti kode precision (presisi) yang dienkripsi dengan kode sandi Y. Modulasi kode yang sepuluh kali lebih cepat dibandingkan dengan kode C/A menyebabkan secara teoritis mampu memberikan presisi 10 kali lebih baik juga. Enkripsi digunakan agar data navigasinya tidak bisa digunakan orang tanpa seizin Departemen Pertahanan AS. Dengan mensinkronisasikan kode ini, alat penerima GPS dapat menghitung berapa waktu antara sinyal dikirim dari satelit dan diterima oleh alat penerima GPS. Data lain yang diperlukan juga ditumpangkan pada sinyal kode GPS, antara lain: koreksi posisi satelit, koreksi waktu satelit, dan informasi mengenai atmosfer yang dilalui sinyal dari satelit ke alat penerima.
Satelit-satelit ini dikontrol dari 5 stasiun Bumi, 4 stasiun Bumi yang bekerja otomatis dan satu stasiun Bumi pengontrol utama. Empat stasiun Bumi otomatis hanya berfungsi menerima data dari satelit GPS dan meneruskan informasi itu ke stasiun pengontrol utama. Stasiun pengontrol utama memberikan koreksi data navigasi ke satelit-satelit GPS.
Bagian akhir dari sistem GPS ini adalah alat penerima GPS yang akhirnya menghitung semua data, melakukan korelasi, dan menampilkan data posisi di layar display atau-kalau penerima GPS ini hanya aksesori tambahan di PDA (personal digital assistant) di layar PDA.
Informasi yang ditransmisikan dari satelit ke penerima GPS terdiri dari dua jenis. Yang pertama disebut "almanak", yaitu posisi dari semua satelit GPS. Jenis informasi kedua disebut "efemeris", yaitu koreksi data almanak. ’Almanak’ di-update kira-kira seminggu sekali, data ’eferemis’ biasanya di-update tiap setengah jam. Alat penerima GPS yang dinyalakan kembali setelah seharian dimatikan masih bisa menggunakan data almanak sebelumnya.
Untuk mengetahui posisi alat penerima, juga diperlukan informasi seberapa jauh alat penerima GPS dari satelit. Informasi ini didapat dari mensinkronisasikan timer di penerima dengan sinyal kode CDMA yang dikirim satelit GPS. Beda sinkronisasi dan fase sinyal digunakan untuk menghitung "pseudorange" (perhitungan jarak ke satelit GPS tanpa memperhitungkan perlambatan sinyal di atmosfer). Kecepatan sinyal di ruang hampa sama dengan kecepatan cahaya, yaitu 3 x 10-8 meter per detik. Sementara kode C/A yang 1,023 MHz artinya mengirimkan 1.023.000 pulsa setiap detiknya, atau setiap pulsa bila disinkronisasikan bisa memberikan jarak sampai akurasi 300 meter.
Kita juga bisa menghitung fase sinyal, sinyal itu sedang di posisi mana dari pulsa, sampai akurasi 1 persen. Jadi, akurasi terbaik yang bisa didapat dengan kode C/A kira-kira 3 meter. Untuk kode P(Y) yang mengirim pulsa 10 kali lebih banyak per detiknya, akurasinya bisa sampai 0,3 meter. Ini adalah angka teoretis, pada kenyataannya akurasi GPS kira-kira 9 meter untuk kode C/A.
Bayangkan ada satu bola dengan jari-jari sepanjang jarak satelit penerima GPS yang pusatnya di posisi satelit di ruang angkasa. Jika ada empat bola seperti itu, perpotongan permukaan bolanya adalah satu titik tempat lokasi alat penerima GPS.
