Pengaruh Ionosfer Pada Sistem Penentuan Posisi Berbasis Satelit GPS
-
Upload
houw-liong-the -
Category
Documents
-
view
1.186 -
download
11
description
Transcript of Pengaruh Ionosfer Pada Sistem Penentuan Posisi Berbasis Satelit GPS
Pengaruh Ionosfer Pada Sistem Penentuan Posisi Berbasis Satelit GPS
Buldan Muslim, Bidang Ionosfer dan Telekomunikasi, PUASFATSAINSA, LAPAN
Jl. Dr. Junjunan 133 Bandung 40173
Hasanuddin Z.A., dan Wedyanto KuntjoroKelompok Keilmuan Geodesi, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian
The Houw Liong Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi BandungJl. Ganesha 10 Bandung
SEMINAR NASIONAL ANTARIKSA IV
Lapisan atmosfer dan ionosfer
Electron density
¬ ¬ ¬ ¬ ¬ ¬ 0.5 1.0 1.5 1012m-3
ne
EF
DC
Pengaruh Ionosfer Pada Propagasi Gelombang Radio
Komponen-komponen GPS
Metode penentuan posisi GPS
Akurasi Posisi GPS
• Geometric Dilution Of Precission (GDOP) GDOP adalah pengaruh geometri satelit, yaitu
hubungan spasial dari dari satelit terhadap receiver pengguna.
• User Equivalent Range Error (UERE) UERE adalah akurasi pengukuran jarak
individual dari receiver ke satelit. Yang tergantung pada kualitas sinyal, receiver, kondisi ionosfer dan troposfer
Pengaruh Ionosfer pada propagasi sinyal GPS
Keberadaan elektron-elektron di ionosfer keadaan tenang menghasilkan kesalahan pengukuran jarak propagasi sinyal GPS yang tergantung pada frekuensi dan kandungan total elekton
Sebuah elektron / m2 menghasilkan kesalahan pengukuran jarak sebesar 16.24 atto meter
STECf 23.40
TEC : 1017 – 1018 el/m2
1.624 – 16.24 meter
5.413 - 54.13 ns
Mitigasi pengaruh ionosfer pada sistem GPS
• Menggunakan GPS dua frekuensi• Menggunakan model Klobuchar• Menggunakan model global ionosfer lainnya• Menggunakan model ionosfer regional• Menggunakan metode Differential GPS
Mitigasi / koreksi efek ionosfer dengan GPS dua frekuensi
Gambar STEC diturunkan dari data GPS bako 18 Jili 2000, sudut cut off 30 der
Koreksi ionosfer dengan GPS dua frekuensi
Gambar Koreksi Ionosfer (meter) 18 Juli 2000
Koreksi ionosfer model Klobuchar
Koreksi Ionosfer dengan Model TEC Regional Indonesia
Koreksi Ionosfer dengan Metode Differential GPS (DGPS)
Aplikasi DGPS
• Menggunakan dua receiver, satu stasiun referensi, yang satu bergerak.
• Menggunakan GPS single frequency
• Menggunakan data kode
• Jarak dasar (baseline) bisa sampai 1000 km
• Akurasi sampai level meter (tergantung gradien ionosfer)
Asumsi DGPS dan pengaruh gradien ionosfer
• Bias ionosfer antara dua receiver dianggap sama sehingga koreksi ionosfer dapat direduksi dengan pengurangan data jarak kode yang diukur dari dua receiver
• Dalam kondisi tenang asumsi dapat dipakai dengan kesalahan karena gradien spasial ionosfer secara umum sebesar
2 mm / km (20 cm / 100 km)
Model Kesalahan DGPS ionosfer lintang Rendah Indonesia
terhadap stasiun bako
Model Kesalahan DGPS ionosfer
Koreksi Ionosfer yang telah dijelaskan adalah untuk ionosfer tidak terganggu
Lingkungan ionosfer yang dinamis mempengaruhi ionosfer harian (cuaca ionosfer/parameter cuaca antariksa)
• Badai geomagnet -> TID skala besar (badai ionosfer)
• Gelombang gravitasi akustik atm -> TID skala kecil dan menengah dan pada saat tertentu dapat memicu sintilasi ionosfer
• Gempa bumi dan prekursornya dapat menyebabkan anomali ionosfer
Badai ionosfer
TEC 28-31 Oktober 2003
0
20
40
60
80
100
120
140
28 29 30 31
Tanggal
TE
C (
TE
CU
)
MSILRI
Bulanan
Harian
Dst , 25 - 31 Oktober 2003
-325-300-275-250-225-200-175-150-125-100
-75-50-25
0255075
25 26 27 28 29 30 31 32
Dst (n
T)
Anomali ionosfer sebelum gempa bumi Aceh 26 Desember 20064
TEC 20-26 Desember 2004, BAKO
0
10
20
30
40
50
60
70
20 21 22 23 24 25 26
Tanggal
TE
C (
TE
CU
)
MSILRI
Bulanan
Harian
Sintilasi Ionosfer• Setelah matahari terbenam
lapisan D dan E ionosfer semakin menghilang
• Graden kerapatan secara vertikal menjadi positif
• Lapisan bagian atas lebih rapat dari lapisan di bawahnya
• Ionosfer menjadi tidak stabil• Gangguan kecil dapat
menyebabkan irregularitas yang semakin membesar ke seluruh lapisan ionosfer secara vertikal
• Menyebabkan perubahan kerapatan yang cepat dan luas di ionosfer lintang rendah
• Perubahan kerapatan tersebut menyebabkan sintilasi ionosfer linatang magnetik rendah
DSTEC fase / 30 detik
Pengaruh irregularitas ionosfer
Pengaruh Sintilasi Ionosfer pada sinyal GPS
• Sinyal GPS yang melewati ionosfer yang berfluktuasi akan mengalami perubahan kuat sinyal GPS yang diterima di receiver (sintilasi ionosfer).
• Jika perubahan kuat sinyal yang diterima melebihi batas sensitifitas alat maka pengamatan GPS akan terputus.
• Sehingga jumlah satelit yang teramati berkurang yang dapat mengurangi akurasi penentuan posisi GPS
• Pada penentuan posisi RTK dengan data fase menyebabkan nilai ambiguitas tidak dapat diselesaikan atau memberikan harga yang salah sehingga mengurangi akurasi posisi RTK
Pengaruh TID pada DGPS
• TID skala besar yang bergerak dengan kecepatan mencapai 1000 km / jam menyebabkan peningkatan gradien TEC di atas normal sehingga akan mengurangi akurasi DGPS
• Akivitas TID sebanding dengan aktivitas matahari
Gradien Ionosfer karena TID
Jumlah kejadian TID
Rencana Pelayanan Koreksi Ionosfer Bagi Pengguna GPSPelayanan efek cuaca antariksa pada sistem navigasi berbasis satelit GPS
• Perbedaan prediksi Klobuchar dengan pengamatan real tiap jam di lokasi tertentu
(Pengguna GPS metode absolut)• Kesalahan DGPS rata-rata tiap jam dari stasiun referensi tertentu
(bako, band, itbb) [pengguna DGPS]• Informasi pengaruh gangguan ionosfer skala kecil pada penentuan
posisi metode RTK Hijau : aktivitas ionosfer rendah – tidak pengaruh Kuning: ionosfer sedang – mengurangi kinera RTK Merah : ionosfer aktif – pengaruh kuat ke akurasi RTK Hitam : ionosfer sangat aktif – pengaruh sangat ke akurasi RTK bahkan tidak mungkin bisa dikoreksi
Stasiun GPS
Stasiun pengamat ionosfer
Sistem navigasi pesawat terbang masa depan
Segmen Pengguna
Faktor-faktor yang mempengaruhi ketelitian pengukuran GPS
GDOP
Pengaruh Ionosfer Pada Sinyal GPS
Dinamika Ionosfer Lintang Rendah
Adanya medan listrik arah ke timur dan medan magnet arah utara menyebabkan drift vertikal siang hari
Plasma ionosfer mengalami gravitasi bumi sehingga terdifusi ke bawah sepanjang arah garis-garis gaya medan magnet bumi
Terjadi penumpukan elektron di sisi – sisi ekuator magnetik pada lintang magnetik sekitar +/- 15 derajat.
Kerapatan elektron tertinggi terjadi pada sore hari di sekitar lintang – 5 -8 derajat geografi di atas Indonesia
TEC tinggi menyebabkan kesalahan pengukuran jarak satelit.
Akan mengurangi akurasi posisi GPS
Model TEC Global
Sintilasi ionosfer
Sintilasi ionosfer yang besar akan menyebabkan receiver tidak dapat mendeteksi sinyal GPS karena diluar batas sensitifitas alat terhadap perubahan kuat sinyal yang diterima
Sehingga terjadi loss of lockSemakin besar sintilasinya semakin banyak satelit yang
tidak dapat diamatiPengurangan jumlah satelit yang diamati akan
memperbesar DOP.DOP yang besar akan mengurangi akurasi posisi GPS
Indek sintilasi ionosfer S4
Mitigasi pengaruh ionosfer pada sistem navigasi
• Pengaruh TEC dapat direduksi menggunakan model TEC regional atau lokal yang akurat
• Semakin akurat model TEC semakin dapat meningkatkan akurasi posisi GPS
• Sintilasi ionosfer merupakan gangguan yang tidak dapat direduksi tetapi informasi adanya sintilasi dapat memberikan prediksi akurasi posisi GPS
• Dengan receiver yang modern yang dapat menerima sinyal GPS dan Galileo serta satelit lainnya akan dapat mereduksi GDOP sehingga dapat meningkatkan akurasi posisi
DGPS
• Peningkatan akurasi GPS single frequency dapat dilakukan dengan metode differensial GPS (DGS) yang dapat mereduksi kesalahan ionosfer sampai level cm.
• Tetapi pada saat ada gradien ionosfer yang besar misalnya pada saat terjadi gangguan ionosfre mnejalar (TID, traveling ionospheric disturbances) kesalahan DGPS akan menjadi besar karena gradien ionosfer yang besar dan bergerak dengan cepat arah horisontal
Rencana Pelayanan informasi ionosfer yang akan diberikan dari
MSILRI• TEC regional Indonesia (update bulanan
ditingkatkan menjadi harian, jaman sampai resolusi 5 menitan)
• Gradien TEC regional (bulanan regional ditingkatkan menjadi jaman, 5 menitan dan lokal di atas Bandara di seluruh Indonesia
• Sintilasi ionosfer di atas Indonesia• Prediksi kondisi awal kejadian spread F harian
(untuk prediksi sintilasi ionosfer)
Tambahan ilustrasi, gambar dan contoh data sedang disiapkan