Ukur GPS

GPS merupakan space-based radio-positioning dan time transfer system. GPS merangkumi 3 segmen : Segmen Angkasa, Segmen Kawalan dan Segmen Pengguna.

1. Segmen Angkasa - mengandungi 24 satelit yang memancarkan isyarat radio ke bumi.  Altitud orbit ditentukan supaya satelit melewati jejak dan konfigurasi yang serupa pada setiap lebih kurang 24 jam.  Terdapat 6 satah orbit, selang setiap 60 darjah dan sendeng 55 darjah terhadap satah katulistiwa.  Ini membolehkan pengguna boleh menerima 5 - 8 isyarat satelit ini.

2. Segmen Kawalan - mengandungi sistem stesen pemantauan yang terletak seluruh dunia.  Stesen utama terletak di Pengkalan Udara Falcon, Colorado yang mengukur isyarat daripada setiap satelit.  Hitungan dibuat menggunakan model untuk data orbit (ephemeris) dan pembetulan waktu setiap satelit.  Stesen kawalan menghantar ephemeris dan data waktu ke satelit.  Satelit akan memancarkan sebahagian data ephemeris ke penerima GPS melalui isyarat radio.

3. Segmen Pengguna - mengandungi penerima GPS dan komuniti pengguna.  Penerima GPS menukarkan isyarat satelit ke anggaran kedudukan, kelajuan dan masa.  Empat satelit diperlukan untuk mengira kedudukan 4 dimensi X, Y, Z (kedudukan) dan Masa.   Antena penerima isyarat GPS ini mempunyai pelbagai bentuk, daripada bentuk piring (pelbagai saiz) ke bentuk palang kecil.  Rekabentuk penerima & antena ini bertujuan mendapatkan bacaan kedudukan pada ketepatan yang dijangkakan.

Isyarat GPS

Satelit GPS memancarkan 2 isyarat, iaitu frekuensi L1 (1575.42 MHz) yang membawa  mesej pelayaran dan frekuensi L2 (1227.60 MHz) yang digunakan untuk mengukur kesan ionosfera.

PEROLEHAN KEDUDUKAN

Konsep silangalekan digunakan dalam mendapatkan kedudukan. Isyarat serentak daripada 3 satelit diperlukan untuk mendapat kedudukan 2-D, dan 4 satelit untuk 3-D.  Lebih bilangan satelit memberikan hasil yang lebih baik.

Pengguna awam boleh menggunakan kemudahan ini secara percuma dan tiada batasan.  Ketepatan isyarat sengaja di kurangkan oleh DoD menggunakan Selective Availability menyebabkan kedudukan yang diperolehi mempunyai ketepatan yang rendah.  Ia mengakibatkan jangkaan ketepatan 30m menjadi 100 m.

Ketepatan yang dijangkakan adalah :

• 100 m ketepatan ufuk

• 156 m ketepatan tegak

• 340 ns ketepatan masa

Ketepatan banyak bergantung kepada geometri kedudukan satelit terhadap alat penerima di bumi.  Ia biasa dinyatakan sebagai :

• PDOP - Position Dilution of Precision (3-D)

• HDOP - Horizontal Dilution of Precision (Lat, Lon)

• VDOP - Vertical Dilution of Precision (Height)

• dsb.

Kategori Peralatan :

• Kos rendah - penerima tunggal (ketepatan 100m)

• Kos sederhana - differential GPS ( ketepatan 1 -10 m)

• Kos tinggi - penerima tungal (ketepatan 20 m)

• Kos tinggi - differential carrier phase surveys ( ketepatan 1 mm ke 1 sm).

Teknik Pengukuran

Kedudukan Tunggal

Kaedah ini hanya memerlukan 1 alat penerima sahaja yang dibawa ke setiap lokasi yang dikehendaki.  Ketepatan cara ini adalah rendah.  Banyak bergantung kepada jenis alat penerima dan geometri satelit.

Differential GPS

Tujuannya untuk membetulkan ralat bias pada satu-satu kedudukan dengan mengukur ralat bias pada kedudukan yang diketahui.  Penerima rujukan, atau stesen bes/master, mengira pembetulan untuk setiap isyarat satelit.

Pembetulan ini dapat diberikan kepada secara post-processing atau real-time (DGPS).  Semua isyarat yang diterima oleh penerima adalah dalam bentuk time-tagged data.  Setiap kaedah memerlukan stesen bes menerima semua isyarat satelit (sebanyak mungkin) yang juga diterima oleh penerima bergerak.

Post-processing - memerlukan data-data yang telah dikumpulkan daripada penerima bergerak dibandingkan dengan data-data daripada stesen bes untuk dibetulkan ralatnya.  Bagi ketepatan tinggi (titik kawalan sehingga 1 sm), kaedah cerapan statik digunakan yang memerlukan cerapan dibuat sehingga lebihkurang 30 minit setiap stesen.  Perincian teknik cerapan yang boleh dibuat tidak diberikan disini.

Real-time (DGPS) - memerlukan data-data pembetulan pada stesen bes dipancarkan untuk diterima oleh penerima bergerak.  Penerima bergerak perlu mempunyai keupayaan menerima data-data pembetulan ini dan bacaan yang diberikan oleh alat penerima bergerak ini adalah bacaan yang telah dibetulkan.  Bagi mendapatkan ketepatan yang baik, geometri satelit perlulah lebih kurang sama di antara stesen bes dengan penerima bergerak.  Oleh itu, penerima bergerak perlu berada dalam lingkungan 50 km (bergantung kepada keadaan) daripada stesen bes.  Pada masa ini terdapat beberapa syarikat di dunia yang sentiasa memancarkan isyarat ini sepanjang masa untuk tujuan ini.

Transformasi Koordinat

Semua satelit menggunakan sistem koordinat geosentrik.  Hasil pengiraan daripada isyarat satelit oleh penerima GPS memberikan bacaan berasaskan koordinat geosentrik juga.  Walau bagaimanapun, kebanyakan penerima GPS mampu membuat transformasi daripada satu sistem koordinat ke sistem koordinat yang lain.

Datum yang biasa digunakan oleh kebanyakan alat penerima GPS ialah WGS-84 (Lat, Long, Ketinggian).  Sesetengah mampu memberikan bacaan ke datum setempat dapat bentuk X,Y.

Transformasi sebegini boleh dibuat dengan menggunakan model tertentu. Beberapa perisian juga telah banyak telah tersedia untuk tujuan ini.