## Komparasi Akurasi Global Posistion System
(GPS) Receiver U-blox Neo-6M dan U-blox Neo-M8N pada Navigasi Quadcopter
Firdaus 1* , Ismail 2 12 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Padang Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang, Jl. Limau Manih Padang, 25164, Indonesia *Corresponding Author, e-mail: mrdauz @yahoo.com
Abstrak—  Pengembangan  UAV  quadcopter  terjadi  sangat  pesat  salah  satu  yang  paling  vital  adalah  sistim navigasinya  baik  hardware  maupun  software  atau  algoritma  yang  digunakan.  Meningkatkan  akurasi  posisi quadcopter  adalah  salah  satu  topik  popular  dalam bidang  UAV.  Parameter  posisi  ini  ditentukan  umumnya oleh modul GPS. Modul GPS menghasilkan informasi posisi geografis dan kecepatan dengan tingkat presisi yang tinggi tapi modul ini rentan terhadap interferensi sehingga sinyal GPS sering hilang. Lebih dari itu frekuensi pengukuran GPS juga rendah sehingga tidak memenuhi syarat real-time. Dua varian GPS U-Blox, Neo-6M dan M8N menjadi pokok  permasalahan  dengan  menguji  keduanya  manakah  lebih  tepat  dan  konsisten  terhadap  posisi  geografis sebenarnya  yang  ditunjukkan  Google  map.  Data  yang  diperoleh  dari  GPS  receiver  diurai  dan  dikonversikan  ke koordinat longitude dan latitude oleh mikrokontroler IC ATmega328 kemudian dikombinasikan dengan data waktu real-time  dari  RTC  DS1370  dan  disimpan  secara  kontinyu  ke  dalam  memori  SD  card  berkapasitas  2  GB.  Data koordinat geografis yang tersimpan nantinya akan diambil dan diubah ke format CSV agar dapat di-plot ke dalam peta. Pengujian dilakukan  dimana GPS receiver Neo-6M dibawa melalui jalan Ombilin, Lapai 2, Limau Manih, Lapai 3 dan Kali Citarum dengan jarak tempuh 846,45 m, sedangkan GPS receiver Neo-M8N bergerak melewati jalan Ombilin, Lapai 2, Limau Bali, Lapai 3, dan Kali Citarum yang menempuh perjalalanan sejauh 756,27 m. Hasil komparasi  akurasi  antara  modul  GPS  receiver  Ublox  Neo-6M  dan  GPS  receiver  Ublox  Neo-M8N  menghasilkan pergeseran  sejauh  rata-rata 1.75 m  untuk  Neo-6M  dan  8,7 m  untuk  Neo-M8N  sedangkan   Neo-M8N  lebih  cepat mendapatkan data valid dari satelit. Namun kedua modul tersebut memiliki kondisi TIFF yang sama yaitu kurang lebih 2 menit.

## Kata Kunci: GPS, navigasi, quadcopter, Ublox
Abstract— Quadcopter UAV development is happening very rapidly. One of the most important in the navigation system is the hardware and software or  the used algorithm. Improving the accuracy of Quadcopter positioning is one of the most popular topics in the UAV field. This position parameter is determined by the GPS module. GPS modules produce position and speed information with a high degree of precision, but these modules are vulnerable to interference. Thus, GPS signals are often lost. Moreover, GPS measurements also cannot meet the real-time requirements. Both GPS U-Blox variants, Neo- 6M, and M8N become the main problem by testing which are more precise and consistent with the actual geographical position indicated by Google map. Data obtained from GPS receivers are parsed and converted to longitude and latitude coordinates  by  the  ATmega328  IC  microcontroller  then  combine  with  real-time  data  from  RTC  DS1370  and  stored continuously  in  a 2  GB  SD  card.  The  transferred  geographic  coordinate data  would  be  retrieved  and  converted  to  CSV format so that it can be plotted into a map. The test was conducted where the Neo-6M GPS receiver was carried out
Keywords: GPS, navigation, quadcopter, Ublox
© 2020  Elektron Jurnal Ilmiah

## I. PENDAHULUAN
Saat ini usaha pengembangan UAV (Unmanned Aerial  Vehicles)  quadcopter  berlangsung  begitu pesat  salah  satu  yang  paling  vital  adalah  sistim navigasinya  baik  hardware  maupun  software  atau algoritma yang digunakan [1][2][3].  Meningkatkan akurasi  posisi  quadcopter  adalah  salah  satu  topik popular  dalam  bidang  UAV.  Parameter  posisi  ini ditentukan umumnya oleh modul GPS seperti pada Gambar  1.  Modul  GPS  menghasilkan  informasi posisi  geografis  dan  kecepatan  dengan  tingkat presisi  yang  tinggi  tapi  modul  ini  rentan  terhadap interferensi  sehingga  sinyal  GPS  sering  hilang. Lebih  dari  itu  frekuensi  pengukuran  GPS  juga rendah  sehingga  tidak  memenuhi  syarat  real-time [4].Terdapat  beberapa  modul  GPS  receiver  yang
biasanya  digunakan  pada  quadcopter  komersial dengan  harga terjangkau seperti merk U-Blox. Dua varian  GPS  tersebut  adalah  Neo-6M  dan  M8N. Permasalahan  yang  muncul  adalah  bagaimana keduanya  akan  diuji    manakah  lebih  tepat  dan konsisten terhadap posisi geografis sebenarnya yang ditunjukkan  Google  map.  Multi  GPS  receiver sebelumnya  digunakan  untuk  mendapatkan  hasil yang  lebih  baik  dari  sensor  IMU  dalam menghasilkan  orientasi  3D  dari  drone.  Hasilnya adalah dalam 11 sesi penerbangan selama 5-7 menit diperoleh  akurasi  orientasi  sebesar  2  derajat walaupun  dalam  keadaan  cuaca  mendung  [5].

## Gambar 1. Quadcopter dengan GPS receiver
Perbedaaan dengan beberapa penelitian sebelumnya  [6]  adalah  memanfaatkan  multi  sensor untuk posisi Unmanned Aerial Vehicle (UAV),  [7] [8] melakukan desain UAV, [5] menggunakan multi GPS untuk menentukan posisi UAV.

## II. METODE

## A. Modul GPS receiver u-blox neo-6M
Modul  ini  ditunjukkan  pada  Gambar  2  adalah penerima  sinyal  GPS  stand-alone  yang  memiliki performa baik. Time to First Fix (TIFF) adalah salah satu parameter penting dimana didefenisikan sebagai kecepatan modul GPS untuk dapat mengakses data almanac dan emepheris dari satelit. TIFF, dan neo- 6M ini memiliki TIFF paling lama 27 detik

## Gambar 2. Ublox neo-6M GPS receiver
Spesifikasi  lain  adalah,  tegangan  kerja  maksimum 3,6  V,  konsumsi  arus  maksimum  67  mA,  tipe receiver  50  chanel,  update  rate  5  Hz,  akurasi kecepatan 0,1 m/s, komunikasi interface UART [12].

## B. Modul GPS receiver u-blox neo-M8N
Spesifikasi dari modul yang terlihat pada Gambar 3 adalah nilai TIFF maksimum 45 detik, tipe receiver 72 chanel, akurasi kecepatan 0,05 m/s, akurasi posisi horizontal 2,5 m, update rate 10 Hz, tegangan kerja 3,6V,  arus  konsumsi  maksimum  67  mA  dan komunikasi interface UART [13].

## Gambar 3. Ublox neo-M8N GPS receiver
Modul GPS receiver Ublox-M6 dan Ublox-M8N menggunakan protokol RS232 untuk berkomunikasi dengan  mikroprosesor  oleh  karena  itu  agar  praktis maka diperlukan mikrokontroler seperti diilustrasikan pada Gambar 4 berikut,
GPS Receiver SD Card IC ATMEGA328 RTC

## Gambar 4. Diagram blok hardware
Data yang diperoleh dari GPS receiver diurai dan dikonversikan  ke  koordinat  longitude  dan  latitude oleh  mikrokontroler  IC  ATmega328  kemudian dikombinasikan  dengan  data  waktu  real-time  dari RTC  (Real  Time  Clock)  DS1370  dan  disimpan secara  kontinyu  ke  dalam  memori  SD  card berkapasitas  2  GB.  Data  koordinat  geografis  yang tersimpan  nantinya  akan  diambil  dan  diubah  ke format CSV agar dapat di-plot ke dalam peta. Untuk mendapatkan  nilai  rerata  pergeseran  atau  deviasi jarak  koordinat  yang  terukur  dengan  koordinat sebenarnya,  digunakan  (1)  dimana 𝑑̅ adalah  nilai rerata deviasi jarak, d adalah sample perbedaan jarak antara koordinat saat pengukuran dengan koordinat
sebenarnya,  sedangkan  n  adalah  banyaknya sample pengukuran.
𝑑̅ = ∑ 𝑑 𝑛 1)
Algoritma firmware pada mikrokontroler didesain  berdasarkan  flowchart  yang  terlihat  pada Gambar 5,
Mulai
UART, SPI, TWI, RTC, SD Card SD card  RTC SD card  RTC SD card  Longitude, Latitude Lokasi GPS valid? Ada data dari port UART? Encoding data Waktu habis? Selesai T T T Gambar 5. Flowchart firmware
Inisialisasi  dilakukan  terlebih  dahulu  dengan mengaktifkankan port UART (Universal Asynchronous  Receiver  Transmitter),  port  SPI (Serial  Peripheral  Interface),  port  TWI  (Two  Wire Interface), modul RTC, dan modul memori SD card.
Saat GPS receiver diberikan tegangan pertama kali, data  jam  RTC  disimpan  di  SD  card  untuk mendapatkan  nilai  TIFF.  Satu  persatu  data  GPS receiver  yang  sudah  bearada  dalam  buffer  UART diambil  dan  di-encoding  menggunakan  algoritma yang  terdapat  dalam  library  tinygps++.h  hingga batas  waktu  1  detik,  kemudian  validasi  data diperiksa. Apabila status data sudah benar maka nilai longitude  dan  latitude  beserta  waktu  saat  itu disimpan di memori SD card.
Pengujian dilakukan  dimana GPS receiver Neo- 6M  dibawa  melalui  jalan  Ombilin,  Lapai  2,  Limau Manih,  Lapai  3  dan  Kali  Citarum  dengan  jarak tempuh  846,45  m,  sedangkan  GPS  receiver  Neo- M8N  bergerak  melewati  jalan  Ombilin,  Lapai  2, Limau  Bali,  Lapai  3,  dan  Kali  Citarum  yang menempuh perjalalanan sejauh 756,27 m

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Waktu  yang  diperlukan  GPS  receiver  dari pertama  kali  diberikan  suplai  tegangan  hingga mencapai  kondisi  TIFF  baik  modul  Neo-6M  dan Neo-M8N sama-sama memliki waktu kurang lebih 2 menit

## A. Data tracking GPS receiver Neo-6M
Gambar  6  menunjukkan  garis  berwarna  biru adalah koordinat lintasan yang diinginkan sedangkan koordinat  geografis  hasil  tracking  Neo- 6M berwarna merah. Dengan mengambil beberapa titik  sampel  koordinat  antar  keduanya  ditemukan pergeseran  titik  koordinat  yang  diinginkan  dengan titik  koordinat  yang  dihasilkan  Neo-6M  rata-rata sejauh 1,75 m. Awal bekerjanya modul terlihat garis merah  sangat  jauh  dari  garis  biru  hal  ini  karena modul  masih  mendapatkan  data  yang  belum  valid dari  satelit  dan  pada  jalan  tersebut  pula  terdapat pepohonan rindang
Gambar 6. Koordinat tracking GPS receiver Neo-6M

## B. Data tracking GPS receiver Neo-M8N
Gambar  7  menampilkan  garis  berwarna  biru yang  merupakan  lintasan  sebenarnya  yang  dilalui sedangkan  garis  berwarna  merah  adalah  koordinat hasil  tracking  Neo-M8N.  Pergeseran  data  modul terhadap  lintasan  yang  sebenarnya  cukup  besar dengan jarak rata-rata 8,7 m.
Gambar 7. Koordinat tracking GPS receiver Neo-M8N
Modul  GPS  receiver  Neo-M8N  lebih  cepat mendapatkan  data  valid  namun  tidak  terlalu  tepat menunjukkan  koordinat  aktualnya  dibandingkan GPS receiver Neo-6M.

## IV. KESIMPULAN
Komparasi  akurasi  antara  modul  GPS receiver Ublox Neo-6M dan GPS receiver Ublox Neo-M8N menghasilkan pergeseran sejauh rata- rata 1.75 m untuk Neo-6M dan 8,7 m untuk Neo- M8N sedangkan Neo-M8N lebih cepat mendapatkan  data  valid  dari  satelit.  Namun kedua  modul  tersebut  memiliki  kondisi  TIFF yang sama yaitu kurang lebih 2 menit.

## REFERENSI
[1]  Arya  Adi  Saputra,  Andi  Dharmawan.  Rancang  Bangun
Quadcopter untuk Pemantauan Kadar Karbon Monoksida di
Udara. IJEIS, Vol.3, No.1, April 2013, pp. 11~22
[2] Gembong Edhi Setyawan, Eko Setiawan, Wijaya Kurniawan.. Sistem  Kendali  Ketinggian  Quadcopter  Menggunakan  PID. Jurnal Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer (JTIIK) Vol. 2, No. 2, Oktober 2015, hlm. 125-131
[3]  Futuhal  Arifin,  Ricky  Arifandi  Daniel,  Didit  Widiyanto. Autonomous  Detection  And  Tracking  Of  An  Object Autonomously  Using  Ar.Drone  Quadcopter.  Jurnal  Ilmu Komputer dan Informasi (Journal of Computer Science and Information). 7/1 (2014), 11-17
[4]  J.  Wang,  M.  Garratt,  A. Lambert,  J. Wang,  S.  Han,  and  D.
Sinclair, Integration  of  GPS/INS/vision  sensors  to  navigate unmanned aerial vehicles , vol. 37. 2008.
[5]  M. Gowda, J. Manweiler, A. Dhekne, R. R. Choudhury, and J. D. Weisz, “Tracking drone orientation with multiple GPS receivers,” Proc. Annu. Int. Conf. Mob. Comput. Networking, MOBICOM ,  vol.  0,  no.  1,  pp.  280–293,  2016,  doi: 10.1145/2973750.2973768.
[6]  W. Li and Z. Fu, “Unmanned aerial vehicle positioning based on  multi-sensor  information  fusion,” Geo-Spatial  Inf.  Sci. ,
vol. 21, no. 4, pp. 302–310, 2018, doi:
10.1080/10095020.2018.1465209.
[7]  R.  K.  S.  Sravan  kumar  N,  “Design  And  Control Implementation Of Quadcopter,” Int.  Adv.  Res.  J. Sci. Eng. Technol. , vol. 3, no. 2, p. 4, 2016.
[8]  A. Singh Rajpoot, N. Gadani, and S. Kalathia, “Development of  Arduino  Based  Quadcopter,” Int.  Adv.  Res.  J.  Sci.  Eng. Technol. ,  vol.  3,  no.  6,  pp.  252–259,  2016,  doi: 10.17148/IARJSET.2016.3649.
[9] A. Koubaa and B. Qureshi, “DroneTrack: Cloud-Based Real- Time Object Tracking Using Unmanned Aerial Vehicles over the Internet,” IEEE Access, vol. 6, pp. 13810–13824, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2811762.
[10] J. Kwak and Y. Sung, “Autonomous UAV Flight Control for GPS-Based  Navigation,”  IEEE  Access,  vol.  6,  pp.  37947– 37955, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2854712.
[11] T. C. Mallick, M. A. I. Bhuyan, and M. S. Munna, “Design &  Implementation  of  an  UAV  (Drone)  with  Flight  Data Record,” 2016 Int. Conf. Innov. Sci. Eng. Technol. ICISET 2016, 2017, doi: 10.1109/ICISET.2016.7856519.
[12]  U-blox,  “NEO-6  GPS  Modules  Data  Sheet,” Www.U- Blox.Com , p. 25, 2017.
[13]   D. Sheet, “NEO-M8.”