Sistem navigasi satelit

**Sistem navigasi satelit** atau **satnav** adalah sistem yang menggunakan satelit untuk menyediakan geoposisi otonom. Sistem navigasi satelit dengan cakupan global disebut **global navigation satellite system** (**GNSS**). Pada tahun 2024, empat sistem global beroperasi: Sistem Pemosisian Global (GPS) milik Amerika Serikat, Sistem Satelit Navigasi Global (GLONASS) milik Rusia, Sistem Satelit Navigasi BeiDou (BDS) milik Tiongkok, dan Galileo milik Uni Eropa.

Sistem augmentasi berbasis satelit (SBAS), yang dirancang untuk meningkatkan akurasi GNSS, meliputi Sistem Satelit Quasi-Zenith Jepang (QZSS), GAGAN India dan EGNOS Eropa, semuanya berbasis GPS. Iterasi sebelumnya dari sistem navigasi BeiDou dan Sistem Satelit Navigasi Regional India (IRNSS) saat ini, yang secara operasional dikenal sebagai NavIC, adalah contoh sistem satelit navigasi regional (RNSS) yang beroperasi secara mandiri.

Perangkat navigasi satelit menentukan lokasi mereka (garis bujur, garis lintang, dan ketinggian/elevasi) dengan presisi tinggi (dalam beberapa sentimeter hingga meter) menggunakan sinyal waktu yang dikirimkan sepanjang garis pandang oleh radio dari satelit. Sistem ini dapat digunakan untuk memberikan posisi, navigasi atau untuk melacak posisi sesuatu yang dilengkapi dengan penerima (pelacakan satelit). Sinyal juga memungkinkan penerima elektronik untuk menghitung waktu lokal saat ini dengan presisi tinggi, yang memungkinkan sinkronisasi waktu. Penggunaan ini secara kolektif dikenal sebagai Positioning, Navigation and Timing (PNT). Sistem Satnav beroperasi secara independen dari penerimaan telepon atau internet apa pun, meskipun teknologi ini dapat meningkatkan kegunaan informasi posisi yang dihasilkan.

Cakupan global untuk setiap sistem umumnya dicapai oleh konstelasi satelit yang terdiri dari 18–30 satelit orbit Bumi menengah (MEO) yang tersebar di beberapa bidang orbit. Sistem sebenarnya bervariasi, tetapi semuanya menggunakan inklinasi orbit >50° dan periode orbit sekitar dua belas jam (pada ketinggian sekitar 20.000 kilometer atau 12.000 mil).

## Klasifikasi

Sistem GNSS yang memberikan akurasi dan pemantauan integritas yang ditingkatkan yang dapat digunakan untuk navigasi sipil diklasifikasikan sebagai berikut:
* **GNSS-1** adalah sistem generasi pertama dan merupakan gabungan dari sistem navigasi satelit yang sudah ada (GPS dan GLONASS), dengan Satellite Based Augmentation Systems (SBAS) atau Ground Based Augmentation Systems (GBAS). Di Amerika Serikat, komponen berbasis satelit adalah Wide Area Augmentation System(WAAS); di Eropa, adalah European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS); di Jepang, adalah Multi-Functional Satellite Augmentation System (MSAS); dan di India, adalah GPS-aided GEO augmented navigation (GAGAN). Augmentasi berbasis darat disediakan oleh sistem seperti Local Area Augmentation System (LAAS).
* **GNSS-2** adalah sistem generasi kedua yang secara independen menyediakan sistem navigasi satelit sipil penuh, yang dicontohkan oleh sistem penentuan posisi Galileo Eropa. Sistem ini akan menyediakan pemantauan akurasi dan integritas yang diperlukan untuk navigasi sipil; termasuk pesawat terbang. Awalnya, sistem ini hanya terdiri dari set frekuensi UpperL Band (L1 untuk GPS, E1 untuk Galileo,dan G1 untuk GLONASS). Dalam beberapa tahun terakhir, sistem GNSS telah mulai mengaktifkanset frekuensiL Band dan G3 untuk GLONASS) untuk penggunaan sipil; mereka menampilkan akurasi agregat yang lebih tinggi dan lebih sedikit masalah dengan refleksi sinyal. Pada akhir 2018, beberapa perangkat GNSS tingkat konsumen dijual yang memanfaatkan keduanya. Mereka biasanya disebut perangkat "GNSS pita ganda" atau "GPS pita ganda"
.
Berdasarkan perannya dalam sistem navigasi, sistem dapat diklasifikasikan sebagai:
* Ada empat sistem navigasi satelit global, saat ini
** GPS (Amerika Serikat),
** GLONASS (Federasi Rusia),
** Beidou (Tiongkok) dan
** Galileo (Uni Eropa).
* Sistem Augmentasi Berbasis Satelit Global (SBAS) seperti OmniSTAR dan StarFire.
* SBAS regional termasuk WAAS (AS), EGNOS (UE), MSAS (Jepang), GAGAN (India), dan SDCM (Rusia).
* Sistem Navigasi Satelit Regional seperti NAVIC milik India, dan QZSS milik Jepang.
* Sistem Augmentasi Berbasis Darat (GBAS) skala Kontinental misalnya GRAS Australia dan gabungan Penjaga Pantai AS, Penjaga Pantai Kanada, Korps Zeni Angkatan Darat AS, dan layanan GPS Diferensial Nasional (DGPS) Departemen Transportasi AS.
* GBAS skala regional seperti jaringan CORS.
* GBAS Lokal diwakili oleh satu stasiun referensi GPS yang mengoperasikan koreksi Real Time Kinematic (RTK).
Karena banyak sistem GNSS global (dan sistem augmentasi) menggunakan frekuensi dan sinyal yang sama di sekitar L1, banyak penerima "Multi-GNSS" yang mampu menggunakan beberapa sistem telah diproduksi. Sementara beberapa sistem berusaha untuk bekerja sama dengan GPS sebaik mungkin dengan menyediakan jam yang sama, yang lain tidak.

## Sejarah
Navigasi radio berbasis darat sudah ada sejak puluhan tahun lalu. Sistem DECCA, LORAN, GEE, dan Omega menggunakan pemancar radio gelombang panjang terestrial yang menyiarkan pulsa radio dari lokasi "utama" yang diketahui, diikuti oleh pulsa yang diulang dari sejumlah stasiun "budak". Penundaan antara penerimaan sinyal utama dan sinyal budak memungkinkan penerima untuk menyimpulkan jarak ke masing-masing budak, sehingga memberikan jarak yang tetap .

Sistem navigasi satelit pertama adalah Transit, sebuah sistem yang digunakan oleh militer AS pada tahun 1960-an. Operasi Transit didasarkan pada efek Doppler : satelit melakukan perjalanan pada jalur yang dikenal dan menyiarkan sinyal mereka pada frekuensi radio yang dikenal. Frekuensi yang diterima akan sedikit berbeda dari frekuensi siaran karena pergerakan satelit terhadap penerima. Dengan memantau pergeseran frekuensi ini selama interval waktu yang singkat, penerima dapat menentukan lokasinya di satu sisi atau sisi lain satelit, dan beberapa pengukuran tersebut dikombinasikan dengan pengetahuan yang tepat tentang orbit satelit dapat memperbaiki posisi tertentu. Kesalahan posisi orbit satelit disebabkan oleh refraksi gelombang radio, perubahan medan gravitasi (karena medan gravitasi Bumi tidak seragam), dan fenomena lainnya. Sebuah tim, yang dipimpin oleh Harold L Jury dari Divisi Dirgantara Pan Am di Florida dari tahun 1970 hingga 1973, menemukan solusi dan/atau koreksi untuk banyak sumber kesalahan.  Dengan menggunakan data waktu nyata dan estimasi rekursif, kesalahan sistematis dan residual dipersempit hingga mencapai akurasi yang cukup untuk navigasi.

## Prinsip
Bagian dari siaran satelit yang mengorbit mencakup data orbitnya yang tepat. Awalnya, Observatorium Angkatan Laut AS (USNO) terus mengamati orbit satelit-satelit ini secara tepat. Saat orbit satelit menyimpang, USNO mengirimkan informasi terbaru ke satelit. Siaran berikutnya dari satelit yang diperbarui akan berisi ephemeris terbarunya.

Sistem modern lebih langsung. Satelit menyiarkan sinyal yang berisi data orbit (yang darinya posisi satelit dapat dihitung) dan waktu yang tepat sinyal tersebut ditransmisikan. Data orbit mencakup almanak kasar untuk semua satelit guna membantu menemukannya, dan ephemeris yang tepat untuk satelit ini. Ephemeris orbit ditransmisikan dalam pesan data yang ditumpangkan pada kode yang berfungsi sebagai referensi waktu. Satelit menggunakan jam atom untuk menjaga sinkronisasi semua satelit dalam konstelasi. Penerima membandingkan waktu siaran yang dikodekan dalam transmisi tiga (di permukaan laut) atau empat (yang juga memungkinkan perhitungan ketinggian) satelit yang berbeda, mengukur waktu penerbangan ke setiap satelit. Beberapa pengukuran tersebut dapat dilakukan pada saat yang sama ke satelit yang berbeda, yang memungkinkan perbaikan berkelanjutan untuk dibuat secara real time menggunakan versi trilaterasi yang diadaptasi.

Setiap pengukuran jarak, terlepas dari sistem yang digunakan, menempatkan penerima pada cangkang bulat pada jarak yang diukur dari penyiar. Dengan melakukan beberapa pengukuran tersebut dan kemudian mencari titik di mana mereka bertemu, sebuah perbaikan dihasilkan. Namun, dalam kasus penerima yang bergerak cepat, posisi sinyal bergerak saat sinyal diterima dari beberapa satelit. Selain itu, sinyal radio melambat sedikit saat melewati ionosfer, dan perlambatan ini bervariasi dengan sudut penerima ke satelit, karena itu mengubah jarak melalui ionosfer. Dengan demikian, perhitungan dasar mencoba menemukan garis berarah terpendek yang bersinggungan dengan empat cangkang bulat oblate yang berpusat pada empat satelit. Penerima navigasi satelit mengurangi kesalahan dengan menggunakan kombinasi sinyal dari beberapa satelit dan beberapa korelator, dan kemudian menggunakan teknik seperti penyaringan Kalman untuk menggabungkan data yang bising, parsial, dan terus berubah menjadi satu perkiraan untuk posisi, waktu, dan kecepatan.

Teori relativitas umum Einstein diterapkan pada koreksi waktu GPS, hasil akhirnya adalah waktu pada jam satelit GPS maju lebih cepat daripada jam di darat sekitar 38 mikrodetik per hari.

## Aplikasi

Motivasi awal untuk navigasi satelit adalah untuk aplikasi militer. Navigasi satelit memungkinkan ketepatan dalam pengiriman senjata ke target, sehingga meningkatkan daya mematikan mereka sekaligus mengurangi korban yang tidak disengaja akibat senjata yang diarahkan secara salah. Navigasi satelit juga memungkinkan pasukan diarahkan dan menemukan lokasi mereka dengan lebih mudah, sehingga mengurangi kabut perang.

Kini sistem satelit navigasi global, seperti Galileo, digunakan untuk menentukan lokasi pengguna dan lokasi orang atau objek lain pada saat tertentu. Jangkauan penerapan navigasi satelit di masa depan sangat luas, mencakup sektor publik dan swasta di berbagai segmen pasar seperti sains, transportasi, pertanian, asuransi, energi, dll.

Kemampuan untuk menyediakan sinyal navigasi satelit juga merupakan kemampuan untuk menolak ketersediaannya. Operator sistem navigasi satelit berpotensi memiliki kemampuan untuk menurunkan atau menghilangkan layanan navigasi satelit di wilayah mana pun yang diinginkannya.

## Sistem Pemosisi Global
Sistem Pemosisi Global  (bahasa Inggris: *Global Positioning System* (GPS)) adalah sistem untuk menentukan letak di permukaan bumi dengan bantuan penyelarasan (*synchronization*) sinyal satelit. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyal gelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan letak, kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS antara lain GLONASS Rusia, Galileo Uni Eropa, IRNSS India.

Sistem ini dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat, dengan nama lengkapnya adalah **NAVSTAR GPS** (kesalahan umum adalah bahwa NAVSTAR adalah sebuah singkatan, ini adalah salah, NAVSTAR adalah nama yang diberikan oleh John Walsh, seorang penentu kebijakan penting dalam program GPS). Kumpulan satelit ini diurus oleh 50th Space Wing Angkatan Udara Amerika Serikat. Biaya perawatan sistem ini sekitar US$750 juta per tahun, termasuk penggantian satelit lama, serta riset dan pengembangan.

**GPS Tracker** atau sering disebut dengan **GPS Tracking** adalah teknologi AVL (Automated Vehicle Locater) yang memungkinkan pengguna untuk melacak posisi kendaraan, armada ataupun mobil dalam keadaan Real-Time. GPS Tracking memanfaatkan kombinasi teknologi GSM dan GPS untuk menentukan koordinat sebuah objek, lalu menerjemahkannya dalam bentuk peta digital.

Sistem ini menggunakan sejumlah satelit yang berada di orbit bumi, yang memancarkan sinyalnya ke bumi dan ditangkap oleh sebuah alat penerima. Ada tiga bagian penting dari sistem ini, yaitu bagian kontrol, bagian angkasa, dan bagian pengguna.

## GLONASS
GLONASS (bahasa Rusia: **ГЛОНАСС**, IPA: [Глобальная навигационная спутниковая система; transliterasi *Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema*), atau "Sistem Satelit Navigasi Global", adalah sistem navigasi satelit berbasis ruang angkasa yang beroperasi di radionavigasi-satelit.

Sistem ini memberikan alternatif untuk GPS dan merupakan sistem navigasi kedua yang beroperasi dengan cakupan global dan presisi yang sebanding.

## Sistem satelit navigasi regional (RNSS)
Sistem satelit navigasi regional (RNSS) merupakan sistem navigasi yang cakupannya bersifat regional. Pemanfaatannya semakin hari semakin meningkat, semakin banyak pula yang menggunakannya bahkan berbagai bidang, dan hampir semuanya membutuhkan informasi navigasi. Contoh program untuk mengeksplorasi sistem navigasi di India yang memiliki skala regional. Metode penelitian yang digunakan adalah studi pustaka, yang diperoleh dari berbagai referensi yang sesuai dengan kebutuhan penelitian. Hasil yang diperoleh, bahwa sejarah perkembangan RNSS India tidaklah dibuat dalam waktu yang singkat, tetapi memerlukan berbagai persiapan yang memakan waktu yang lama. Dimulai dari kajian segmen IRNSS, baik segmen darat, segmen angkasa, maupun segmen pengguna, telah dipersiapkan sedetail mungkin. Berikutnya, sistem referensi juga menjadi perhatian, yaitu referensi yang menentukan sistem koordinat untuk keperluan koreksi atau referensi dalam berbagai aplikasi RNSS. Berikutnya adalah masalah konstelasi satelit, berdasarkan kebutuhan dan kondisi akan memengaruhi berapa banyak satelit yang dibutuhkan untuk mencakup suatu wilayah di seluruh Indonesia. Oleh karena itu, analisis dari penelitian ini menjadi acuan untuk membangun sistem navigasi yang mandiri, terutama jika dikaitkan dengan kebutuhan pertahanan dan keamanan.

Sistem Satelit Quasi-Zenith (QZSS) dapat digunakan di Indonesia karena bentuk orbitnya yang unik. QZSS adalah sistem navigasi satelit regional yang dikembangkan oleh pemerintah Jepang untuk meningkatkan sistem navigasi satelit regional yang dioperasikan oleh Amerika Serikat, yaitu GPS. QZSS dapat digunakan secara terintegrasi dengan GPS.

QZSS berfungsi sebagai sistem navigasi satelit regional yang menyediakan layanan komunikasi regional dan informasi posisi. Empat satelit yang berada dalam Orbit Quasi-Zenith (QSO) periodik dengan menggunakan frekuensi yang sama dengan GPS, jam juga yang disinkronkan dengan waktu GPS. Uji coba pada 12 Januari 2018, dan secara resmi dimulai pada 1 November 2018

QZSS dapat digunakan untuk wilayah Asia-Oseania, termasuk Indonesia. Potensi pemanfaatan layanan QZSS di Indonesia perlu didukung dengan kolaborasi penelitian dan pemanfaatan bersama antar institusi di Indonesia dan di Jepang.

### Perbandingan beberapa sistem navigasi satelit

### Indian Regional Navigation Satellite System (IRNASS)
Indian Regional Navigation Satellite System (IRNASS) adalah sistem navigasi satelit daerah otonom yang dikembangkan oleh Indian Space Research Organisation (ISRO) yang akan berada di bawah kendali penuh dari pemerintah India. Kebutuhan sistem navigasi tersebut didorong oleh kenyataan bahwa akses ke sistem satelit asing yang dikontrol pemerintah navigasi global tidak dijamin dalam situasi bermusuhan. IRNASS akan memberikan dua layanan, dengan Standard Positioning Service terbuka untuk penggunaan sipil dan Restricted Service, terenkripsi satu, untuk pengguna yang berwenang (militer).

### Sistem Satelit Navigasi BeiDou (BDS)
Sistem Satelit Navigasi BeiDou (BDS; Hanzi: **北斗卫星导航系统**; Pinyin: **běidǒu wèixīng dǎoháng xìtǒng**) adalah sistem navigasi radio berbasis satelit yang dimiliki dan dioperasikan oleh Administrasi Luar Angkasa Nasional Tiongkok. Sistem ini menyediakan informasi geolokasi dan waktu ke penerima BDS di mana pun di Bumi atau di dekat Bumi yang memiliki garis pandang tanpa halangan ke empat atau lebih satelit BDS. Sistem ini tidak mengharuskan pengguna untuk mengirimkan data apa pun dan beroperasi secara independen dari penerimaan telepon atau Internet apa pun, meskipun teknologi ini dapat meningkatkan kegunaan informasi posisi BDS; tetapi, muncul kekhawatiran tentang malware tertanam yang membocorkan informasi dengan cara ini.

Layanan saat ini, BeiDou-3 (BeiDou generasi ketiga), menyediakan cakupan global penuh untuk pengaturan waktu dan navigasi, bersama dengan GLONASS Rusia, Galileo Eropa, dan GPS AS. Layanan ini terdiri dari satelit dalam tiga orbit berbeda, termasuk 24 satelit dalam orbit lingkaran menengah (mencakup dunia), 3 satelit dalam orbit geosinkron miring (mencakup wilayah Asia-Pasifik), dan 3 satelit dalam orbit geostasioner (mencakup Tiongkok). Sistem BeiDou-3 beroperasi penuh pada Juli 2020. Pada tahun 2016, BeiDou-3 mencapai akurasi tingkat milimeter dengan pasca-pemrosesan.

Pendahulunya termasuk BeiDou-1 (BeiDou generasi pertama), yang terdiri dari tiga satelit dalam sistem navigasi satelit regional. Sejak tahun 2000, sistem ini terutama menyediakan layanan navigasi di Tiongkok. Pada bulan Desember 2012, saat masa desain BeiDou-1 berakhir, sistem ini berhenti beroperasi. Sistem BeiDou-2 (BeiDou generasi kedua) juga merupakan sistem navigasi satelit regional yang berisi 16 satelit, termasuk 6 satelit geostasioner, 6 satelit orbit geosinkron miring, dan 4 satelit orbit bumi menengah. Pada bulan November 2012, BeiDou-2 mulai menyediakan layanan penentuan posisi regional bagi pengguna di kawasan Asia-Pasifik. Di kawasan tersebut, BeiDou lebih akurat daripada GPS.

Pada tahun 2015, lima belas tahun setelah sistem satelit diluncurkan, sistem ini menghasilkan omzet sebesar $31,5 miliar per tahun untuk perusahaan-perusahaan besar seperti China Aerospace Science and Industry Corporation, AutoNavi, dan Norinco. Industri ini telah tumbuh rata-rata lebih dari 20% nilainya setiap tahun hingga mencapai $64 miliar pada tahun 2020.

### Sistem Satelit Quasi-Zenith (QZSS)
Sistem Satelit Quasi-Zenith (QZSS), juga dikenal sebagai **Michibiki** (**みちびき**, "panduan"), adalah sistem navigasi satelit regional empat satelit dan sistem augmentasi berbasis satelit yang dikembangkan oleh pemerintah Jepang untuk meningkatkan Sistem Pemosisian Global (GPS) yang dioperasikan Amerika Serikat di wilayah Asia-Oseania, dengan fokus pada Jepang. Tujuan QZSS adalah untuk menyediakan layanan penentuan posisi yang sangat tepat dan stabil di wilayah Asia-Oseania, kompatibel dengan GPS. Layanan QZSS empat satelit tersedia dalam uji coba pada 12 Januari 2018, dan secara resmi dimulai pada 1 November 2018. Sistem navigasi satelit independen dari GPS direncanakan untuk tahun 2023 dengan tujuh satelit. Pada bulan Mei 2023 diumumkan bahwa sistem tersebut akan diperluas menjadi sebelas satelit.

## Lihat pula
* Sistem Pemosisi Global
* GLONASS
* Sistem Satelit Quasi-Zenith
* Automatic Dependent Surveillance–Broadcast (ADS-B) adalah teknologi pengawasan penerbangan dan bentuk kewaspadaan elektronik di mana sebuah pesawat menentukan posisinya melalui navigasi satelit atau sensor lain dan secara berkala menyiarkan posisinya dan data terkait lainnya, yang memungkinkannya dilacak.
* Automatic Identification System, sistem yang secara konseptual serupa untuk kapal laut
* Advanced Train Control System, sistem yang secara konseptual serupa untuk rel kereta api
* Automatic Packet Reporting System (APRS), sistem pelacakan berbasis GPS yang secara konseptual serupa dalam layanan radio amatir
* Galileo, sistem navigasi satelit

## Referensi