Mendeteksi sinyal GPS
- Satelit GPS hanya berjumlah sekitar 30 untuk melayani seluruh Bumi. Ini adalah desain yang mirip dengan bagaimana server DNS global berawal dari 13 root server.
- Sinyal GPS selalu ada di sekitar kita, terlepas dari ketinggian atau cuaca. Jika kita memahami bahasa gelombang elektromagnetik yang melintas di tubuh kita, kita bisa mengetahui posisi secara akurat kapan pun dan di mana pun.
- GPS adalah salah satu proyek rekayasa Bumi paling berani yang pernah dicoba umat manusia. Dengan antena dan tekad saja, kita bisa merasakan jejaknya.
Sinyal GPS yang lemah
- Kekuatan sinyal yang dipancarkan satelit GPS setara bohlam rumah tangga, tetapi saat mencapai permukaan Bumi sinyal itu menjadi sangat lemah.
- Ini seperti melihat cahaya bohlam yang berkedip 1 juta kali per detik dari jarak 20.000 km. Namun kedipan lemah itu pun bisa dideteksi, diuraikan, dipahami, dan dimanfaatkan.
- Karena sinyal GPS sangat lemah, sulit mengenakan biaya untuk layanan GPS. Dari sudut pandang satelit, ia hanya terus mengirimkan sinyal.
Mendengarkan sinyal GPS
- GPS ditransmisikan sebagai gelombang elektromagnetik, yang pada dasarnya sama seperti radio. Frekuensi adalah elemen penting.
- Untuk menerima sinyal GPS, dibutuhkan software-defined radio (SDR) yang disetel ke frekuensi GPS.
- Setelah menyiapkan SDR dan menyesuaikan bias tee, AGC, koreksi IQ, dan lainnya, kita bisa menjelajahi spektrum.
Menangkap sinyal yang lemah
- Sinyal GPS yang sampai ke permukaan Bumi 100.000 kali lebih lemah daripada noise di sekitarnya. Artinya, levelnya lebih dari 50db di bawah thermal noise.
- Namun GPS dapat mengidentifikasi dan mendekode sinyal di dalam noise melalui teknik pemrosesan sinyal.
- GPS menggunakan kode C/A yang diketahui baik oleh satelit maupun penerima. Satelit memancarkannya berulang 1000 kali per detik.
- Penerima terus mengakumulasikan sinyal yang diterima lalu membandingkannya dengan sinyal C/A yang diharapkan. Noise rata-rata akan mendekati 0, sementara sinyal C/A makin menguat.
- Ini disebut spread spectrum terbalik, dan untuk menerapkannya pada banyak satelit digunakan teknik code-division multiple access.
- Data nyata dikirim dengan menumpangkannya pada kode C/A. C/A ditransmisikan pada 1 juta bit per detik, sedangkan data pada 50 bit per detik.
Pembuatan kode C/A
- Setiap satelit GPS memiliki kode C/A unik. Ini didefinisikan dalam spesifikasi GPS sipil.
- Ada banyak penjelasan online tentang cara membuat kode C/A, tetapi sedikit kode implementasi nyata, jadi penulis membagikan kode yang dibuat sendiri.
Deteksi sinyal satelit GPS
- Penerima membuat salinan kode C/A untuk 32 satelit lalu mengorelasikannya dengan data yang diterima antena.
- Sinyal yang diterima mengalami distorsi seperti pergeseran Doppler dan perbedaan fase.
- Penerima harus mempertimbangkan kode C/A tiap satelit, rentang pergeseran Doppler yang diperkirakan, perbedaan fase, dan lainnya.
- Beban komputasi pada tahap deteksi sangat besar. Banyak riset optimasi telah dilakukan.
- Korelasi dilakukan di domain frekuensi untuk menangani perbedaan fase dan pergeseran Doppler sekaligus.
- Pergeseran Doppler dengan korelasi terkuat dicari menggunakan pencarian biner.
Opini GN⁺
- GPS adalah teknologi yang mengesankan, tetapi merupakan kombinasi cermat dari teknologi yang sudah ada. Ini bukan teknologi baru yang revolusioner.
- Penerimaan GPS bisa dilakukan dengan hardware khusus, tetapi fakta bahwa kini hal itu juga bisa dilakukan lewat software adalah kemajuan besar. Ke depan, tren penggantian fungsi hardware oleh software tampaknya akan makin cepat.
- Lemahnya sinyal GPS dapat membantu dari sisi keamanan. Gangguan yang disengaja atau spoofing menjadi lebih sulit.
- GPS berawal dari teknologi militer, tetapi setelah dibuka untuk sipil, bidang penerapannya meningkat secara eksplosif. Membuka dan membagikan teknologi mempercepat inovasi.
- Penerima GPS awalnya besar dan mahal, tetapi kini semuanya sudah masuk ke smartphone. Ini menunjukkan proses bagaimana teknologi berkembang, adopsinya meluas, harganya turun, dan ukurannya mengecil.
1 komentar
Komentar Hacker News
Penerima direct RF sampling terbaru bekerja cukup cepat untuk memproses sinyal GPS, dan produk seperti Xilinx RFSoC atau FlexRIO dari NI sudah tersedia. Namun, harganya masih cukup mahal.
GPS diluncurkan pada 1978, dan kini lebih dari separuh populasi hidup tanpa pernah mengenal masa ketika GPS belum ada. Hingga tahun 2000, fitur Selective Availability yang sengaja menurunkan akurasi masih aktif, sehingga tidak terlalu membantu dalam kehidupan sehari-hari.
Kecepatan gypsum dalam menentukan posisi dari cold start dalam waktu kurang dari 1 menit tergolong lebih baik dibandingkan penerima komersial saat ini. Dahulu, penerima komersial generasi awal membutuhkan 15-20 menit untuk mendapatkan posisi.
Dulu, penerima GPS yang memungkinkan navigasi saat bergerak di atas 600 m/jam diklasifikasikan sebagai perlengkapan militer dalam ITAR. Sekarang aturannya menjadi lebih rumit, sehingga tidak jelas apakah itu masih berlaku.
Jika mengambil foto saat terbang dengan iPhone, setelah mendarat informasi lokasi akan tercatat pada foto, sehingga medan yang membuat penasaran bisa dicari lagi nanti.
GPS tetap berfungsi dalam mode pesawat, dan juga bekerja tanpa jaringan seluler maupun Wi‑Fi. Karena dioperasikan oleh Amerika Serikat dan layanannya bisa diblokir di wilayah tertentu bila diperlukan, banyak negara mengembangkan sistem navigasi satelit mereka sendiri.
Satelit GPS tidak memancarkan informasi lokasi, melainkan hanya informasi waktu. Menarik bahwa navigasi bintang juga bergantung pada waktu yang akurat.
Buku berjudul "GPS Declassified" yang menjelaskan proses pengembangan GPS dengan menarik, serta dokumenter "The Lonely Halls Meeting" yang mewawancarai para pengembangnya, bisa ditonton di YouTube.