BAB II SATELIT ALTIMETRI
Teknologi satelit altimetri merupakan salah satu teknologi penginderaan jauh yang digunakan untuk mengamati dinamika topografi permukaan laut yang tereferensi terhadap suatu bidang tertentu. Bidang tertentu tersebut adalah suatu bidang referensi tinggi yang dapat berupa ellipsoid, geoid, atau mean sea surface. Dalam penggunaannya bidang – bidang referensi tersebut menjadi acuan untuk menentukan kedudukan muka laut. Adapun pemilihan bidang referensi tinggi tersebut disesuaikan dengan tujuan pemanfaatannya. Hampir 60 % dari wilayah Bumi adalah lautan dengan karakteristik kedinamisan perairan yang saling mempengaruhi. Sebagai contoh karakteristik kedinamisan fisik laut ditandai dengan adanya arus laut, gelombang laut, dan pasang surut laut. Dengan latar belakang kondisi tersebut teknologi satelit altimetri sangat memungkinkan untuk digunakan, mengingat penjejakan satelit altimetri itu sendiri mampu melingkup wilayah laut secara global. Pada saat ini teknologi satelit altimetri diaplikasikan untuk penentuan topografi permukaan laut, penentuan topografi permukaan es, penentuan geoid lautan, penentuan karakteristik arus, penentuan tingggi dan panjang gelombang laut, pasut lepas pantai, penentuan kecepatan angin di atas permukaan laut, fenomena El nino, unifikasi datum tinggi antar pulau [Abidin 2001]. Dalam hal penentuan pasut laut teknologi satelit altimetri dapat digunakan terutama untuk keperluan penentuan pasut laut di wilayah perairan yang jauh dari daratan. Penentuan pasut laut dilakukan dengan cara memanfaatkan data tinggi muka laut dari hasil pengukuran satelit altimetri. Pada data hasil pengukuran satelit altimetri pasut laut merupakan salah satu bias yang menggangu, oleh karena itu perlu dilakukan pengeliminiran terhadap bias pasut laut yang terkandung pada data ukuran. Untuk mengeliminir bias tersebut dapat dilakukan dengan cara penggunaan model pasut laut yang salah satunya dapat diperoleh dari hasil penentuan pasut laut dengan memanfaatkan teknologi satelit altimetri.
6
2.1
Prinsip Dasar Satelit Altimetri Pada pengukuran satelit altimetri akan dihasilkan informasi kedudukan muka air
laut yang telah tereferensi pada suatu bidang referensi tertentu. Satelit Altimetri melakukan pengamatan dengan menggunakan radar altimetri yang mengirimkan pulsa gelombang elektromagnetik ke permukaan laut dan dipantulkan kembali ke satelit. Pengukuran kedudukan muka laut dilakukan dengan memanfaatkan data waktu tempuh pulsa saat dikirimkan dan dipantulkan kembali ke satelit. Data waktu tempuh pulsa yang diperoleh dikonversi menjadi data jarak dengan menghitung selisih waktu antara saat pemancaran gelombang elektromagnetik dari satelit dan saat pengembalian gelombang elektromagnetik kembali ke satelit. Formulasi konversi dari data waktu menjadi data jarak dapat dilihat pada persamaan 2.1 berikut :
h=c
Δt 2
(2.1)
di mana: h
= jarak antara satelit dengan permukaan laut sesaat
Δt = perbedaan waktu tempuh saat pemancaran dan saat penerimaan sinyal c
= kecepatan rambat sinyal
Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 2.1 berikut ini : Orbit Altimeter radar dan alat
Satelit
h Pulsa-pulsa radar yang dipancarkan
2t
Permukaan Mean sea surface Geoi
Topografi dasar laut
Elipsoid
Gambar2.1 : Pemancaran dan penerimaan pulsa-pulsa radar satelit altimetri [dimodifikasi dari A Decade of ERS Satllite Orbits and Altimetry, Scharoo 2002 ]
7
Pada gambar 2.1 di atas dapat dilihat bahwa satelit altimetri memancarkan pulsa gelombang elektromagnetik ke permukaan laut dan dipantulkan kembali ke satelit sehingga akan menghasilkan data jarak antara satelit dengan permukaan laut (h).
2.2
Sea Surface Height, Sea Surface Topography, dan Sea Level Anomaly Sea Surface Height (SSH) merupakan tinggi muka laut yang tereferensi pada
bidang elipsoid. Pada saat dilakukan pengukuran yang mengkonversi data tempuh gelombang elektromagnetik menjadi data jarak, akan dihasilkan tinggi satelit di atas permukaan laut. Dengan diketahuinya ketinggian satelit di atas bidang elipsoid maka ketinggian permukaan laut di atas bidang ellipsoid dapat dihitung. Formulasi hitungannya secara sederhana dapat dirumuskan pada persamaan 2.2 berikut :
SSH = H − h
(2.2)
di mana : SSH = sea surface height
H
= tinggi satelit di atas bidang ellipsoid
h
= jarak satelit dengan permukaan laut sesaat.
Sea surface Topography (SST) merupakan tinggi muka laut yang tereferensi pada bidang geoid atau muka laut rata - rata (mean sea surface/ MSS). Dengan diperolehnya data jarak dari hasil pengukuran satelit altimetri maka selanjutnya topografi muka laut (SST) dapat ditentukan. Penentuan SST dapat dijelaskan pada gambar 2.2 berikut :
8
Gambar 2.2 Penentuan topografi muka laut (SST) [dimodifikasi dari A Decade of ERS Satllite Orbits and Altimetry, Scharoo 2002 ]
Pada gambar 2.2 di atas menunjukkan bahwa saat dilakukan pengukuran jarak dari satelit ke permukaan laut sesaat ( h ), posisi satelit bereferensi terhadap suatu permukaan ellipsoid. Sehingga, jarak dari satelit ke permukaan ellipsoid bisa diketahui yang dinyatakan sebagai tinggi orbit ( H ). Jika diketahui undulasi geoid ( hg ) di daerah tersebut, maka tinggi permukaan laut di atas geoid (hd) dapat ditentukan dengan persamaan 2.3 berikut :
hd = H − h − hg
(2.3)
di mana:
hd = tinggi muka laut di atas geoid (sea surface topography)
H = tinggi satelit di atas ellipsoid h = jarak ukuran altimeter (tinggi satelit di atas muka laut)
hg = undulasi geoid
Topografi muka laut (SST) dapat diklasifikasikan ke dalam dua komponen yaitu : 1. Komponen statik, disebabkan oleh adanya arus laut, efek meteorologis, salinitas, dan temperatur air laut.
9
2. Komponen dinamik, disebabkan oleh adanya gelombang laut, pasang surut laut, dan variasi tekanan udara.
Dari dua komponen topografi muka laut tersebut yang ingin diketahui pada umumnya adalah komponen statik dari topografi muka laut. Dengan demikian untuk mendapatkan tinggi muka laut yang hanya memiliki komponen statik, maka komponen dinamik harus dihilangkan dengan cara mengeliminir efek gelombang, pasang surut, dan variasi tekanan udara. Komponen statik dan dinamik dapat dilihat pada gambar 2.3 berikut ini :
Permukaan laut sesaat
Komponen dinamik SST Komponen statik Geoid Undulasi geoid Ellipsoid
Gambar 2.3 Komponen topografi muka laut terhadap bidang referensi geoid [Abidin, 2001]
Untuk mendapatkan topografi muka laut komponen statik yang terhindar dari kesalahan dan bias maka diterapkan koreksi-koreksi pada hasil pengukurannya. Dengan demikian tinggi permukaan laut di atas geoid (hd) dapat ditentukan dengan persamaan 2.4 berikut [Naeije, 1996] :
hd = ( H − h ) − ∑ ei − hg
(2.4)
i
di mana :
hd = tinggi muka laut di atas geoid (sea surface topography)
H = tinggi satelit di atas ellipsoid h = jarak ukuran altimeter (tinggi satelit di atas muka laut)
10
ei = koreksi instrumen, koreksi atmosfer, koreksi antar muka udara-laut, dan koreksi geofisik eksternal
hg = undulasi geoid
Sea Level Anomaly (SLA) merupakan tinggi muka laut yang tereferensi pada bidang geoid atau MSS dimana efek dinamisnya seperti pasang surut dan pengaruh tekanan atmosfer sudah dihilangkan. Efek pasang surut laut terdiri atas SET (Solid Earth
Tide), EOT (Earth Ocean Tide), PT (Pole Tide). EOT merupakan penjumlahan pasut laut murni atau pure oceanic tide (yang mencakup pasut setimbang dan tidak setimbang) dan pasut pembebanan [Benada, 1997]. Untuk lebih jelasnya penentuan SLA dapat diperhatikan pada Gambar 2.4 berikut ini :
Gambar 2.4 Geometri SLA terhadap bidang referensi MSS. [dimodifikasi dari A Decade of ERS Satllite Orbits and Altimetry, Scharoo 2002 ]
Pada gambar 2.4 di atas setelah diperolehnya data SST ( H − h − hg ) maka SST
yang diperoleh dikurangi dengan kesalahan dan bias komponen dinamik sehingga menghasilkan nilai sea level anomaly (SLA) yang hanya mengandung komponen statik saja.
11
2.3
Kesalahan dan Bias Pada Pengukuran Satelit Altimetri
Sama hal nya seperti metoda – metoda pengukuran lainnya di bidang Geodesi, pengukuran menggunakan teknologi satelit Altimetri juga dihinggapi oleh kesalahan dan bias. Oleh karena itu yang perlu dilakukan adalah bagaimana untuk menghilangkan atau meminimalisir kesalahan dan bias yang terdapat pada hasil pengukuran. Penerapan koreksi – koreksi merupakan salah satu cara dalam mereduksi atau meminimalisir kesalahan dan bias pengukuran. Kesalahan dan bias yang terdapat pada pengamatan satelit altimetri dapat digolongkan menjadi lima bagian, yaitu [Moody et al, 1996]: 1. Kesalahan orbit 2. Kesalahan pada satelit 3. Kesalahan dari media transmisi (atmosfer) 4. Kesalahan dari media pantul 5. Bias geofisika
2.3.1
Kesalahan Orbit
Kesalahan orbit terjadi karena adanya gangguan orbit. Penyebab utama terjadinya gangguan orbit yaitu [Seeber, 1993] : •
Kurang akuratnya medan gaya berat bumi yang digunakan dalam penentuan orbit.
•
Kesalahan koordinat di stasiun penjejak.
•
Kesalahan dan keterbatasan sistem penjejak (Doppler, Laser).
•
Kesalahan model penentuan orbit.
Kesalahan orbit termasuk dalam kategori fenomena kesalahan gelombang panjang, terjadi dalam selang 10.000 km atau lebih [Scharoo, 2002]. Komponen kesalahan orbit paling utama pada satelit altimetri adalah komponen radialnya, sebab kesalahan tersebut berpengaruh langsung terhadap hasil ukuran tinggi yang diperoleh. Besarnya kesalahan orbit umumnya dikoreksi dengan hitung perataan metode collinear pass adjustment dan minimum crossover adjusment. Kesalahan orbit dapat digolongkan
ke dalam kesalahan sistematik. Pada pengamatan satelit topex/ poseidon dan jason metode pengkoreksian tersebut tidak perlu dilakukan oleh karena gangguan orbit pada
12
satelit topex/ poseidon dan jason relatif kecil atau relatif tidak mempengaruhi data ukuran. 2.3.2
Kesalahan Instumen Satelit
Kesalahan pada instrumen satelit termasuk kesalahan yang bersifat acak akibat peralatan elektronik yang digunakan pada satelit. Kesalahan yang terjadi pada instrumen satelit, diantaranya adalah sebagai berikut [J. Benveniste, N. Vicot, 2006]:
Kesalahan titik nadir altimeter Tinggi satelit ditentukan sebagai jarak tegak dari bidang referensi elipsoid. Tetapi garis proyeksi titik nadir satelit ke permukaan bumi tidak selalu segaris dengan garis proyeksi tinggi satelit. Akibatnya, lokasi yang diamati oleh satelit altimetri tidak persis berada pada posisi yang terhitung.
Kesalahan waktu altimeter Jenis kesalahan ini sulit dihindari walaupun pada satelit altimetri telah dilengkapi dengan jam berakurasi tinggi. Kesalahan ini disebabkan oleh keterbatasan pada ketelitian pencatatan waktu penjalaran pulsa-pulsa yang dipancarkan dan diterima kembali oleh satelit.
Noise (derau) altimeter Derau altimeter adalah kesalahan yang disebabkan oleh peralatan eletronik pada satelit. Pengaruh dari kesalahan ini bersifat acak.
Bias antena Posisi satelit yang dihitung dari penentuan orbit teliti diwakili oleh satu titik dari pusat massa satelit. Sedangkan pengukuran altimeter mengacu pada posisi antena radar altimeter yang tidak berada pada pusat massa satelit. Jarak antara pusat massa satelit dengan posisi antena radar altimeter dinamakan bias antena. Besarnya bias antena ditetapkan terlebih dahulu sebelum satelit diluncurkan.
2.3.3
Kesalahan dari Media Transmisi
Pulsa-pulsa radar yang dipancarkan oleh satelit menjalar melalui atmosfer. Dalam perjalanannya
pulsa-pulsa
tersebut
mengalami
gangguan
yang
mengakibatkan
13
perlambatan dan pembiasan. Ganguan-gangguan tersebut terjadi pada lapisan ionosfer dan lapisan troposfer sehingga disebut bias ionosfer dan bias troposfer.
2.3.3.1 Bias Ionosfer
Besarnya pengaruh dari bias ionosfer sangat bervariasi secara spasial dan temporal yang pada prinsipnya tergantung dari jumlah Total Electron Content (TEC) di lapisan ionosfer. TEC akan semakin besar bila terdapat sinar matahari dan berada pada wilayah ekuator (daerah tropis). Satelit altimetri biasanya berada pada ketinggian diantara 800 sampai 1400 km. Pada ketinggian ini sinyal altimeter dalam perambatannya ke permukaan bumi akan melalui lapisan ionosfer yang berada di ketinggian sekitar 50 sampai 2000 km. Besarnya kandungan elektron bebas di lapisan ionosfer dapat dihitung dengan rumus dasar : TEC =
dR × f 403
(2.5)
di mana : dR
= koreksi jarak altimeter (mm)
f
= frekuensi gelombang altimeter (Ghz)
Berdasarkan persamaan tersebut, untuk menentukan besarnya koreksi jarak altimeter terlebih dahulu harus diestimasi besarnya TEC. Untuk mengukur kandungan elektron tersebut dapat dilakukan dengan cara melakukan pengamatan dengan dua frekuensi seperti yang dilakukan oleh satelit T/P (menggunakan D-band dan Ku-band).
Setelah TEC diketahui maka nilai koreksi ionosfer ditentukan dengan rumus :
hiono = k
TEC f2
(2.6)
di mana :
hiono = koreksi ionosfer k
= - 402.50 x 1015 m Hz2/TECU TECU merupakan satuan yang digunakan dalam menentukan TEC, 1 TECU= 1016 electron/m2
14
2.3.3.2 Bias Troposfer
Bias troposfer ini terbagi menjadi dua bagian, yaitu komponen basah dan komponen kering. Komponen kering (massa udara) ini mempunyai pengaruh terhadap ketelitian tinggi sekitar 2,3 m dan pengaruhnya relatif stabil [Tapley et al, 1982]. Kesalahan ini dapat dikoreksi dengan cara mengukur tekanan udara (diperoleh dari model
European Center for Medium range Weather Forecasting atau ECMWF) di atas permukaan laut dan dikalikan -2,227 mm/mb. Komponen basahnya mempunyai pengaruh sekitar 5 sampai 35 cm dan relatif tidak stabil. Untuk koreksi komponen basah diperlukan pengukuran kandungan uap air yang dilakukan oleh instrumen TMR [J. Benveniste, N. Vicot, 2006].
2.3.4
Kesalahan Dari Media Pantul (Sea State Bias)
Permukaan laut memiliki karakteristik yang selalu bergelombang. Sama seperti karakteristik gelombang dimana memiliki puncak gelombang dan lembah gelombang, maka gelombang laut juga memiliki karakterisitik yang sama. Jarak antara lembah
dengan puncak pada gelombang permukaan laut dinamakan Significant Wave Height (SWH). Gelombang yang dipancarkan dari antena satelit altimetri berupa pulsa yang berbentuk lingkaran yang mempunyai ketebalan tertentu, sehingga gelombang pantulan yang diterima juga merupakan suatu luasan lingkaran yang dinamakan jejak (footprint). Adanya SWH sangat mempengaruhi energi pantulan pulsa altimeter dan ukuran jejak. Gelombang yang dipantulkan dari bagian lembah akan memiliki kekuatan pantul yang lebih baik dibandingkan dengan bagian puncak, hal ini menyebabkan pusat permukaan pantul rata-rata akan menjadi lebih rendah dibandingkan tinggi permukaan seharusnya. Selisih antara tinggi permukaan laut terukur dengan tinggi permukaan laut
yang seharusnya dinamakan Sea State Bias (SSB). Sea State Bias (SSB) dibagi ke dalam dua kategori, yaitu: 1. Bias Elektromagnetik Bias eletromagnetik yaitu perbedaan antara muka laut rata-rata dengan muka pantulan rata-rata yang disebabkan oleh tingkat kekasaran muka laut yang tidak homogen.
15
2. Skewness bias
Skewness bias yaitu beda tinggi antara muka pantulan rata-rata dengan muka pantulan median yang diukur oleh penjejak di satelit, yang disebabkan oleh distribusi tinggi muka laut yang tidak normal.
Pemahaman dan algoritma terhadap SSB sampai saat ini masih dalam tahap penelitian sehingga belum ada perhitungan koreksi SSB yang dianggap sempurna. SSB yang paling akurat diperoleh dari model empirik yang diturunkan dari data altimeter itu sendiri. Bias elektromagnetik dihitung dari fungsi SWH dan kecepatan angin [Benada, 1996] sebagai berikut :
EMB = − SWH [a + b * SWH + c * U + d * U 2
(2.7)
di mana: EMB = bias elektromagnetik (m) SWH = significant wave height (m) U
= kecepatan angin (m/s).
a,b,c,d = koefisien Gaspar
Tabel 2.1 Koefisien persamaan EMB model Gaspar [Benada, 1996]
Sensor
a
b
c
d
Topex (Ku)
+0.0203
-0.00265
+0.00369
-0.000149
Topex (C)
+0.0039
+0.0
+0.00403
-0.000146
Poseidon
+0.03360
+0.0082
-0.00144
+0.000052
2.3.5 Bias Geofisika
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa laut merupakan media air yang memiliki karakteristik fisik yang bersifat dinamis. Kedinamisan yang terjadi dipermukaan laut ini menimbulkan bias geofisika pada pangukuran yang dilakukan satelit altimetri. Bias geofisika ini mencakup efek pasang surut yang terdiri dari pasang surut laut (ocean tide), pasang surut pembebanan (loading tide), pasang surut bumi padat (solid earth tide), pasang surut kutub (pole tide), dan pasang surut atmosfer (inverse barometer).
16
2.3.5.1 Pasang Surut Laut (ocean tide)
Pasang surut laut adalah naik turunnya permukaan laut disertai gerakan horizontal dari massa air. Pasang surut laut merupakan suatu model gangguan pada permukaan laut yang timbul karena adanya faktor gaya tarik menarik antara benda-benda langit khusunya matahari dan bulan terhadap bumi disamping pengaruh benda-benda langit lainnya. Pasang surut laut bersifat periodik terhadap waktu (harmonik). Terkait dengan penentuan konstanta pasang surut laut dari data satelit altimetri maka dalam hal ini pasang surut laut dikelompokkan menjadi 3 komponen utama berdasarkan periode pengulangannya, yaitu:
•
Komponen semi diurnal, yaitu gelombang pasang surut yang disebabkan oleh sistem gaya tarik bulan dan matahari, dengan periode pengulangan sekitar 12 jam.
•
Komponen diurnal, yaitu gelombang pasang surut yang terjadi akibat efek perubahan deklinasi bulan dan matahari, dengan periode pengulangan sekitar 24 jam.
•
Komponen periode panjang, yaitu gelombang pasang surut yang periode pengulangannya tidak setengah atau satu harian, seperti 15 hari atau lebih.
2.3.5.2 Pasang surut pembebanan (loading tide)
Pasang surut pembebanan timbul akibat adanya perubahan naik turunnya permukaan air di permukaan bumi yang menyebabkan lapisan kerak bumi akan mengalami pembebanan atau tekanan. Jika air lautnya naik (pasang) maka beban atau tekanan di kerak bumi akan besar dan sebaliknya. Besarnya variasi pasut pembebanan bisa mencapai 30 cm [J. Benveniste, N. Vicot, 2006].
2.3.5.3 Pasang surut bumi padat (solid earth tide)
Pasang surut bumi padat adalah gangguan akibat gaya gravitasi benda langit terhadap bagian bumi padat. Akibat adanya gaya gravitasi kerak bumi terhadap pusat bumi menyebabkan timbulnya pasang surut yang dikenal dengan body tide. Besarnya variasi pasang surut bumi padat ini bisa mencapai 50 cm [J. Benveniste, N. Vicot, 2006].
17
2.3.5.4 Pasang surut kutub (pole tide)
Pasang surut kutub disebabkan karena sumbu rotasi bumi berosilasi terhadap kerangka inersial dengan periode 12 sampai 14 bulan. Osilasi sumbu rotasi bumi memberikan tambahan gaya sentrifugal yang menghasilkan pergeseran pada permukaan laut. Diperlukan data time series gangguan rotasi bumi jika ingin memodelkan pasut kutub [Benada, 1997]. Periode pasut ini cukup panjang sehingga dapat dianggap setimbang terhadap pasut laut dan bumi padat. Besarnya variasi pasang surut kutub yang dihitung dengan model bisa mencapai 2 cm [J. Benveniste, N. Vicot, 2006].
2.3.5.5 Pasut atmosfer (inverse barometer)
Pasut atmosfer adalah gerakan atmosfer bumi yang disebabkan oleh adanya aksi gravitasi dari matahari dan bulan atau benda-benda lainnya terhadap bumi. Gerakan ini bisa dideteksi oleh barometer yang mencatat perubahan tekanan udara di muka laut. Jika tekanan atmosfer meningkat ataupun menurun, maka kondisi di permukaan laut akan terjadi penaikan dan penurunan. Pengaruhnya terhadap tinggi permukaan laut adalah setiap tekanan atmosfer bertambah 1 mbar maka akan menurunkan permukaan laut sebesar 1 cm. Koreksi akibat adanya pasut atmosfer ini disebut inverse barometer yang dapat dihitung besarnya dari nilai koreksi troposfer kering [Benada, 1996] :
P _ atam =
Dry _ Corr {−2.277 * [1 + (0.0026 * cos(2 *10− 6 * Lat _ Tra * pi / 180))]}
(2.8)
di mana: P_atma
= tekanan atmosfer
La_Tra
= lintang pada lokasi pengamatan.
18
Berikut tabel 2.2 merupakan rangkuman kesalahan dan bias yang terdapat pada pengukuran satelit altimetri :
Tabel 2.2 Kesalahan dan bias yang terjadi pada pengukuran altimetri Sumber Kesalahan
Macam-macam kesalahan
Jenis kesalahan
Cara mengatasi
dan bias Kesalahan orbit
sistematik
Kesalahan pada
•
instrumen satelit
•
Noise (derau) altimeter.
•
Bias antena.
Kesalahan waktu altimeter.
•
Kesalahan titik nadir altimeter.
•
dll
Kesalahan dari
•
Bias ionosfer.
media tranmisi
•
Bias triposfer kering.
(atmosfer)
•
Bias troposfer basah.
Acak
•
Collinear pass adjustment.
•
Minimum crossover adjustment
•
Penggunaan pencatat waktu akurat.
•
Penentuan nilai koreksi sebelum Satelit diluncurkan.
Sistematik
•
Pengamatan dengan dua frekuensi.
•
Penggunaan alat penjejak satelit Radar dua frekuensi.
•
Mengukur tekanan udara (dari ECMWF).
•
Pengukuran kandungan uap air Oleh instrumen TMR
Kesalahan dari
•
Bias elektromagnetik.
media pantul
•
Skewness bias.
dihitung dari data altimeter itu sendiri
Bias geofisika
•
Pasut laut.
Penggunaan model pasut.
•
Pasut bumi padat.
•
Pasut pembebanan.
•
Pasut kutub.
•
Pasut atmosfer.
Sistematik
Penggunaan
model
empirik
yang
Sistematik
Dengan adanya kesalahan dan bias pada pengukuran satelit altimetri maka perlu dilakukan penerapan koreksi – koreksi yang bertujuan untuk mereduksi atau meminimalisir kesalahan dan bias yang ada.
19
Berikut gambar hubungan penerapan koreksi - koreksi yang dilakukan pada pengukuran altimetri terkait dengan kesalahan dan bias.
Orbit satelit
Koreksi atmosfer • ionosfer • troposfer kering • troposfer basah
h H
Koreksi instrument • tracker bias • waveform samoler gain calibration bias • antenna gain pattern • AGC attenuation • Doppler shift • range acceleration • oscillator drift • pointing angle/sea state
Koreksi geofisik eksternal • undulasi geoid • pasut • tekanan udara
Koreksi antar muka udara-laut • bias elektromagnetik • skewnew bias
Permukaan laut
SSH Topografi dasar laut Elipsoid referensi
Gambar 2.5 Geometri pengukuran dan koreksi-koreksi yang diperlukan [Dimodifikasi dari Satellite Altimetry and Earth Science, Cazenave 2001]
Pada gambar 2.5 satelit altimetri dalam melakukan pengukuran tinggi muka laut dihinggapi oleh kesalahan dan bias yang harus dikoreksi terlebih dahulu. Secara umum koreksi pada pengukuran mencakup 5 bagian utama, yaitu koreksi orbit, instrument, atmosfer, antar muka udara - laut, dan geofisik eksternal.
2.4
Misi Satelit Altimetri Topex/ Poseidon
Satelit Altimetri Topex/ Poseidon pertama kali diluncurkan pada tanggal 10 Agustus 1992 oleh instansi NASA (badan ruang angkasa Amerika Serikat) yang bekerja sama dengan instansi CNES (badan ruang angkasa Perancis) yang secara umum bertujuan untuk mengukur topografi dan dinamika lautan yang berskala luas. Satelit
20
altimetri Topex/ Poseidon memiliki perioda pengulangan (cycle) selama 9.9156 hari. Dalam hal ini satu kali perioda pengulangan atau satu cycle adalah waktu yang dibutuhkan oleh satelit altimetri Topex/ Poseidon untuk melintas dan kembali ke posisi awal. Satelit ini dirancang agar mencakup daerah pengamatan lautan seluas mungkin dengan inklinasi orbit 66° dan mempunyai jarak antar lintasan yang renggang yakni sekitar 3° atau sekitar 315 km pada ekuator serta jarak antar titik pengamatan di atas permukaan laut sepanjang lintasan ± 7 km. Di samping itu satelit altimetri Topex/ Poseidon diluncurkan dengan tingkat ketelitian orbit yang tinggi sehingga pengaruh kesalahan orbit dapat terminimalisir. Dalam melintasi lintasannya menuju cycle berikutnya tidak selalu tepat pada posisi lintasan yang sama, melainkan terdapat variasi posisi lintasan yaitu ± 1 km.
Gambar 2.6 satelit Altimetri Topex/ Poseidon [sumber : www.obee.ucla.edu/test/faculty/nezlin/altimetry.htm]
Satelit altimetri Topex/Poseidon dilengkapi dengan dua altimeter, yakni altimeter Topex (milik NASA) dan altimeter Poseidon (milik CNES). Dalam pengoperasiannya dua radar altimeter tersebut digunakan secara bergantian dikarenakan hanya ada satu antena altimeter. Pada fase operasional, perbandingan lama pengamatan altimeter Topex dan Poseidon adalah 90% dan 10%. Dalam hal ini radar altimeter Topex lebih sering digunakan dibandingkan dengan radar altimeter Poseidon. Sebagai ilustrasi, jika Topex telah melakukan pengamatan selama 9 cycle, maka 1 cycle berikutnya dilakukan oleh Poseidon, setelah itu Topex kembali beroperasi. Dalam hal penggunaan frekuensinya,
21
satelit altimeter Topex bekerja pada dua frekuensi yakni pada frekuensi 13.6 GHz dan 5.3 GHz, sedangkan satelit altimeter Poseidon hanya bekerja pada satu frekuensi yakni frekuensi 13.6 GHz. Hal ini menyebabkan adanya perbedaan keakurasian yang dihasilkan Topex dan Poseidon. Tujuan utama dioperasikannya misi satelit Topex adalah [Benada, 1997]: 1. mengukur tinggi muka laut sedemikian rupa sehingga dapat dilakukan studi dinamika laut yang mencakup hitungan rata-rata maupun variasi arus geostropik permukaan dan pasang surut lautan dunia. 2. memproses, memverifikasi dan mendistribusikan data Topex beserta data geofisika lainnya kepada pemakai. 3. meletakkan pondasi bagi keberlanjutan program pengamatan sirkulasi laut dan variasinya untuk jangka waktu yang panjang.
Dengan memperhatikan seluruh kesalahan dan bias yang mungkin terjadi, Misi Topex diperkirakan memiliki akurasi (penyimpangan maksimum) sebesar 13 cm dengan perincian sebagai berikut.
Tabel 2.3 Perkiraan maksimum kesalahan dan bias pada misi Topex [ A Decade of ERS Satllite Orbits and Altimetry, scharoo 2002] Pengukuran atau model
Kesalahan (cm)
Jarak altimeter
2.0
Tinggi orbit
2.0
Koreksi troposfer kering
1.0
Koreksi troposfer basah
1.5
Koreksi ionosfer
0.7
Pasut laut
3.0
Pasut bumi padat
0.5
Koreksi tekanan udara
2.0
Sea state bias
1.0
Aktivitas permukaan laut
4.0
Mean sea surface
11.0
Altimeter height residual (total)
13.0
22
Instrumen Satelit Altimetri Topex/ Poseidon
Satelit Topex/Poseidon dilengkapi dengan 6 buah instrumen yang terdiri dari 4 buah sensor operasional dan 2 sensor experimental. Berikut instrumen yang terdapat pada satelit Altimetri Topex : 1. Sensor operasional
Sensor operasional pada satelit topex/ poseidon terdiri dari :
Radar Altimeter (ALT) Instrumen utama satelit Topex/Poseidon ini bekerja pada frekuensi 13,6 GHz (Kanal Ku) dan 5,3 GHz (Kanal C) secara simultan. Penggunaan dua frekuensi dalam pengukuran altimetri ini dimaksudkan untuk mereduksi bias yang disebabkan oleh lapisan ionosfer.
Topex Microwave Radiometer (TMR) TMR berfungsi untuk melakukan pengukuran temperatur pada permukaan laut dengan menggunakan 3 frekuensi (18 GHz, 21 GHz, dan 37 GHz) untuk mendapatkan jumlah kandungan uap air pada lapisan udara troposfer di sepanjang lintasan altimeter.
Laser Retroreflector Array (LRA) LRA adalah reflektor untuk penentuan posisi satelit NASA yang menggunakan 10 sampai 15 jaringan penjejak satelit dengan laser. Hal ini dimaksudkan untuk melengkapi data penjejakan dalam penentuan orbit presisi dan penentuan kemiringan radar altimetri.
Doppler Tracking System Receiver (DORIS) Pada satelit Topex / Poseidon dipasang sebuah antena DORIS untuk melakukan penjejakan dari 40 sampai 50 jaringan stasiun transmisi yang tersebar diseluruh permukaan bumi. DORIS bekerja pada frekuensi 1401,25 MHz dan 2036 MHz yang berfungsi untuk mereduksi bias yang disebabkan lapisan ionosfer.
23
2. Sensor experimental
Solid State Altimeter (SSALT) SSALT merupakan altimeter eksperimen dari CNES dan beroperasi pada frekuensi 13,65 GHz (Kanal Ku). Sensor ini digunakan untuk menguji teknologi radar altimeter yang ringan dan hemat energi. Sensor ALT dan SSALT menggunakan antena yang sama, karena itu sensor tersebut tidak dapat digunakan pada saat yang bersamaan.
GPS Demonstration Receiver (GPSDR) GPSDR merupakan penerima sinyal GPS sebagai alat bantu navigasi yang mempunyai 6 kanal. Meskipun pada awalnya digunakan sebagai percobaan, dalam perkembangannya receiver GPS ini memberikan hasil yang positif, yaitu mampu memberikan ketelitian orbit sebesar 3 cm.
Gambar 2.7 Instrumen yang terdapat pada satelit Topex / Poseidon [www.obee.ucla.edu/test/faculty/nezlin/Altimetry.html]
Gambar 2.7 merupakan instrumen - instrumen yang terdapat pada satelit altimetri topex/ poseidon. Instrumen - instrumen topex/ poseidon tersebut dirancang dengan fungsi tertentu untuk memperoleh hasil pengukuran yang optimal.
24
Setiap satelit memiliki karakteristik orbit masing-masing. Karakteristik orbit ini ditentukan berdasarkan tujuan dari perancangan satelit itu sendiri. Satelit Topex mempunyai konfigurasi orbit yang dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 2.4 Karakteristik orbit satelit Topex/ poseidon [Aviso/Altimetry, 1996, http://www-aviso.cnes.fr:8090/] Karakteristik Utama Setengah sumbu panjang
7714,4278 km
Eksentrisitas
0,000095
Inklinasi bidang orbit
66,039°
Argumen perigee
90,0°
Asensiorekta noktah naik
116,5574°
Anomali rata-rata
253,13°
Data Tambahan Tinggi referensi(ekuatorial)
1336 km
Periode satu lintasan orbit
6745,72 detik
Periode pengulangan (cycle)
9,9156 hari
Jumlah revolusi dalam satu cycle
127
Jarak antar lintasan pada ekuator
315 km
Ground track control kanal
± 1 km
Sudut lintasan terhadap ekuator
39,5°
Longitude of equator crossing pass 1
99,9242°
Inertial nodal rate
-2,0791°/hari
Kecepatan orbit
7,2 km/detik
Kecepatan permukaan (ground speed)
5,8 km/detik
Di wilayah Samudera Hindia satelit Topex/Poseidon melintas setiap hari sebanyak 2 hingga 4 kali dalam lintasan yang berbeda, dan dalam 1 periode pengulangan dimana satelit melintas pada lintasan yang sama (cycle) terdapat 36 lintasan satelit yang terdiri dari 18 lintasan naik (pass ascending) dan 18 lintasan turun (pass descending).
25
