PENENTUAN ZENITH TROPOSPHERIC DELAY MENGGUNAKAN TEKNIK GPS DAN PERMASALAHANNYA
TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana.
Oleh: Dhota Pradipta NIM 151 04 040
PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI DAN GEOMATIKA
FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana PENENTUAN ZENITH TROPOSPHERIC DELAY MENGGUNAKAN TEKNIK GPS DAN PERMASALAHANNYA Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya.
Bandung, 26 Juni 2008 Penulis
Dhota Pradipta NIM 151 04 040
Bandung, 26 Juni 2008 Pembimbing Pembimbing I
Pembimbing II
Kosasih Prijatna Ir., M. Sc.
Wedyanto Kuntjoro Dr. Ir., M.Sc
NIP 131 801 294
NIP 131 690 328
Mengetahui Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika
Wedyanto Kuntjoro Dr. Ir., M.Sc NIP 131 690 328
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis persembahkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Laporan tugas akhir ini membahas tentang penentuan koreksi delay troposfer menggunakan GPS serta permasalahannya. Hasil penelitian dalam tugas akhir ini diharapkan dapat memberikan manfaat untuk kegiatan pemantauan kondisi troposfer terutama dalam prediksi kesalahan serta pemantauan kondisi temporal meteorologis akibat pengaruh troposfer yang terjadi di sekitar titik pengamatan. Penulis menyadari bahwa penulisan tugas akhir ini mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu, yaitu : 1. Bapak Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro M.Sc, selaku dosen pembimbing, dosen penguji, dan Ketua Program Studi teknik Geodesi dan Geomatika yang banyak membantu terselesaikannya penulisan tugas akhir ini. 2. Bapak Ir. Kosasih Prijatna M.Sc., selaku dosen pembimbing dan penguji, yang banyak membantu atas saran dan betapa berharganya sebuah ilmu. 3. Ibu Ir. Dina A. Sarsito MT., selaku dosen wali dan penguji, yang banyak memberi saran dan koreksi dalam penulisan tugas akhir ini. 4. Bapak Dr. Ir. Bambang Setyadji M.Sc., Bapak Heri Andreas ST. MT., selaku dosen penguji, yang telah memberikan saran dan koreksi dalam penulisan tugas akhir ini. Akhir kata, penulis mengharapkan semoga laporan ini dapat bermanfaat terutama bagi penulis sendiri dan juga bagi semua yang membacanya. Bandung, Juni 2008 Penulis
Dhota Pradipta
ii
LEMBAR PENGHARGAAN Ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada : 1. Bapak dan Ibu, yang telah banyak memberikan semangat atas masalah kehidupan, bantuan dan dorongan atas segala kebutuhan penulis dengan ikhlas dan kasih sayang yang tak terbatas. Semoga Allah selalu memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada kedua orang tua penulis. 2. Kakak (Mas dan Mbak) yang telah banyak membantu atas segala permasalahan yang dihadapi penulis. Semoga selalu ada jalan kemudahan dari Allah untuk kakak-kakakku. 3. Bapak Irwan Gumilar dan Muhammad Gamal, terima kasih atas saran, dorongan moral, dan pengalaman yang tak terlupakan di lapangan dan di lab. Geodesi. 4. Teh Tanti, terima kasih atas kesempatan untuk menghabiskan makanan di lab. Geodesi. Hampir tiap hari jadi vacum cleaner..... 5. ibu Siti dan Pak Armen, atas segala kesempatan menambah ilmu dari bukubuku di perpustakaan. 6. Pak Dudi, Pak Dudung, Pak Dadang, Pak Ujum, Pak Yus, dan staf TU atas segala bantuan urusan tata Usaha. 7. Rekan-rekan seperjuangan di lab… Ari (atas segala diskusinya...walau cuma tuk didengar...), Wulan (leubay… pisan..), arief (surveyor InSAR ngirit plus plus.... ), Fanani (akh… ktp ndak jelas… ingat slalu rumput hijau...), Nazih (urus loading lah… ga usah ngomong prancis), Mei (dah mantap blum analisis gempanya?). 8. Crew Lab Geodesi, Tanti (dorama, dorama, dan dorama….), Dede (Matlab Freak….), Win lala (Peneliti satelit GARCE..). 9. Rekan rekan comrades 2004 : Edo (dah bangkrut ya microsphere…), Miga (silent but spectacular), Hot morita (ya nasib ya nasib..), Ureh, Poso, Dea (klo dah jd bos, ingat awa), Wito, Ayi, Fahri (teman berbagi dorama, slalu share ok! ), Friska (baong… baong!!!), Cute (argh bali terbuang), Gien (kapan mangkal gien?), Saka (kerasin donk suaranya..), Via, Aga (thank’s atas tantangannya, jd makan awa...), Gilbul, Ika (beuh ..gossip), Handy (mana kata2 spetan pengobar
iii
semangat..??), Elmo, ndro (cah gunung...), Fikri (tukang kaos from makassar), Arky (mbah, kapan tebar sesajen?), Bayu, Gaby, Mila (ngerjain tugas bareng yuks…eh ko tidur ah ntahvava..), Anca (a humble people..), Akbar (setan eh iblis…), Mance, Aconx (calon bupati mimpi kalee..), Tukul (nasibmu g sebagus sebutanmu…), Wijan, Ayu (teuing...teuing… teuing...), Chabon, Diah (santai dee, nilai T itu bukan masalah), Denny, Agung, Sidik, Andi, Om Yonk (banyak brubah jauh sejak pulang dari Kahayan), Jum (kapan kita shopping di PALMA jum…wkwkwk), Ade, Libin, Sinaga, Todona, Ucox, Wisnu, Mita, Hamsah (salam AREMA boz..), Oji (ka IMG, slow but sure), Vaghwa, Upi. 10. Rekan-rekan alumni atas segala saran dan bantuan terutama masalah Bernese (argh mumet...) 11. Rekan rekan IMG (angkatan 2005 dan 2006) semoga bisa membangun IMG lebih baik.... 12. Teman kost, Dodik-EL (My Best Friend...), Ewenk-PN (sharing game..), Bayu-KL (trims atas printernya...),Rei-TG (numpang ngeprint...), Novri-TG (temen ngocol bareng..) 13. IMG sebagai tempat melepas stress dan tempat santai untuk berkumpul... 14. Offside crew, kita reuni lagi di Malang.... 15. Especially for Ardia TI-ITS (thanks atas semua semangatnya.... semoga kita selalu bersua....) 16. Dan nama-nama yang tak tersebutkan dimana pun kalian berada...
Semoga Allah SWT memberikan balasan atas segala kebaikan dan bantuan baik langsung maupun tidak langsung yang telah diberikan.
iv
Abstrak
Zenith Tropospheric Delay (ZTD) dapat ditentukan dengan teknik GPS. Informasi tersebut diperlukan untuk mengkoreksi efek troposfer pada penentuan posisi geodetik 3 dimensi dengan GPS, terutama dalam komponen tinggi. Teknik GPS ini mendapatkan nilai ZTD dengan sedemikian rupa mengkoreksi dan mengeliminasi kesalahan dan bias lainnya sehingga hanya tertinggal delay troposfer. Salah satu faktor yang mempengaruhi akurasi pengestimasian ZTD dengan GPS adalah informasi orbit yang digunakan. Pada penelitian ini diteliti pemanfaatan informasi orbit teliti yang dikenal dengan istilah ultra rapid ephemeris. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, hasil penelitian menunjukkan bahwa pemanfaatan ultra rapid ephemeris memiliki kualitas mendekati akurasi pengestimasian nilai ZTD mengunakan final ephemeris. Diharapkan hasil ini dapat menjadi pertimbangan untuk penelitian serupa di masa akan datang.
Kata Kunci : GPS, Zenith tropospheric Delay, Ultra Rapid Ephemeris.
v
Abstract
The value of ZTD can be determined by GPS technique. Such an information is required to correct the tropospheric effect in 3-D positioning by GPS, especially for height component. This GPS Technique gets tropospheric delay value with in such a refine or eliminated the mistake and delay so it's only remained troposheric delay. One of the factors which influence the estimated ZTD accuracy is the quality of orbit information. In this research, the use of so-called ultra rapid orbit ephemerides in estimating the ZTD. The result shows that the use ultra rapid ephemerides can provide ZTD value close to value estimated by means of final ephemerides. According to the research that has been conducted, it obtained some results, such as influence ultra rapid ephemeris in ZTD determination, temporally observation condition, and ZTD pattern while the monitoring. It expected this research can be the resource of reference for similar research in the future. Keyword : GPS, Zenith Tropospheric Delay, Ultra Rapid Ephemeris.
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
i
KATA PENGANTAR
ii
LEMBAR PENGHARGAAN
iii
ABSTRAK
v
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
ix
DAFTAR TABEL
xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang
1
1.2
Perumusan Masalah
3
1.3
Batasan Masalah
3
1.4
Tujuan Dan Manfaat
3
1.5
Metodologi Penelitian
4
1.6
Sistematika Penulisan
6
BAB II GPS DAN ATMOSFER 2.1
Sistem Global Positioning System (GPS)
7
2.1.1
Karakteristik Sinyal GPS
9
2.1.2
Orbit Satelit GPS
10
2.2
Jenis Informasi Orbit Satelit
11
2.3
Metode Diferensial GPS
14
2.4
Atmosfer
15
2.5
Kesalahan dan Bias
17
2.5.1
Kesalahan Ephemeris
19
2.5.2
Efek Multipath
21
2.5.3
Bias Ionosfer
22
2.5.4
Bias troposfer
23
2.6
Metode dan Strategi
25
2.6.1
Pengamatan Carrier Phase
26
2.6.2
Penentuan Komponen ZTD menggunakan GPS dan Model Hopfield
29
2.6.3
Kandungan Uap Air Dalam Troposfer
32 vii
BAB III PENENTUAN ZENITH TROPOSPHERIC DELAY 3.1
3.2
3.3
Akuisisi Data
33
3.1.1
Data Observasi
33
3.1.2
Data Meteorologis
35
Pengolahan Data
35
3.2.1
Proses Pengolahan Data Awal
36
3.2.2
Filtering Data GPS
36
3.2.3
Perangkat Lunak Bernese 5.0 (Untuk Penentuan ZTD)
38
Ekstrasi Data
42
3.3.1
Model Hidrostatik Delay (ZHD)
43
3.3.2
Model Wet Delay (ZWD)
44
BAB IV ANALISIS 4.1
Analisis Input Data
46
4.2
Analisis Strategi Penentuan ZTD dari GPS
47
4.2.1
Analisis dari Aspek Variasi Lama Waktu Pengamatan
47
4.2.2
Analisis dari Aspek informasi Orbit Teliti yang Digunakan
53
4.3
Verifikasi Hasil ZWD GPS dan ZWD Hopfield
55
4.4
Analisis Temporal dari data GPS
52
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1
Kesimpulan
59
5.2
Saran
60
DAFTAR PUSTAKA
61
LAMPIRAN
62
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1
Metodologi Penelitian.
5
Gambar 2
Pre-Processing Bernese.
39
Gambar 3
Penentuan ZTD menggunakan Bernese.
42
Gambar 4
Ekstrasi data ZHD dan ZWD.
43
Gambar 2.1
Penentuan posisi GPS.
8
Gambar 2.2
Struktur frekuensi dan karakteristik komponen sinyal GPS.
9
Gambar 2.3
Geometris elemen Keplerian.
10
Gambar 2.4
Penentuan Posisi dengan satelit GPS.
11
Gambar 2.5
Diferensial GPS dan beberapa masalah pada penentuan posisi.
14
Gambar 2.6
Kesalahan dan bias pada GPS.
18
Gambar 2.7
Kesalahan ephemeris.
19
Gambar 2.8
Pengaruh efek kesalahan ephemeris terhadap baseline.
20
Gambar 2.9
Efek multipath.
21
Gambar 2.10
Efek troposfer terhadap sinyal GPS.
23
Gambar 3.1
Header file RINEX.
33
Gambar 3.2
Proses untuk Smoothing data observasi.
37
Gambar 3.3
Proses mendapatkan PWV dari ZTD.
45
Gambar 4.1
Suhu, tekanan dan nilai ZWD saat pengamatan.
46
Gambar 4.2
Perbandingan nilai ZTD dengan variasi Interval lama waktu pengamatan.
48
Gambar 4.3
Pengaruh cycle slip terhadap nilai ZTD.
49
Gambar 4.4
Nilai unresolved ambiguitas akibat cycle slip.
50
Gambar 4.5
Statistik hasil ZTD final ephemeris dengan variasi interval waktu.
Gambar 4.6
50
Nilai ZTD menggunakan final ephemeris dan broadcast ephemeris.
51
Gambar 4.7
Nilai ZTD menggunakan ultra rapid ephemeris.
52
Gambar 4.8
Statistik nilai ZTD menggunakan ultra rapid ephemeris.
52
Gambar 4.9
Perbandingan ZTD dengan interval lama waktu pengamatan 20 menit antara final ephemeris dan ultra rapid ephemeris.
53 ix
Gambar 4.10
Perbandingan ZTD dengan interval lama waktu pengamatan 60 menit antara final ephemeris dan ultra rapid ephemeris.
54
Gambar 4.11
Pola harian ZWD di CGPS-ITB.
55
Gambar 4.12
Verifikasi data ZWD GPS dan ZWD Hopfield.
56
Gambar 4.13
Variasi temporal CGPS-ITB.
57
Gambar 4.14
Pola 6 Jam pengamatan ZWD di CGPS-ITB.
58
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Dampak dari proses pengurangan data secara diferensial.
14
Tabel 2.2
Temperatur dan tekanan udara hingga ketinggian 50 km.
17
Tabel 2.3
Tipikal kesalahan orbit ephemeris GPS.
20
Tabel 2.4
Nilai faktor koreksi δR model Saastamoinen.
25
xi
