SISTEM SATELIT NAVIGASI COMPASS
TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Pada Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika
Oleh: Fandi Firsta Adilla Tamsin 151 08 060
PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI & GEOMATIKA
FAKULTAS ILMU & TEKNOLOGI KEBUMIAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2012
Katakanlah “ “
(Q.S Al-An’am 162-163)
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir Sarjana
SISTEM SATELIT NAVIGASI COMPASS Adalah benar dibuat saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya ataupun orang lain, baik di ITB maupun instansi pendidikan lainnya.
Bandung, Oktober 2012 Penulis,
Fandi Firsta Adilla Tamsin NIM. 15108060 Diperiksa dan disetujui oleh Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof.Dr.Ir.Hasanuddin Zainal Abidin,M.Sc
Irwan Gumilar, ST.,M.si
NIP. 19610808 198601 1 001
NIP. 19780329 201012 1 004 Disahkan oleh :
Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian Institut Teknologi Bandung
Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M.Sc. NIP. 19600702 198810 1 001
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahhirabbil’alamin, tiada kata yang lebih layak diucapkan selain puji dan syukur kepada Allah atas semua curahan rahmat dan karunia-Nya. Atas izin-Nya lah Tugas Akhir yang berjudul “Sistem Satelit Navigasi COMPASS” ini dapat diselesaikan. Shalawat beserta salam senantiasa tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW yang telah menjadi teladan bagi penulis. Tugas Akhir ini dilaksanakan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam menyelesaikan pendidikan Strata-1 di Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika, Institut Teknologi Bandung. Penyelesaian Tugas Akhir ini tidak akan terwujud tanpa adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Mama dan Papa yang penulis sayangi. Terima kasih atas semua kasih sayang, do’a, pengorbanan, perhatian, dorongan dan kesempatan sehingga penulis bisa mengenyam pendidikan hingga saat ini.
2.
Bapak Dr. Ir. Kosasih Prijatna, M.Sc, selaku Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika.
3.
Bapak Dr. Akhmad Riqqi, M.Si, selaku dosen wali penulis selama menjadi mahasiswa di Institut Teknologi Bandung.
4.
Bapak Prof. Dr. Ir. Hasanuddin Zainal Abidin, M.Sc, selaku pembimbing I penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
5.
Bapak Irwan Gumilar, ST, M.Si, selaku pembimbing penulis agar selalu melalui jalan yang benar dan profesional dalam menyelesaikan tugas akhir ini. You are the best, pak!
6.
Bapak Heri Andreas, ST, MT dan Ibu Ir. Dina Anggraeni Sarsito, MT, selaku dosen penguji yang telah memberikan saran, kritikan, dan masukan untuk tugas akhir ini.
7.
Semua dosen, staf, dan karyawan Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terima kasih atas semua ilmu dan bantuannya.
i
8.
Adhisa dan Naya, adik-adik yang penulis cintai. Terima kasih telah menjadi adik-adik yang baik dan perhatian. Uda yakin kalian bisa menjadi orang yang lebih baik dari Uda. Uda sayang kalian.
9.
Nenek, Etek, Mamak, Om, Tante, sepupu, dan semua keluarga besar penulis. Terima kasih atas saran dan masukan serta perhatian yang telah diberikan.
10. Cynthia Paramitha, terima kasih telah mau menemani penulis melewati semua masa, sulit maupun indah. Terima kasih atas dorongan semangatnya. Jangan pernah menyerah yaa. Wish the best for us. 11. Ryan talua, Ganda bibia S.Kom, Romi botak, Fyon Rafi S.T, terima kasih banyak brokbrok semua. Kalian sumber tawa terbanyak dalam hidup. Penulis doakan kesuksesan untuk kita semua. 12. Keluarga besar D Janerz, semoga kita selalu bisa berkumpul setiap tahunnya. Silaturrahmi yang utama kawan. 13. Arief Andarwan, Andre Nilson, Akbar Ilham, Junaidi, Econ, Andreas, Oma rudin, Mujid, terima kasih telah menjadi teman kelompok yang dapat diandalkan. 14. Kawan-kawan seperjuangan Teknik Geodesi dan Geomatika angkatan 2008 yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih banyak. 15. Keluarga besar Unit Kesenian Minangkabau (UKM-ITB), khususnya 2008, keluarga pertama yang penulis dapatkan selama menjadi mahasiswa. Kebersamaan kita tidak akan penulis lupakan 16. Skuad Timnas Sepak Bola IMG, terima kasih telah mau berjuang bersama-sama penulis hingga tetes keringat terakhir. (kita Juara III bro!!). 17. Semua pihak yang telah membantu penulis dan tidak bisa disebutkan satu persatu. Terima kasih! Penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini tentu saja senantiasa mengandung banyak ketidaksempurnaan. Untuk itu, kritik, saran, dan masukan bagi Tugas Akhir ini akan sangat dibutuhkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat bagi kita semua.
Bandung, Oktober 2012 penulis
ii
ABSTRAK
Saat ini GNSS terdiri dari empat sistem satelit navigasi, yaitu sistem GPS milik Amerika Serikat, sistem GLONASS milik Rusia, sistem GALILEO milik Uni-Eropa, dan sistem COMPASS/Beidou milik China. Dibandingkan yang lainnya, pengetahuan tentang sistem satelit navigasi global milik China ini masih sangat minim. Segmen angkasa sistem COMPASS direncanakan akan terdiri dari lima satelit GEO dan 30 satelit non-GEO. Masing-masing satelit GEO ditempatkan pada 58.75°E, 80°E, 110.5°E, 140°E, dan 160°E. Satelit non-GEO terdiri dari 27 satelit MEO dan tiga satelit IGSO. Satelit MEO beroperasi pada ketinggian orbit rata-rata 21.500 km dengan inklinasi 55° yang terdistribusi pada tiga bidang orbit. Satelit IGSO beroperasi pada ketinggian orbit 36.000 km dengan inklinasi 55° yang terdistribusi pada tiga bidang orbit. Segmen kontrol sistem COMPASS saat ini menggunakan satu Master Control Station (MCS), dua Upload Station (US), dan 30 jaringan Monitor Station (MS) yang tersebar secara global. Komponenkomponen segmen kontrol ini mempunyai tugas yang berbeda-beda satu sama lain. Segmen pengguna sistem COMPASS terdiri dari beragam jenis receiver yang kompatibel dengan sistem satelit navigasi lainnya. Sistem COMPASS menggunakan Beidou Coordinate System (BDC) sebagai sistem koordinatnya dan Beidou Time (BDT) untuk sistem waktunya. Sistem COMPASS telah digunakan dalam berbagai bidang seperti transportasi, kelautan dan perikanan, pencegahan kebakaran hutan, mitigasi bencana, keamanan nasional dan banyak bidang lainnya. Perbedaan utama sistem COMPASS dengan sistem GNSS lainnya terletak pada jumlah konstelasi satelit dan layanan yang ditawarkan. Kata kunci : Beidou, COMPASS, China, GNSS, GPS, GLONASS, GALILEO.
iii
ABSTRACT
Now, GNSS consist of four major satellite technology, the U.S. GPS system, Russian GLONASS system, GALILEO system from Europe, and latest GNSS system belongs to China called COMPASS/Beidou system. Among this biggest four, knowledge and information about China’s global navigation satellite system is very limited. The space constellation consist of five GEO satellites and 30 non-GEO satellites. GEO satellites are positioned at 58.75°E, 80°E, 110.5°E, 140°E, and 160°E. The non-GEO satellite include 27 MEO satellites and three IGSO satellites. The MEO satellites are operating in an orbit with altitude of 21.500 km and inclination 55°, wich are evenly distributed in three orbital planes. The IGSO satellites operating in an orbit with altitude of 36.000 km and inclination of 55°, distributed in three orbital planes. Ground Control Segment consist of one Master Control Station (MCS), two Upload Station (US), and 30 network globally distributed Monitor Station (MS). The user segment include various Beidou user terminal, and terminals compatible with other navigation satellite systems. Beidou Coordinate System (BDC) as a coordinates system and Beidou Time (BDT) for the time system. COMPASS system has been using in many application, such as transportation, marine technology, forestry fire prevention system, and more others. The main difference about COMPASS system with other GNSS systems lies in the constellation of satellites and technology services offered. Keywords : Beidou, COMPASS, China, GNSS, GPS, GLONASS, GALILEO.
iv
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
...........................................................................................
i
ABSTRAK
...........................................................................................
iii
ABSTRACT
...........................................................................................
iv
DAFTAR ISI
...........................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR
...........................................................................................
viii
DAFTAR TABEL
...........................................................................................
xi
DAFTAR LAMPIRAN
...........................................................................................
xiii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang ..........................................................................................
1
1.2
Maksud dan Tujuan Penulisan ..................................................................
3
1.3
Perumusan dan Ruang Lingkup Pembahasan ...........................................
3
1.4
Manfaat Penulisan ..................................................................................... 4
1.5
Metodologi Penelitian ............................................................................... 5
1.6
Sistematika Penulisan ...............................................................................
BAB II SISTEM SATELIT NAVIGASI 2.1
2.2
7 8
Pengertian Sistem Satelit Navigasi ...........................................................
10
2.1.1 Posisi dan sistem koordinat dalam sistem satelit navigasi ............
10
2.1.2 Sistem waktu .................................................................................
13
2.1.3 Karakteristik sistem satelit navigasi ..............................................
14
2.1.4 Segmen-segmen sistem satelit navigasi ........................................
15
Global Navigation Satellite System (GNSS) ............................................
17
2.2.1 Kinerja GNSS ................................................................................
17
2.2.2 Augmentasi GNSS ........................................................................
18
2.2.3 Arsitektur pengguna GNSS ...........................................................
19
v
2.2.4 Prinsip kompatibilitas dan interoperabilitas GNSS .......................
20
2.2.5 Aplikasi GNSS ..............................................................................
20
2.2.6 Teknologi GNSS ...........................................................................
21
a. GPS ...........................................................................................
21
b. GLONASS ................................................................................
22
c. GALILEO .................................................................................
23
d. COMPASS ................................................................................ 24 BAB III PEMBANGUNAN DAN PERKEMBANGAN SATELIT COMPASS
25
3.1
Sejarah Satelit COMPASS ........................................................................
3.2
Pembangunan Sistem COMPASS ............................................................. 28
3.3
Aplikasi Sistem COMPASS ......................................................................
33
3.4
Kerjasama Internasional ............................................................................
42
BAB IV SISTEM SATELIT NAVIGASI COMPASS 4.1
Segmen Angkasa .......................................................................................
25
46 46
4.1.1 Konstelasi satelit ............................................................................ 46 4.1.2 Sinyal dan frekuensi ......................................................................
52
4.2
Segmen Kontrol ........................................................................................
58
4.3
Segmen Pengguna .....................................................................................
64
4.3.1 COMPASS receiver ......................................................................
64
4.3.2 Konsep pelayanan .......................................................................... 68 4.4
Sistem Koordinat COMPASS ...................................................................
70
4.5
Sistem Waktu COMPASS .........................................................................
76
4.6
Perbandingan Antar Sistem GNSS ............................................................
80
4.6.1 Segmen angkasa ............................................................................
80
4.6.2 Visibilitas satelit dan DOP (Dillution of Precission) ....................
81
4.6.3 Sinyal dan frekuensi ......................................................................
87
4.6.4 Sistem waktu dan koordinat ..........................................................
90
4.6.5 Kelebihan dan kekurangan sistem COMPASS .............................
94
4.7
Kombinasi Sistem-sistem GNSS dunia ..................................................... 96 4.7.1 Visibilitas ....................................................................................... 97 4.7.2 GDOP ............................................................................................
98
vi
BAB V PENUTUP
99
5.1
Kesimpulan ...............................................................................................
99
5.2
Saran ..........................................................................................................
102
DAFTAR PUSTAKA
............................................................................................
103
LAMPIRAN
............................................................................................
110
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Jumlah peluncuran satelit COMPASS beberapa tahun terakhir dan rencana jumlah peluncuran hingga tahun 2013 .......................
2
Gambar 1.2
Diagram metodologi penelitian ......................................................
6
Gambar 2.1
Beberapa metode penentuan posisi extra-terestris menggunakan sistem satelit dan benda langit .......................................................
9
Gambar 2.2
Sistem koordinat CIS .....................................................................
11
Gambar 2.3
Sistem koordinat CTS ....................................................................
11
Gambar 2.4
Segmen-segmen satelit navigasi ....................................................
16
Gambar 3.1
Rasi bintang Big Dipper .................................................................
26
Gambar 3.2
Cakupan wilayah satelit COMPASS .............................................
29
Gambar 3.3
Area Cakupan sistem Beidou .........................................................
31
Gambar 3.4
Skema pembangunan sistem beidou ..............................................
32
Gambar 3.5
Grafik peningkatan pengguna sistem COMPASS .........................
33
Gambar 3.6
Transisi aplikasi sistem COMPASS ..............................................
33
Gambar 3.7
Skema integrasi aplikasi COMPASS .............................................
34
Gambar 3.8
Road infrastructure safety monitoring system ...............................
35
Gambar 3.9
Beidou Integrated Marine Information Service System ................
36
viii
Gambar 3.10
Beidou hidrological data collection system ...................................
37
Gambar 3.11
Meteorological observation system at mount everest ....................
38
Gambar 3.12
COMPASS forestry fire prevention system ...................................
39
Gambar 3.13
Penggunaan sistem COMPASS pada saat gempa bumi di Wenchuan ......................................................................................
41
Gambar 3.14
Ilustrasi koordinasi antara COMPASS dengan GPS .....................
43
Gambar 3.15
Ilustrasi koordinasi antara COMPASS dengan GLONASS ..........
43
Gambar 3.16
Ilustrasi koordinasi antara COMPASS dengan GALILEO ...........
44
Gambar 3.17
The Asia-Pacific Space Cooperation Organization (APSCO) 2nd meeting ...........................................................................................
45
Gambar 4.1
Satelit GEO ....................................................................................
47
Gambar 4.2
Satelit MEO ...................................................................................
47
Gambar 4.3
Ilustrasi konstelasi satelit sistem COMPASS ................................
50
Gambar 4.4
Skema umum segmen kontrol COMPASS ....................................
58
Gambar 4.5
Xi’an Satellite Control Center .......................................................
59
Gambar 4.6
COMPASS upload station .............................................................
61
Gambar 4.7a
COMPASS monitor station in China .............................................
62
Gambar 4.7b
COMPASS monitor station in world .............................................
63
Gambar 4.8
COMPASS user segment ...............................................................
64
Gambar 4.9
Distribusi titik-titik ITRF di dunia .................................................
71
ix
Gambar 4.10
Distribusi stasiun IGS di dunia ......................................................
Gambar 4.11
Stasiun IGS dan CORS CTRF (orde I) yang terdapat di China
73
.........................................................................................................
74
Gambar 4.12
Efek kesalahan waktu dalam geodesi satelit ..................................
76
Gambar 4.13
Skema kerja TFS system ................................................................
78
Gambar 4.14
Time offset dari BDT dengan UTC ...............................................
79
Gambar 4.15
GPS global visibility (a) dan COMPASS global visibility (b) .....................................................
82
Gambar 4.16
Galileo global visibility ..................................................................
83
Gambar 4.17
GLONASS global visibility ...........................................................
84
Gambar 4.18
GPS global GDOP .........................................................................
85
Gambar 4.19
COMPASS global GDOP ..............................................................
86
Gambar 4.20
Galileo global GDOP .....................................................................
87
Gambar 4.21
GPS, Galileo, COMPASS frequency plan .....................................
89
Gambar 4.22
Perbedaan nilai lintang CGCS2000 dengan WGS84 ................
92
Gambar 4.23
Perbedaan nilai gravitasi normal CGCS2000 dengan WGS 84 .............................................................................
93
Gambar 4.24
GNSS around the world .................................................................
96
Gambar 4.25
Distribusi visibilitas global GNSS .................................................
97
Gambar 4.26
Distribusi GDOP global GNSS ......................................................
98
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik CTS dan CIS ............................................................
12
Tabel 2.2
Sistem-sistem waktu ......................................................................
14
Tabel 4.1
Karakteristik satelit GEO dan MEO ..............................................
47
Tabel 4.2
Karakteristik konstelasi COMPASS fase I ....................................
48
Tabel 4.3
Karakteristik konstelasi COMPASS fase II ...................................
49
Tabel 4.4
Parameter konstelasi satelit COMPASS ........................................
51
Tabel 4.5
Karakteristik umum sinyal satelit COMPASS ...............................
53
Tabel 4.6
Karakteristik umum sinyal satelit COMPASS fase III ..................
54
Tabel 4.7
Karakteristik sinyal B1 satelit COMPASS ....................................
55
Tabel 4.8
Karakteristik sinyal B2 satelit COMPASS ....................................
56
Tabel 4.9
Karakteristik sinyal B3 satelit COMPASS ....................................
57
Tabel 4.10
Distribusi COMPASS monitor station ...........................................
63
Tabel 4.11
Receiver GNSS multi konstelasi ....................................................
66
Tabel 4.12
Karakteristik COMPASS open service ..........................................
68
Tabel 4.13
Perbandingan parameter segmen angkasa GNSS ..........................
80
Tabel 4.14
Keterangan nilai GDOP .................................................................
85
xi
Tabel 4.15
Perbandingan GNSS berdasarkan visibilitas dan GDOP global .....................................
Tabel 4.16
88
Perbandingan GNSS Berdasarkan visibilitas dan GDOP di Indonesia ............................
88
Tabel 4.17
Perbandingan sinyal dan frekuensi ................................................
89
Tabel 4.18
Perbandingan sistem waktu dan koordinat ....................................
91
Tabel 4.19
Kelebihan sistem COMPASS ........................................................
94
Tabel 4.20
Kekurangan sistem COMPASS .....................................................
94
Tabel 5.1
Parameter kinerja sistem COMPASS disetiap tahap .....................
99
Tabel 5.2
Karakteristik komprehensif sistem COMPASS .............................
101
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I
Rekapitulasi peluncuran satelit Beidou fase I ................................
111
Lampiran II
Rekapitulasi peluncuran satelit Beidou II ......................................
113
xiii
