Bayangkan Anda tersesat di tengah lautan tanpa tanda apapun. Lalu, seseorang memberi tahu Anda bahwa Anda tepatnya berada 2.150 kilometer dari titik A, 3.110 kilometer dari titik B, dan 1.540 kilometer dari titik C. Dengan informasi itu, Anda bisa memetakan posisi Anda di peta. Itulah prinsip dasar di balik keajaiban teknologi yang kita sebut GPS (Global Positioning System).
Pemain Utama: Konstelasi 31 Satelit di Angkasa
Sistem GPS tidak berdiri sendiri di ponsel atau mobil Anda. Ia bergantung pada “bintang-bintang buatan”—sebuah konstelasi satelit yang terdiri dari setidaknya 24 satelit aktif (dan beberapa cadangan, total sekitar 31) yang mengorbit Bumi. Satelit-satelit ini dikelola oleh Departemen Pertahanan Amerika Serikat dan terbang pada ketinggian sekitar 20.000 km dari permukaan Bumi.
Tiga Segmen Penting dalam Sistem GPS
GPS bekerja dengan tiga pilar utama:
- Segmen Angkasa (Satelit): Bertugas mengirimkan sinyal radio berisi informasi waktu (dengan akurasi sangat tinggi dari jam atom) dan posisi satelit.
- Segmen Kontrol (Stasiun Bumi): Stasiun-stasiun di Bumi yang memantau kesehatan dan orbit satelit, serta mengoreksi waktu pada jam atom di satelit.
- Segmen Pengguna (Receiver Anda): Ponsel, mobil, atau perangkat GPS Anda yang menerima sinyal dari satelit dan menghitung posisinya.
Langkah-Langkah Ajaibnya: Trilaterasi, Bukan Triangulasi
Ini adalah bagian terpenting. GPS menggunakan prinsip Trilaterasi, yang mengukur jarak, bukan sudut (seperti pada triangulasi).
Bayangkan proses ini:
- Satelit 1 berteriak, “Hai! Posisiku ada di koordinat X1, dan sinyal ini aku kirim pada waktu T1!” Perangkat Anda menerima sinyal ini dan mencatat perbedaan waktunya. Karena sinyal bergerak dengan kecepatan cahaya (300.000 km/detik), perangkat bisa menghitung jarak ke Satelit 1. Artinya, Anda pasti berada di suatu titik pada permukaan bola imajiner yang berpusat di Satelit 1 dengan jari-jari sebesar jarak tadi.
- Satelit 2 melakukan hal yang sama. Sekarang Anda tahu jarak ke satelit kedua. Posisi Anda kini dipersempit menjadi lingkaran imajiner (hasil persilangan dua bola).
- Satelit 3 memberi Anda jarak ketiga. Sekarang, dua bola hanya bersinggungan di dua titik di alam semesta. Salah satu titiknya biasanya berada di luar angkasa, sehingga dengan logika, perangkat memilih titik yang berada di dekat permukaan Bumi. Voila! Inilah yang disebut posisi 2D (garis lintang dan bujur) Anda.
- Mengapa Butuh Satelit Ke-4? Perhitungan di atas mengasumsikan jam di perangkat Anda sama akuratnya dengan jam atom di satelit. Kenyataannya, tidak. Perbedaan sepersekian detik saja bisa melesetkan posisi hingga ratusan meter! Di sinilah satelit ke-4 berperan. Dengan menambahkan satu pengukuran jarak lagi, perangkat Anda bisa sekaligus menghitung dan mengoreksi kesalahan jamnya sendiri, sehingga menghasilkan posisi 3D yang akurat (lintang, bujur, dan ketinggian).
Faktor yang Mempengaruhi Akurasi
- Atmosfer Bumi: Lapisan ionosfer dan troposfer dapat memperlambat sinyal.
- Pantulan Bangunan (Multipath): Sinyal memantul di gedung-gedung tinggi sebelum sampai ke receiver, menyebabkan kesalahan.
- Geometri Satelit: Posisi satelit di langit mempengaruhi akurasi. Jika satelit berkelompok, akurasinya lebih rendah daripada jika tersebar merata.
GPS adalah sebuah sistem yang luar biasa rumit namun elegan. Ia adalah tarian yang terkoordinasi antara:
- Satelit yang terus-menerus menyiarkan “teriakan” berisi waktu dan posisinya.
- Receiver di Bumi yang dengan cerdas menyimpulkan posisinya sendiri dengan membandingkan “teriakan” dari setidaknya empat satelit berbeda.