Mengenal Global Positioning System (GPS): Cara Kerja, Manfaat, dan Tantangannya

"Sistem GPS (Global Positioning System) adalah sistem navigasi satelit yang memungkinkan pengguna menentukan posisi, kecepatan, dan waktu secara akurat"

Abdul Rasyid Juni 10, 2025

Global Positioning System (GPS)

Global Positioning System (GPS) adalah sistem navigasi satelit yang populer dan banyak diaplikasikan di seluruh dunia, baik di darat, di laut, di udara, maupun di angkasa. Sistem ini dirancang untuk memberikan posisi dan kecepatan tiga dimensi serta informasi mengenai waktu, secara kontinu di seluruh dunia tanpa bergantung waktu dan cuaca. Saat ini, sistem GPS sudah banyak digunakan orang di seluruh dunia dan telah menjadi bagian tak terpisahkan dalam banyak aspek kehidupan.

GPS awalnya merupakan sistem radio-navigasi berbasis satelit yang dimiliki dan dioperasikan oleh pemerintah Amerika Serikat, dikembangkan oleh Departemen Pertahanan AS untuk keperluan militer. Proyek ini dimulai pada tahun 1973 dengan nama lengkap NAVSTAR GPS. Setelah insiden jatuhnya pesawat sipil Korean Air Lines pada tahun 1983 yang keliru memasuki wilayah udara Soviet, Presiden AS saat itu mengumumkan bahwa sistem GPS akan tersedia untuk penggunaan sipil setelah selesai dikembangkan. Penerapan teknologi GPS untuk sipil pertama kali diamati pada tahun 1996, meskipun sistem ini secara penuh beroperasi sejak tahun 1995. Meskipun dikembangkan, dikontrol, dan dipelihara oleh pemerintah AS, GPS bebas diakses oleh siapa saja dengan perangkat penerima GPS.

Struktur Sistem GPS

Secara umum, sistem GPS terdiri dari tiga bagian utama yang saling berhubungan:

Segmen Angkasa (Space Segment): Ini adalah bagian paling penting dalam sistem navigasi GPS, terdiri dari konstelasi satelit yang berada di orbit Bumi. Awalnya dirancang dengan 24 satelit, konstelasi saat ini memiliki lebih dari 30 satelit operasional. Satelit-satelit ini mengorbit pada ketinggian sekitar 20.200 km di atas permukaan Bumi, mengorbit dua kali sehari. Orbit satelit diatur sedemikian rupa sehingga minimal empat satelit selalu terlihat dari hampir setiap titik di permukaan Bumi setiap saat. Setiap satelit dilengkapi dengan jam atom yang sangat akurat dan memancarkan sinyal radio yang berisi informasi posisi dan waktu mereka.
Segmen Kontrol (Control Segment atau Ground Segment): Segmen ini bertanggung jawab untuk memantau dan memelihara satelit GPS. Ini terdiri dari stasiun monitor darat di berbagai lokasi di seluruh dunia, stasiun kontrol pusat dan alternatif, dan antena darat. Fungsi utama segmen kontrol meliputi pelacakan pergerakan satelit, pemantauan transmisi satelit, sinkronisasi jam atom di satelit dengan jam di Bumi, koreksi model orbit satelit, dan pembaruan informasi navigasi.
Segmen Pengguna (User Segment): Ini mencakup semua perangkat penerima GPS yang digunakan oleh berbagai pihak, baik militer maupun sipil. Perangkat ini bisa berupa unit GPS khusus, terintegrasi dalam ponsel pintar, laptop, jam tangan pintar, sistem navigasi kendaraan, atau perangkat lain seperti pelacak kendaraan atau sol sepatu khusus. Penerima GPS dilengkapi dengan antena untuk menangkap sinyal satelit dan prosesor untuk menghitung posisi.

Bagaimana GPS Bekerja

Prinsip kerja GPS didasarkan pada metode trilaterasi. Penerima GPS di permukaan Bumi bekerja dengan menerima sinyal radio dari beberapa satelit. Setiap sinyal satelit berisi informasi tentang posisi satelit dan waktu sinyal itu dikirimkan.

Langkah-langkah utama cara kerja GPS adalah:

Penerimaan Sinyal: Perangkat penerima GPS menangkap sinyal dari beberapa satelit GPS yang terlihat di atas horizon. Untuk menentukan posisi tiga dimensi (lintang, bujur, dan ketinggian) serta waktu yang akurat, penerima memerlukan sinyal dari minimal empat satelit. Jika ketinggian sudah diketahui (misalnya, untuk kapal di permukaan laut), posisi dua dimensi dapat dihitung dengan tiga satelit.
Pengukuran Jarak: Penerima GPS mengukur waktu yang dibutuhkan sinyal untuk mencapai dari satelit ke penerima. Karena sinyal radio bergerak dengan kecepatan cahaya yang diketahui dan konstan, penerima dapat menghitung jarak antara dirinya dan setiap satelit dengan mengalikan kecepatan cahaya dengan selisih waktu antara waktu sinyal dikirim (informasi dari satelit) dan waktu sinyal diterima (menurut jam internal penerima). Jarak yang dihitung ini sering disebut "pseudo-range" karena adanya bias dari jam internal penerima yang tidak seakurat jam atom satelit.
Penentuan Posisi: Dengan menggunakan data jarak dari minimal empat satelit dan informasi posisi satelit, penerima GPS menggunakan perhitungan trilaterasi untuk menentukan lokasi persisnya di permukaan Bumi dalam sistem koordinat tertentu, biasanya WGS 84. Perhitungan ini juga secara simultan menyelesaikan bias jam internal penerima.

Faktor yang Mempengaruhi Akurasi GPS

Meskipun GPS dapat memberikan akurasi penentuan lokasi yang sangat tinggi, ada beberapa faktor yang dapat memengaruhinya:

Geometri Satelit (Dilution of Precision - DOP): Sejauh mana posisi satelit relatif satu sama lain di langit dapat memengaruhi akurasi. Distribusi satelit yang tidak optimal (misalnya, semua satelit berada dalam satu area kecil di langit) dapat menyebabkan akurasi yang lebih rendah.
Pengaruh Atmosfer: Sinyal GPS dapat melambat saat melewati atmosfer Bumi (lapisan ionosfer dan troposfer). Ini dapat menyebabkan kesalahan dalam perhitungan waktu tempuh sinyal dan, akibatnya, perhitungan jarak yang tidak akurat. Koreksi atmosfer diperlukan untuk mengimbanginya.
Interferensi Multi-jalur (Multipath Interference): Terjadi ketika sinyal GPS memantul dari objek di sekitar seperti bangunan tinggi, pegunungan, atau permukaan air sebelum mencapai penerima. Sinyal yang memantul mengambil jalur yang lebih panjang, menyebabkan kesalahan dalam pengukuran jarak. Ini adalah salah satu alasan GPS kurang akurat di wilayah perkotaan padat atau di dalam ruangan.
Kesalahan Jam Satelit dan Data Ephemeris: Meskipun jam atom satelit sangat akurat, sedikit penyimpangan dapat terjadi dan memerlukan koreksi dari segmen kontrol. Data ephemeris (informasi orbit satelit) juga perlu diperbarui secara teratur.
Interferensi Buatan: Sinyal GPS yang lemah rentan terhadap gangguan atau jamming (sinyal kuat yang menghalangi sinyal satelit) atau spoofing (sinyal palsu yang menipu penerima tentang lokasinya). Ini menjadi perhatian terutama untuk aplikasi militer dan transportasi.

Upaya untuk meningkatkan akurasi GPS, seperti penggunaan Differential GPS (D-GPS), teknologi penerima yang lebih canggih, dan sinyal modern (seperti L5), terus dilakukan. Penting juga untuk dicatat bahwa teori relativitas, baik khusus maupun umum, memainkan peran krusial dalam akurasi GPS. Efek relativistik menyebabkan jam di satelit (yang bergerak cepat relatif terhadap Bumi dan berada di medan gravitasi yang lebih lemah) berdetak sedikit berbeda dengan jam di Bumi. Koreksi untuk efek ini harus diterapkan agar perhitungan posisi tetap akurat.

Manfaat dan Aplikasi GPS

GPS memiliki berbagai manfaat luas dan diaplikasikan di banyak bidang kehidupan:

Navigasi dan Transportasi: Ini adalah aplikasi paling umum. GPS membantu pengemudi di darat, pilot pesawat, dan kapten kapal laut untuk menentukan posisi, kecepatan, dan rute perjalanan mereka secara akurat. Sistem navigasi kendaraan dan aplikasi peta di ponsel pintar sangat bergantung pada GPS.
Pelacakan dan Manajemen Armada: Dalam industri logistik dan transportasi, GPS tracking memungkinkan perusahaan untuk memantau lokasi kendaraan, kontainer, atau aset lainnya secara real-time. Ini meningkatkan efisiensi operasional, pengoptimalan rute, pengurangan biaya bahan bakar, dan keamanan barang. Fitur seperti geo-fencing memungkinkan pembuatan area virtual untuk memantau masuk/keluar kendaraan.
Militer dan Keamanan: GPS digunakan untuk navigasi militer, penargetan, pelacakan unit dan aset musuh, pengendalian rudal dan senjata presisi tinggi, serta operasi pencarian dan penyelamatan.
Penelitian Ilmiah: GPS digunakan dalam studi geodinamika (pergerakan lempeng tektonik), pemantauan deformasi struktur (bendungan, jembatan, bangunan), pemantauan gunung api, studi atmosfer dan ionosfer, pemetaan geografis, dan survei. Akurasi waktu GPS yang tinggi juga digunakan dalam sinkronisasi jam di berbagai penelitian dan infrastruktur kritis (misalnya, jaringan listrik, sistem perbankan).
Pertanian Presisi: GPS membantu petani dalam pemetaan lahan, pengelolaan irigasi, dan penggunaan sumber daya secara efisien untuk meningkatkan hasil panen.
Aplikasi Personal dan Rekreasi: GPS digunakan dalam aplikasi kebugaran dan olahraga (melacak jarak, kecepatan), geocaching, geotagging foto, dan untuk keselamatan pribadi (misalnya, melacak anak-anak atau orang dengan kondisi kesehatan tertentu).
Layanan Darurat: Membantu tim penyelamat dan penegak hukum dalam menentukan lokasi kejadian, melacak pergerakan personel, dan merespons situasi darurat dengan cepat.

GPS memungkinkan penentuan posisi secara relatif mudah dan tidak memerlukan banyak tenaga dibandingkan metode terestris tradisional, serta dapat beroperasi dalam kondisi cuaca buruk. Kualitas posisi yang diberikan juga umumnya tinggi.

Kelebihan dan Kekurangan GPS

Seperti teknologi lainnya, GPS memiliki kelebihan dan kekurangannya:

Kelebihan:

Akurasi Tinggi: Memberikan informasi lokasi dengan tingkat ketepatan yang signifikan.
Ketersediaan Universal: Dapat digunakan di mana saja di dunia, selama ada jangkauan sinyal satelit, tanpa bergantung pada batas politik atau alam.
Tidak Bergantung Cuaca dan Waktu: Berfungsi baik siang maupun malam hari, bahkan dalam kondisi cuaca buruk.
Tidak Memerlukan Koneksi Internet Aktif: Sistem dasar tidak memerlukan internet, meskipun internet dapat meningkatkan efisiensi dan akurasi.
Berbagai Aplikasi: Manfaat luas di berbagai sektor kehidupan.
Gratis untuk Penggunaan Sipil: Tidak ada biaya langsung untuk menggunakan sinyal GPS.
Kemudahan Penggunaan: Pengoperasian alat penerima relatif mudah.
Memberikan Posisi 3D dan Waktu: Selain lokasi horizontal, juga memberikan ketinggian dan informasi waktu yang sangat akurat.

Kekurangan:

Tergantung pada Sinyal Satelit: Tidak berfungsi di dalam ruangan, di bawah tanah, di terowongan, atau di area dengan penghalang padat (gedung tinggi, pepohonan lebat, pegunungan) yang menghalangi pandangan langsung ke satelit.
Ketidakakuratan di Area Terpencil atau Terhalang: Akurasi dapat menurun secara signifikan di wilayah terpencil atau di lingkungan perkotaan padat.
Kerentanan terhadap Interferensi: Sinyal lemah rentan terhadap jamming atau spoofing.
Komponen Tinggi Mengacu pada Elipsoid: Tinggi yang diberikan GPS adalah tinggi di atas permukaan ellipsoid, bukan tinggi ortometris (di atas muka air laut rata-rata) yang umum digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dan transformasi memerlukan data tambahan (undulasi geoid).
Memerlukan Pemrosesan Data yang Kompleks untuk Akurasi Sangat Tinggi: Meskipun pengumpulan data mudah, pemrosesan data untuk aplikasi presisi tinggi memerlukan pengetahuan dan keahlian khusus.

Sistem Navigasi Satelit Lainnya

Selain GPS (AS), negara-negara lain juga telah mengembangkan Sistem Navigasi Satelit Global (GNSS) mereka sendiri atau sistem regional serupa, antara lain GLONASS (Rusia), Galileo (Uni Eropa), BeiDou (Tiongkok), Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) (Jepang, sistem regional), dan Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS/NavIC) (India, sistem regional). Penerima GNSS modern sering kali dapat menggunakan sinyal dari beberapa konstelasi satelit ini untuk meningkatkan akurasi dan keandalan.

Secara keseluruhan, GPS telah menjadi teknologi fundamental yang merevolusi navigasi dan penentuan posisi. Perkembangannya terus berlanjut dengan peluncuran satelit generasi baru dan perbaikan sistem kontrol untuk meningkatkan akurasi, keandalan, dan kemampuannya dalam melayani berbagai kebutuhan di seluruh dunia.