industri udang di seluruh dunia. 4Analisis singkat tentang sistem navigasi satelit besar.

Abstrak: Untuk mempelajari lebih lanjut sistem navigasi satelit, dilakukan analisis komparatif terhadap empat sistem navigasi satelit global yang ada: Sistem Navigasi Satelit Beidou (BDS), Sistem Pemosisian Global (GPS), Sistem Navigasi Satelit Galileo (Galileo), dan Sistem Navigasi Satelit GLONASS (GLONASS) dibandingkan dari aspek konstelasi, sistem sinyal, sistem koordinat dan waktu, serta kinerja layanan; keunggulan BDS ditunjukkan. Hasil menunjukkan bahwa BDS memiliki keunggulan besar dalam konstelasi sistem dan pengkodean informasi, dan kinerja layanan sistem setara dengan GPS dan Galileo, dan lebih baik daripada GLONASS; BDS didasarkan pada orbit geostasioner (GEO), orbit geosinkron miring (IGSO), dan distribusi konstelasi orbit bumi mesosfer (MEO) yang dapat meningkatkan akurasi dan ketersediaan pemosisian di wilayah Asia-Pasifik; pengkodean low-density parity check (LDPC) berbasis 64 yang digunakan oleh BDS lebih baik daripada metode pengkodean sistem lain. Dibandingkan dengan pengkodean LDPC biner pada GPS, ini dapat memberikan penguatan tambahan sebesar 0.6~1.2 dB.

Kata kunci: sistem navigasi satelit global; konstelasi sistem; sistem sinyal; sistem koordinat; waktu sistem; kinerja layanan

0 引言

目前有4大全球卫星导航系统（sistem satelit navigasi global, GNSS），包括中国的北斗卫星导航系统（sistem satelit navigasi BeiDou, BDS）、美国的全球定位系统（sistem penentuan posisi global, GPS）、欧盟的伽利略卫星导航系统（Sistem satelit navigasi Galileo, Galileo）和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（sistem satelit navigasi mengorbit global, GLONASS）。其中,BDS和GPS已服务全球,性能相当；功能方面,BDS较GPS多了区域短报文和全球短报文功能Meskipun GLONASS telah beroperasi di seluruh dunia, kinerjanya sedikit lebih rendah daripada BDS dan GPS, dan orbit GLONASS memiliki kemiringan yang besar, sehingga kinerjanya buruk di lintang rendah. Kualitas pengamatan Galileo lebih baik, tetapi stabilitas jam satelit sedikit lebih buruk, sehingga keandalan sistemnya rendah. 

GNSS terutama terdiri dari segmen ruang angkasa, segmen darat, dan segmen pengguna. Prinsip kerjanyasebagai berikut:

1) Satelit navigasi yang didistribusikan sesuai dengan konstelasi di segmen ruang angkasa menerima koreksi jam, efemeris, dan informasi lain yang dimasukkan melalui tautan naik dari segmen darat untuk modulasi sinyal, dan menyiarkan sinyal ke darat sesuai dengan sistem sinyal yang telah ditentukan.

2) Segmen darat melacak dan memelihara satelit ruang angkasa, memantau kondisi satelit, mengevaluasi integritas satelit dan sinyal, menentukan orbit satelit, dan memasukkan koreksi jam satelit, efemeris, almanak, parameter koreksi ionosfer, dan informasi lainnya ke dalam satelit pada frekuensi tertentu.

3) Segmen pengguna menerima sinyal dari setiap satelit yang terlihat, dan melakukan perhitungan posisi, kecepatan, dan waktu (PVT) berdasarkan pengamatan yang diperoleh dari sinyal pelacakan dan informasi efemeris serta waktu yang diperoleh dari sinyal yang telah didemodulasi untuk menentukan informasi posisi, kecepatan, dan waktu pengguna.Segmen ruang angkasa sistem navigasi terutama mencakup dua karakteristik penting:
① Konstelasi ruang angkasa yang mewakili distribusi spasial satelit;
②Karakteristik sinyal siaran satelit. Sejauh menyangkut keseluruhan sistem, hal yang paling diperhatikan pengguna adalah kinerja layanannya. Artikel ini terutama membandingkan konstelasi ruang angkasa, sistem sinyal, sistem koordinat dan waktu, serta kinerja layanan GNSS, dan menganalisis karakteristik BDS berdasarkan hal tersebut.

1. Analisis perbandingan konstelasi GNSS

Unsur-unsur dari konstelasi ruang angkasa sistem navigasi satelit terutama meliputi jenis konstelasi, jenis satelit, jumlah satelit, ketinggian orbit, kemiringan orbit, dan lain-lain. Distribusi konstelasi GPS, Galileo, dan GLONASS kurang lebih sama, dan semua satelitnya adalah satelit orbit Bumi menengah (MEO). Konstelasi BDS mencakup satelit MEO, satelit orbit geosinkron miring (IGSO), dan satelit orbit geostasioner (GEO). Tiga satelit GEO BDS terletak di atas khatulistiwa, masing-masing terdistribusi pada 80°E, 110.5°E, dan 140°E. Tiga satelit IGSO BDS terdistribusi dalam tiga bidang orbit.[3]24 satelit MEO BDS didistribusikan secara merata di tiga bidang orbit, dan lintasan titik subsatelitnya mencakup seluruh dunia. Melalui tata letak konstelasi MEO/IGSO/GEO, BDS dapat sangat meningkatkan visibilitas satelit BDS di kawasan Asia-Pasifik, sehingga meningkatkan akurasi dan ketersediaan penentuan posisi BDS.

                                          Meja1 Perbandingan konstelasi ruang angkasa sistem navigasi satelit global

2 Analisis perbandingan sistem GNSS

Masing-masing dari empat sistem navigasi satelit utama memiliki karakteristiknya sendiri. Sedangkan untuk mekanisme akses multi-satelit, mekanisme akses multi-satelit BDS, GPS, dan Galileo adalah akses multi-satelit pembagian kode (CDMA). Mekanisme akses multi-satelit GLONASS saat ini adalah akses multi-satelit pembagian frekuensi (FDMA). Rencana modernisasinya adalah untuk berkembang menuju CDMA. Sejauh menyangkut komponen sinyal, selain beberapa komponen sinyal resmi atau milik pribadi untuk tujuan khusus, BDS, GPS, dan Galileo memiliki...Setelah melalui periode penelitian dan koordinasi, tercapai kesepakatan kerja sama yang kompatibel dan interoperabel mengenai sinyal publik sipil, yang mewujudkan interoperabilitas antara BDS B1C dan B2a dengan GPS L1, L5 dan Galileo E1 dan E5a masing-masing, yang dapat sangat meningkatkan kinerja layanan sistem navigasi satelit dan mengurangi biaya pengembangan terminal pengguna multi-sistem.Tabel 2 terutama membandingkan dan menganalisis empat sistem sinyal navigasi satelit utama dari aspek frekuensi sinyal, cabang sinyal, metode modulasi, metode pengkodean informasi, laju simbol, dan lebar pita sinyal, sehingga pembaca dapat memiliki pemahaman yang komprehensif dan sistematis tentang sinyal dari setiap sistem.

                                           Meja2  GNSSPerbandingan sistem persinyalan[4-9]

表2中：BPSK(penguncian pergeseran fase biner）表示二相移相键控；QMBOC(pembawa offset biner multipleks kuadrat)表示正交复用二进制偏移载波调制；TMBOC(pembawa offset biner multipleks waktu )表示时分复用CBOC (pembawa offset biner komposit)现的二元线性循环码；CRC (pemeriksaan redundansi siklik)表示循环冗余校验。Seperti yang terlihat pada Tabel 2, sinyal B1C dari BDS, sinyal L1C dari GPS, dan sinyal E1 dari Galileo beroperasi pada 1575,42 MHz, dan metode debugging-nya adalah modulasi tipe binary offset carrier (BOC); sinyal B2a dari BDS, sinyal L5 dari GPS, dan sinyal E5a dari Galileo beroperasi pada 1176,45 MHz, di mana B2a dan L5 menggunakan metode modulasi quadrature phase shift keying (QPSK), dan E5a menggunakan metode modulasi alternating binary offset carrier (AltBOC). Konsistensi frekuensi dan kesamaan metode modulasi menciptakan prasyarat untuk kompatibilitas dan interoperabilitas GNSS. Saat ini, kompatibilitas dan interoperabilitas dapat dicapai dengan sangat baik pada 1575,42 MHz.Dalam hal desain pesan navigasi, BDS memperkenalkan pengkodean low density parity check (LDPC) 64-basis sebagai fitur penting dalam pengkodean pesan navigasi. Skema pengkodean dan dekodenya dikembangkan secara independen oleh Tiongkok, dan kinerjanya jauh lebih baik dibandingkan dengan pengkodean LDPC biner GPS. Kompleksitas pengkodean LDPC 64-basis dan pengkodean LDPC biner pada dasarnya sama; dalam hal dekode, kompleksitas dekode 64-basis sekitar 6 kali lipat dari dekode biner. Tingkat kesalahan bit adalah 1×10⁻¹⁰-5Dalam kondisi tersebut, penguatan pengkodean LDPC 64-ary adalah 0.6~1.2 dB lebih tinggi daripada penguatan pengkodean LDPC biner, yang memberikan manfaat yang cukup besar untuk peningkatan indikator terkait cold start pada terminal pengguna..

3. Analisis perbandingan sistem koordinat dan waktu GNSS

3.1 Analisis perbandingan sistem koordinat

Sistem koordinat dari sistem navigasi satelit sangat penting. Posisi satelit dan kecepatan satelit yang dihitung dari parameter ephemeris satelit dan parameter almanak secara langsung direpresentasikan dalam sistem koordinat sistem. Sistem koordinat sistem mendefinisikan elipsoid datum yang diperlukan untuk menetapkan sistem koordinat geodetik yang sesuai, menggambarkan model medan gravitasi Bumi yang sesuai dengan geoid, dan menyediakan parameter geodetik dasar yang telah dikoreksi. Parameter geodetik dasar yang telah dikoreksi dari setiap sistem ditunjukkan pada Tabel 3.

                                             Meja3 Parameter geodetik dasar dari setiap sistem koordinat[4-9]

Sistem koordinat BeiDou (BDCS) adalah sistem referensi bumi geosentris. Definisi BDCS sesuai dengan spesifikasi International Earth Rotation Service (IERS) dan menggunakan parameter elipsoid referensi dari sistem koordinat geodetik Tiongkok 2000 (CGCS2000). Perbedaan utama dari CGCS2000 adalah frekuensi pembaruannya. BDCS adalah sistem koordinat khusus untuk BDS dan dapat diperbarui sekali setahun atau setengah tahun; CGCS2000 adalah sistem koordinat nasional dengan berbagai korelasi dan interval pembaruan yang panjang. Implementasi BDCS akan diselaraskan dengan kerangka acuan terestrial internasional (ITRF) terbaru. WGS84 (sistem geodetik dunia 84) adalah sistem koordinat geodetik yang digunakan oleh GPS AS; GTRF (kerangka acuan terestrial Galileo) adalah sistem koordinat geodetik yang digunakan oleh Galileo Uni Eropa; PZ-90 (sistem geodetik PZ-90) adalah sistem koordinat geodetik yang ditetapkan oleh Rusia.

3.2 Analisis perbandingan sistem waktu

Sistem waktu merupakan inti dari sistem navigasi satelit dan landasan operasi normal sistem navigasi satelit. BDS, GPS, dan Galileo semuanya telah menetapkan sistem waktu khusus berdasarkan waktu atom (AT). Panjang detiknya disintesis berdasarkan pengamatan jam atom dan jam atom satelit yang dipasang di stasiun pemantauan darat mereka. Pada dasarnya, waktu tersebut masih merupakan waktu atom dan karenanya kontinu, tanpa memerlukan detik kabisat seperti waktu universal terkoordinasi. Sistem waktu GLONASS (GLONASST) berbeda dari tiga sistem waktu lainnya. Ini adalah sistem waktu atom yang mirip dengan waktu universal terkoordinasi (UTC). Sistem ini memperkenalkan detik kabisat selama operasi, menggunakan waktu Moskow sebagai patokan, dan menelusuri asal-usulnya ke waktu universal terkoordinasi UTC (SU) yang dikelola oleh Institut Metrologi Waktu Rusia.Waktu BeiDou (BDT) dihasilkan dan dipelihara oleh stasiun kendali utama BDS, dan dapat ditelusuri ke Waktu Universal Terkoordinasi (NTSC) yang dipelihara oleh Pusat Layanan Waktu Nasional. Waktu GPS (waktu GPS, GPST) dihasilkan dan dipelihara oleh stasiun kendali utama GPS dan dapat ditelusuri ke Waktu Universal Terkoordinasi UTC (USNO) yang dipelihara oleh Observatorium Angkatan Laut AS.[12]。Galileo时（Waktu Galileo, GST）直接溯源到国际计量局（Biro Berat dan Ukuran Internasional, BIPM）保持的协调世界时UTC(BIPM)。Waktu atom internasional (TAI) diukur dalam detik atom dan terakumulasi dari waktu universal (UT) 0:00 pada tanggal 1 Januari 1958. Pada saat itu, perbedaan antara waktu universal dan waktu atom internasional adalah nol, dan kemudian meningkat dari tahun ke tahun. Pada tahun 1972, untuk menyelaraskan perbedaan antara Waktu Atom Internasional dan Waktu Universal, diusulkan rencana kompromi, yaitu Waktu Universal Terkoordinasi (CUT). CUT didasarkan pada panjang detik TAI yang tepat. Ketika perbedaan antara CUT dan Waktu Universal melebihi 0.9 detik, detik kabisat ditambahkan secara artifisial sebesar 1 detik, sehingga perbedaan antara Waktu Universal dan CUT selalu berada dalam batas 0.9 detik.[13]Perbandingan waktu sistem dari empat sistem navigasi satelit utama ditunjukkan pada Tabel 4.

                                                      Meja4 GNSSPerbandingan sistem waktu

Berdasarkan analisis perbandingan, epoch awal GST ditetapkan 13 detik sebelum 1999-08-22T 00:00:00 (UTC) agar konsisten dengan GPST. Baik GST maupun GPST tertinggal dari TAI sebesar 19 detik.

Hubungan konversi antara setiap waktu sistem ditunjukkan pada Gambar 1.

gambar1 Hubungan konversi waktu sistem

4. Analisis perbandingan kinerja layanan GNSS

Kinerja layanan sistem navigasi satelit meliputi akurasi, integritas, kontinuitas, dan ketersediaan, di mana pengguna paling memperhatikan akurasi dan ketersediaan.Akurasi layanan mencakup akurasi penentuan posisi, akurasi pengukuran kecepatan, dan akurasi pengukuran waktu. Akurasi penentuan posisi adalah nilai statistik dari perbedaan antara posisi yang ditentukan pengguna menggunakan sinyal satelit dan posisi sebenarnya, termasuk akurasi penentuan posisi horizontal dan akurasi penentuan posisi vertikal. Akurasi pengukuran kecepatan adalah nilai statistik dari perbedaan antara kecepatan yang ditentukan pengguna menggunakan sinyal satelit dan kecepatan sebenarnya, yang umumnya merupakan kesalahan kecepatan ruang tiga dimensi. Akurasi pengukuran waktu adalah nilai statistik dari perbedaan antara waktu yang ditentukan menggunakan sinyal satelit dan waktu sistem navigasi satelit.Ketersediaan layanan adalah rasio waktu layanan sistem terhadap waktu layanan yang diharapkan. Waktu layanan adalah waktu ketika ketersediaan pengenceran presisi posisi (PDOP) dan ketersediaan penentuan posisi dalam area yang ditentukan memenuhi persyaratan. Ketersediaan PDOP adalah persentase waktu di mana nilai PDOP memenuhi persyaratan ambang batas dalam area geografis atau spasial dan periode waktu yang ditentukan. Ketersediaan penentuan posisi adalah persentase waktu di mana akurasi penentuan posisi memenuhi persyaratan ambang batas dalam area layanan dan periode waktu yang ditentukan.Akurasi penentuan posisi sistem navigasi terutama ditentukan oleh dua faktor: ① nilai PDOP; ② kesalahan jangkauan setara pengguna (UERE). UERE terdiri dari kesalahan jangkauan pengguna (URE) dan kesalahan peralatan pengguna (UEE). Di antaranya: URE adalah jumlah kesalahan dalam pengamatan jarak dari satelit ke terminal pengguna yang disebabkan oleh kesalahan dalam orbit satelit navigasi dan kesalahan jam satelit, yang terutama ditentukan oleh sistem navigasi satelit; UEE adalah kesalahan yang disebabkan oleh efek multipath tanah dan noise loop penerima pengguna, dll., yang terutama ditentukan oleh lingkungan penggunaan dan desain penerima lokal.Berdasarkan spesifikasi kinerja layanan dan materi konferensi resmi terbaru dari BDS, GPS, Galileo, dan GLONASS.[3,14-17]Parameter kinerja layanan publik dari setiap sistem navigasi satelit global diurutkan, dan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 5. Pada Tabel 5, RMS (root mean square) mewakili akar kuadrat rata-rata.

                                                 Meja5  RUPSUngkapkan parameter kinerja layanan

Faktanya, kinerja terukur dari setiap sistem navigasi satelit lebih baik daripada kinerja layanan publik yang dijanjikan. Menurut laporan Kantor Manajemen Satelit China pada pertemuan Komite Internasional ke-14 tentang Sistem Navigasi Satelit Global (ICG) pada tahun 2019.[18]Akurasi posisi horizontal terukur dari BDS B1I/B3I adalah 3.6 m (hasil dengan keandalan 95%), akurasi posisi ketinggian adalah 6.6 m (hasil dengan keandalan 95%), akurasi pengukuran kecepatan adalah 0.05 m/s (hasil dengan keandalan 95%), dan akurasi waktu adalah 9.8 ns (hasil dengan keandalan 95%). Akurasi posisi horizontal terukur dari B1C/B2a adalah 2.4 m (hasil dengan keandalan 95%), akurasi posisi ketinggian adalah 4.3 m (hasil dengan keandalan 95%), akurasi pengukuran kecepatan adalah 0.06 m/s (hasil dengan keandalan 95%), dan akurasi waktu adalah 19.1 ns (hasil dengan keandalan 95%).Menurut Kantor Koordinasi Nasional Konferensi ICG ke-14 tahun 2019室（Kantor Koordinasi Nasional, NCO）的报告[19]Hasil statistik dari tanggal 14 November 2018 hingga 13 November 2019 menunjukkan bahwa rata-rata URE GPS adalah 0.514 m, URE pada hari terbaik adalah 0.362 m, dan URE pada hari terburuk adalah 0.666 m. Menurut laporan Badan Antariksa Eropa pada Konferensi ICG ke-14 tahun 2019.[20-21], URE satelit Galileo yang dihitung pada September 2019 adalah 0.27 m (hasil di bawah keandalan 95%), dan akurasi penentuan posisi terburuk yang dipantau di wilayah khatulistiwa adalah 2.79 m (hasil di bawah keandalan 95%).

5 Kesimpulan

Artikel ini melakukan perbandingan detail dari empat sistem GNSS yang ada, menganalisis karakteristik konstelasi sistem tersebut, dan menunjukkan keunggulan konstelasi gabungan BOS MEO/IGSO/GEO; merangkum sistem sinyal dari setiap sistem navigasi, menyoroti keunggulan kompatibilitas dan interoperabilitas multi-sistem serta pengkodean informasi BDS; melakukan analisis perbandingan sistem koordinat dan sistem waktu dari setiap sistem; menganalisis kinerja layanan sistem navigasi satelit.Parameter kinerja layanan dari setiap sistem navigasi dirangkum.Melalui analisis komparatif, dapat dilihat bahwa setelah globalisasi BDS, teknologi ini telah maju, memiliki fungsi yang lengkap, kinerja yang sangat baik, kompatibilitas dan interoperabilitas yang sangat baik dengan GPS dan Galileo, serta memiliki hak kekayaan intelektual yang sepenuhnya independen. Saat ini, BDS berada pada tahap berjalan sejajar dengan GPS, yang memberikan jaminan penting bagi BDS untuk mendunia dan menjadi arus utama internasional. Dengan terus berinvestasi besar-besaran di bidang sumber daya dan tenaga kerja, diharapkan BDS akan memimpin GNSS asing dalam waktu dekat.

Artikel ini dicetak ulang dari "Surveying and Mapping Academic Information" untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.