PENGAMATAN
TEC DAN SINTILASI MENGGUNAKAN PERALATAN GRBR
(GNU Radio Beacon Receiver)
(GNU Radio Beacon Receiver)
TEC adalah kandungan electron total dalam suatu silinder
berpenampang 1 meter persegi yang panjangnya sama dengan jarak dari satelit ke
penerima GPS dengan pengamatan gangguan
yang berkenanaan lapisan ionosphere, solar flare, magnetic storm dan solar
eclipse . Dalam kondisi normal pengaruh ionosfer pada sinyal GPS berkisar
antara beberapa meter sampai beberapa puluh meter. Scintilasi adalah gejala
menurunnya intensitas gelombang radio setelah melalui ionosfer, berupa
fluktuasi amplitudo dan fasa yang cepat, akibat ketidak beraturan lapisan
ionosfer. GRBR Kototabang merupakan sistem
ground based berbasis GNU Radio mengukur TEC (Total
Electron Content di lapisan ionosfer disamping itu alat ini juga mampu
menghasilkan data Scintilasi (S4) dengan menggunakan sistem penerima
radio beacon satelit berbasis free software GNU Radio telah mampu menghasilkan data untuk melengkapi data
penelitian dilapisan ionosphere
Ionosfer adalah bagian atmosfer yang
terionisasi oleh radiasi matahari. Lapisan ini berperan penting bagi
keelektrikan atmosfer dan membentuk batas dalam lapisan magnetosfer. Fungsi
utamanya, di antara fungsi-fungsi yang dimilikinya, adalah mempengaruhi
rambatan radio ke tempat-tempat yang jauh di muka bumi. Jumlah electron dan ion
bebas pada lapisan ionosfer ini bergantung pada besarnya intensitas radiasi
matahari serta densitas gas pada lapisan tersebut [Davies, 1990]. Lapisan
ionosfer yang mengalami ionisasi oleh radiasi matahari kira-kira terletak 50 km
hingga 1200 km diatas permukaan bumi. Adanya sinar matahari dan radiasi kosmik
menyebabkan molekul-molekul gas yang bersifat netral di atmosfer mengalami
ionisasi. Energi ionisasi ini berasal dari energi proton yang memecahkan ikatan
electron dengan atom induknya, sehingga menghasilkan sejumlah elektron bebas
yang bermuatan [Klobuchar, 1991]. Pengamatan ionosfer dapat dilakukan dengan 2
teknik yaitu teknik direct (in-situ) yaitu dengan menggunakan roket dan
satelit, dan Teknik remote dengan menggunakan ionosonde (HF), radar (VHF) dan
satelit (GPS). Pengukuran
GPS biasanya digunakan untuk menyelidiki struktur dan dinamika ionosfer.
Pembentukan GPS
telah menyediakan seperangkat alat baru untuk penelitian
ionosfer penyimpangan dan efeknya pada propagasi gelombang radio (Aarons et al, 1996; Kelly et al, 1996;.. Musman et al,
1997.). Global Positioning System (GPS) terdiri dari 24 satelit, merata dalam 6 bidang orbital di seluruh dunia pada
ketinggian 20.200 km. Satelit
GPS memancarkan sinyal-sinyal gelombang elektromagnetik yang sebelum diterima
oleh ntenna receiver GPS akan melewati medium lapisan-lapisan atmosfer yaitu
ionosfer dan troposfer. Dalam kedua lapisan ini, sinyal GPS akan mengalami
gangguan (bias), sehingga jarak yang dihitung akan memberikan nilai yang
mengandung kesalahan. Jarak ini dibutuhkan untuk menghitung posisi. Dalam
lingkup kajian GPS, kedua lapisan ini menjadi bias tersendiri yang harus
dikoreksi sebelum menentukan posisi titik yang kita inginkan. Jumlah elektron
persatuan volume adalah besaran yang paling penting untuk berbagai keperluan
aplikasi perambatan gelombang radio yang dapat dikaitkan dengan jumlah
kerapatan elektron maksimum. Elektron-elektron bebas di ionosfer akan
berpengaruh pada sinyal GPS yang melaluinya. Pengaruh ini berupa perambatan
kecepatan sinyal kode GPS saat menjalar melalui ionosfer sehingga waktu
propagasi dari satelit sampai penerima GPS akan mendapatkan tambahan waktu yang
sangat tergantung pada total electron content (TEC) ionosfer dan frekwensi
sinyal GPS yang digunakan. TEC adalah jumlah elektron dalam kolom dengan luas
penampang 1m2 sepanjang lintasan antara anatar dua titik (point)
yang dinyatakan dengan satuan TECU (TEC Unit) dimana 1 TECU sebesar 1016 elektron/m2
(Abdullah M, 2009). Dalam kondisi normal
pengaruh ionosfer pada sinyal GPS berkisar antara beberapa meter sampai
beberapa puluh meter. Saat terjadinya badai ionosfer bias ionosfer bias
mencapai diatas 100 meter. Untuk mendapatkan penentuan posisi dengan presisi
yang tinggi kesalahan yang bersumber dari ionosfer harus diestimasi agar dapat
dieliminir dalam pengamatan GPS. Estimasi pengaruh ionosfer ini berpengaruh
penting untuk penelitian cuaca antariksa dan aplikasi pengamatan bumi dari
satelit, penelitian prekusor gempa bumi melalui ionosfer, irregularitas
ionosfer dan proses kopling atmosfer-ionosfer melalui gelombang gravitasi atau
medan listrik (Buldan M, 2006). Beberapa metode pemodelan ionosfer telah
dikembangkan meliputi model Klobuchar, koreksi frekwensi ganda, metode
differensial dan pemodelan jaringan area luas, regional dan lokal.
Masing-masing metode tersebut sesuai untuk kondisi dan syarat-syarat tertentu.
Untuk keperluan penentuan posisi absolute, model Klobuchar atau frekwensi ganda
dapat digunakan tergantung dari tipe alat penerima sinyal GPS yang digunakan.
Model Klobuchar diturunkan secara empiris dari klimatologi ionosfer jangka
panjang. Model tersebut dirancang untuk pengguna GPS frekwensi tunggal. Model
ini memiliki akurasi sekitar beberapa meter untuk daerah lintang tengah
(Klobuchar,1987). GNU Radio Beacon Receiver (GRBR) merupakan ground base yang
digunakan untuk mengukur TEC ( Total electron content ) di lapisan ionosfer.
GRBR akan menerima sinyal yang di pancarkan
dari Low Earth Orbit Satellites (LEOS) . GRBR menggunakan dua sinyal frekwensi
yaitu 150 MHz dan 400 MHz. Dengan fungsi utamanya menyediakan informasi tentang
struktur ionosfer.
Data yang digunakan pada tulisan
ini adalah data dari GNU Radio Beacon Receiver (GRBR) SPD Kototabang.
Pengamatan dengan menggunakan data TEC meter dan GPS Sintilasi (S4) tanggal 04
April 2010 dengan menggunakan bahasa pemograman matlab.
Dalam
pengamatan data TEC dan Sintilasi (S4) digunakan peralatan GNU Radio Beacon
Receiver (GRBR) SPD Kototabang. Data yang diperoleh dari pengamatan ini dijadikan
diolah dengan menggunakan bahasa pemograman matlab versi 7.6.0 (R2008a). Kerangka teoritis pengukuran TEC
Beacon dibahas, misalnya, oleh
Davies (1980) dan referensi dalamnya Propagasi
gelombang radio dalam plasma dengan indeks
bias n dinyatakan sebagai berikut :
Dimana U adalah amplitude, f
adalah Frekwensi, cp adalah
phase velocity, c= 2.9998 x 108 ms-1
adalah kecepatan cahaya, x adalah
posisi dan t adalah waktu. Indeks bias n
di VHF atau frekuensi yang
lebih tinggi dapat secara sederhana digambarkan oleh fungsi f [Hz]. kepadatan
dan jumlah elektron bebas dalam plasma N [m-3] sebagai
Dimana :
adalah permittivity
ruang bebas, e = -1.602 x 10-19C
dan m = 9.109 x 10-31 kg
adalah muatan dan massa dari masing-masing electron. Total phase Ψ panjang
perjalanan L digambarkan sebagai
berikut :
Dimana ∫ N dx
adalah TEC, dan η adalah fase sistem
dimana tidak diketahui konstantnya. Kita dapat
menghilangkan L dengan menggunakan dua gelombang radio pada f1= pfr dan f2 =qfr.
Dalam kondisi normal biasanya digunakan fr
= 50 MHz, p = 3, dan q = 8,
i.e., f1 = 150 MHz dan
f2 = 400MHz. Phase yang sesuai untuk kedua frekwensi adalah Ψ1 dan Ψ2, dan untuk perbedaan phase
Φ pada fr dituliskan sebagai berikut
Pengukuran TEC dilakukan dengan dua frekwensi yang berbeda.
Bedasarkan gerak satelit TEC antara satelit dan radar penerima merupakan slant
TEC berbeda tiap waktunya. Hal ini disebabkan oleh perubahan sudut elevasi satelit dan
juga disebabkan oleh
variasi spasial plasma
ionosfer. Ground base receiver kemudian akan
mengukur variasi relative dari slant TEC selama satelit melewatinya. Pada
dasarnya TEC dapat diperkirakan apalagi kalau kita memiliki dua atau lebih
lokasi data (Mamoru Yamamoto, 2008).
Gambar
1. Pengamatan Sintilasi (S4) menggunakan GRBR Kototabang tanggal 13 April 2010 Sinyal 150-MHz (warna merah) dan Sinyal 400-MHz
(warna hitam)
Gambar
2. Pengamatan Sintilasi (S4) menggunakan GRBR Kototabang tanggal 13 April 2010 dan satelit yang melaluinya.
Gambar 3. Pengamatan TEC menggunakan GRBR
Kototabang tanggal 13 April 2010
Dari hasil pengamatan yang dilakukan
pada tanggal 13 April 2010 dengan menggunakan GNU Radio Beacon Receiver (GRBR)
Kototabang dari hasil pengamatan yang dilakukan terlihat satellite
yang melintasinya seperti CNOF,COSMOS2407,FM6,CNOFS,OSCAR23, RADCAL,
FM5,OSCAR25,COSMOS2 429.
No comments:
Post a Comment