Thursday, 8 December 2016

PENGAMATAN TEC DAN SINTILASI MENGGUNAKAN PERALATAN GRBR



PENGAMATAN TEC DAN SINTILASI MENGGUNAKAN PERALATAN GRBR 

(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