Abstrak
Global Positioning System (GPS) adalah sistem navigasi berbasis satelit yang memungkinkan penentuan posisi dan waktu secara presisi di mana saja di permukaan bumi.  GPS  menemukan  jarak  dengan  mengetahui berapa  lama  waktu  yang dibutuhkan  sinyal radio untuk  berpindah  dari  satutitik  ke  titik  lainnya.  Aljabar  linear, khususnya  matriks  augmented dan  metode eliminasi Gauss-Jordan dapat  diaplikasikan  untuk  menyelesaikan  masalah GPS pada studi kasus yakni pemrosesan sinyal GPS dalam lingkungan gangguan sinyal.
Pendahuluan
Global Positioning System (GPS) adalah sistem navigasi berbasis satelit yang memungkinkan pengguna untuk menentukan posisi dan waktunya di manapun di dekat permukaan bumi. GPS bekerja dengan menggunakan jaringan satelit yang mengorbit bumi dan mengirimkan sinyal gelombang mikro. Penerima GPS di bumi menerima sinyal ini dan menghitung posisi berdasarkan perbedaan waktu kedatangan sinyal dari beberapa satelit. Sistem ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari navigasi kendaraan, pelacakan, hingga penentuan waktu yang presisi.
Sistem pemosisian global (GPS) telah menjadi alat penting untuk navigasi dan pelacakan di berbagai bidang, termasuk transportasi, survei, dan pertanian. Namun, kinerja GPS dapat terpengaruh oleh berbagai gangguan sinyal, seperti multipath, kebisingan termal, dan interferensi. Gangguan ini dapat menyebabkan ketidakakuratan dalam perkiraan posisi, kecepatan, dan waktu (PVT).
Salah satu metode untuk mengatasi gangguan sinyal GPS adalah dengan menggunakan pemrosesan sinyal. Metode pemrosesan sinyal yang umum digunakan untuk GPS adalah metode eliminasi Gauss-Jordan. Metode ini dapat digunakan untuk menyelesaikan sistem persamaan linier yang dihasilkan dari pengukuran GPS.
Penerapan Matriks Augmentasi
Matriks augmentasi dapat digunakan untuk merepresentasikan sistem persamaan linier yang dihasilkan dari pengukuran GPS. Matriks augmentasi terdiri dari dua bagian: matriks koefisien dan vektor konstanta. Matriks koefisien berisi koefisien dari variabel yang tidak diketahui, sedangkan vektor konstanta berisi nilai-nilai yang diketahui.
Matriks Augmentasi dalam Pemrosesan Sinyal GPS
Matriks augmentasi adalah teknik yang digunakan untuk merepresentasikan sistem persamaan linier dalam bentuk matriks yang dapat diproses lebih lanjut dengan berbagai metode numerik, salah satunya adalah metode eliminasi Gauss-Jordan. Dalam konteks pemrosesan sinyal GPS, matriks augmentasi dapat digunakan untuk memodelkan hubungan antara sinyal yang diterima dari satelit dan posisi aktual receiver (penerima).
Misalkan kita memiliki beberapa satelit GPS yang mengirimkan sinyal ke receiver. Setiap sinyal dapat dinyatakan sebagai persamaan linier dengan bentuk umum:Â
Di mana (xi, yi, zi) adalah posisi satelit i, dan di  adalah jarak dari satelit i ke receiver. Untuk mengatasi lingkungan dengan gangguan, kita menggunakan metode least squares untuk memperkirakan posisi. Persamaan di atas dapat ditulis dalam bentuk linear:
[A|B]
Metode Eliminasi Gauss-Jordan
Metode eliminasi Gauss-Jordan adalah teknik untuk menyelesaikan sistem persamaan linear dengan mengubah matriks augmentasi menjadi bentuk eselon baris tereduksi (Reduced Row Echelon Form, RREF). Langkah-langkah dasar metode ini meliputi:
- Pilih pivot: Pilih elemen utama (pivot) dari baris pertama dan kolom pertama matriks.
- Normalisasi pivot: Bagi seluruh baris pivot dengan elemen pivot untuk membuat pivot menjadi 1.
- Eliminasi baris lain: Kurangi baris lain dengan kelipatan baris pivot untuk membuat elemen kolom pivot menjadi 0.
- Ulangi: Pindah ke baris berikutnya dan kolom berikutnya, ulangi langkah 1-3 sampai semua kolom telah diproses.
Dapat ditulis dalam bentuk matriks augmentasi:
Dengan menggunakan eliminasi Gauss-Jordan, kita transformasikan matriks ini menjadi bentuk RREF.
Aplikasi dalam Pemrosesan Sinyal GPS
Dalam lingkungan dengan gangguan sinyal, beberapa langkah tambahan perlu dilakukan:
- Koreksi data awal: Preprocessing sinyal untuk mengurangi noise dan interferensi.
- Pembobotan sinyal: Memberi bobot lebih tinggi pada sinyal dari satelit dengan sinyal lebih kuat dan andal.
- Eliminasi sinyal bermasalah: Menggunakan deteksi dan eliminasi anomali untuk menghilangkan sinyal yang tidak konsisten.
Contoh Kasus
Misalkan kita memiliki tiga satelit dengan koordinat dan jarak ke receiver sebagai berikut:
Melalui eliminasi Gauss-Jordan, kita transformasikan matriks ini menjadi RREF untuk menemukan solusi (x, y, z).
Dalam lingkungan dengan gangguan sinyal, langkah tambahan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
- Preprocessing Sinyal: Menggunakan filter untuk mengurangi noise pada data awal yang diterima dari satelit. Misalnya, menggunakan filter Kalman untuk menghaluskan sinyal yang diterima.
- Pembobotan Sinyal: Menghitung bobot untuk setiap sinyal berdasarkan kekuatannya. Sinyal yang lebih kuat mendapatkan bobot lebih tinggi dalam sistem persamaan:
di mana (w1, w2, w3) adalah bobot yang dihitung berdasarkan kekuatan sinyal masing-masing satelit.
dok. pri - Eliminasi Sinyal Bermasalah: Menggunakan metode deteksi anomali untuk mengidentifikasi dan menghilangkan sinyal yang mungkin terpengaruh oleh multipath atau refleksi yang menyebabkan kesalahan. Hal ini bisa dilakukan dengan menganalisis residual dari least squares solution.
Melalui proses ini, matriks augmentasi yang diperoleh mungkin akan memiliki elemen yang disesuaikan sesuai dengan bobot sinyal dan preprocessing:
Melalui eliminasi Gauss-Jordan, kita transformasikan matriks ini menjadi RREF untuk menemukan solusi (x, y, z) yang lebih akurat meskipun dalam lingkungan dengan gangguan sinyal.
Kesimpulan
Penerapan matriks augmentasi dan metode eliminasi Gauss-Jordan dalam pemrosesan sinyal GPS memungkinkan peningkatan akurasi penentuan posisi dalam lingkungan dengan gangguan sinyal. Dengan mengubah sistem persamaan non-linear menjadi bentuk linear dan menyelesaikannya menggunakan teknik eliminasi, kita dapat memperkirakan posisi dengan lebih tepat. Metode ini menjadi alat yang kuat dalam mengatasi tantangan pemrosesan sinyal GPS di berbagai kondisi lingkungan.
Daftar Pustaka
https://ieeexplore.ieee.org/document/6425105
https://en.wikipedia.org/wiki/Augmented_matrix
https://ieeexplore.ieee.org/document/9189308/
https://en.wikipedia.org/wiki/Gaussian_elimination
https://gssc.esa.int/navipedia/index.php/Receiver_Operations
https://doi.org/10.3390/electronics13030508
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
