M Rory A - 6 [PDF]

Citation preview

Muhammad Rory A



GEOSAT



15115038 1. Hubungan Antara Sistem Waktu dan Sistem Koordinat. Untuk mendefinisikan sistem koordinat kita memerlukan sistem waktu sebagai acuan untuk mendapatkan sistem referensi koordinat. Sehingga dalam Geodesi Satelit, sistem waktu berperan dalam pendefinisian sistem referensi koordinat, baik itu sistem CIS, CTS, Ellipsoid, ICRS, maupun ITRS, sebagaimana yang telah kita pahami sebelumnya. Sistem waktu diperlukan untuk ‘menghubungkan’ ukuran waktu yang biasa kta gunakan (tahun, bulan, hari, jam, menit, detik) dengan fenomena fisik maupun geometrik yang diukur / diamati. Di samping itu, sistem waktu juga diperlukan dalam penentuan jarak ke satelit, penentuan orbit satelit, serta studi rotasi bumi dan parameter-parameter orientasi bumi lainnyaPada dasarnya ada 3 sistem waktu yang umum digunakan dalam Geodesi Satelit, yaitu: 1.



Waktu bintang (sidereal time) dan waktu matahari (universal / solar time) yang berdasarkan rotasi harian bumi.



2.



Waktu dinamik, yang berdasarkan pada pergerakan benda-benda langit (celestial bodies) dalam sistem matahari.



3.



Waktu atom, yang berdasarkan pada osilasi elektromagnetik yang dikontrol atau dihasilkan oleh transisi kuantum dari suatu atom.



SISTEM WAKTU MATAHARI Waktu matahari ( solar or universal time ) berkaitan dengan rotasi bumi dan juga revolusi bumi sekeliling matahari. Secara kuantitatif epok waktu matahari adalah sudut waktu ( hour angle ) dari matahari. Secara lebih spesifik, klasifikasi dari beberapa sistem waktu di atas diberikan pada tabel berikut. Proses Jenis Periodik



Kategori



Rotasi Bumi



Revolusi Bumi



Osilasi Atom



-



Universal Time (UT)



-



Greenwich Sidereal Time (GST)



-



S.W. Matahari



-



S.W. Bintang



-



Ephemeris Time (ET)



-



S.W. Dinamik



-



Terrestrial Dynamic Time (TDT)



-



S.W. Dinamik



-



Barycentic Dynamic Time (TDB)



-



S.W. Dinamik



-



Geocentric Coordinate Time (TCG)



-



S.W. Dinamik



-



Barycentric Coordinate Time (TCB)



-



S.W. Dinamik



-



International Atomic Time (IAT)



-



S.W. Atom



-



UT Coordinated (UTC)



-



S.W. Atom



-



GPS Time



-



S.W. Atom



Akhirnya, perlu juga dicatat bahwa umumnya ada dua aspek dari waktu, yaitu epok (kala) dan interval. Epok mendefinisikan secara presisi waktu kejadian suatu fenomena atau pengamatan, dan interval adalah selang waktu antara dua epok.



Karena pergerkan matahri sejati ( apparent sun ) sepanjang ekliptika tidak uniform, maka matahari sejati kurang ideal untuk pendefinisian sistem waktu. Yang sebaiknya di gunakan adalah matahari khayal ( fictious sun ) atau matahari menegngah ( mean sun ) yang dikarakterisasi dengan pergerakan yang uniform sepanjang ekliptika. Dalam sisetm ini jam nol ( 00 : 00 ) suatu matahari adalah pada saat matahari menengah berkulminasi bawah. Satu hari matahari didefinisikan sebagai interval waktu antara dua kulminasi bawah yang berurutan dari matahari menengah di meridian tertentu. Oleh sebab itu, sistem waktu matahari menengah ( mean solar time, MT ) dapat dirumuskan sebagai :



MT = sudut waktu matahari menengah + 12 jam GMT ( Greenwich Mean Solar Time ) Ini merupakan sistem waktu matahari yang referensinya meridian Greenwich. Sudut waktu mataharinya di hitung dari meridian greenwich dengan meridian dimana mtahari itu dijadikan acuan, jadi satu hari matahri didefinisikan sebgai interval waktu antara dua kulminasi bawah yang berurutan dari matahari menengah di meridian Greenwich. Univesal Time ( UT ) Universal time ( UT ) adalah waktu matahari menengah yang bereferensi ke meridian Greenwich ( Greenwich Mean Solar Time, GMT ). UT akan dipengaruhi oleh adanya ketidak teraturan pada rotasi bumi. Variasi ini dapat brupa variasi musim dan variasi-variasi periodik lainnya ( variasi harian ), serta fluktuasi-fluktuasi yang tidak teratur sifatnya. Karena itu maka UT dikategorikan atas beberapa jenis yaitu UT0,UT1,dan UT2, dimana 



UT0 adalah UT dari hail pengamatan ini sama dengan UT yang merupakan waktu meridin menengah yang bereferensi ke meridian Greenwich.







UT1 adalah UT0 dari hasil pengamatan tadi telah dilakukan koreksi gerakan kutub. Jadi bisa dituliskan bahwa :



UT1 = UT0 + koreksi gerakan kutub. Perlu diingat bawawa UT1 adalah reperensi dari rotasi bumi yang sebenarnya dan punya peran penting karena beberapa hal yaitu : a. UT1 adalah skala waktu fundamental dalm astronomi geodesi dan geodesi satelit. b. UT1 mendefinisikan orientasi sebenarnya dari CTS dalam ruang c. UT1 adalah sistem waktu dasar untuk navigasi 



UT2 adalah UT1 ditambah koreksi variasi musim, dalam hal ini UT0 yang telah mendapat koreksi pergerkan kutub (UT1 ) masih memiliki variasi musim oleh karena itu pada UT2 akan ditambah koreksi variasi musim. UT2 masih dipengaruhi oleh variasi sekular dan fluktuasi yang tidak teratur. Sedangkan untuk UT1 vaiasi musi masih ada.



Dalam proses penentuan nilai UT1 dan UT2, pada saat ini ada sekitar 50-an stasiun pengamat didunia yang menentukan LMST ( Local Mean Sidereal Time ) nya.LMST ini kemudian ditransformasikan ke UT0, melalui LMT ( Local Mean Solar Time ) dengan hubungan sebagai berikut :



LMT = ( LMST - αm ) + 12h, UT0 = LMT –λ, Dimana αm adalah asensiorekta dari matahari menengah dan λ adalah bujur dari stasiun pengamat; seperti yang diilustrasikan pada gambar di bawah ini :



UNIVERSAL TIME, U.T.



Setiap stasiun pengamat kemudian mengirimkan UT0-nya ke BIH di Paris. BIH kemudian mengaplikasikan koreksi-koreksi garakan kutub dan variasi ke seluruh UT0. proses smoothing kemudian diterapkan untuk menentukan harga tunggal UT1 dan UT2 yang bersifat internasional. Dalam penentuan UT1 dan UT2 perlu dicatat bahwa koreksi gerakan kutub berbeda untuk setiap stasiun pengamat; sedangkan koreksi musim sama untuk setiap stasiun. Pada saat ini ketelitian tipikal dari hasil estimasi UT1 adalah sekitar 0,02 ms.



SISTEM WAKTU ATOM Sistem waktu atom ( Atomic Time , AT ) didasarkan pada osilasi elektromgnetik yang dihasilkan oleh transisi kuantum waktu atom. TAI ( Intarnasional Atomic Time )



TAI merupakan waktu atom internasional yang ditentukan dengan mengambil nilai rata-rata ( dengan pembobotan ) dari pembacaan seluruh jam yang terlibat. TAI ditentukan dan ditetepkan dan dijaga oleh BPIM di Paris. Meskipun secara resmi diberlakukan sejak Januari 1972, TAI sudah tersedia sejak Juli 1955 [ NIST , 2000]. Sampai Nov. 1999 TAI ditentukan berdasarkan data dari sekitar 50 laboratorium yang mengoperaikan sekitar 200 jam ( osilator ) atom di seluruh dunia. UTC ( Universal Time Coordinat ) UTC adalah skala waktu terkoordinasi yang dijaga oleh the Bureau Internasional des Poids et Measures ( BPIM ), dan diadopsi sejak tahun 1972. UTC didasarkan pada bacaan rata-rata dari sekitar 70 jam atom Cesium dan beberapa Hidrogen Maser dari seluruh dunia. Pada skala waktu ini detik yang digunakan adalah detik SI, yaitu detik atom yang didefinisikan oleh frekuensi resonansi dari atom Cesium. UTC punya peran yang strategis karena ia adalah basis yang digunakan untuk desiminasi tanda waktu dan frekuensi standar saat ini di dunia.kecepatan waktu sistem ini sama dengan jam atom TAI, tetapi berbeda senilai bilangan integer detik ( leap second ). Dalam hal ini penunjukan waktu UTCdibuat selalu dekat dengan penunjukan waktu astronomis UT1, yaitu dalam batas interval 0,9 s. seandainya perbedaan keduanya melebihi 0,9s maka leap second akn ditambahkan atau dikurangkan ke UTC, bergantung pada kecepatan rotasi bumi. WAKTU GPS Waktu GPS adalah sistem waktu yang digunakan oleh sistem satelit navigasi GPS ( Global Positioning System ), hubungan waktu GPS dengan waktu atom bisa dituliskan sebagai berikut : TAI = Waktu GPS + 19.000” ( offset konstan ) Sedangkan hubungan waktu GPS dengan UTC adalah : Waktu GPS = UTC + 1.00” . n – 19.000” Dari hubungan-hubungan juga terlihat bahwa UTC dan waktu GPS pada prinsipnya adalah sistem-sistem waktu atom. Hubungan antara sistem waktu atom dengan sistem-sistem waktu lainnya diatas ditunjukkan seperti gambar dibawah ini :



Hubungan antara sistem waktu atom dengan sistem waktu lainnya.



2. Istilah-istilah dalam Sistem Waktu Geodesi Satelit a) GMT GMT atau Greenwich Mean Time, atau "Mean Waktu Greenwich", adalah mean waktu matahari seperti yang dilihat dari Royal Greenwich Observatory (Observatorium Kerajaan di Greenwich), yang terletak di dekat London, Inggris, yang melalui konvensi dikenal terletak di 0 derajat longitude. Secara teori, tengah hari (noon) Mean Waktu Greenwich adalah saat dimana matahari melewati Meridian Greenwich (dan mencapai titik tertinggi di langit di Greenwich). Karena Bumi memiliki kecepatan yang tidak teratur dalam orbit elipsnya, kejadian ini (tengah hari di Greenwich) bisa 16 menit berbeda dari waktu matahari nyata (apparent solar time) perbedaan ini dikenal sebagai persamaan waktu. Namun tengah hari Greenwich ini diambil rata-ratanya sepanjang tahun, dengan menggunakan mean matahari. Dengan berkembangnya Britania sebagai negara maritim, para pelaut mencocokan jam mereka ke waktu GMT, untuk mengukur jauhnya lokasi longitude mereka dari "meridian Greenwich". Ini tidak mempengaruhi jam di atas kapal sendiri, yang mana menggunakan waktu matahari. Fenomena ini, digabungkan dengan pelaut-pelaut dari negara lain yang menggunakan metode Nevil Maskelyne untuk mengukur jarak bulan berdasarkan pengamatan di Greenwich, akhirnya menuju penggunaan GMT sebagai referensi waktu di seluruh dunia. Walau tidak mempengaruhi waktu di tempat, hampir semua zona waktu berdasarkan referensi ini dihitung sebagai beberapa jam (atau setengah jam) lebih cepat atau lebih lambat dari GMT.



Zona waktu Eropa Biru UTCWET GMT, Merah CET/MET, Hijau EET, Khaki MSK



b) UT0 UT (Universal Time) adalah waktu matahari menengah dengan referensi meridian Greenwich (GMT). Ketidakaturan rotasi Bumi akan memengaruhi UT. UT0 adalah salah satu variasi dari UT. UT0 didefinisikan sebagai nilai pengamatan UT. Penghitungan waktu universal berdasarkan pengamatan pergerakan harian bintang atau dari gelombang radio ekstragalaksi, juga dari pengamatan bulan dan satelit-satelit lain yang mengelilingi Bumi. Namun hasil pengamatan tersebut yang notabene akan menjadi nilai UT0 belum dikoreksi terhadap gerakan kutub Bumi. Pergerakan ini dapat menimbulkan perbedaan posisi geografis suatu tempat di Bumi sejauh beberapa meter. Pengamat akan mendapatkan nilai UT0 yang berbeda walaupun mengamati pada saat yang bersamaan.



c) UT1 UT1 adalah variasi lainnya dari UT (Universal Time). Apabila UT0 adalah nilai pengamatan yang belum dikoreksi, maka UT1  UT 0  koreksi gerakan kutub Waktu GPS = UTC + 1.00" . n - 19.000"



Kerena pada dasarnya, UT dipengaruhi oleh variasi rotasi Bumi, oleh sebab itu variasi



UT



itu



sendiri



bermacam-macam.



UT1



adalah



nilai



yang



memperhitungkan variasi gerakan kutub. UT1 adalah representasi dari rotasi Bumi yang mempunyai peran penting, antara lain: 



Sebagai skala waktu fundamental dalam astronomi geodesi dan geodesi satelit







Mendefinisikan orientasi riil dari CTS dalam ruang







Dipakai sebagai sistem waktu dasar pada navigasi



Awal penentuan nilai UT1 (dan juga UT2) dilakukan oleh stasiun-stasiun pengamat di Bumi yang saat ini berjumlah sekitar 50 buah dengan cara menentukan LMST (Local Mean Sidereal Time). Lalu setelah dikonversi menjadi UT0, setiap stasiun mengirimkannya ke stasiun pusat di Paris. Stasiun inilah yang memasukkan harga koreksi kutub untuk UT0 agar mendapat nilai UT1. Perlu diingat harga koreksi kutub berbeda antar stasiun pengamat. Pada saat ini tingkat ketelitian UT1 mencapai 0,02 ms. d) UT2 UT2 adalah variasi lainnya dari UT0. Apabila UT1 adalah variasi yang memperhitungkan



gerakan



kutub,



memperhitungkan variasi musim.



maka



UT2



adalah



variasi



yang



UT 2  UT 0  koreksi variasi musim



Proses penentuannya mirip dengan proses penentuan nilai UT1. e) TAI International Atomic Time (TAI) merupakan realisasi dari TT (Terrestrial Time). TAI ditetapkan dan dijaga oleh Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) di Paris. Sampai November 1999 TAI ditentukan oleh 50 laboratorium yang menyebar di seluruh dunia. Terdapat 200 jam (osilator) atom yang dioperasikan di laboratorium-laboratorium tesebut. TAI mengambil nilai rata-rata dari pembacaan nilai pada jam yang terlibat. Pada prinsipnya ada beberapa jenis jam atom, seperti pada tabel berikut. Tipe Osilator



Frekuensi Osilasi



Stabilitas per hari



Waktu untuk



(Hz)



(df/f)



Kehilangan 1 detik (tahun)



Kristal Quartz



5 000 000 (tipikal)



10-9



30



Rubidium



6 834 682 613



10-12



30 000



Cesium



9 192 631 770



10-13



300 000



Hidrogen Maser



1 429 405 751



10-15



30 000 000



Karakteristik dari beberapa jenis jam atom [Leick, 1995]



f) UTC Universal Time Coordinated atau lazim disingkat UTC, adalah skala waktu yang terkoordinasi. Persamaan UTC dengan TAI adalah keduanya dijaga oleh lembaga yang sama, BIPM. Diadopsi sejak tahun 1972, UTC berdasar pada bacaan rata-rata atom Cesium dan beberapa Hidrogen Maser dari seluruh dunia. 1 detik UTC artinya adalah frekuensi resonansi atom Cesium.



Persamaan lainnya dengan TAI adalah kecepatan jam UTC sama dengan jam atom TAI, namun berbeda senilai bilangan integer detik (leap seconds). Dalam hal penentuan waktu, UTC dibuat selalu dekat dengan penunjukan waktu UT1, yaitu dalam batas 0,9 s. Bila lebih dari 0,9 s maka leap seconds akan ditambahkan atau dikurangkan ke UTC, bergantung pada kecepatan rotasi Bumi. Peran UTC cukup strategis, yaitu sebagai basis yang digunakan untuk desimasi tanda waktu dan frekuensi standar saat ini di dunia. g) Waktu GPS Adalah sistem waktu yang digunakan GPS (Global Positioning System). Hubungannya dengan waktu atom adalah TAI  Waktu GPS  19.000"(offset konstan)



Hubungannya dengan UTC adalah Waktu GPS = UTC + 1.00" . n - 19.000" n = leap second



Dari hubungan-hubungan di atas terlihat bahwa prinsip UTC dan waktu GPS adalah sistem waktu atom.



3. a. Dalam penanggalan sipil, waktu dapat ditransfomasikan ke waktu Julian dengan menggunakan algoritma tertentu. Apabila dalam waktu sipil, tahun dinyatakan dalam bilangan bulat Y, bulan dinyatakan dengan bilangan bulat M. Hari dinyatakan dengan bilangan bulat D, dan jam dinyatakan dengan bilangan pecahan UT, maka waktu tersebut dalam penanggalan julian dihitung dengan menggunakan formulasi



berikut, yang menurut [Hoffmann-Wellenhof et al., 1992] berlaku untuk epok antara Maret 1900 sampai Februari 2100: JD = INT [365,25 y]+ INT [30,6001(m+1)] + D + UT/24 + 1720981,5 Pada rumus diatas : INT(.) = bilangan bulat dari bilangan pecahan (.) y = Y – 1 dan m = M+12, bila M < 2 y = Y dan m= M, bila M > 2 pada pemanfaatan sistem satelt navigasi GPS, maka minggu GPS yang umum dinyatakan dengan parameter WEEK dapat dihitung dari waktu Julian JD dengan formulasi berikut : WEEK = INT [(JD – 244424,5)/7] Dari formulasi diatas dapat kita buat suatu program kecil dengan mengunakan program aplikasi MATLAB. Adapun syntax dalam aplikasi MATLAB yang ditulis kedalam file berekstensi *.m (M-File) adalah : format long g disp ('Transformasi Waktu Sipil ke Waktu Julian') disp (' ') Y = input (' masukan waktu tahun sipil='); %inputan bulan sesuai dengan urutan penomoran bulan M= input ('masukan bulan waktu sipil='); D= input ('masukan tanggal waktu sipil='); UT= input ('masukan jam UT waktu sipil='); %PROSES if(M