Hal pertama, yang anda sentuh bukanlah GPS tapi penerima sinyal GPS

Sekarang ini mulai banyak perangkat yang memanfaatkan layanan GPS untuk mendapatkan kordinat lokasi, mulai dari jam tangan, kamera sampai navigasi pesawat terbang. Teknologi GPS adalah contoh dari sistem yang dikenal dengan nama GNSS (Global Navigation Satellite System). GNSS adalah teknologi navigasi yang terdiri dari beberapa  satelit di angkasa. GPS adalah GNSS milik Amerika Serikat. GPS terdiri dari tiga segment: segmen antariksa/luar angkasa (satelit), segmen kontrol (stasium pemantau), dan segmen pemakai/user. Sedangkan alat yang menampilkan kordinat dan menunjukkan arah adalah alat penerima sinyal GPS atau alat  navigasi yang memanfaatkan sinyal GPS.

Hal kedua, ada 32 satelit yang berkeliling di orbit bumi 2 kali sehari.

Seluruh satelit-satelit ini berkeliling dengan kecepatan sekitar 11 ribu km/jam pada ketinggian sekitar 20000 km di atas permukaan bumi. Orbit satelit-satelit ini dirancang sehingga di manapun kita berada di bumi, dalam satu saat paling tidak alat penerima yang kita pakai bisa menerima sinyal dari minimal 4 buah satelit. Satelit-satelit milik pemerintah USA ini dirancang untuk bertahan 10 tahun dengan tenaga matahari. Negara-negara lain juga mulai meluncurkan sistem GNSSnya sendiri.

Hal ketiga, ada 6 stasiun pemantau di seluruh dunia.

Ada sebuah segmen kendali yang terdiri dari sebuah Master Control Station yang ada di Colorado, USA dan 6 stasiun yang bekerja otomatis di seluruh dunia, memantau kinerja satelit-satelit ini dan memberikan sinyal koreksi pada satelit.

Hal keempat, GPS sebenarnya adalah timing device.

Prinsip kerja GPS pada dasarnya mirip dengan triangulation dengan DME, di mana range dari beberapa stasiun pemancar menentukan di mana posisi receiver. GPS receiver menghitung jarak dari antena penerima ke satelit yang "visible". Jarak dihitung dengan menggunakan time-of-flight dari sinyal elektromagnetik yang dipancarkan oleh satelit GPS.

Hal kelima, selain noise di signal yang diterima receiver ada beberapa hal lain yang bisa menyebabkan error pada perhitungan kordinat atau tampilan lokasi.

  1. Gangguan Ionosfer dan troposfer yang menyebabkan sinyal satelit melambat saat melewati atmosfer. Ionosfer pada dasarnya terdiri dari "charged particle soup" yang menyebabkan perubahan karakteristik perambatan sinyal elektromagnetik (tidak lagi merambat pada kecepatan cahaya). Ini menyebabkan error pada perhitungan range ke satelit. Solar storm yang terjadi baru-baru ini menyebabkan Ionosfer menjadi sangat aktif dan bisa menyebabkan kesalahan pada kalkulasi posisi. Error karena ionosfer dan troposfer dapat di-hilangkan dengan menggunakan differential correction, yang dikenal dengan differential GPS (DGPS). Koreksi ini bisa didapat melalui salah satunya adalah WAAS (Wide-area augmentation system) milik Amerika Serikat. Ionosfer dan troposfer error cenderung lebih besar di ekuator daripada di bagian utara/selatan bumi.
  2. Orbital error, kesalahan dalam posisi satelit melaporkan posisi sebenarnya.
  3. Clock error: Jam di dalam alat penerima GPS tidak seakurat jam atom dari satelit dan kesalahan perbedaan waktu sedikit saja bisa menyebabkan kesalahan dalam perhitungan yang akurat. Cepat rambat cahaya di ruang vakum adalah 300,000 km/s. Artinya untuk mendapatkan jarak dengan akurasi 30 m, perlu jam dengan presisi 1 microsecond. Untuk standard positioning service (SPS) yang dipakai oleh pengguna sipil, clock bias error pada receiver dikoreksi setiap epoch signal satelit di-akuisisi. Setelah beberapa menit akuisisi signal GPS, clock error dapat "disetir" agar menjadi lebih akurat untuk akuisisi berikutnya. Ini dikenal dengan istilah clock-steering.
  4. Visibilitas Satelit: Semakin banyak jumlah satelit yang sinyalnya dapat diterima oleh alat penerima GPS, lebih baik akurasinya. Bangunan,  batu dan pegunungan, dedaunan lebat, interferensi elektronik, pokoknya semua yang menghalangi sinyal dapat menyebabkan kesalahan  posisi dan kadang-kadang membuatnya tidak dapat terbaca sama sekali. Penerima GPS tidak bekerja di dalam ruangan, di bawah air dan dalam tanah.
  5. Satellite Shading : Sinyal dapat bekerja dengan baik jika satelit berada pada sudut yang lebar satu sama lain. Kalau beberapa satelit berada pada garis lurus terhadap penerima maka akan berakibat berkurangnya akurasi. Dalam literatur GNSS, ini dikenal dengan istilah dilution of precision (DOP) - pengenceran presisi karena efek dari geometri satelit yang diterima di GPS menentukan kembang-kempis nya error di posisi yang di-terima. Karena kita hanya bisa menerima sinyal satelit yang berada di atas kita (dan tidak dari satelit yang berada di belahan dunia yang lain), akurasi pada posisi vertikal lebih buruk daripada posisi horizontal. Ini sebabnya ketika menggunakan GPS untuk melakukan precision approach, anda memerlukan lebih banyak akusisi satelit untuk menjaga posisi vertikal anda berada dalam vertical protection level (VPL). Apabila Vertical DOP (VDOP) melebihi VPL threshold, RAIM (lihat di bawah ini) akan memberikan peringatan mengenai akurasi ini. Karena inklinasi orbit GPS pada 55 derajat, satelit GPS hanya naik sejauh 55 derajat lintang utara dan 55 derajat lintang selatan. Operasi pada kutub-kutub bumi (polar operation) tidak bisa mendapatkan akurasi sebaik di ekuator karena satelit hanya berkumpul di bagian Selatan (bad geometry).
  6. Pantulan Sinyal, banyak benda terutama benda padat yang memantulkan sinyal satelit seperti gedung tinggi, gunung  batu, memantulkan sinyal sebelum mencapai alat penerima, sehingga waktu yang dilalui lebih panjang dan menyebabkan kesalahan perhitungan.
  7. Degradasi yang disengaja: sinyal GPS bisa saja dikunci atau dikurangi akurasinya oleh pemiliknya yaitu Departemen Pertahanan USA. Sebelum Mei 2000, ada yang dikenal dengan sebutan Selective Availability (SA) di mana hanya Departemen Pertahanan USA yang bisa mendapatkan signal GPS yang akurat. Sebelum ini, akurasi posisi GPS sekitar 50 m horizontal dan 100 m vertikal. Namun SA dapat di-akali dengan differential correction. Pada tahun 2000, SA sudah dimatikan dan semua bisa mendapatkan akurasi yang lebih baik. Departemen Pertahanan USA menggunakan frekuensi lain untuk mendapatkan akurasi tingkat tinggi (Frekquensi L2 dan M Code signal). Selain itu, sinyal ini juga  bisa dihalangi (jammed) dengan perangkat-perangkat elektronik yang tidak perlu terlalu canggih dan relatif murah.

Hal kelima, RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring)

Dengan menerima sinyal dari 3 buah satelit saja, sebuah alat navigasi bisa menentukan posisi. Dengan sinyal dari satelit keempat, alat tersebut bisa menentukan posisi dan ketinggian secara 3 dimensi. Jika ditambah dengan sinyal dari satelit kelima dan sebuah barometric altimeter, sebuah alat penerima bisa mendeteksi kesalahan atau integritas sinyal, RAIM. Tanpa baro-aiding altimeter, alat penerima anda membutuhkan 6 satelit agar RAIM berfungsi. Jadi anda akan lebih aman menggunakan navigasi GPS jika indikasi menunjukkan proses RAIM sedang bekerja. Pada alat navigasi GPS yang lama biasanya ada lampu RAIM atau tulisan RAIM yang menyala. Pada alat navigasi di pesawat-pesawat modern ada indikasi lain misalnya GPS accuracy high/low. High menunjukkan RAIM dan Low menunjukkan RAIM tidak bisa dilakukan.

Jika penerima GPS anda tidak memiliki fungsi RAIM atau fungsi RAIM tidak menyala, anda harus curiga akan akurasi penerima GPS jika ada perbedaan antara navigasi konvensional dengan navigasi GPS anda.

Hal keenam, database navigasi

Jika anda menggunakan alat navigasi yang bisa menampilkan peta yang berjalan sesuai dengan gerakan pesawat (moving map) maka pastikan anda memiliki database yang terbaru untuk menambah jaminan akurasi peta yang ditampilkan.

Terima kasih kepada F. Adhika Pradipta Lie yang telah memberi data tambahan untuk artikel ini.