AIRBORNE PULSE DOPPLER RADAR
BAB IPENDAHULUAN
1. Sejarah Singkat RadarRadar (yang dalam bahasa Inggris
merupakan singkatan dari Radio Detection and Ranging, yang berarti
deteksi dan penjarakan radio) adalah suatu sistem gelombang
elektromagnetik yang berguna untuk mendeteksi, mengukur jarak dan
membuat map benda-benda seperti pesawat terbang, pesawat luar
angkasa, kapal laut, berbagai kendaraan bermotor, manusia, dan
informasi cuaca (hujan). Radar beroperasi dengan memancarkan sinyal
dan mendeteksi sinyal echo yang dipantulkan oleh objek atau target.
Panjang gelombang yang dipancarkan radar adalah beberapa milimeter
hingga satu meter. Gelombang radio/sinyal yang dipancarkan dan
dipantulkan dari suatu benda tertentu akan ditangkap oleh radar.
Dengan menganalisa sinyal yang dipantulkan tersebut, pemantul
sinyal dapat ditentukan lokasinya dan kadang-kadang dapat juga
ditentukan jenisnya. Meskipun sinyal yang diterima relatif
lemah/kecil, namun radio sinyal tersebut dapat dengan mudah
dideteksi dan diperkuat oleh radar. Radar dapat melakukan fungsinya
pada jarak jauh maupun dekat, dan tahan terhadap sensor optic
maupun infra merah. Radar dapat beroperasi dalam kegelapan, embun,
kabut, hujan, maupun salju. Kemampuannya dalam mengukur jarak
dengan akurasi tinggi pada segala cuaca merupakan salah satu peran
penting radar. Seorang ahli fisika Inggris bernama James Clerk
Maxwell mengembangkan dasar-dasar teori tentang elektromagnetik
pada tahun 1865. Setahun kemudian, seorang ahli fisika asal Jerman
bernama Heinrich Rudolf Hertz berhasil membuktikan teori Maxwell
mengenai gelombang elektromagnetik dengan menemukan gelombang
elektromagnetik itu sendiri.Pendeteksian keberadaan suatu benda
dengan menggunakan gelombang elektromagnetik pertama kali
diterapkan oleh Christian Hlsmeyer pada tahun 1904. Bentuk nyata
dari pendeteksian itu dilakukan dengan memperlihatkan kebolehan
gelombang elektromagnetik dalam mendeteksi kehadiran suatu kapal
pada cuaca yang berkabut tebal. Namun di kala itu, pendeteksian
belum sampai pada kemampuan mengetahui jarak kapal tersebut.Pada
tahun 1921, Albert Wallace Hull menemukan magnetron sebagai tabung
pemancar sinyal/transmitter yang efisien. Kemudian transmitter
berhasil ditempatkan pada kapal kayu dan pesawat terbang untuk
pertama kalinya secara berturut-turut oleh A. H. Taylor dan L. C.
Young pada tahun 1922 dan L. A. Hyland dari Laboratorium Riset
kelautan Amerika Serikat pada tahun 1930.Istilah radar sendiri
pertama kali digunakan pada tahun 1941, menggantikan istilah dari
singkatan Inggris RDF (Radio Directon Finding), namun perkembangan
radar itu sendiri sudah mulai banyak dikembangkan sebelum Perang
Dunia II oleh ilmuwan dari Amerika, Jerman, Prancis dan Inggris.
Dari sekian banyak ilmuwan, yang paling berperan penting dalam
pengembangan radar adalah Robert Watson-Watt asal Skotlandia, yang
mulai melakukan penelitiannya mengenai cikal bakal radar pada tahun
1915. Pada tahun 1920-an, ia bergabung dengan bagian radio National
Physical Laboratory. Di tempat ini, ia mempelajari dan
mengembangkan peralatan navigasi dan juga menara radio. Watson-Watt
menjadi salah satu orang yang ditunjuk dan diberikan kebebasan
penuh oleh Kementrian Udara dan Kementrian Produksi Pesawat Terbang
untuk mengembangkan radar. Watson-Watt kemudian menciptakan radar
yang dapat mendeteksi pesawat terbang yang sedang mendekat dari
jarak 40 mil (sekitar 64km). Dua tahun berikutnya, Inggris memiliki
jaringan stasiun radar yang berfungsi untuk melindungi
pantainya.
2. Jenis-jenis RadarPenggunaan modern radar sangat beragam,
termasuk kontrol lalu lintas udara, astronomi radar, sistem
pertahanan udara, sistem antiroket, radar laut untuk menemukan
landmark dan kapal lainnya, sistem pesawat anticollision, sistem
pengawasan laut, pengawasan luar angkasa dan sistem pertemuan;
meteorologi pemantauan curah hujan, sistem kontrol altimetri dan
penerbangan, rudal target yang dipandu mencari sistem, dan radar
penembus tanah untuk pengamatan geologi.Radar dapat
diklasifikasikan dengan beberapa kriteria, misalnya berdasarkan
tipe transmitter dan receiver, kegunaan, frekuensi operasi, tipe
sinyal yang dipancarkan, dan polarisasi. Secara umum, jenis / tipe
radar telah dinamai dengan radar monostatic, bistatic, pulse,
continuous (CW), Doppler, non Doppler, weather radar, air
surveillance radar, mobile radar, stationary radar, X-band, L-band,
C-band, K-band, single polarization radar, polarimetric radar dan
lain-lain. Beberapa dari jenis radar tersebut seperti dijelaskan
secara singkat di bawah ini.
a. Berdasarkan bentuk gelombang (Waveform) Continuous Wave / CW
(Gelombang Berkesinambungan), merupakan radar yang menggunakan
transmitter dan antena penerima (receive antenna) secara terpisah,
di mana radar ini terus menerus memancarkan gelombang
elektromagnetik. Radar CW yang tidak termodulasi dapat mengukur
kecepatan target melalui serta posisi sudut target secara akurat.
Radar CW yang tidak termodulasi biasanya digunakan untuk mengetahui
kecepatan target dan menjadi pemandu rudal (missile guidance).
Pulsed Radars / PR (Radar Berdenyut), merupakan radar yang
gelombang elektromagnetiknya diputus secara berirama. Frekuensi
denyut radar (Pulse Repetition Frequency / PRF), diklasifikasikan
menjadi 3, yaitu radar dengan PRF high, PRF medium dan PRF low.
b. Berdasarkan Jumlah Antennanya Monostatic Radar: Monostatic
radar adalah jenis radar yang hanya memiliki sebuah antenna yang
digunakan untuk memancarkan maupun menerima sinyal. Radar ini
memiliki suatu bagian yang disebut duplexer untuk memisahkan antara
penerima dan pemancar. Radar monostatic biasanya menggunakan bentuk
gelombang (Waveform), namun dapat juga menggunakan CW. Untuk desain
radar monostatic CW digunakan suatu alat yang disebut circulator
untuk memisahkan antara gelombang yang dipancarkan dan diterima.
Radar jenis ini mendominasi jenis-jenis radar yang ada saat ini.
Bistatic / Multistatic Radar: Bistatic radar merupakan suatu jenis
sistem radar yang komponennya terdiri dari pemancar sinyal
(transmitter) dan satu atau lebih penerima sinyal (receiver), di
mana kedua komponen tersebut terpisah. Kedua komponen itu
dipisahkan oleh suatu jarak yang dapat dibandingkan dengan jarak
target / objek. Objek dapat dideteksi berdasarkan sinyal yang
dipantulkan oleh objek tersebut ke pusat antena. Berdasarkan
pemancarnya radar Bi / Multistatic dapat dibagi lebih lanjut
menjadi dua macam yaitu:1. Radar Bi-Static Kooperatif: Yaitu radar
Bi-static yang pemancarnya sudah terintegrasi dengan unit radarnya.
Contoh dari radar ini cukup banyak, diantaranya adalah radar OTH
(Over The Horizon) seperti Jindalee dan radar Struna-1MU buatan
Rusia.2. Radar Bi-Static Non-Kooperatif: Yaitu Radar Bi-static yang
pemancarnya tidak terintegrasi dengan unit radarnya, misalnya
adalah Silent Sentry buatan Lockheed martin yang memanfaatkan
pemancar seperti Stasiun Televisi atau Radio.
3. Teori DasarSebelum berlanjut ke pembahasan mengenai Airborne
Pulse Doppler Radar, ada beberapa teori terkait yang perlu
diketahui terlebih dahulu, antara lain :
a. Maximum Unambigous RangeSebagaimana telah dijelaskan
sebelumnya, radar beroperasi dengan memancarkan sinyal dan
mendeteksi sinyal echo yang dipantulkan oleh objek atau target.
Sinyal pantul yang kembali ke radar tidak hanya mengindikasikan
keberadaan target. Dengan membandingkan sinyal echo yang diterima
dengan sinyal yang ditransmisikan, lokasi objek dapat ditentukan
berikut informasi lainnya yang berkaitan dengan target. Ketika
sinyal dipancarkan oleh radar, waktu yang cukup harus dilalui untuk
memberi kesempatan semua sinyal echo kembali ke radar sebelum pulsa
berikutnya dipancarkan. Kecepatan transmisi pulsa ditentukan oleh
range terjauh dimana target diharapkan berada. Jika waktu antar
pulsa (Tp) terlalu pendek, sinyal echo dari target yang jauh akan
tiba setelah pulsa sinyal berikutnya dipancarkan oleh radar.
Selanjutnya sinyal echo tersebut bisa dikaitkan dengan pulsa kedua,
bukan pulsa sebelumnya. Hal ini akan menyebabkan kesalahan atau
ambiguous measurement terhadap range target. Sinyal echo yang tiba
setelah transmisi pulsa berikutnya disebut second-time-around
echoes (atau multiple-time-around echoes). Terjadinya echo jenis
ini akan menyebabkan range seolah-olah lebih dekat daripada
sebenarnya, dan pengukuran range menjadi menyesatkan jika echo ini
tidak dikenali sebagai second-time-around echo. Range dimana target
tidak muncul sebagai second-time-around echoes merupakan maximum
unambiguous range (Run), yang dinyatakan sebagai :
dimana :Tp=pulse repetition periodfp=pulse repetition frequency
(PRF)
b. Pulse Repetition Frequency (PRF)Pulse Repetition Frequency
(PRF) adalah jumlah pulsa yang dipancarkan oleh radar setiap detik.
Pulse Repetition Frequency (PRF) biasanya ditentukan oleh Maximum
Unambigous Range dimana target tidak diharapkan berada dalam range
tersebut, dan didefinisikan sebagai :
dimana c adalah kecepatan propagasi.
Beberapa tipe radar seperti pulse Doppler radar selalu
beroperasi dengan PRF yang dapat berdampak pada range ambiguities.
Range ambiguities ditoleransi pada pulse Doppler radar untuk
memperoleh keuntungan dari PRF yang tinggi dalam mendeteksi target
bergerak di tengah-tengah keberadaan clutter. Menyelesaikan
permasalahan range ambiguities merupakan bagian penting dari
operasi pulse Doppler radar.
Keberadaan multiple-time-around echoes tidak dapat langsung
diketahui saat digunakan gelombang dengan PRF konstan. Sebagaimana
Gambar 1 berikut, terdapat 3 target yaitu A, B, dan C (Gambar 1a).
Target A berada dalam interval unambiguous range Run, target B
berada pada jarak lebih besar dari Run, sementara target C berada
pada jarak lebih besar dari 2Run tetapi kurangdari 3Run. Target B
merupakan second-time-around echo, sedangkan target C merupakan
multiple-time-around echo. Ketika ketiga PRF ini ditampilkan pada
display radar, ambiguous echo (yaitu B dan C) tampak tidak berbeda
dari unambiguous-range echo target A (Gambar 1b). Hanya A yang
benar, akan tetapi tidak dapat ditentukan dari display radar bahwa
kedua target lainnya tidak berada pada range yang ditampilkan.
Ambiguous range echoes dapat dikenali dengan mengubah-ubah PRF
radar. Ketika PRF diubah, unambiguous echo (yang berada pada range
kurang dari Run) tetap berada pada range yang benar, sementara
ambiguous-range echoes tampak berada pada range yang berbeda untuk
masing-masing PRF yang berbeda. Dengan demikian, ambiguous target
dapat diidentifikasi. Secara teori, 2 PRF dapat menyelesaikan
perasalahan abmbiguity, tetapi pada prakteknya 3 PRF biasanya
diperlukan untuk meningkatkan akurasi dan menghindari
kesalahan.
Gambar 1 (a) A berada pada unambiguous range, B merupakan
second-time-around echo, dan C merupakan multiple-time-around echo.
(b) Tampilan ketiga echo pada display radar. (c) Tampilan ketiga
echo dengan PRF yang bervariasi
c. Doppler ShiftEfek Doppler, dinamakan mengikuti
tokohfisika,Christian Andreas Doppler, adalah
perubahanfrekuensiataupanjang gelombangdari sebuah
sumbergelombangyang diterima oleh pengamat, jika sumber
suara/gelombang tersebut bergerak relatif terhadap
pengamat/pendengar. Dalam aplikasi radar, jika radar dan objek
bergerak relatif terhadap satu sama lain, frekuensi echo yang
diterima (fr) akan berbeda dari frekuensi yang dipancarkan (f)
karena adanya efek Doppler. Misalkan ada sebuah objek bergerak
dengan kecepatan v mendekati radar monostatic dimana transmitter
dan receiver berada pada lokasi yang sama dan tidak bergerak satu
sama lain, maka frekuensi yang diterima adalah :
dimana c adalah kecepatan cahaya (3x108 m/detik)
sehingga target yang mendekat menyebabkan peningkatan frekuensi
yang diterima. Jika target bergerak menjauh, artinya target
bergerak dengan kecepatan yang berlawanan, maka v pada formula di
atas disubstitusi dengan v sehingga frekuensi yang diterima
menurun.
Perbedaan antara frekuensi yang dipancarkan dengan frekuensi
yang diterima disebut Doppler frequency atau Doppler shift, dimana
:
dimana adalah panjang gelombang yang dipancarkan, dan v positif
sebagaimana formula di atas menandakan bahwa target bergerak
mendekati radar.
Dalam kondisi nyata, selain echo dari target, radar juga
menerima echo dari alam seperti tanah, laut, dan cuaca. Echo ini
disebut clutter karena dapat mengacaukan tampilan radar. Echo dari
clutter bisa beberapa kali lebih besar dibandingkan echo dari
target seperti pesawat. Ketika echo dari pesawat dan echo dari
clutter muncul pada cell yang sama, keberadaaan pesawat bisa jadi
tidak terdeteksi. Metode yang paling ampuh untuk mendeteksi target
bergerak dalam clutter yang besar adalah dengan memanfaatkan efek
Doppler. Doppler shift dapat dimanfaatkan oleh radar untuk
mendeteksi echo dari target bergerak di tengah-tengah keberadaan
echo clutter tidak bergerak yang jauh lebih kuat. Echo clutter
dapat lebih besar dari echo target sebanyak 60 70 dB, tergantung
tipe radar dan lingkungan. Karena kecepatan target jauh lebih kecil
daripada kecepatan cahaya, maka Doppler shift jauh lebih kecil
daripada frekuensi radar.
d. Radial VelocityRadial velocity atau kecepatan radial
merupakan kecepatan relatif sepanjang line of sight (LOS) antara
radar dengan target, dan didefinisikan sebagai
dengan v =kecepatan objekvr=kecepatan radial=sudut antara vector
kecepatan objek dengan n radar line of sight
Gambar xx Doppler Shift dan Kecepatan Radial
Sehingga
dimana Doppler shift ditentukan oleh komponen radial dari
kecepatan relatif antara target dengan radar.
e. Blind SpeedBlind speed merupakan kondisi di mana magnitude
dari radial velocity tidak dapat diukur oleh radar. Semakin rendah
PRF, maka kemungkinan terjadinya range ambiguities juga semakin
rendah. Akan tetapi, hal ini berdampak pada terjadinya Doppler
ambiguities atau blind speed. Radar MTI (Moving Target Indication)
yang tidak memiliki range ambiguities karena PRFnya rendah telah
terbukti menjadi metode yang baik dalam mendeteksi target bergerak
dengan adanya clutter, jika efek blind speed dapat ditoleransi.
Dalam kondisi tertentu, penyebaran blind speed dapat mengeliminasi
sebagian besar Doppler space, yaitu area Doppler dimana target
bergerak yang diinginkan dapat dideteksi. Berkurangnya Dopler space
yang tersedia menyebabkan hilangnya target bergerak yang
terdeteksi. Blind speed dapat terjadi ketika PRF atau kelipatannya
sama dengan frekuensi Doppler. Hubungan antara PRF dengan frekuensi
Doppler adalah :
dengan :n =1, 2, 3, ...fd=frekuensi Dopplervr=kecepatan
radial=panjang gelombangTp=pulse repetition ratefp=pulse repetition
frequency
Sehingga :
dimana vr digantikan dengan vn, yaitu blind speed ke-n. Biasanya
hanya blind speed pertama (v1) yang dipertimbangkan, karena blind
speed lainnya merupakan kelipatan dari v1. Dari hubungan di atas,
dapat dijelaskan bahwa faktor yang mempengaruhi blind speed adalah
PRF dan panjang gelombang yang ditransmisikan oleh radar.
Plot dari blind speed pertama sebagai fungsi dari PRF dan pita
frekuensi radar yang bervariasi ditunjukkan pada Gambar xxx berikut
:
Gambar 21 Plot dari blind speed pertama sebagai fungsi dari PRF
dan pita frekuensi radar yang bervariasi
BAB IIAIRBORNE PULSE DOPPLER RADAR
1. DefinisiPulse Doppler radar merupakan sistem radar yang
bekerja dengan berdasarkan efek Doppler dimana pergerakan objek
yang berdampak pada perubahan jarak menghasilkan pergeseran
frekuensi dari sinyal yang dipantulkan oleh target. Hal ini dapat
dimanfaatkan untuk menentukan kecepatan dan arah gerak dari objek
tersebut. Airborne pulse-Doppler radar digunakan untuk melakukan
deteksi dan pelacakan target bergerak di udara dengan adanya
clutter. Keuntungan utama dari pulse Doppler radar adalah
kemampuannya untuk mendeteksi sinyal echo dari target bergerak yang
memiliki amplitude kecil di antara clutter yang memiliki amplitudo
sinyal echo yang sangat besar.Doppler radar dapat berupa radar
continuous wave (CW) maupun pulsed radar. Radar CW hanya melakukan
observasi terhadap Doppler shift antara frekuensi carrier sinyal
echo relatif terhadap sinyal yang ditransmisikan.
Gambar 1 Airborne pulse-Doppler radar antenna
Pada Gambar 2 berikut, objek yang menjadi target
direpresentasikan sebagai lingkaran kecil, sementara citra yang
berbentuk acak di sekitarnya adalah clutter. Terlihat bahwa objek
yang menjadi target sangat kecil dibandingkan dengan clutter yang
tampak cukup dominan.
Gambar 2 Citra objek radar di antara clutterDengan menggunakan
pulse Doppler radar, sinyal dengan frekuensi tertentu dipancarkan.
Ketika mengenai objek tak bergerak yang kemungkinan besar merupakan
clutter, sinyal yang dipancarkan akan dipantulkan kembali tanpa
perubahan frekuensi. Pada saat sinyal yang dipancarkan mengenai
objek yang bergerak, maka sinyal akan dipantulkan dengan frekuensi
yang lebih kecil atau lebih besar dibandingkan sinyal yang
dipancarkan. Dari perubahan frekuensi ini dapat diperoleh informasi
mengenai arah dan kecepatan objek.
Gambar 3 Pantulan sinyal pada objek bergerak dan tak bergerakHal
ini diilustrasikan pada Gambar 3 di atas. Ketika sinyal yang
dipancarkan oleh radar mengenai bukit, sinyal yang sama dipantulkan
tanpa perubahan frekuensi. Ketika sinyal yang dipancarkan radar
mengenai pesawat yang bergerak menjauhi radar, sinyal dipantulkan
kembali oleh pesawat dengan frekuensi yang lebih kecil dari sinyal
yang dipancarkan radar. Sebaliknya, jika arah pesawat mendekati
radar maka sinyal yang dipancarkan radar akan dipantulkan dengan
frekuensi yang lebih besar.Pulse radar yang memanfaatkan Doppler
shift untuk mendeteksi target bergerak dikategorikan sebagai Moving
Target Indication (MTI) Radar dan pulse Doppler radar. Pulse
Doppler Radar dapat dibedakan menjadi 2 tipe, yaitu High-PRF Pulse
Doppler, dan Medium-PRF Pulse Doppler. Dengan demikian, terdapat 3
tipe pulse radar yang memanfaatkan efek Doppler. Masing-masing
memiliki perbedaan pada PRF dan tipe ambiguity yang ditoleransi,
yaitu Moving Target Indication (MTI) Radar, High-PRF Pulse Doppler,
dan Medium-PRF Pulse Doppler.
a. Moving Target Indication (MTI) RadarMTI tidak memiliki range
ambiguities akan tetapi memiliki banyak Doppler ambiguities. Pada
MTI radar, PRF dipilih sehingga tidak terjadi range ambiguities.
Akan tetapi pada radar jenis ini biasanya banyak terjadi Doppler
ambiguities. Doppler ambiguities / blind speed dapat menyebabkan
tereliminasinya Doppler space, yaitu area Doppler dimana target
bergerak yang diinginkan dapat terdeteksi. Seperti ditunjukkan oleh
Gambar 21, pada PRF yang tetap, semakin tinggi frekuensi maka blind
speed pertama muncul lebih cepat, dan lebih besar kemungkinan blind
speed muncul pada Doppler space yang diinginkan. Dampak tersebut
akan lebih terasa pada airborne radar karena :a. Airborne radar
harus beroperasi pada frekuensi tinggi agar memiliki beamwidth yang
sempit dengan antenna yang relatif kecil yang bisa ditoleransi oleh
pesawat udara.b. Airborne radar mengalami pelebaran spektrum
clutter karena pergerakan sehingga menyebabkan pengurangan Doppler
space yang tersedia untuk pendeteksian target.Akibat hal tersebut,
pada frekuensi yang lebih tinggi (seperti halnya yang digunakan
pada airborne radar), teknik MTI perlu diganti dengan radar yang
memiliki PRF cukup tinggi sehingga tidak terjadi blind speed. Radar
dengan PRF cukup tinggi untuk menghindari permasalahan blind speed
disebut pulse Doppler radar.Karakterisik Low-PRF Airborne Moving
Target Indication Radar (AMTI) adalah sebagai berikut :a. Tidak ada
range ambiguities, tetapi banyak Doppler ambiguities (blind
speed).b. Memerlukan TACCAR dan DPCA untuk menyingkirkan efek
pergerakan platform.c. Beroperasi clutter free pada range yang jauh
dimana tidak ada clutter terlihat sepanjang kelengkungan bumi.d.
Sidelobe clutter biasanya tidak sepenting pada system pulse
Doppler.e. Paling baik dioperasikan pada UHF atau L-band. f.
Frekuensi RF yang lebih rendah (UHF) dari AMTI radar menghasilkan
beamwidth antenna yang lebih lebar dibandingkan pulse Doppler radar
yang beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi (S-band) dimana
misinya adalah wide-area-suveillance.g. Karena tidak ada range
ambiguities yang perlu disolusikan, tidak diperlukan gelombang
tambahan dengan banyak PRF.h. Secara kinerja, daya rata-rata dan
antenna aperture MTI adalah lebih rendah dari pulse Doppler
radar.i. Biasanya lebih sederhana dari pulse Doppler radar.j. Biaya
secara umum lebih rendah dari pulse Doppler radar dengan kinerja
setara.k. Tidak memiliki kemampuan deteksi look-down untuk target
dalam clutter.
b. High-PRF Pulse DopplerHigh-PRF Pulse Dopler memiliki banyak
range ambiguities akan tetapi tidak memiliki Doppler
ambiguities.
(a)(b)
(c)Gambar 22 (a) Airborne Pulse Doppler Radar dengan scanning
main beam, antenna sidelobes, dan altitude return. (b) Spektrum
garis yang dipancarkan radar. (c) Received echo.
Gambar 22 (b) menunjukkan spektrum garis yang dipancarkan oleh
pulse Doppler radar dengan jarak antar garis spektrum adalah
sebesar prf (fp), dengan frekuensi carrier adalah f0 dan dua garis
spectrum yang bersebelahan dengan f0 adalah f0 + fp dan f0 - fp.
Sementara Gambar 22 (c) menunjukkan spectrum sinyal echo yang
diterima oleh radar yang tidak murni berupa garis, disebabkan oleh
waktu yang sesungguhnya di target dan modulasi oleh sinyal echo
dari clutter yang diterima dari posisi tepat di bawah radar, dan
lain-lain. Pada high-prf pulse Doppler, clutter dari antenna
sidelobe cukup besar karena terdapat banyak pulsa range-ambiguous
yang secara simultan mengiluminasi clutter.Karakteristik high-PRF
pulse Doppler :a. Tidak ada Doppler ambiguities (blind speed),
tetapi banyak range ambiguities.b. Range ambiguities dapat
disolusikan dengan memancarkan 3 gelombang tambahan, masing-masing
dengan PRF berbeda.c. Transmitter leakage dan altitude return
disingkirkan dengan filtering.d. Main-beam clutter disingkirkan
dengan tunable filter.e. Pesawat yang mendekat dengan kecepatan
tinggi dideteksi pada range yang jauh dalam area bebas clutter.f.
Deteksi yang buruk untuk target dengan kecepatan radial rendah yang
tertutup oleh clutter jarak dekat.g. Biasanya hanya satu range gate
yang diperlukan, tetapi dengan Doppler filter bank yang besar.h.
Perlu improvement factor yang jauh lebih besar disbanding system
dengan low PRF, karena PRF yang tinggi menyebabkan clutter yang
lebih banyak terlihat oleh antenna sidelobes.i. Antenna sidelobes
harus cukup rendah untuk meminimalkan sidelobe clutter.j. Kemampuan
range accuracy dan mensolusikan banyak target, lebih rendah
dibandingkan radar lainnya.
c. Medium-PRF Pulse Doppler Karakteristik Medium-PRF Pulse
Doppler :a. Memiliki range ambiguities maupun Doppler
ambiguities.b. Tidak ada area bebas clutter sebagaimana pada sistem
high PRF, sehingga deteksi target berkecepatan tinggi tidak sebaik
sistem high PRF.c. Range ambiguities yang lebih sedikit berarti ada
lebih sedikit clutter yang terlihat di antenna sidelobes sehingga
target dengan kecepatan relative lebih rendah akan terdeteksi pada
jarak yang lebih jauh dibandingkan sistem high PRF.d. Trade-off
antara kemampuan deteksi target berkecepatan tinggi untuk deteksi
target berkecepatan rendah yang lebih baik seringkali membuat
sistem medium PRF lebih digemari daripada sistem high PRF untuk
aplikasi radar airborne fighter / interceptor, jika hanya satu
system yang digunakan.e. Altitude return dapat dieliminasi dengan
range gating.f. Range gate yang lebih banyak diperlukan dibanding
sistem high PRF, tetapi jumlah filter Doppler pada masing-masing
range gate lebih sedikit.g. Tujuh atau delapan PRF berbeda
diperlukan untuk memastikan target terdeteksi pada frekuensi
Doppler yang tepat pada setidaknya tiga PRF untuk mensolusikan
range ambiguities.h. Sebagai perbandingan kinerja range, gelombang
tambahan yang lebih banyak berarti transmitter harus lebih besar.i.
Range accuracy dan range resolution yang lebih baik dibanding
sistem high PRF.j. Antena harus memiliki sidelobe rendah untuk
mengurangi sidelobe clutter.
Ringkasan karakteristik dari ketiga tipe tersebut adalah sebagai
berikut :
Gambar xxx bz,bclisanvklsfv
2. Blok Diagram dan Cara Kerja Airborne Pulse Doppler
RadarGambar dibawah ini menunjukkan konfigurasi dari pulse doppler
radar yang menggunakan digital signal processing dibawah control
computer sentral. Termasuk didalamnya adalah transmitter
suppression circuit, main-beam, sidelobe discrete rejection
circuits dan ambiguity resolvers. Computer radar menerima input
dari sistem on board seperti inertial unit dan operators control
dan Tampil sebagai master controller untuk radar. Fungsinya adalah
untuk track loop, automatic Gain Control (AGC) loop filtering,
antenna scan pattern generations dan positioning clutter serta
fungsi pemrosesan target (seperti centroiding). Selain itu,
komputer melakukan fungsi track multiple-target saat radar berada
dalam modus track while scan dan dapat melakukan radar self-test
dan rutinitas kalibrasi. Untuk mempermudah hanya pengolahan
pencarian yang ditampilkan.Duplexer, Duplexer dalam radar pulse
doppler biasanya berupa perangkat pasifseperti circulator yang
dengan efektif merubah/mengganti antena antara sebagai pemancar dan
penerima. Daya yang cukup dapat digabungkan ke penerima karena
biasanya 20 sampai 25 dB isolasi dapat diharapkan dari circulators
ferrite.Receiver-Protector (RIP), Receiver-Protector adalah reaksi
cepat, highpowersaklar yang mencegah output transmitter dari
duplekser dari merusakujung depan penerima sensitif. Pemulihan yang
cepat diperlukan untuk meminimalkan desensitisasi di gerbang
berbagai berikut pulsa ditransmisikan.RF Attenuator, RF attenuator
digunakan baik untuk menekan kebocoran pada pemancar dari R/P ke
penerima (sehingga receiver tidak didorong ke saturasi,yang dapat
memperpanjang waktu pemulihan setelah pemancar dimatikan)dan untuk
mengendalikan tingkat sinyal masukan ke penerima. Tingkat yang
diterima disimpan di bawah tingkat kejenuhan, biasanya dengan
clutter AGC dalam pencarian dan menargetkan AGC di-target tunggal
track, untuk mencegah sinyal palsu, yang menurunkan kinerja, dari
yang dihasilkan.Clutter Positioning, Sebuah Voltage Oscillator
(VCO), biasanya bagian daristable local oscillator (Stalo),
digunakan untuk heterodyne main-beam clutter ke zerofrekuensi, atau
dc. Dengan clutter di dc, in-phase (I) dan channal amplitude
quadrature (Q) dan fase-keseimbangan persyaratan mereda, sebagai
gambar yang dihasilkan dari ketidakseimbangan juga jatuh di dekat
dc dan dapat disaring bersama dengan clutter main-beam.Mengirimkan
Pulse Suppressor. Pelemahan lebih lanjut kebocoran
pemancardisediakan oleh penekan pulsa mengirimkan di penerima IF,
yang merupakan sebuah perangkat gating.Signal Processing, Output
analog penerima down converted kebaseband (dc) melalui kuadratur
pencampuran. Di-fase dan quadrature sinyalmelewati filter yang
cocok dan diubah menjadi bahasa digital oleh analog-to digital(A/D)
converter. Setelah A/D biasanya delay-line clutter cancelerdan
filter Bank doppler untuk main-beam clutter ditolak dan integrasi
koheren.Filter bank biasanya diwujudkan dengan menggunakan Fast
Fourier Transform (FFT) atau dengan Discrete Fourier Transform
(DFT) untuk sejumlah kecil filter.Bobot yang tepat digunakan untuk
mengurangi sidelobes filter.Tegangan amplop pada output dari FFT
dibentuk dengan menggunakan pendekatan gabungan I/Q. Post Detection
Integration (PDI) dapat digunakan di mana masing-masingOutput
range-gate-doppler-filter secara linear dijumlahkan selama beberapa
penampilan yang koheren. Output PDI dibandingkan dengan ambang
batas deteksi ditentukan oleh constant false- alarm-rate (CFAR)
17-20proses. Setelah CFAR adalah sidelobe diskrit penolakan logika,
dibahas di Sec.17,2, dan jangkauan dan kecepatan resolvers
ambiguitas (jika digunakan). Deteksi akhir output dilewatkan ke
layar radar dan komputer.
3. Aplikasi Airborne Pulse Doppler RadarRadar telah digunakan
sejak Perang Dunia II, akan tetapi pada masa itu radar belum
menggunakan efek Doppler. Saat ini, deteksi dan tracking pesawat
oleh semua radar militer untuk pertahanan udara dengan performa
tinggi serta radar sipil untuk mengontrol lalu-lintas udara
tergantung pada Doppler shift untuk memisahkan echo clutter yang
cukup besar dari echo target bergerak yang jauh lebih kecil.Teknik
Pulse Doppler juga digunakan secara luas dalam radar meteorologi,
yang memungkinkan radar untuk menentukan kecepatan angin dan
kecepatan curah hujan di udara. Pulse Doppler Radar juga merupakan
dasar dari radar aperture sintetis yang digunakan pada radar
astronomi, penginderaan jauh dan pemetaan. Dalam kontrol lalu
lintas udara, Pulse Doppler Radar digunakan untuk membedakan
pesawat dari clutter. Selain aplikasi surveilans konvensional di
atas, Pulse Doppler Radar telah berhasil diterapkan dalam perawatan
kesehatan, seperti penilaian risiko jatuh dan deteksi jatuh, untuk
tujuan keperawatan atau klinis.Pada dasarnya, teknik pulse Doppler
diaplikasikan pada system radar yang mempersyaratkan deteksi target
bergerak di dalam lingkungan dengan clutter yang kuat. Tabel 1
berikut menunjukkan aplikasi-aplikasi dan persyaratan khusus dari
pulse Doppler radar.
Tabel 1 Aplikasi dan Persyaratan Pulse Doppler Radar
Berikut ini adalah contoh-contoh Airborne Pulse Doppler Radar
:a. Kelompok Radar AN/APG-63AN/APG-63 dan AN/APG-70 adalah kelompok
all-weather multimode airborne radar systems yang didesain oleh
Hughes Aircraft (sekarang Raytheon) untuk pesawat tempur F-15
Eagle. Sistem pulse Doppler radar yang beroperasi pada X-band ini
didesain baik untuk misi udara-udara maupun udara-darat. Radar ini
mampu melihat ke atas, yaitu ke target yang terbang tinggi, maupun
ke bawah, yaitu ke target yang terbang rendah, tanpa dibuat rancu
oleh ground clutter. Sistem radar ini mampu melakukan deteksi dan
tracking pesawat maupun target berukuran kecil yang berkecepatan
tinggi pada jarak dekat hingga jarak di luar jangkauan visual, dan
pada ketinggian terendah hingga puncak pohon. Radar memberikan
informasi mengenai target ke computer pusat pesawat untuk
pengiriman senjata yang efektif. Pada pertempuran udara jarak
dekat, radar secara otomatis mengakuisisi pesawat musuh dan
memproyeksikan informasi ini ke display di kokpit pesawat.
Gambar 2 Radar APG-63 V(2) yang diinstall di Pesawat Tempur
F-15C
b. Kelompok Radar AN/APG-65AN/APG-65 dan AN/APG-73 adalah
kelompok all-weather multimode airborne radar systems yang
dirancang oleh Hughes Aircraft (sekarang Raytheon) untuk F/A-18
Hornet, dan digunakan pada berbagai jenis pesawat tempur. APG-79
adalah versi upgrade AESA (Active Electronically Scanned Array).
Sistem pulse Doppler radar yang beroperasi pada I-band (8 12 GHz)
ini dirancang untuk misi udara-ke-udara dan udara-ke-permukaan
(air-to-surface). Untuk operasi udara-ke-udara system radar ini
menggabungkan berbagai mode search, track, dan track-while-scan
untuk memberikan kepada pilot kemampuan lengkap untuk
look-down/shoot-down. Mode udara-ke-permukaan termasuk sektor
Doppler beam yang dipertajam dan pemetaan patch, jarak menengah
aperture sintetis radar, tracking target diam dan bergerak dan
pencarian di permukaan laut. Pada F/A-18, radar dipasang di rak
pada bagian hidung pesawat untuk memudahkan pemeliharaan.c.
Kelompok Radar AN/APG-66AN/APG-66 adalah sebuah radar Pulse-doppler
medium padat (hingga 150 km) awalnya dirancang oleh Westinghouse
Electric Corporation (sekarang Northrop Grumman) untuk digunakan
dalam F-16 Fighting Falcon. Radar ini bekerja di seluruh produksi
versi domestik maupun ekspor dari model F-16 A / B. Upgrade
berikutnya telah diinstal di berbagai jenis pesawat, termasuk C-550
Cessna Citation milik U.S. Customs and Border Protection, US Navy
P-3 Orion, dan Piper PA-42 Cheyenne II, serta Small Aerostat
Surveillance System (SASS). Sistem radar terdiri dari
line-replaceable units sebagai berikut: Antenna Transmitter
Low-power radio frequency Digital signal processor Radar
computer
Gambar 3 Radar APG-65 yang diinstall di Pesawat Tempur F-18 dan
Radar APG-66 yang diinstall di Pesawat Tempur F-16
d. Kelompok Radar AN/APG-81AN/APG-81 adalah sebuah sistem radar
Active Electronically Scanned Array (AESA) yang dirancang oleh
Northrop Grumman Electronic Systems untuk F-35 Lightning II.
AN/APG-81 adalah radar AN/APG-77 penerus F-22. Kemampuan AN/APG-81
ini termasuk AN/APG-77 mode udara-ke-udara, ditambah mode
udara-ke-darat yang canggih, termasuk pemetaan resolusi tinggi,
beberapa deteksi dan tracking target darat bergerak, identifikasi
tempur, peperangan elektronik, dan komunikasi ultra-high bandwidth.
Saat ini produksi radar untuk F-22 adalah APG-77v1, yang banyak
diadopsi oleh hardware dan software APG-81 karena kemampuan
air-to-ground-nya yang canggih.
Gambar 3 Radar APG-81 yang diinstall di Pesawat Tempur F-35e.
Pulse Doppler fire control radar KLJ-3Pulse Doppler fire control
radar KLJ-3 ini terdapat pada Air Force J-10 milik Cina, yang
teknologinya diadopsi dari Israel. KLJ-3 menggunakan pemancar TWT
terkendali dengan grid modus ganda, sehingga radar adalah setara
dengan dua pemancar, sangat meningkatkan kinerja radar. KLJ-3
bekerja dengan rasio operasional yang rendah dalam modus PRF
rendah, tetapi juga bekerja dalam pekerjaan yang tinggi dari modus
PRF tinggi. Ini berarti KLJ-3 menampilkan kinerja multifungsi yang
nyata.Spesifikasi nyata dari radar KLJ-3 masih belum diketahui,
tetapi kita kinerjanya dapat disimpulkan dengan radar KLJ-7 milik
Angkatan udara Pakistan. JF-17 dilengkapi dengan radar KLJ-7
airborne pulse Doppler radar yang memiliki jangkauan deteksi
maksimum 130 km, mode TWS secara bersamaan dapat melacak 10 target
dan sekaligus memandu dua radar-guided misil air-to-air aktif
SD-10A aktif untuk menyerang dua ancaman terbesar. KLJ-7 juga
memiliki ground MTI (moving target indication), pencitraan aperture
sintetis dan mode kerja canggih lainnya, dengan kemampuan serangan
darat yang kuat. Antena aperture KLJ-7 dan kapasitas power supply
lebih rendah dari J-10 milik KLJ-3, sehingga dapat dibayangkan
KLJ-3 memiliki indikator teknis dan taktis yang lebih baik.
Gambar 5 Pulse Doppler Fire Control Radar KLJ-3 milik Cina
4. Kelebihan dan Kekurangan Airborne Pulse Doppler
RadarKelebihan dari Doppler radar adalah Doppler Radar dapat
memberikan data dengan kualitas yang lebih tinggi dibandingkan
dengan radar standard sehingga Doppler Radar masih memungkinkan
ahli meteorologi untuk mendiagnosis curah hujan, dapat memberikan
data aliran angin di atmosfer, karena mereka dapat mendeteksi
jangkauan dan kecepatan pergerakan benda, misalnya rintik
hujan.Data perputaran angin berdasarkan Doppler telah berperan
dalam peramalan yang lebih akurat tentang perubahan angin dan arus
angin sehingga hal tersebut memberikan kemampuan prediksi yang
lebih akurat untuk tentang seberapa parah badai mungkin terjadi dan
dengan demikian memungkinkan pengumuman peringatan yang akan
diterbitkan dalam banyak waktu yang lebih pendek. Doppler juga
dapat mengukur perputaran di dalam suatu badai tornado sehingga
bisa memprediksi arah dari tornado tersebut.Kelebihan-kelebihan
tersebut diatas bisa diaplikasikan untuk mendapatkan data sebagai
contoh untuk radar cuaca, radar angin, astronomi, penginderaan jauh
dan pemetaan.
Selain kelebihan-kelebihan diatas, Kekurangan dari Radar Doppler
adalah apabila ada peningkatan sensitivitas phenomena alam yang
akan diukur, yang berarti bahwa dalam cuaca buruk, ada kemungkinan
kesalahan data yang lebih besar karena ada kemungkinan kerapatan
yang tinggi dari objek yang bergerak , seolah-olah dinilai sebagai
clutter sehingga data clutter lebih dominan muncul. Radar Doppler
juga membutuhkan perawatan yang kompleks karena banyak terdapat
sensor yang harus dijaga kebersihannya agar bisa mempertahankan
kualitas data yang diinginkan.Antena yang diperlukan harus juga
besar karena akan menangkap pantulan sinyal yang direfleksikan
karena objeck yang akan kita ukur bersifat pasif artinya tidak
memancarkan sinya apapun dan sifatnya hanya memantulkan sinyal dari
antenna radar. Menyediakan informasi posisi tadak sedetail radar
sekunder.
BAB IIIPENUTUPRadar (Radio Detection and Ranging) adalah suatu
sistem gelombang elektromagnetik yang berguna untuk mendeteksi,
mengukur jarak dan membuat map benda-benda seperti pesawat terbang,
pesawat luar angkasa, kapal laut, berbagai kendaraan bermotor,
manusia, dan informasi cuaca (hujan). Radar beroperasi dengan
memancarkan sinyal dan mendeteksi sinyal echo yang dipantulkan oleh
objek atau target. Panjang gelombang yang dipancarkan radar adalah
beberapa milimeter hingga satu meter. Gelombang radio/sinyal yang
dipancarkan dan dipantulkan dari suatu benda tertentu akan
ditangkap oleh radar.Penggunaan modern radar sangat beragam,
termasuk kontrol lalu lintas udara, astronomi radar, sistem
pertahanan udara, sistem antiroket, radar laut untuk menemukan
landmark dan kapal lainnya, sistem pesawat anticollision, sistem
pengawasan laut, pengawasan luar angkasa dan sistem pertemuan;
meteorologi pemantauan curah hujan, sistem kontrol altimetri dan
penerbangan, rudal target yang dipandu mencari sistem, dan radar
penembus tanah untuk pengamatan geologi.
REFERENSI
1. Introduction to Radar Systems-Merrill I Skolnik III-EDITION,
Mc Graw Hill2. Weather Radar Technology Beyond NEXRAD, Committee on
Weather Radar Technology Beyond NEXRAD, National Research Council,
NATIONAL ACADEMY PRESS 20013.
http://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_radar4.
http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Informasi_Cuaca/Pengindraan_Jauh/Citra_Radar.bmkg
