Definisi & aplikasi upload slide share

  • Published on
    12-Apr-2017

  • View
    351

  • Download
    0

Transcript

<p>AIRBORNE PULSE DOPPLER RADAR</p> <p>BAB IPENDAHULUAN</p> <p>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.</p> <p>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.</p> <p>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. </p> <p>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. </p> <p>3. Teori DasarSebelum berlanjut ke pembahasan mengenai Airborne Pulse Doppler Radar, ada beberapa teori terkait yang perlu diketahui terlebih dahulu, antara lain : </p> <p>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 :</p> <p>dimana :Tp=pulse repetition periodfp=pulse repetition frequency (PRF)</p> <p>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 :</p> <p>dimana c adalah kecepatan propagasi.</p> <p>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. </p> <p>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. </p> <p>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</p> <p>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 :</p> <p>dimana c adalah kecepatan cahaya (3x108 m/detik)</p> <p>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. </p> <p>Perbedaan antara frekuensi yang dipancarkan dengan frekuensi yang diterima disebut Doppler frequency atau Doppler shift, dimana :</p> <p>dimana adalah panjang gelombang yang dipancarkan, dan v positif sebagaimana formula di atas menandakan bahwa target bergerak mendekati radar. </p> <p>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.</p> <p>d. Radial VelocityRadial velocity atau kecepatan radial merupakan kecepatan relatif sepanjang line of sight (LOS) antara radar dengan target, dan didefinisikan sebagai </p> <p>dengan v =kecepatan objekvr=kecepatan radial=sudut antara vector kecepatan objek dengan n radar line of sight</p> <p>Gambar xx Doppler Shift dan Kecepatan Radial</p> <p>Sehingga </p> <p>dimana Doppler shift ditentukan oleh komponen radial dari kecepatan relatif antara target dengan radar. </p> <p>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 :</p> <p>dengan :n =1, 2, 3, ...fd=frekuensi Dopplervr=kecepatan radial=panjang gelombangTp=pulse repetition ratefp=pulse repetition frequency</p> <p>Sehingga : </p> <p>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. </p> <p>Plot dari blind s...</p>