BAB I

PENDAHULUAN

1. Sejarah Singkat Radar

Radar (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 Hülsmeyer 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 64 km). Dua tahun berikutnya, Inggris memiliki jaringan stasiun

radar yang berfungsi untuk melindungi pantainya.

2. Jenis-jenis 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.

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 Dasar

Sebelum berlanjut ke pembahasan mengenai Airborne Pulse Doppler Radar, ada beberapa

teori terkait yang perlu diketahui terlebih dahulu, antara lain :

a. Maximum Unambigous Range

Sebagaimana 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 tokoh fisika, Christian Andreas Doppler, adalah perubahan frekuensi atau panjang gelombang dari sebuah sumber gelombang yang 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 :

f r=( 1+vc

1− vc

) f 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 :

f r=2vcf= 2v

λ

dimana λ 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

v=vr cosψ

dengan v = kecepatan objekvr = kecepatan radial

ψ = sudut antara vector kecepatan objek dengan n radar line of sight

Gambar xx – Doppler Shift dan Kecepatan Radial

Sehingga

f d=2vλcosψ

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 :

f d=2vrλ

= nT p

=n f p

dengan :n = 1, 2, 3, ...fd = frekuensi Dopplervr = kecepatan radialλ = panjang gelombangTp = pulse repetition ratefp = pulse repetition frequency

Sehingga :

vn=nλ2T p

=nλf p2

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 v 1. 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 II

AIRBORNE PULSE DOPPLER RADAR

1. Definisi

Pulse 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 clutter

Dengan 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 bergerak

Hal 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) Radar

MTI 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 Doppler

High-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 Radar

Gambar 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 pasif

seperti 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, highpower

saklar yang mencegah output transmitter dari duplekser dari merusak

ujung 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 dari

stable local oscillator (Stalo), digunakan untuk heterodyne main-beam clutter ke zero

frekuensi, 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 pemancar

disediakan oleh penekan pulsa mengirimkan di penerima IF, yang merupakan sebuah perangkat

gating.

Signal Processing, Output analog penerima down converted ke

baseband (dc) melalui kuadratur pencampuran. Di-fase dan quadrature sinyal

melewati filter yang cocok dan diubah menjadi bahasa digital oleh analog-to digital

(A/D) converter. Setelah A/D biasanya delay-line clutter canceler

dan 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-masing

Output 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 Radar

Radar 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-63

AN/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-65

AN/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-66

AN/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-81

AN/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-35

e. Pulse Doppler fire control radar KLJ-3

Pulse 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 Radar

Kelebihan 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 III

PENUTUP

Radar (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_radar 4. http://www.bmkg.go.id/bmkg_pusat/Informasi_Cuaca/Pengindraan_Jauh/Citra_Radar.bmkg