BAB I
PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi digital pada dekade terakhir ini, kita menyaksikan revolusi besar-besaran pada teknologi komputer dan peningkatan dalam berbagai macam aplikasi yang mudah digunakan (userfriendly applications). Kemajuan dalam dunia informasi tidak dapat lepas dari kemajuan dunia elektronika serta telekomunikasi. Penemuan transistor serta perkembangan yang sangat cepat memacu perubahan yang sangat berarti dalam berbagai bidang. Salah satu diantaranya yaitu pengolahan sinyal secara digital, paling tidak memiliki keunggulan dari pengolahan sinyal secara analog, antara lain; lebih cepat dan lebih akurat.
Teknik pengolahan sinyal secara digital telah diterapkan dalam berbagai bidang. Pengolahan sinyal secara digital memiliki kelebihan dibandingkan pengolahan secara analog, seperti: Penyimpanan secara digital lebih efektif, ketepatan dan kehandalan pengolahannya yang tinggi. Hal ini diperlukan sekali dan sesuai sekali dengan kebutuhan pengolahan sinyal radar yang dinamis, khususnya untuk mengamati sasaran bergerak. Untuk mengolah sinyal pantulan dari sasaran bergerak dibutuhkan memori digital yang dinamis (dapat diisi dan dihapus dengan mudah) dan dapat menampung banyak data. Selain itu diperlukan juga prosesor yang handal yang dapat mempertinggi keakuratan prediksi sasaran. Pada sebuah sistem radar, banyak proses pengolahan digital yang terjadi, antara lain: pembangkitan secara adaptif gelombang elektromagnetik yang akan dipancarkan, kompresi pulsa pantulan, dan pengolahan pulsa pantulan secara adaptif. Makalah ini akan membahas beberapa efek dari pengolahan pulsa pantulan. Energi pulsa pantulan dari obyek yang ingin dideteksi biasanya sangat kecil bila dibandingkan dengan keseluruhan energi yang terdeteksi oleh radar. Keseluruhan energi ini berasal dari sasaran yang ingin dideteksi, dan dari sasaran yang tidak diinginkan, termasuk noise diantaranya. Untuk itu, kebutuhan pengolahan sinyal radar adalah bagaimana menekan sebanyak mungkin energi dari obyek yang tidak diinginkan dan secara bersamaan mengekstrak sinyal yang diinginkan untuk diproses lebih lanjut. Noise umumnya difilter menggunakan matched filter. Sedangkan filter Infinite Impulse Response (IIR) digunakan untuk memisahkan interferensi dari sinyal yang diinginkan.
Interferensi yang sulit dipisahkan dari gema sasaran yang diinginkan adalah yang terletak pada bin range yang sama. Interferensi yang terletak pada bin range yang sama dengan gema sasaran yang diinginkan dapat dipisahkan berdasarkan analisis Doppler jika kecepatannya berbeda.
Berdasarkan penomena di atas, penulis tertarik membahas hal tersebut yang dipaparkan dalam makalah yang berjudul “Pemanfaatan Filter Digital Infinite Impulse Response (IIR) Untuk Pengolahan Sinyal Radar pada Komunikasi Penerbangan”. Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah
1. Untuk mengetahui cara kerja filter digital infinite impulse response (IIR) pada pengolahan sinyal radar secara menyeluruh.
2. Untuk mengetahui pengaruh filter digital IIR terhadap hasil olahan sinyal pada radar
3. Mengkaji pengaruh filter digital IIR pada komunikasi penerbangan.
Selanjutnya, kegunaan dari penulisan ini adalah:
1. Bahan informasi bagi pembaca tentang kegunaan filter digital IIR untuk komunikasi penerbangan”.
2. Menambah wawasan penulis tentang pengolahan sinyal Radar secara filter Digital IIR yang merupakan hasil kajian dari ilmu fisika.
BAB II
KAJIAN TEORI
A. Gelombang
Energi suatu benda yang bergetar dapat pindah atau merambat ke tempat lain dengan cara melalui gelombang. Gelombang dapat dikatakan salah satu cara perpindahan energi. Benda atau zat tempat merambatnya gelombang disebut medium (zat antara). Dalam perambatan energi melalui gelombang ini, hanya energinya saja yang berpindah, tidak disertai perpindahan materi-materi dalam medium (http://www.smkn13bdg.sch.-idelearningsmkn13analisadap-tifFisikamodul%20getaran%gelombang .pdf.)
Geombang yang ada di alam ini, dapat kita bedakan berdasarkan sifat fisisnya seperti berikut:
1. Berdasarkan arah getarnya, gelombang dibedakan :
a. Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah rambatnya tegak lurus dengan arah getarnya.
b. Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah rambatnya sejajar dengan arah rambat gelombang.
2. Berdasarkan amplitudonya, gelombang dibedakan menjadi :
a. Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap (serba sama)
b. Gelombang diam, yaitu gelombang yang amplitudonya berubah (berbeda-beda)
1. Pengertian dan hubungan λ, f, T, dan v
a. Panjang gelombang (λ)
Pada gelombang transversal, satu gelombang terdiri atas satu bukit gelombang dan satu lembah gelombang, sedangkan pada gelombang longitudinal satu gelombang terdiri atas rapatan-renggangan-rapatan atau renggangan- rapatan-renggangan.
b. Frekuensi gelombang(f)
Frekuensi gelombang adalah banyaknya gelombang yang melewati suatu titiktiap satuan waktu.
c. Perioda gelombang (T)
Perioda gelombang adalah waktu yang diperlukan untuk menempuh satu panjang gelombang.
d. Cepat Rambat gelombang(v)
Sesuai dengan persamaan v = s/t ...................................................( 1 )
dengan s = λ, dan t =T, persamaan cepat rambat gelombang dapat dituliskan :v = λ /T atau v = λ f ; atau v=c (c sebagai kecepatan cahaya), sehingga (douglasc. Giancoli, 2001: hal.227) :
λ = c/f .............................................................................................( 2 )
2. Persamaan Gelombang Berjalan
Karena gelombang merupakan perambatan getaran, maka persamaan gelombang sama dengan persamaan getaran yaitu: y = A sin ω t, namun secara umum persamaan gelombang berjalan ditulis : y = A
...........................( 3 )
Dengan k = 2π/ λ bilangan gelombang, k dan x = jarak titik p dari titik asal getaran.
3. Fase gelombang
Fase gelombang adalah keadaan simpangan dan arah gerak suatu titik (benda) pada gelombang. Setiap titik pada gelombang melakukan gerak getaran yang berbeda-beda karena setiap titik pada umumnya memulai getaran pada saat yang berbeda.
Gb. Fase gelombang
a. Sudut fase gelombang di titik P
........................................................................( 4 )
b. Fase gelombang di titik P
.............................................................................. ( 5 )
4. Sifat-sifat umum gelombang
Semua jenis gelombang yang ada di alam ini mempunyai sifat-sifat umum, yaitu dapat mengalami :
1. pelenturan(difraksi)
2. terserap sebagian arah getarnya(polarisasi)1. pemantulan (refleksi)
3. pembiasan (refraksi)
4. penggabungan atau perpaduan (interferensi)
5. Pemantulan gelombang
Bila gelombang datang mengenai penghalang di dalam perambatannya, maka gelombang akan mengalami pemantulan. Pada setiap pemantulan gelombang berlaku :
a) Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r)
b) Gelombang datang (2), gelombang pantul (3), dan garis normal (1) terletak pada satu bidang datar.
Gb. 1 Pemantulan
6. Pembiasan gelombang
Dalam perambatannya sebuah gelombang melewati bidang batas dua medium, maka arah gelombang datang akan mengalami pembelokan gelombang. Peristiwa ini disebut pembiasan. Sehubungan dengan itu, hukum Snellius menjelaskan menjelaskan sebagai berikut:
a) bila suatu gelombang datang dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat, maka gelombang tersebut dibiaskan mendekati garis normal.
b) Bila suatu gelombang datang dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat, maka gelombang tersebut akan dibiaskan menjauhi garis normal.
Gb. 2 Pembiasan
Pada pembiasan berlaku persamaan :
.........................................................................................( 6 )
Mengingat hubungan v = λ. f , dan pada peristiwa pembiasan nilai frekuensi tetap, maka pada pembiasan juga berlaku persamaan :
..........................................................................................( 7 )
Perbandingan cepat rambat gelombang di medium pertama dengan cepat rambat medium kedua disebut indeks bias (n). Dinyatakan dengan persamaan :
.............................................................................................( 8 )
7. Interferensi gelombang
Interferensi gelombang didefinisikan sebagai Peristiwa saling berpadu dan saling mempengaruhi antara dua atau lebih gelombang. Bila bukit bertemu bukit, terjadi interferensi saling menguatkan. Demikian juga bila lembah bertemu lembah. Bila lembah bertemu bukit terjadi interferensi saling melemahkan. Bahkan jika amplitudonya sama, kedua gelombang saling meniadakan
Gb. 3 Interferensi
8. Difraksi gelombang
Difraksi gelombang didefinisikan sebagai peristiwa pembelokan gelombang yang disebabkan oleh adanya celah sempit.
Gb. 4 Difraksi
B. Filter Digital Infinite Impulse Response (IIR)
1. Jenis Filter Digital
Filter digital adalah suatu prosedur matematika atau algoritma yang mengolah sinyal masukan digital dan menghasilkan isyarat keluaran digital yang memiliki sifat tertentu sesuai dengan tujuan filter. Filter digital dapat dibagi menjadi dua yaitu :
a. Filter Digital IIR (infinite impulse response)
Tapis digital infinite impulse response (IIR) didesain dengan teknik yang serupa dengan teknik yang digunakan pada perancangan tapis analog. Pada setiap metode perancangan teknik digital IIR selalu diawali dengan perancangan tapis analog terlebih dahulu dalam kawasan frekuensi analog. Kemudian dirancang tapis digital IIR sebagai padanan dari tapis analog. Diharapkan karakteristik tapis digital yang dibentuk akan sama atau mendekati sama dengan tapis analog.
b. Filter digital FIR (finite impulse response).
Pembagian ini berdasarkan pada tanggapan impuls filter tersebut yaitu FIR memiliki tanggapan impuls yang panjangnya terbatas. Pemakaian filter FIR hampir sama sekali terbatas untuk waktu diskrit. Oleh karenanya teknik perancangan filter FIR adalah berdasarkan aproksimasi langsung respon frekuensi yang diinginkan dari sistem waktu diskrit (http://eprint.ums.ac._ad/824/1/emitor.NGY. implementasi filterdigitalFIRBackman_ pdfradar1).
Beranjak dari judul yang penulis bahas maka penulis hanya mengkaji tentang filter digital IIR saja.
2. Tahap-tahap filter digital IIR
Untuk mendapatkan hasil dari sebuah pemfilteran IIR, ditempuh lima langkah berikut :
1) Tahap penentuan spesifikasi filter
Filter yang akan dirancang dalam penelitian ini adalah berupa lowpass filter dengan frekuensi cutoff sebesar 1000Hz. Spesifikasi filter selengkapnya adalah seperti yang tertera di tabel 1.
2) Tahap perhitungan/pencaharian nilai-nilai koefisien tersebut
Seperti yang telah dijelaskan dimuka, bahwa Matlab telah menyediakan tool yang handal yang dapat membantu dalam proses perancangan dan analisis filter (Duane Hanselman and Bruce Littlefield: 2000). Tool tersebut adalah FDATool. Dengan FDATool kita hanya memasukan semua spesifikasi filter yang telah kita tentukan ke dalam form yang berkesesuaian dengan masing-masing data spesifikasi. Setelah itu matlab akan menghitung dan menampilkan koefisien filter tersebut. Matlab juga dapat membuat tanggapan amplitude dan fase dari filter tersebut. Jadi proses simulasi filter (melihat tanggapan amplitude dan fase terhadap frekuensi dalam sebuah program komputasi) dapat dikerjakan dengan mudah oleh matlab.
Untuk analisis ini, yang menggunakan filter IIR maka pengisian form pada FDATool adalah seperti yang tampak pada gambar 3 di depan. Tanggapan impulse dari filter digital IIR Butterworth orde 6 dapat di lihat pada gambar 4. Hal penting yang perlu diketahui berkenaan dengan fasilitas yang ada pada FDATool adalah berupa pembangkitan secara otomatis file header yang berisi koefisien filter. (Yosi Y., Overview C6000, http://dsp.ee.itb.ac.id, 2000)
3) Tahap penentuan struktur filter
Dalam tahap ini struktur yang digunakan adalah berupa second order section Direct-Form II. Gambar struktur filter tersebut seperti gambar 4. Di dalam FDATool, pemilihan jenis struktur filter dilakukan dengan memilih secara langsung struktur filter melalui jendela Convert Structure. Jendela ini dapat diaktifkan dengan mengklik pull-down menu Edit–Convert Structure.
4) Tahap implementasi.
Setelah nilai koefisien didapatkan dan tanggapan amplitude-fase terhadap frekuensi berhasil disimulasikan, maka tahap berikutnya adalah menerapkan filter tersebut ke dalam DSK TMS320C6711. Dalam proses implementasi ini, perangkat keras-berupa DSK boardsudah tersedia (tidak dirancang oleh peneliti), peneliti cukup mengetahui komponen-komponen yang ada pada DSK board dan lebih berkonsentrasi pada pembuatan program filter pada platform DSK tersebut. Program filter dibuat dalam bahasa C mengingat kemudahan yang ditawarkan oleh bahasa tersebut bila dibanding dengan bahasa assembly. Keseluruhan program yang dibuat melibatkan beberap tipe file, yaitu file dengan sumber C (*.c), file include, dalam hal ini file header (*.h), dan file untuk linker (*.cmd). File-file seluruhnya yang dibuat untuk membuat program filter penjendelaan blackman terlihat pada gambar 6 di bawah ini (http://lecturer.eepis.its.edu/tribudi/LN_DSP/DSP_tutorial_6_Pdf./com) :
Gb. 6 Codec Composer Studio
5) Alur eksekusi program
Dalam proses bekerjanya, program filter blackman menggunakan 4 buah komponen utama (CPU dan peripheral) yang ada di dalam DSK, yaitu CPU DSP TMS320C6711, memori, codec 16-bit TLC32AD535 (didalamnya terdapat ADC dan DAC), dan serial port / McBSP-Multichannel Buffered Serial Port (merupakan salah satu peripheral yang ada di DSP TMS320C6711). CPU DSP TMS320C6711 berfungsi untuk melakukan segala proses komputasi pemfilteran, memori untuk menyimpan program, codec 16-bit berfungsi untuk proses converter data analog ke digital (ADC) dan digital ke analog (DAC), serta serial port berfungsi untuk saluran komunikasi antara CPU DSP dan codec.
Program utama (main.c) berisi beberapa prosedur berikut ini:
1. Inisialisasi papan DSK TMS320C6711
2. Inisialisasi port serial McBSP0
3. Inisialisasi codec
4. Mengaktifkan interupsi port serial
5. Membaca (mengambil) sample dari port serial McBSP0 (yang dihasilan oleh ADC)
6. Melakukan operasi pemfilteran terhadap sample yang telahdi- ambil
7. Mengirimkan hasilnya ke port serial McBSP0 (yang akan diolah
oleh DAC)
Semua prosedur diatas dikerjakan secara urut, setelah selesai sampai pada nomor 7 maka program akan kembali lagi (looping) ke no 5 dan demikian seterusnya. Perlu juga diketahui bahwa cara pembacaan data dan penulisan data dilakukan secara polling, yaitu program menjadwal secara rutin waktuwaktu pembacaan dan pengiriman data dari dan keserial port yang terhubung dengan codec.
3. Teori fisika tentang filter digital IIR
Selanjutnya kita kaji perancangan filter digital IIR secara fisika dengan mennggunakan rumus dan hasil transpormasi dari gelombang yang akan dihasilkan, yang dibahas sebagai berikut (http://lecturer.eepis.its-.edu/tribudi/tbs_paper_ilmiah/paper_j_IIR.pdf////.com):
Filter digital IIR memiliki respon impuls durasi tak terbatas, sehingga dapat ditransformasikan dari filter analog yang umumnya memiliki respon impuls yang panjangnya tidak terbatas. Transformasi tersebut dapat dilakukan setidaknya dengan tiga cara. Pertama dengan cara mendekati persamaan beda filter analog dengan persamaan beda filter digital, metode ini dikenal dengan metode derivatif. Kedua, dengan cara mencuplik respon impuls dari sebuah sistem analog dengan jarak cuplik yang sama, dikenal dengan metode impuls invariant. Kedua cara di atas efektif hanya untuk perancangan filter lowpass dan bandpass. Metode ketiga yang dapat mengatasi keterbatasan tersebut adalah metode transformasi bi-linear.
Transformasi bi-linier adalah transformasi aljabar antara bidang-s dan bidang-z yang memetakan semua sumbu-jΩ pada bidang-s ke lingkaran satuan pada bidangz hanya satu kali, sehingga menghindari masalah aliasing dari komponen-komponen frekuensi. Saat − ∞ ≤ Ω ≤ ∞ dipetakan pada −π ≤ ω ≤ π , transformasi antara variabel waktu kontinyu dan waktu diskrit harus nonlinier. Oleh karena itu, penggunaan teknik ini dibatasi untuk situasi, di mana kelengkungan yang sesuai dari sumbu frekuensi dapat diterima.
Dengan Hc(s) dinotasikan sebagai fungsi sistem analog dan H(z) sebagai fungsi sistem digital, transformasi yang sesuai untuk menggantikan s adalah:
.................................................................( 9 )
di mana:
...................................................( 10 )
T merupakan suatu parameter yang mewakili interval pencuplikan, dan pada persoalan khusus beberapa nilai yang sesuai untuk T dapat dipilih. Dari persamaan (1) dapat diperoleh solusi untuk z, yaitu:
..................................................................( 11 )
substitusi s = σ + jΩ pada persamaan (3), diperoleh:
...................................................( 12 )
Jika σ < 0 , dari persamaan (7) diperoleh z < 1untuk berapapun nilai Ω . Dengan cara yang sama, jikaσ > 0 , diperoleh z >1 dan untuk σ = 0 , diperoleh z = 1 untuk berapapun nilai Ω. Jika pole Hc(s) pada bagian sebelah kiri bidang–s, pole pada bidang-z akan berada di dalam lingkaran satuan. Sehingga filter analog stabil kausal ditransformasikan menjadi filter digital stabil kausal.
Sifat-sifat transformasi bi-linear seperti pemetaan dari bidang-s ke bidang-z ditunjukkan pada Gambar 3(a) dan (b). Ketidaklinieran jelas terlihat pada bagian (b). Transformasi nonlinier ini dapat mengatasi masalah aliasing yang timbul pada perancangan menggunakan dua metode sebelumnya.
Gb. 8 a. Pemetaan bidang S ke Z
b. ketidak linieran pemetaan bidang tersebut
BAB III
RADAR DENGAN SISTEM FILTER DIGITAL IIR
A. Radar
1. Pengertian
RADAR merupakan singkatan dari Radio Detection and Ranging. Teknologi ini berakar dari teknologi gelombang mikro (microwave). Prinsip yang jadi kunci utama teknologi ini adalah pantulan gelombang mikro dan sesuatu yang disebut Doppler Effect (Efek Doppler). Untuk bisa memahami prinsipnya lebih mudah, kita bisa analogikan dengan gelombang suara (Gambar 1). Dalam gelombang suara kita mengenal yang disebut gema (echo). Kalau gelombang suara kita menumbuk suatu permukaan, gelombang itu pasti langsung dipantulkan kembali, yang kita dengar adalah gema dari suara awal.
Gambar. 1 Analogi dengan prinsip gema pada gelombang suara
2. Sejarah Radar
Tahun 1865 seorang ahli fisika Inggris “James Clerk Maxwell“ mengembangkan dasar-dasar teori terntang elektromagnetik. Dan satu tahun kemudian, “Heinrich Rudolf Hertz” seorang ahli fisika Jerman berhasil membuktikan teori Maxwell dengan menemukan gelombang elektromagnetik.
Sejarah Singkat Radar:
Penggunaan gelombang elektromagnetik untuk mendeteksi keberadaan suatu benda, pertama diterapkan oleh Christian Hülsmeyer pada tahun 1904 dengan mempertunjukkan kebolehan mendeteksi kehadiran dari suatu kapal pada cuaca berkabut tebal, tetapi belum sampai mengetahui jarak kapal tersebut.
Pada tahun 1921 “Albert Wallace Hull” menemukan Magnetron sebagai tabung pemancar sinyal/transmitter efisien. Tahun 1922 “A. H. Taylor and L.C.Young” dan tahun1930 L. A. Hyland dari Laboratorium Riset kelautan Amerika Serikat, berturut-turut berhasil menempatkan transmitter pada kapal kayu dan pesawat terbang untuk pertama kalinya.
Sebelum Perang Dunia II yakni antara tahun 1934 hingga 1936, ilmuan dari Amerika, Jerman, Prancis dan Inggris mengembangkan sistem radar. Namun setelah Perang Dunia II sistem radar berkembang sangat pesat, baik tingkat resolusi dan portabilitas yang lebih tinggi, maupun peningkatan kemampuan sistem radar sebagai pertahanan militer. Hingga saat ini sistem radar sudah lebih luas lagi penggunaannya yakni meliputi kendali lalu lintas udara (Air Traffic Control), pemantau cuaca dan jalan
3. Jenis jenis Radar
Adapun jenis-jenis dari radar dapat dibagi menjadi dua bagian:
a. Doppler Radar.
Radar Doppler merupakan jenis radar yang menggunakan Efek Doppler untuk mengukur kecepatan radial dari sebuah objek yang masuk daerah tangkapan radar. Radar jenis ini sangat akurat dalam mengukur kecepatan radial. Contoh Radar Doppler yaitu Weather radar yang digunakan untuk mendeteksi cuaca.
Gb. Efek Dopler
b. Bistatic Radar.
Radar Bistatic adalah jenis sistem radar yang mempunyai komponen pemancar sinyal (transmitter) dan penerima sinyal (receiver) dipisahkan oleh suatu jarak yang dapat dibanding dengan jarak target/objek. Objek dideteksi berdasarkan pantulan sinyal dari objek tersebut ke pusat antena. Contoh Radar Bistatic yaitu Passive radar.
4. Prinsip Kerja Radar
Sistem radar mempunyai tiga komponen utama yakni: Antena, Transmitter (Pemancar sinyal), Receiver (penerima sinyal)
1. Antena
Antena radar adalah suatu antena reflector berbentuk parabola yang menyebarkan energi elektromagnetik dari titik fokusnya dan dicerminkan melalui permukaan yang berbentuk parabola sebagai berkas sempit (gbr.A). Antena radar merupakan dwikutub (gbr.B). Input sinyal yang masuk dijabarkan dalam bentuk phased-array yang merupakan sebaran unsur-unsur objek yang tertangkap antena dan kemudian diteruskan ke pusat sistem radar (gbr.C).
2. Pemancar Sinyal (Transmitter)
Transmitter pada sistem radar berfungsi untuk memancarkan gelombang elektromagnetik melalui reflektor antena agar sinyal objek yang berada pada daerah tangkapan radar dapat dikenali, umumnya Transmitter mempunyai bandwidth yang besar dan tenaga yang kuat serta dapat bekerja efisien, dapat dipercaya, tidak terlalu besar ukurannya dan juga tidak terlalu berat serta mudah perawatannya. Contoh Transmitter berupa tabung :
3. Penerima Sinyal (Receiver)
Receiver pada sistem radar berfungsi untuk menerima pantulan kembali gelombang elektromagnetik dari sinyal objek yang tertangkap radar melalui reflector antena, umumnya receiver mempunyai kemampuan untuk menyaring sinyal agar sesuai dengan pendeteksian serta dapat menguatkan sinyal objek yang lemah dan meneruskan sinyal objek tersebut kesignal and data processor (Pemproses data dan sinyal) serta menampilkan gambar di layar monitor (Display).
5. Pengolahan Sinyal Radar
Selanjutnya kita bahas bagaimana pengolahan sinyal radar tersebut, sebagai berikut (http://www.elisa.ugm.ac.id/data/materi/16/28/ pdfradar1):
1. Pengolahan Radar (Radar Processing)
Data mentah radar (Raw data Radar) tidak dapat di view sebagai sebuah citra (image), tetapi merupakan dalam bentuk sebuah data ‘hologram’ yang dibutuhkan dalam bentuk sebuah citra (image). Di dalam kisaran dimensi (range dimension) bahwa data mentah (raw data) secara typical dikerik (chirped) atau bubaran frekuensi (frequency dispersed) dan harus dikompres (compressed). Dalam azimuth, history Doppler (Doppler history) harus mirip dikompres untuk menciptakan synthetic aperture. Data mental radar secara tipical ‘complex’, yang berisi dua pengukuran dari energi yang kembali untuk setiap pixel. Hal ini merepresentasikan phase dan amplitudo dari energi yang kembali di dalam sebuah sistem koordinat 2 dimensi seperti I dan O. Pengolahan data mentah radar menjadi citra (imagery) secara komputasi sangat intensif.
2. Pengolahan secara Digital Data Mentah (Digital Processing of Raw Data)
Menurut sejarah, prosesor optikal koheren (coherent optical processor) memakai kombinasi laser/lensa dengan pencatat film (film recorder) telah digunakan untuk memproses data radar yang dalam bentuk holographic. Sejak akhir 1970-an, prosesor optik (optical processor) secara besar-besaran menghilang karena tersedianya prosesor digital (digital processors) yang cepat dan lebih murah. Digital radar processors mampu mengkonversi slant-range ke ground range (slant-range to groundrange conversion), dan koreksi perolehan kisaran yang terikat (range dependent gain correction). Sejumlah bebas (independent) terlihat dalam dimensi azimuth yang divariasikan dalam sebuah quantitative fashion. Citra dicontoh ulang (image resampling) ke berbagai ukuran pixel dan menempatkan data dalam Geographical Information System (GIS). Kalibrasi radiometric dan geometric data citra dibutuhkan. Digital radar processing merupakan pengkonversian (conversion) dan penciutan (compression) dari sejarah sinyal radar (radar signal histories) di dalam arah azimuth dan kisaran (azimuth and range direction) ke dalam sebuah format citraan yang dapat ditafsirkan oleh pengguna. Langkah-langkah dalam pengolahan biasanya dilakukan kompresi range, kompresi azimuth, pendeteksian sinyal, pengolahan lihatan ganda (multi-look processing), dan penyimpanan data (data storage) ke dalam Computer Compatible Tape (CCT) atau Exabyte, disebut Prosesor digital (digital processor) dapat berupa time domain atau frequency domain, beserta keuntungan untuk kedua tipe tersebut. Prosesor time domain (Time domain processor) menggunakan convolutions atau matched filtering, dan frequency domain menggunakan transformasi Fourier dan simpler’s multiplication’s. Produksi hasilnya adalah sebuah citra yang rumit yang dapat dideteksi baik ke dalam real image atau dibawa keberikutnya ke dalam operasi yang lebih canggih .
3. Digital Image Analysis
Setelah memproduksi sebuah citra real yang berguna (a usable real image) dari data yang kompleks (complex data), maka Digital Image Analisys (DIA) bisa dilakukan pada citra hasil (resulting imagery). Analisa citra (image analysis) dari data inderaja (remotely sensed data) biasanya termasuk langkah-langkah berikut: Geometric correction and Registration (geocodedor georeferenced); Radiometeric calibration (return related to relative or absolute standards); Data enhancement (contrast stretches, radiometric enhancement), Filtering (speckle reduction, edge detection), Digital Mosaicing; Information Extraction (MLC, Texture, PCA, etc.), and Radar Mapping Technique, yang akan diterangkan mendetail dalam ban interpretasi radar.
6. Prinsip Pengoperasian Radar
Radar pada umumnya beroperasi dengan menyebar tenaga elektromagnetik terbatas di dalam piringan antena yang bertujuan untuk menangkap sinyal dari benda yang melintas pada daerah tangkapan yang bersudut 20 – 40 derajat, pemasangan ini bertujuan untuk menghindari pantulan gelombang dari bangunan dan relief bumi yang tidak datar, sehingga pantulan gelombang memang berasal dari kawasan udara saja. selanjutnya ketika suatu benda masuk dalam daerah tangkapan antena, maka sinyal yang ditangkap akan diteruskan ke pusat sitem radar dan akan diproses hingga benda tersebut nantinya akan tampak dalam layar monitor/display. (http://radar.ee.itb. ac.id./suksmono /lectures-/et303-/ppt-/2.20%sekilas%20medan%20%EM.pdf).
Kode huruf untuk berbagai pita (bands) yang aslinya dipilih dengan sewenang-wenang oleh militer untuk meyakinkan keamanan ketika tahap awal perkembangan teknologi radar. Mereka terus menerus didalam penggunaannya sebagai masalah konvini (kepercayaan). Kebanyakan imaging radar dioperasi pada frekuensi antara 1.25 dan 35.2 GHz (24 cm – 0.8 cm). Panjang gelombang sinyal radar menentukan luas (extent) yang mana gelombang mikro (microwave) dilemahkan (attenuated) atau dibubarkan (disperse) oleh atmosfir. Atmosferik yang serius (serious atmospheric) adalah typically confined dengan panjang gelombang yang lebih pendek, kurang dari 3 cm. Bahkan pada wavelength ini didalam banyak kondisi operasi normal, maka atmosfir hanya slightly (sedikit) melemahkan sinyal.
Diagram di atas menyediakan sebuah skematik dari panjang relatif dari radars bands. Tabel di bawah menggariskan band yang umum digunakan dalam pengideraan jauh.
B. Kegunaan Radar pada Komunikasi Penerbangan
1. Bidang militer
a. Airborne early warning (AEW)
Sistem ini adalah sistem radar untuk mendeteksi pesawat terbang lain. Sistem radar ini sering digunakan untuk pertahanan dan penyerangan udara.
b. Radar Pengendali/pemandu peluru kendali
Pesawat tempur Amerika Serikat F-14 yang menembakkan peluru kendali udara ke udara (air-to-air missile) “AIM-54 Phoenix” yang menggunakan radar pemandu untuk mencapai target penembakkan.
2. Keperluan Penerbangan
a. Weather radar merupakan jenis radar cuaca yang mampu mendeteksi intensitas curah hujan dan cuaca buruk seperti adanya badai, sehingga nantinya bisa dijadi acuan dalam jadwal penerbangan yang layak.
b. Wind profiler merupakan jenis radar cuaca yang menggunakan gelombang suara (SODAR) untuk mendeteksi kecepatan dan arah angin, ini digunakan untuk mengatur posisi pesawat saat terbang, sehingga pesawat nantinya tidak dihadang badai.
C. Bentuk Pendeteksi Radar yang Terdapat pada Beberapa Komputer
Berdasarkan sinyal-sinyal yang diperoleh nantinya pada saat radar medeteksi suatu objek yang ada didepannya, maka dapat kita amati melalui komputer. Jenis dari hasil citraan radar tersebut bermacam-macam tergantung pada komputer dan jenis software yang digunakan sebagai alat pendeteksi. Dari hasil beberapa komputer dapat dilihat hasilnya sebagai berikut:
1. Hasil pendeteksian radar secara sederhana pada komputer biasa
2. Radar yang mengatur kedudukan pesawat yang sedang terbang
Dengan adanya jenis radar ini maka seorang pilot dapat dengan mudah mengatur kedudukan posisi pesawat pada saat terbang diudara.
3. Radar pada pendeteksian benda-benda yang mendekati sumber
Dari ketiga hasil citraan gambar diatas, hasil tersebut diperoleh melalui pemantulan gelombang dengan frekuensi tertentu (lihat tabel pada hal.23), yang mana nantinya akan disaring dengan sistem IIR (infinite impulse response) yang diolah secara digital pada komputer, seperti penjelasan gambar berikut:
Berdasarkan gambar diatas, terlebih dahulu ada sinyal input dari target kemudian diolah dan dihasilkan sinyal output yang nantinya bisa diperoleh pada tiga jenis gambar hasil pendeteksian diatas.
D. Kelebihan dan kekurangan dari Penggunaan Filter Digital IIR
1. Kelebihan dari Penggunaan Filter Digital IIR
Ada beberapa keuntungan yang bisa diperoleh dari penggunaan filter digital IIR pada Radar, yaitu:
a. Seorang pilot pesawat dengan mudah mengetahui kedudukan posisi pesawat pada saat melakukan penerbangan.
b. Dengan adanya radar pada bidang militer, maka bisa diketahui objek musuh yang bergerak didepan medan peperangan.
c. Radar dapat mendeteksi benda-benda asing yang memasuki kawasan yang dijaga.
Jadi, dengan adanya radar maka kita tidak perlu susah-susah untuk memantau langsung objek yang akan dideteksi, cukup dengan duduk didepan komputer dan mengamati gejala-gejala yang teramati oleh Radar.
2. Kekurangan dari Penggunaan Filter Digital IIR
Disamping ada kelebihan tentu masih ada kekurangan dari sistem radar filter IIR ini. Sebagai ilustrasinya istilah ini pasti sudah tidak asing lagi bagi kita terutama yang sering menonton film layar lebar seperti Air Force, Stealth Aircraft atau pesawat yang bisa ‘menghilang’. Bagaimana caranya pesawat yang sebesar itu bisa menghilang. Teknologi ini menjadi bukti keajaiban Fisika sederhana tetapi menakjubkan, Satu hal yang pasti: pesawat berteknologi stealth sama sekali tidak pernah menghilang, Hanya saja pesawatnya tidak (sangat susah) terdeteksi oleh RADAR, sensor panas (inframerah), dan berbagai sensor canggih lainnya, yang juga dihasilkan dari konsep-konsep Fisika. Aplikasi teknologinya bukan hanya pada pesawat saja, tapi juga pada kapal-kapal laut dan berbagai kendaraan yang menggunakan peralatan elektronik. Apa prinsip fisika yang menjadi kunci utama teknologi yang menyelubungi pesawat-pesawat canggih masa kini.
Sederhana saja, Jika kita sedang bercermin (menggunakan cermin yang datar), kita melihat bayangan kita pada cermin tersebut. Tapi jika cerminnya kita miringkan ke atas (pada sudut tertentu), otomatis bayangan kita tidak lagi terlihat. Yang terlihat di cermin adalah bayangan langit-langit kamar. Ini berarti gelombang cahaya dipantulkan ke arah yang menjauh dari kita (http://www.i-elisa.ugm.ac.id/data /materi/16/28/rpkps_ psd01_2pdf/.com).
Saat cermin belum dimiringkan, gelombang cahaya yang ada di sekitar kita dipantulkan (oleh cermin) ke mata kita sehingga kita bisa melihat bayangan kita sendiri di cermin tersebut. Gelombang cahaya pasti memantul ketika
bertumbukan dengan suatu permukaan. Prinsip ini digunakan dalam teknologi Radar, tetapi gelombang yang digunakannya bukan gelombang cahaya, melainkan gelombang elektromagnetik. Gelombang pantulannya akan dideteksi oleh alat penerima (receiver) sehingga jika ada pesawat mendekat, bisa langsung diketahui jarak, kecepatan, dan spesifikasi pesawat itu (Gambar 1).
Pesawat berteknologi stealth bisa mengelabui receiver sinyal radar, karena gelombang pantulan yang seharusnya diterima oleh receiver justru dibelokkan ke arah lain (Gambar 2) atau menjauh dari lokasi stasiun penerima sinyal. Ini memberi kesan gelombangnya tidak dipantulkan sama sekali (lewat begitu saja). Jika gelombang tidak dipantulkan itu berarti tidak ada benda apa pun di lokasi yang sedang dipantau (gelombangnya tidak menumbuk suatu permukaan). Ini seperti cermin yang dimiringkan tadi! Kesannya kita tidak ada di depan cermin itu karena bayangan yang ditunjukkan cermin adalah bayangan langit-langit, bukan bayangan kita. Padahal kita tetap berdiri di tempat yang sama, hanya saja tidak terlihat.
Bagaimana caranya permukaan pesawat bisa memantulkan gelombang elektromagnetik ke arah lain (bukan ke arah stasiun penerima). Dengan cara menerapkan rancangan pesawat (Gambar 3) yang memiliki bentuk permukaan yang datar dengan hidung pesawat tidak melengkung seperti pada pesawat biasa. Hidung pesawat dirancang supaya berbentuk runcing. Permukaan atas dan bawahnya dibuat sedatar mungkin sehingga mencegah kembalinya gelombang pantulan ke receiver. Prinsipnya tetap sederhana, sesederhana Fisika.
Selain desain permukaan dan hidung pesawat, sayap pesawat juga dirancang berbeda. Jika pesawat biasa memiliki dua sayap yang menopang beratnya, pesawat stealth biasanya tampak seolah-olah hanya tersusun dari satu sayap saja, tanpa badan utama (fuselage) dan ekor pesawat (tail). Beratnya ditopang oleh keseluruhan pesawat. Rancangan semacam ini sangat membantu mengurangi drag atau hambatan udara yang bekerja melawan arah gerak pesawat. Berkurangnya hambatan udara berarti bahwa pesawat dapat bergerak lebih lincah di udara dan bisa memiliki kecepatan sangat tinggi.
Suatu rancangan biasanya tetap memiliki kelemahan, terutama rancangan hidung dan badan pesawat yang dimaksudkan untuk meminimalisasi pantulan gelombang elektromagnetik. Walaupun sudah dihitung seteliti mungkin, bisa saja ada gelombang elektromagnetik yang berhasil mencapai receiver. Untuk mengurangi ini, biasanya seluruh badan pesawat dibalut lagi dengan bahan yang bisa menyerap gelombang elektromagnetik, disebut Radar-Absorbing Material (RAM). Prinsipnya sama saja dengan bahan yang dapat menyerap gelombang panas, seperti pakaian yang berwarna hitam. Warna hitam sangat baik dalam menyerap gelombang panas. Ini bisa dibuktikan di tengah teriknya matahari siang. Kita pasti merasa lebih panas jika kita mengenakan baju berwarna hitam karena gelombang panas (inframerah) dari matahari diserap semua. RAM merupakan bahan-bahan sejenis karet alam dan elastomer neoprene yang sangat baik dalam menyerap gelombang elektromagnetik. Dengan kombinasi RAM dan desain permukaan pesawat yang mampu mengalihkan arah gelombang pantulan, kemungkinan terdeteksinya pesawat oleh sinyal radar semakin diperkecil. Kalaupun ada sinyal yang berhasil dideteksi, biasanya sinyalnya sangat lemah, seperti sinyal yang dihasilkan oleh burung-burung yang terbang di udara. Ini dapat mengelabui stasiun penerima karena pesawat yang sedang menyelundup itu pasti dikira burung biasa yang sedang asyik bermain di udara.
Selain menghindari deteksi sinyal radar, pesawat stealth juga dirancang supaya bisa menyembunyikan jejak panas (inframerah) yang dihasilkan oleh mesinnya. Ini juga dimaksudkan untuk menghindari kejaran rudal yang diprogram untuk menargetkan daerah-daerah yang memiliki suhu lebih tinggi dari sekitarnya (heat-seeking missile). Mesin-mesin yang sedang bekerja pasti menghasilkan panas, dan panas ini bisa dideteksi oleh sensor inframerah. Kalau profil panasnya dapat dilacak, maka jejak pesawat pun bisa dideteksi. Mesin-mesin pesawat stealth terletak di dalam pesawat itu. Udara panas yang dihasilkan dilewatkan dulu melalui saluran pendingin sehingga suhunya turun sebelum dilepaskan ke atmosfer. Hasilnya sensor inframerah tidak menemukan jejak apa pun. Suara mesin pun jadi lebih halus karena diletakkan di dalam pesawat (suara bising yang dihasilkan mesin saat sedang beroperasi dapat diredam).
Lalu bagaimana dengan penampakan visualnya, kalau sedang terbang di siang hari yang cerah, tentu saja pesawat sebesar itu tetap bisa terlihat mata kita. Karena alasan itulah biasanya pesawat stealth ini dioperasikan pada malam hari. Ini sesuai dengan nama-nama yang diberikan untuk pesawat-pesawat berteknologi stealth, seperti pesawat F-117 yang dikenal dengan nama Nighthawk. Pesawat-pesawat ini biasanya berwarna hitam gelap supaya mudah berbaur dalam kegelapan malam. Dalam beberapa tahun terakhir pesawat-pesawat stealth mulai dioperasikan juga pada siang hari. Untuk semakin menambah karakteristik ‘stealth’nya, badan pesawat sengaja dicat menggunakan warna yang bisa berbaur dengan sekitarnya (seperti bunglon). Karena warnanya mirip dengan warna lingkungan sekitarnya, biasanya pesawatnya jadi tidak mudah terlihat mata.
Jadi, dari keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa ada beberapa kekurangan radar dengan filter digital IIR antara lain:
a. Tidak dapat mendeteksi objek yang bergerak dengan cepat.
b. Pada Radar rudal sebagai peluru kendali hanya bisa mengenali objek yang menghasilkan energi panas saja.
c. Tidak dapat mendeteksi objek jika sinyal/ frekuensi yang dipantulkan objek kelain arah seperti yang terjadi pada kasus pesawat stealth diatas.
d. Tidak bisa mendeteksi objek yang menyerap sinyal radar yang diberikan.
BAB IV
PENUTUP
A. Kesimpulan
Tahun 1865 seorang ahli fisika Inggris “James Clerk Maxwell“ mengembangkan dasar-dasar teori terntang elektromagnetik dan satu tahun kemudian, “Heinrich Rudolf Hertz” seorang ahli fisika Jerman berhasil membuktikan teori Maxwell dengan menemukan gelombang elektromagnetik. Infinite Impulse Response (IIR) didesain dengan teknik yang serupa dengan teknik yang digunakan pada perancangan tapis analog, tetapi hasilnya dalam bentuk digital pada layar komputer. Dari hasil yang diperoleh dalam pengujian sistem diatas menunjukkan sistem IIR cukup mewakili sistem ideal dan telah menunjukkan kinerja yang bagus. Filter digital IIR dapat mentranspormasi kedudukan sinyal radar dalam bentuk digital sehingga memudahkan navigator dan pilot pesawat dalam penerbangan.
B. Saran
Sekian hasil makalah yang penulis bias sajikan, semoga berguna hendaknya bagi kita semua ‘amin yaa rabball allamin. Dari hasil makalah penulis tentu tidak terlepas dari kekurangan dan kesalahan maka dari pada itu jika ada kritik dan saran penulis terima dengan sepenuh hati, demi kesempurnaan isi makalah seminar fisika pada masa selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Duane Hanselman and Bruce Littlefield. 2000. Matlab Bahasa Komputasi Teknis: Komputasi, Visualisasi, dan Pemograman (terjemahan oleh Andi). Yogyakarta
Giancoli, Douglas c. 2001. Fisika 2 (edisi kelima). Jakarta : Erlangga
http://www.elisa.ugm.ac.id/data/materi/16/28/ pdfradar1(diakses tanggal :3 desember 2008)
http://eprint.ums.ac.ad/824/1/emitor.NGY.implementasi filterdigitalFIRBackman pdfradar1(diakses tanggal :3 desember 2008)
http://radar.ee.itb.ac.id./suksmono/lectures/et3030/ppt/2.20%sekilas%20medan%20%EM.pdf. (diakses tanggal :3 desember 2008)
http://www.i-elisa.ugm.ac.id/data/materi/16/28/rpkps_psd01_2pdf/.com (diakses tanggal : 15 Desember 2008)
http://lecturer.eepis.its-.edu/tribudi/tbs_paper_ilmiah/paper_j_IIR.pdf////.com (diakses tanggal :15 desember 2008)
http://lecturer.eepis.its.edu/tribudi/LN_DSP/DSP_tutorial_6_Pdf./com (diakses tanggal :15 desember 2008)
http://www.smkn13bdg.sch.idelearningsmkn13analisadaptifFisikamodul%20getaran%gelombang .pdf. (diakses tanggal : 15 Februari 2009)
Yosi Y., Overview C6000, http://dsp.ee.itb.ac.id, 2000 (diakses tanggal :25 November 2008)
12.10.2009
Paper Seminar Fisika
Langganan:
Posting Komentar (Atom)
0 komentar:
Posting Komentar