Mengenal Lebih Jauh Tentang Radar

Beranda
Komunitas
News
Sains & Teknologi
Mengenal Lebih Jauh Tentang Radar

nawap

16-03-2014 12:16

HT PERTAMA ANE

Spoiler for Cek Dulu:

DI RATE YA GAN

RADAR

Spoiler for Radar:

Sebelum membahas radar, pernah dengar istilah remote sensing (penginderaan jauh)? Intinya sih, kita mengamati atau mempelajari suatu benda tanpa menyentuh langsung benda tersebut dan biasanya benda tersebut jaraknya cukup jauh dari pengamat. Nah, salah satu benda yang dapat digunakan untuk keperluan ini adalah radar, yang merupakan singkatan dari RAdio Detection And Ranging. Dari kepanjangannya saja, kita dapat melihat bahwa benda ini memanfaatkan gelombang radio – salah satu jenis gelombang elektromagnetik - untuk mendeteksi suatu benda dan melakukan pengukuran jarak benda tersebut ke pengamat. Selain gelombang radio, sebenarnya dapat juga digunakan gelombang cahaya atau bunyi, tapi ya,, berarti nama alatnya bukan radar lagi
Seberapa Penting Peranan Radar?
Kenapa kita perlu radar? Jelas,, untuk mengamati benda yang letaknya jauh dari kita Ah,, kalau gitu pertanyaannya dirubah. Kenapa kita perlu mengamati benda dari jarak jauh? Kenapa nggak langsung datang ke lokasi lalu kita pelajari objek tersebut sampai puaasss… Ingat, terkadang kita tidak mungkin untuk mempelajari langsung di lokasi objek. Misalkan, kita ingin mengamati awan. Apakah kita mau terbang ke atas sana lalu mengambil sampel-sampel awan? Hehehe,, repot juga kan? Contoh lain, misalkan kita ingin mengamati pesawat musuh. Nggak mungkin kan kita pergi ke sana. Sebelum sampai di sana mungkin kita sudah ditembak jatuh duluan
Yang penulis sebutkan di atas hanyalah contoh kecil dari kegunaan radar. Dan tentu saja masih banyak kegunaan lain, seperti monitoring hutan, mempelajari kehidupan bawah laut, mencegah terjadinya tabrakan, sampai ke penanganan bencana. Wah berarti sangat penting ya bagi Indonesia tercinta? Jelas! Bayangkan berapa permasalahan yang dapat diselesaikan dengan keberadaan radar. Apalagi fungsi radar yang saya sebutkan terakhir,, mengingat bencana alam makin sering terjadi di negeri ini (tanya kenapa?).
Bagaimana Radar Bekerja?
Dari namanya, kita dapat menduga bahwa radar memanfaatkan gelombang radio untuk mengamati suatu objek. Prinsipnya sih sederhana, seperti ini.

Spoiler for Cara kerja:

Kok pesawatnya pake senyum segala sih? Yah, whaterver lah, tapi intinya:

Pemancar (TX = Transmitter) mengirimkan gelombang radio ke arah objek.
Objek memantulkan gelombang radio sehingga gelombang akan kembali ke pengamat.
Gelombang pantul akan dideteksi oleh penerima (RX = Receiver)
Kalo dilihat-lihat, radar tidak ada bedanya dengan sistem telekomunikasi, ada pengirim dan penerima pesan. Hanya saja, di sini kita “berkomunikasi” dengan alam ataupun benda lainnya, bukan dengan manusia…
Informasi Apa yang Dapat Diperoleh Dari Radar?
Dengan diterimanya gelombang pantul di RX, apakah tugas kita selesai? Belum! Gelombang yang diterima oleh RX harus diolah sedemikian rupa sehingga kita mendapatkan informasi tentang objek, misalnya berapa jarak objek tersebut dan berapa kecepatannya?

Untuk mencari jarak, sebenarnya cukup simpel. Kita dapat memanfaatkan fakta bahwa:

Gelombang radio membutuhkan waktu untuk merambat dengan kecepatan 3 x 108 m/s.
Artinya, dalam 1 detik, gelombang telah menempuh jarak sebesar 3 x 108 m. Jika jarak antara radar dan objek adalah R, maka panjang lintasan yang ditempuh oleh gelombang adalah 2R, karena gelombangnya kan pulang pergi (pp, kayak angkot aja emoticon-Big Grin

). Waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh lintasan ini (delay time) dapat diukur oleh pengamat, sehingga R dapat dicari dengan rumus fisika SMP, s = v t, dimana s adalah panjang lintasan (2R), v adalah kecepatan gelombang, yaitu sama dengan c = 3 x 108 m/s, dan t adalah waktu delay = τ. Jadi:

Selain jarak, informasi lain yang dapat diperoleh adalah kecepatan objek. Bagaimana cara mengukurnya? Hmm,, gimana ya? Oh, untungnya ada fenomena alam yang dinamakan efek Doppler, pernah dengar sebelumnya? Yang ini lho:

Apabila sumber gelombang dan pengamat saling mendekat, maka frekuensi yang diterima oleh pengamat akan semakin tinggi. Sebaliknya, jika saling menjauh, frekuensi yang diterima akan semakin rendah.

Contoh klasik. Kalau suara sirine ambulance pernah dengar? Coba saja perhatikan, kalo mobil ambulance bergerak ke arah kita, nadanya akan lebih tinggi dan kemudian akan semakin rendah kalau menjauhi kita. Artinya, ada pergeseran frekuensi di sini dan pergeseran ini sebanding dengan kecepatan benda.

Nah, efek ini juga berlaku pada gelombang radio. Radar sebagai pengamat dan objek seolah-olah sebagai sumber gelombang (kan dia mantulin gelombang yang dikirim radar). Frekuensi Doppler dapat dihitung dengan:
Frekuensi Doppler ini menyatakan seberapa jauh perbedaan frekuensi gelombang yang diterima oleh RX dari frekuensi gelombang yang dikirimkan oleh TX (fc). Dengan menghitung perbedaan frekuensi ini, maka kecepatan objek dapat dihitung dengan:

Di mana λ adalah panjang gelombang yang dikirimkan. Sampai sini, kita telah memperoleh dua buah informasi, yaitu jarak objek dan kecepatannya. Sebenarnya masih banyak lagi informasi yang bisa diperoleh
Jarak Maksimum
Pertanyaan selanjutnya adalah, seberapa jauh radar mampu mendeteksi suatu objek? Adakah batasnya? Yang pasti, semua yang diciptakan di dunia ini memiliki batasan, begitu juga dengan radar dan yang membatasi jarak ini adalah cara kerja dari radar itu sendiri.

Begini, radar mengirimkan suatu gelombang atau sinyal dengan bentuk tertentu secara berulang-ulang, contohnya sinyal kotak (atau pulsa, tapi bukan pulsa HP ya) seperti ini.

Spoiler for Jarak:

Sinyal tersebut kemudian ditumpangkan (istilah kerennya : dimodulasi) ke suatu sinyal sinusoidal dengan frekuensi yang lebih tinggi. Ya,, ibaratnya seperti kita ingin pergi dari Indonesia ke Amerika, pasti harus numpang pesawat atau alat transportasi yang lain kan, masak mau jalan kaki? Lalu, sinyal yang diterima pasti akan ter-delay bukan? Delay akan tergantung dari posisi objek. Bagaimana jika sinyal yang ter-delay (warna merah) ada di posisi berikut (1,2, atau 3)?

Spoiler for :

Jika delay berada di posisi 1, maka jarak dapat diketahui dengan mengukur beda waktu posisi 1 dan pulsa A. Demikian pula untuk posisi 2, di sini jelas bahwa pulsa ini berasal dari pulsa A. Tidak mungkin dari pulsa B, kalau dari pulsa B ya berarti tidak ada delay dan ini tentu tidak menarik. Kenapa? Kalo nggak ada delay ya berarti bendanya ada di depan radar. Kalau seperti itu, kita tidak perlu radar, pengamatan dengan mata sudah cukup emoticon-Big Grin

.

Nah, yang jadi masalah adalah, bagaimana jika pulsa yang diterima ada di posisi 3? Pulsa yang di posisi 3 berasal dari pulsa A atau B? Nah lo! Bingung kan? Terjadi suatu keambiguan di sini. Sama saja seperti pelajaran bahasa Indonesia, misalnya ada kalimat “Istri direktur yang baru pergi ke luar negeri.” Nah, yang baru itu direkturnya atau istrinya? Kurang lebih kasus radar ini mirip dengan contoh tersebut.

Dari gambar, terlihat bahwa posisi “aman” yang paling jauh adalah posisi 2. Jika jarak antar pulsa adalah T, maka posisi 2 terletak pada T detik setelah pulsa A dikirimkan. Berhubung R = cτ/2, maka jarak “aman” maksimum adalah:

Jarak ini disebut maximum unambiguous range. Di atas jarak ini, radar tidak dapat mendeteksi jarak objek dengan benar.
Kecepatan Maksimum
Lalu, bagaimana dengan kecepatan benda, apakah ada batas maksimumnya seperti jarak? Ternyata ada.

Seperti yang kita telah ketahui bersama, informasi kecepatan ini diperoleh dari frekuensi Doppler. Berhubung pulsa ditumpangkan ke sinyal sinusoidal (sin atau cos), maka frekuensi Doppler akan menambah frekuensi atau sudut fasa sinyal sinusiodal ini, sehingga menjadi sin atau cos (tralala + 2πfdt). Perlu diingat bahwa “2πfdt” tidak bisa bernilai di luar -π sampai π (sudut dalam satuan radian). Misalnya, sudut 1,5π atau 270º akan sama nilainya dengan -0.5π atau -90º. Untuk posisi “aman” terjauh (yaitu posisi 2), nilai maksimum dari frekuensi Doppler adalah:

Dengan memasukkan

didapatkan persamaan berikut.

Di atas kecepatan itu, hasil deteksi radar akan tidak akurat.

Jadi, dapat disimpulkan bahwa jarak dan kecepatan maksimum ini perlu diperhatikan untuk akurasi hasil deteksi…

RADAR FMCW
Pada tulisan sebelumnya, radar yang dibahas adalah radar pulsa. Ada jenis radar lain, tidak menggunakan pulsa, namun menggunakan sinyal segitiga yang dimodulasi frekuensi, atau dikenal sebagai radar Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW). Berbeda dengan radar pulsa yang mengirimkan gelombang elektromagnetik pada waktu tertentu saja (ketika dikirimkan sinyal kotak), radar FMCW mengirimkan gelombang setiap saat, oleh karena itu dia disebut continuous wave.

Penggunaan radar yang memanfaatkan modulasi frekuensi dimulai sejak hampir 90 tahun yang lalu, tepatnya pada tahun 1928 ketika J.O. Bentley mematenkan temuannya, yaitu Airplane Altitude Indicating System atau suatu peralatan yang mampu meberikan informasi tentang ketinggian suatu pesawat terbang. Transmiter akan mengirimkan suatu sinyal yang frekuensinya dimodulasi oleh suatu sinyal segitiga dan dipancarkan ke permukaan bumi dari atas pesawat terbang. Sinyal ini dipantulkan oleh permukaan bumi kembali ke pesawat. Dengan teknik pengolahan sinyal tertentu, didapatkanlah informasi ketinggian pesawat dari permukaan bumi.

Ok,, bagaimana cara kerjanya?

Kita lihat dulu bentuk sinyal segitiga sebagai sinyal baseband. Maksud dari istilah “baseband” di sini adalah sinyal yang belum dimodulasi.

Spoiler for Frek:

Sinyal yang berwarna merah merupakan yang dikirimkan dari TX, sementara yang biru diterima dari RX. Ada 4 hal yang penting dari gambar di atas:

Sweep time (T), yaitu waktu yang dibutuhkan sinyal untuk berubah dari frekuensi terendah sampai tertinggi (waktu sinyal segitiga)
Bandwidth sinyal (B), yaitu rentang frekuensi sinyal radar FMCW
Delay time (τ), yaitu waktu yang diperlukan sinyal untuk mencapai ke target lalu kembali lagi ke penerima
Frekuensi beat (fb), yaitu selisih antara frekuensi sinyal yang dikirimkan dengan sinyal yang diterima
Dengan memperhatikan sifat kesebangunan segitiga, dapat dilihat dari gambar bahwa:

Jadi, frekuensi beat sebanding dengan delay. Karena delay ini berkaitan erat dengan jarak objek dengan radar, maka jarak dapat dengan mudah ditentukan dari frekuensi beat ini, yaitu:

Jadi apa kesimpulannya? Radar FMCW memanfaatkan frekuensi beat untuk mencari jarak objek ke radar.

Pertanyaan selanjutnya yang muncul adalah,, bagaimana caranya menari frekuensi beat? Kita dapat lihat dari diagram blok radar FMCW sebagai berikut.

Spoiler for FMCW:

Sinyal TX dan RX dikalikan terus-menerus setiap saat, setiap waktu. Sinyal yang dikalikan sudah berupa sinyal termodulasi yang berupa sinusoidal. Apa yang terjadi jika dua buah sinyal sinusoidal dikalikan? Ingat-ingat lagi rumus SMA ini:

Hasil dari perkalian adalah dua buah sinyal sinusoid yang lain (cosinus termasuk sinusoid juga loh ya), yang satu hasil penjumlahan kedua fasa sinyal yang dikalikan, yang satunya lagi selisihnya. Kita ambil saja sinyal yang mengandung selisih ini karena berkaitan erat dengan frekuensi beat. Sisanya dihilangkan saja dengan lowpass filter karena yang namanya penjumlahan pasti frekuensinya lebih tinggi. FYI, lowpass filter fungsinya untuk menghilangkan sinyal dengan frekuensi tinggi.

Sampai di sini, apakah sudah selesai? Ternyata belum.. Kita baru mendapatkan sinyal sinusoidal dengan frekuensi sebesar fb. Yang kita perlu tahu adalah frekuensi ini. Oleh karena itu, sinyal yang sudah difilter perlu diproses lebih lanjut sehingga kita tahu berapa frekuensinya. Ada berbagai teknik, salah satunya adalah Fast Fourier Transform (FFT) yang mampu menampilkan frekuensi berapa saja yang terkadung dalam sinyal. Hasilnya kira-kira seperti ini.

Spoiler for Hz:

Dengan mengutak-atik sumbu frekuensi, maka diperoleh gambar berikut.

Spoiler for Hz2:

Gambar ini tentunya akan lebih mudah digunakan oleh para pengguna. Mereka dapat langsung tahu ada benda berjarak kira-kira 1,5 x 107 m dari radar *kejauhan?*. Ok, begitulah cara kerja radar FMCW.

Spoiler for Sumber:

Radar

SELESAI

UPDATE

Spoiler for Anti Radar:

RADAR PASIF
Apakah yang dimaksud Radar Pasif? Mengapa sering disebut sebagai sistem radar yang mampu menjejak pesawat “siluman” (stealth)?
Brigitta Mega – Tangerang Selatan

Radar (Radio Detecting And Ranging) adalah sebuah peralatan elektronik yang umumnya digunakan untuk memantau suatu wilayah udara untuk kepentingan pengamatan dan pengendalian lalu lintas udara. Meskipun demikian radar juga digunakan untuk keperluan pengamatan cuaca, lalu lintas kapal laut dan bahkan mengamati kecepatan lalu lintas darat.

Prinsip kerja radar konvensional adalah memancarkan gelombang radio ke angkasa dan menangkap kembali pantulan akibat mengenai benda terbang. Besarnya sinyal pantulan dikenal dengan nama Radar Cross Section (RCS). Pesawat terbang konvensional akan menghasilkan RCS sesuai ukurannya, namun pada pesawat modern, khususnya pesawat militer generasi terkini memiliki nilai RCS kecil atau bahkan sangat kecil sehingga sulit terdeteksi radar konvensional sehingga disebut pesawat “Siluman”.

Kemampuan menjadi “Siluman” atau Stealth ini dihasilkan oleh pengembangan teknologi airfoil/airframe, material dan avionik pesawat. Teknologi airfoil/airframe menggunakan desain bentuk yang mengurangi pantulan radar. Teknologui material menggunakan penyerapan gelombang radar sehingga mengurangi pantulan sampai tidak memantul sama sekali.

Tehnologi avionik yang mengurangi pancaran elektromagnetik atau mengganggu pancaran elektromagnetik lawan. Jika teknologi ini digunakan pada pesawat tak berawak (UAV) maka akan sangat ampuh, ukuran UAV yang kecil dan tidak tertangkap radar akan menyulitkan untuk mengantisipasi ancaman, terelbih bila pesawat UAV memiliki kemampuan penyerang di samping pengintai berkemampuan tinggi.

Untuk menghadapi pesawat-pesawat yang sulit dideteksi maka dikembangkan peralatan “penjejak pasif” (passive sensor) atau radar pasif. Cara kerjanya adalah dengan menerima semua frekuensi elektromagnetik yang dipancarkan oleh pesawat dan UAV. Meliputi gelombang komunikasi, data link, radar altimeter, radar cuaca, radar early warning, radar deteksi, peralatan navigasi, transponder IFF, GPS, ADSB, dan aneka pancaran gelombang elektromagnetik yang terpancar atau diterima oleh pesawat tadi.

Diketahui prinsip radar pasif yang menggunakan 3-4 peralatan sensor penerima pada suatau jarak tertentu sanggup menggunakan prinsip triangulasi untuk menentukan posisi, ketinggian, kecepatan dan arah pergerakan sasaran yang di deteksi. Dengan makin canggihnya teknologi maka radar pasif makin peka dan makin canggih. Peralatan ini bisa menjadi alat deteksi, alat analisis, dan pengumpul data elektronis. Bisa menjadi alat Electronic Intelligent, Electronic Support Measures, dan Signal Intelligence.

Keuntungan menggunakan radar pasif adalah antara lain mampu mendeteksi sasaran secara tiga dimensi pada jarak 400-600 km tanpa diketahui sasaran (senyap) karena tidak memancarkan sinyal radar, mampu juga mendeteksi emisi di daratan dan lautan secara senyap, handal terhadap jammer, bekerja secara rahasia, relatif murah dan mudah dirawat, mudah diintegrasikan, mudah dilakukan alih teknologi, serta sangat ampuh bila digabungkan dengan sensor radar pertahanan udara aktif yang sudah ada.

Kemampuan pertahanan udara yang mengandalkan radar aktif akan sangat terdongkrak dengan dilengkapi sistem radar pasif, sehingga tidak saja pesawat konvensional bisa lebih mudah tertangkap radar namun juga pesawat non konvensional berkemampuan stealth, termasuk pesawat tanpa awak dan rudal jelajah bisa terdeteksi dan bisa dilumpuhkan sedini mungkin.

Spoiler for Sumber:

Bonek

Pesawat Stealth Fighter

Spoiler for F-117 Nighthawk: