8 

 

 

BAB II

DASAR TEORI

II.1 Penginderaan Jauh (Remote Sensing)

Remote sensing dalam bahasa Indonesia yaitu penginderaan jauh, dapat diartikan

suatu teknik pengumpulan data atau informasi objek permukaan bumi secara tidak

langsung (instrumen tidak kontak langsung dengan objek) melalui analisis pengumpulan

datanya, yang didapatkan dari perekaman sensor yang menerima pantulan sinyal

gelombang dari objek, wahana dari instrumen ini dapat berupa satelit luar angkasa

(spaceborne) dan dapat juga berupa wahana pesawat (airborne), ilustrasinya dapat

dilihat pada Gambar 2.1 berikut ini.

Gambar 2.1 Ilustrasi pengambilan data secara remote sensing melalui wahana terbang

(airborne) dan angkasa (spaceborne)

Airborne remote sensing atau penginderaan melalui wahana pesawat memiliki

sensor yang mengarah kebawah ataupun kesamping, yang terpasang menjulang pada

suatu pesawat untuk memperoleh citra dari permukaan bumi, keuntungan dari wahana

pesawat penginderaan jauh ini dibandingkan satelit penginderaan jauh (spaceborne

remote sensing) adalah kemampuan resolusi spasial yang sangat tinggi yaitu 20 cm

sampai dibawahnya. Selain itu, terdapat kekurangan dari penggunaan wahana pesawat

ini yaitu low coverage maksudnya cakupan objek yang didapat sangat kecil dan biaya

Satelit

Pesawat

 

9 

 

 

yang dibutuhkan sangat tinggi dalam satu cakupan pada area permukaan bumi serta

tidak sangat efektif jika penggunaan wahana pesawat ini untuk memperoleh informasi

permukaan bumi yang sangat luas. Sementara satelit penginderaan jauh menawarkan

kemampuan memonitor secara kontinyu dari informasi permukaan bumi untuk banyak

hal keperluan, walaupun kemampuan resolusi spasialnya lebih kecil dibandingkan

teknik wahana pesawat [sumber : www.crisp.nus.edu.sg].

II.1.1 Penginderaan Jauh Optik (Optical Remote Sensing)

Penginderaan jauh optik merupakan sensor optik untuk mendeteksi radiasi sinyal

matahari dalam gelombang visible dan near infrared (disingkat menjadi VNIR) yang

dipantulkan atau di hamburkan dari permukaan bumi, bentuk citranya seperti fotografi

dengan kamera tinggi pada wahana luar angkasa. Perbedaan material permukaan seperti

air, tanah, pepohonan, gedung dan jalan, pada pantulan gelombang tampak dan infrared

nya akan menghasilkan berbeda pula. Mereka memiliki perbedaan warna dan

kecerahanya hasil dari proses tersebut. Interpretasi citra optis membutuhkan

pengetahuan dari spektral reflektansi untuk berbagai material baik alami ataupun buatan

manusia yang mencakup seluruh permukaan di bumi. Biasanya sensor infrared

mengukur radiasi suhu yang dipancarkan dari bumi, yang berasal baik dari daratan

ataupun perairan. Ilustrasi penginderaan jauh optik ini dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Prinsip penginderaan jauh optik

Pancaran sinar  

Atmosfer

Aspal 

perairan

rerumputan

Pepohonan 

Satelit 

Bangunga

Gelombang pantulan 

 

10 

 

 

Penginderaan jauh optik menggunakan sinar tampak yaitu near visible, near

infrared dan short-wave infrared sensor dalam pencitraan permukaan bumi dengan

mendeteksi pantulan sinar radiasi dari target. Perbedaan pantulan dan penyerapan dari

material secara jelas berbeda pada setiap panjang gelombang (dapat dilihat pada

Gambar 2.4). Dengan demikian target dapat dibedakan oleh spektral reflektansinya pada

citra penginderaan jauh ini. Terdapat 2 tipe pencitraan dengan sistem optik ini, secara

umum [sumber : www.crisp.nus.edu.sg], diantaranya :

• Sistem pencitraan pankromatik : terdiri atas satu saluran pendeteksi (single channel

detector) dan sensitif terhadap radiasi dengan sebuah panjang gelombang yang jelas.

Jika jarak panjang gelombang yang diterima bertepatan dengan jarak tampak, maka

akan menghasilkan fotografi hitam-putih diambil dari angkasa. Kuantitas fisiknya

dapat dilihat dari tingkat kecerahan dari target, tetapi untuk informasi spektral atau

warna dari targetnya tidak ada. Contohnya sistem pencitraan pankromatik adalah

IKONOS PAN, SPOT, HRV-PAN.

• Sistem pencitraan multispektral : terdiri atas sensor multi saluran pendeteksi

(multichannel detector), setiap salurannya sensitif terhadap radiasi pada sebuah batas

band panjang gelombangnya. Hasil citra ini berupa multi layer dimana berisikan

tingkat kecerahan dan informasi spektral dari target yang diamati. Contohnya sistem

multispektral adalah LANDSAT MSS, LANDSAT TM, SPOTHRV-XS, IKONOS MS.

II.1.1.1 Iradiasi sinar matahari

Penginderaan jauh optis bergantung pada matahari yang menyinari permukaan

bumi yang dicitrakan. Spektrum iradiasi matahari diatas atmosfer dapat dimodelkan oleh

spektrum radiasi black body dengan memiliki temperatur sumber yaitu sekitar 5250 K

dengan puncak iradiasinya pada panjang gelombang 500 nm. Pengukuran fisik dari

iradiasi matahari dilakukan dengan sensor dipermukaan bumi dan wahana pesawat.

Setelah melewati atmosfer, spektrum iradasi matahari pada permukaan

dimodulasikan oleh atmospheric transmission windows, Sisa energi signifikan yaitu

hanya pada jarak panjang gelombang 2.5 – 3 µm [sumber : www.crisp.nus.edu.sg].

 

11 

 

 

Gambar 2.3 Spektra Iradiasi Matahari diatas atmosfer dan permukaan laut [sumber : http://atmoz.org]

Dapat dilihat pada Gambar 2.3 diatas, bahwa semakin besar panjang gelombang

yang digunakan (visible – infrared) maka radiasi yang diterima akan semakin kecil dan

sebaliknya, jika panjang gelombang yang digunakan semakin kecil (infrared – visible)

maka radiasi yang diterima akan semakin besar, oleh karena itu penginderaan jauh

dengan sistem optik ini sinar tampak atau visible light.

II.1.1.2 Spektral reflektansi

Ketika radiasi matahari menyentuh sebuah target permukaan, lalu dipancarkan,

diserap ataupun dipantulkan. Perbedaan pantulan dan penyerapan dari suatu material

dan perbedaan panjang gelombang yang digunakan akan menghasilkan reflektansi yang

berbeda pula. Grafik spektral reflektansi dari sebuah material ialah plot radiasi pantulan

yang merupakan fungsi dari incident wavelength dan sifat khusus dimiliki (yang

direkam oleh sensor) pada material tersebut. Secara prinsip, sebuah material dapat di

identifikasi dari spektral reflektansinya.

Radiasi 

 sinar  

w/m2/μ

m

Panjang Gelombang μm 

Sinar matahari diatas Atmosfer

Spektral Black Body, 5250o C 

Radiasi pada Permukaan laut  

Penyerapan Bands  

 

12 

 

 

Contoh grafik dari spektral reflektansi dari 8 material diantaranya ; air, bersih,

air keruh, tanah terbuka dan dua tipe vegetasi dapat dilihat pada Gambar 4.2 di bawah

ini.

Gambar 2.4 Spektral reflektansi dari 8 jenis tutupan lahan [sumber: www.crisp.nus.edu.sg]

Pada Gambar 2.4, dapat dilihat spektral reflektansi yang diterima dengan sensor

sensitif pada panjang gelombang tersebut. Pada vegetasi, spektral reflektansinya

bervariasi dikarenakan proses fotosintesis yang dilakukannya, sementara untuk air keruh

dan air bersih cenderung menjadi sedikit spektral reflektansi ini diakibatkan kebutuhan

akan radiasi matahari dari hewan dan tumbuhan air (plankton, dsb) dan proses fisik pada

saat radiasi matahari masuk ke medium air, sementara untuk tanah kosong spektral

reflektansinya cenderung meningkat, ini diakibatkan oleh radiasi mataharinya tidak

mengalami proses apapun ketika saat mengenai objek tersebut (tanah kosong) dan

langsung kembali dihamburkan.

Panjang gelombang μm 

Reflektansi (%) 

Vegetasi 2 Vegetasi 1 

Tanah Kosong 

Air Keruh

Air Bersih

 

13 

 

 

II.1.2 Pencitraan Radar (microwave remote sensing)

Penginderaan jauh dengan radar ini ialah pencitraan dengan memancarkan

radiasi gelombang radar ke suatu permukaan bumi yang akan dicitrakan. Citra dari

permukaan bumi dibentuk oleh pantulan atau hamburan energi gelombang radar dari

permukaan baik daratan ataupun lautan dan sinyal gelombangnya dikembalikan lagi ke

sensor. Kelebihan dengan menggunakan pencitraan ini adalah dapat dilakukan pada

kondisi siang hari ataupun malam hari, serta penetrasi gelombangnya dapat menembus

awan, pepohonan serta perairan dangkal tergantung dari jenis band yang digunakan.

Penetrasi gelombang radar dalam medium udara dipengaruhi oleh spektrum

gelombang elektromagnetik yang digunakan, nilainya diantara frekuensi 300 Mhz

hingga 30 Ghz atau pada panjang gelombang 1 cm sampai 1 m dengan polarisasi

gelombang satu bidang vertikal atau horizontal. Spektrum gelombang elektromagnetik

itu sendiri dikelompokan menjadi band – band, dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut,

[Sabins, 1978] :

Tabel 2.1 Klasifikasi Band dari panjang gelombang dan frekuensinya

Band Panjang Gelombang (cm) Frekuensi (MHz)

Ka K

Ku X C S L P

0,8 – 1,1 1,1 – 1,7 1,7 – 2,4 2,4 - 3,8 3,8 – 7,5 7,5 – 15,0

15,0 – 30,0 30,0 – 100,0

40.000 – 26.500 26.500 – 18.000 18.000 – 12.500 12.500 – 8.000 8.000 – 4.000 4.000 – 2.000 2.000 – 1.000 1.000 - 300

Citra radar yang diperoleh merepresentasikan jumlah energi pantul yang diterima

oleh sensor. Besar kecilnya panjang gelombang yang digunakan berpengaruh pada citra

yang diperoleh, semakin besar panjang maka semakin kuat daya tembus medium

perantaranya (kanopi, perairan, salju, dsb) gelombangnya (dengan menganggap bahwa

konstanta dielektrik medium atmosfer sama).

 

14 

 

 

Pada permukaan bumi, pulsa gelombang radar dipancarkan ke segala arah,

sebagian pantulannya diterima kembali oleh sensor. Intensitas dari gelombang pantulan

ini sangat lemah dibandingkan ketika dipancarkan, dapat dilihat pada ilustrasi Gambar

2.5 dibawah ini.

Gambar 2.5 Iustrasi gelombang hamburan dari permukaan bumi

Ketika wahana memancarkan sinyal radar, memiliki bentuk geometri pencitraan

tersendiri. Berikut ini adalah faktor-faktor geometri pada pencitraan radar, yaitu :

• Incidence Angle

Merupakan sudut yang dibentuk antara pancaran gelombang radar dengan garis

yang tegak lurus terhadap permukaan objek

• Depression Angle

Adalah sudut yang dibentuk dari arah horisontal ke arah garis pancaran gelombang

radar

• Look Angle

Merupakan sudut antara utara geografis dan arah pancaran gelombang radar atau

dengan garis yang tegak lurus arah terbang wahana.

• Look Direction

Merupakan arah antena pada saat melakukan pencintraan

Sinyal 

Hamburan

Satelit (T2) Satelit (T1)

 

15 

 

 

Sistem pencitraan gelombang mikro atau radar dapat menghasilkan gambar

resolusi tinggi dari permukaan bumi ialah synthetic aperture radar (SAR). Intensitas

dalam SAR bergantung jumlah dari hamburan kembalian dari target dan diterima

kembali oleh SAR antena. Mekanisme fisik untuk hamburan kembali berbeda untuk

gelombang radar dibandingkan dengan radiasi visible atau infrared. Interpretasi dari

citra SAR membutuhkan pengetahuan sinyal ketika berinteraksi dengan target.

Ketika gelombang radar mengenai permukaan bumi, energi yang dihamburkan

kembali ke sensor bergantung dalam pada beberapa faktor sebagai berikut [sumber :

www.crisp.nus.edu.sg]:

• Faktor fisik seperti konstanta dielektrik dari material permukaan dimana bergantung

pada konten uapnya, Gelombang radar yang dikirimkan dari sensor dan kembali

diterima oleh sensor tersebut, penjalaran gelombang tersebut melewati medium

atmosfer yang konten didalamnya salah satunya adalah uap air, kandungan dari uap

air (yang berisikan konstanta dielektrik) tersebut yang memperanguhi kualitas

gelombang kembalian dari dari pantulan objek (semakin sedikit kandungan uap

airnya semakin baik).

• Faktor geometrik seperti kekasaran permukaan, beda tinggi, orientasi dari objek

yang relatif kepada arah sinyal radar. faktor geometrik tersebut terkait dengan sinyal

datang dari sensor lalu di pantulkan kembali oleh objek dari permukaan bumi,

geometri pengamatan dan objeknya akan mempengaruhi geometri sinyal kembalian

ke sensor, semakin cocok (match) antara keduanya (geometri pengamatan dan

objek) maka sinyal kembaliannya semakin banyak, sehingga kualitas dari

informasinya semakin baik pula.

• Jenis dari tutupan lahan (tanah, vegetasi, atau buatan manusia objek), informasi

dari objek yang akan dicitrakan ini, berkaitan dengan informasi apa yang ingin kita

dapatkan dan penggunaan dari karakteristik gelombang yang harus digunakan,

contohnya untuk mendapatkan informasi topografi permukaan tanah dari suatu area

berkanopi atau pepohonan sangat cocok menggunakan gelombang band – L, karena

dapat menembus kanopi tersebut.

 

16 

 

 

II.2 Pencitraan Radar Kesamping (Side Looking)

II.2.1 Real - Aperture Radar (RAR)

Real aperture Aperture (RAR) merupakan sistem pencitraan radar dengan

mengarah kesamping (side looking) dengan geometri pengamatannya seperti tinggi

terbang, sudut pengamatan, panjang gelombang yang digunakan dan lain sebagainya

tergantung dari satelit yang digunakan (dapat dilihat pada Gambar 2.6). Dalam sistem

RAR ini hanya informasi amplitudo (dan bukan fase) dari setiap sinyal kembalian yang

dilakukan pengambilan datanya serta dilakukan prosesnya.

Gambar 2.6 Ilustriasi geometri observasi dari sistem Real - Aperture Radar

Resolusi spasial dari sistem RAR ini ditentukan terutama oleh ukuran antena

yang digunakan, semakin besar ukuran antenanya maka semakin baik resolusi

spasialnya. faktor lain yang menentukan antara lain, durasi pulsa dan beamwidth dari

antenanya. Dalam sistem Real Aperture Radar (RAR) resolusi spasial dibagi atas 2 hal,

yaitu sebagai berikut :

 

17 

 

 

Resolusi range

Resolusi range didefinisikan merupakan jarak terkecil antara dua titik dalam

permukaan (ground), dengan memproyeksikan resolusi slant range ke dalam permukaan

di formulasikan sebagai berikut [Usai, 2001] :

Rgr = c .τ (2.2.1.1) 2.sinθ Dimana : Rgr = Resolusi ground range c = Kecepatan cahaya

τ = panjang pulsa θ = Look angle

Resolusi azimuth

Resolusi azimuth dipengaruhi oleh beamwidth antena tersebut. Sinyal radar dari

antena menyebar dan lalu meningkatkan jaraknya ke permukaan bumi lalu dipantulkan

kembali dan beberapa sinyal hamburan yang diterima kembali oleh platform dengan

membawa informasi melalui pulsa yang dipancarkan dan diterima tersebut, akibatnya

resolusi azimuth memburuk, tapi pada intinya beamwidth antena dikontrol dengan :

1. Dikontrol oleh panjang fisik dari antena

2. Dikontrol keefektifan sintesis panjang dari antena

Sementara untuk azimuth resolusi dalam sistem RAR ini diformulasikan sebagai

berikut [Usai, 2001]:

Ra = λ . r (2.2.1.2) La Dimana :

Ra = Resolusi Azimuth λ = Panjang gelombang

r = Jarak dari sensor ke permukaan La =Panjang antena

Sistem ini dimana beamwidthnya dikontrol oleh fisik dari panjang antena,

contohnya untuk resolusi spasial sampai 10 km, dengan mengumpamakan pengamatan

jarak sebesar 1000 km.

 

18 

 

 

II.2.2 Synthetic - Aperture Radar (SAR)

SAR mengambil keuntungan dari sistem Doppler terutama dari gema radar yang

dihasilkan dari perputaran suatu benda di depan satelit untuk mensintesis sebuah antena

besar. Ini memberikan hasil ketelitian tinggi dari resolusi azimuth pada citranya, dengan

ukuran antena secara fisik adalah kecil. Ketika satelit radar ini bergerak pada posisinya

dan memancarkan setiap pulsanya, pengembalian terobosan gema ke receiver dan

direkam dalam tempat penyimpanan gema (signal storage) [ESA, 2007].

Dalam SAR ini menggunakan sistem Doppler, dimana prinsip Doppler itu

sendiri yaitu frekuensi suatu sumber bunyi akan terdengar berubah apabila sumber

bunyi tersebut berubah posisinya relatif terhadap sensor (pendengar). Prinsip doppler

ini berlaku pula untuk gelombang elektromagnetik. Dengan adanya prinsip doppler ini

maka akan terjadi perubahan frekuensi yang memenuhi persamaan 2.2.2.1 dibawah ini

[Merril,1980]. berikut yang kemudian dinamakan “Perubahan Frekuensi Doppler” (The

Doppler Frequency Shift)

(2.2.2.1) dengan :

fd

= Perubahan Frekeunsi Doppler f0 = Frekuensi Transmisi

vr = Kecepatan target bergerak relatif terhadap sensor λ = Panjang Gelombang

c = Cepat rambat cahaya (3.108

m/s)

Focusing merupakan rekontruksi dari kontribusi setiap 5 m sel (pixel), dimana

untuk meningkatkan ketelitian diperkirakan membutuhkan waktu ribuan kali RAR, oleh

karena itu pemprosesannya yang dilakukan secara antena buatan (sintesis aperture)

sama dengan 20 km panjang antena RAR, oleh karena itu kenapa dinamakan Synthetic

Aperture Radar [ESA, 2007], dapat dilihat ilustrasi pada Gambar 2.7 berikut :

 

19 

 

 

Gambar 2.7 Ilustrasi pemanfaatan prinsip doppler dalam sistem pencitraan kesamping [Sumber: sang ho yun (disertation)]

Pada dasarnya, pengembalian sinyal dari bagian pusat beamwidth dapat

dibedakan dengan mendeteksi perubahan frekuensi doppler, dimana perubahan

gelombang frekuensinya hasil dari kecepatan relatif antara pengirim and pemantulnya

(objek). dengan sinar wide antenna, unsur kembalian sinyal dari depan area platform

akan dinaikkan atau lebih tinggi hasil frekuensi dari efek Doppler, dan sebaliknya

pengembalian unsur dari belakang platform akan diturunkan atau frekuensi rendah,

sementara pengembalian dari dekat garis pusat beamwidth (sering disebut zero Doppler

line) akan secara langsung tidak ada perubahan pada frekuensinya.

Amplitudo dan fase dari sinyal pengembalian dari objek akan direkam oleh

tempat penyimpanan gema (echo store), secara keseluruhan dalam periode waktu

penyinaran objeknya melalui perubahan antena tersebut. Dengan pengolahan sinyal

sesuai dengan prinsip doppler tadi, sangat kecil keefektifan beamwidth antena dapat

tercapai, dalam range yang jauh, tanpa membutuhkan sebuah fisik antena baik yaitu

dengan ukuran panjang ataupun pendek pada operasi panjang gelombangnya.

Catatan bahwa dengan panjang antena sintetik ini tak hanya resolusi azimuth

yang peningkatannya besar (kaitannya dengan pembatasan keefektifitasan dari

beamwidth). juga pada resolusi azimuth, pada dasarnya terbebas dari range (jarak),

karena panjang range objek sinar atau gelombang lebih panjang, maka kembalinya itu

(c) Sama dengan antena besar RAR  

(b) Synthetic Aperture Radar  (a) Real Aperture Radar 

 

20 

 

 

direkam dengan sebuah jarak yang lebih panjang [ESA, 2007]. Dalam SAR resolusinya

dibagi atas 2 hal, yaitu sebagai berikut :

Resolusi range

Resolusi dari pulsa sistem radar adalah secara mendasar dibatasi oleh bandwidth

(B) dari pancaran pulsa gelombang (c), dengan semakin lebar pada bandwidthnya maka

range resolusinya akan semakin lebih baik, lebar bandwidth tersebut dapat dicapai

dengan pulsa berdurasi pendek. secara matematis dapat diformulasikan sebagai berikut,

[ESA, 2007] :

Slant range = c / (2.B) (2.2.2.2)

Resolusi Azimuth

Prinsip pengukuran dari SAR bergantung dari penggunaan radiasi koherennya,

bersama dengan informasi yang diterima dari suatu titik dari pulsa radar tersebut. Untuk

sebuah pengamat yang berplatform dan berpindah – pindah, sehingga jarak dari radar ke

target juga secara kontinyu berubah, menyebabkan fase dari pantulan sinyal berubah

sesuai dengan hukum diberikan oleh observasi geometri, (formula ini adalah formula

deterministik), karena itu kemungkinan untuk mengkoreksi fase dari sinyal kembali dari

satu sama lainnya, sehingga batas efeknya sebanding dengan sinyal yang diterima secara

terus menerus oleh antena dengan panjangnya tidak lebih dari panjang dari sinyal radar

yang direkam. Dengan cara ini, antena sintesis dapat mengatasi tingkat elemen radiasi

bebas, dimana dipisahkan sejak pengulangan pulsa frekuensi dan kecepatan platform.

Perubahan fase berhubungan dengan waktu frekuensi angular doppler, serta resolusi

azimuth ditentukan oleh bandwidth Doppler dari sinyal yang diterima [ESA, 2007].

Dengan menggunakan antena seperti ini, sehingga rumus resolusi azimuthnya

menjadi [Usai, 2001] :

Ra = La (2.2.2.3) 2

 

21 

 

 

Dimana :

Ra = Resolusi azimuth La = Panjang antena

Beberapa hal perlu diperhatikan dalam sistem SAR ini [ESA, 2007], diantaranya:

• Frekeunsi dalam SAR

Gelombang radio merupakan bagian spektrum elektromagnetik dimana

memiliki panjang gelombang lebih dari sinar tampak (visible light) dalam sub

sentimeter. Penetrasi merupakan faktor kunci dalam pemilihan frekuensi, untuk

wavelength yang lebih panjang (untuk frekuensinya lebih pendek) kekuatan penetrasi

masuk menembus vegetasi hingga mencapai tanah. Informasi frekuensi atau panjang

panjang gelombangnya pada Tabel 2.2, sebagai berikut :

Tabel 2.2 Klasifikasi Band dan pemanfaatannya

No Jenis Band Panjang Gelombang (λ) Wahana Pemanfaatan

1 Band - P 65 cm pesawat AIRSAR

2 Band - L 23 cm pesawat & satelit JERS-1, ALOS

3 Band - S 10 cm pesawat & satelit Almaz-1

4 Band - C 5 cm pesawat & satelit ERS-1/2,

RADARSAT,

ENVISAT

5 Band - X 3 cm pesawat & satelit TerraSAR-X,

Cosmos

Skymed

6 Band - K 1.2 cm pesawat militer

• Polarisasi

Tanpa bergantung pada panjang gelombang, sinyal radar dapat di kirimkan

secara horizontal (H) maupun vertikal (V) dari bidang vektor, dan sinyal kembali

diterima juga secara horizontal atau vertikal, dan ataupun kedua – duanya (ilustrasinya

dapat dilihat pada Gambar 2.8). Dasar proses fisik dilakukan untuk polarisasi (HH atau

W) kembali yaitu quasispecular pantulan permukaan dan permukaan atau volume

hamburan. Cross-polarised (HV atau VH) kembali adalah biasanya lemahnya serta

seringnya menyatu dengan banyak hamburan yang kaitannya dengan kekasaran dan

 

22 

 

 

banyak volume hamburan. Mekanisme hamburan atau kembalinya dari perbedaan

permukaan mungkin biasanya sering bertukar – tukar dengan jelas pada sudut pandang

radar.

Gambar 2.8 Ilustrasi polarisasi H dan V [sumber : www.ccrs.nrcan.gc.ca]

• Radar Look Angle

Sudut pandang atau look angle (θ) radar merupakan sudut yang dibentuk oleh

sinar pancaran radar dan sebuah garis tegak lurus dengan permukaan. Interaksi

gelombang radar dengan permukaan ialah sangat kompleks dan perbedaan mekanisme

hamburan mungkin diakibatkan perbedaan sudut arah yang datang, kembalinya tersebut

terkait dengan permukaan hamburannya, biasanya kuat untuk penurunan sudut pandang

atau look angle radar dan lemah dengan kenaikan look angle radar.

Kembalinya volume hamburan dari bermacam – macam perantara cenderung

menjadi lebih seragam untuk semua look angle radar, jadi pantulan hamburan sangat

bergantung pada sudut dan ini potensial untuk memilih konfigurasi yang optimal dalam

aplikasi yang berbeda.

 

23 

 

 

II.3 Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR)

II.3.1 Prinsip SAR Interferometri

Sistem SAR interferometri (Synthetic Aperture Radar) menyinari bumi dengan

sinar dari radiasi koherensi gelombang radar, dengan mempertahankan informasi fase

dan amplitudo dalam gema radar selama akuisisi data (pengambilan data) dan

pengolahannya. Radiasi ini dapat di gambarkan melalui 3 properti utama, sebagai

berikut :

1. Panjang gelombang, jarak antar puncak dalam gelombang.

2. Amplitudo, pergeseran dari puncak dari gelombang.

3. Fase, gambaran pergeseran dari gelombang (baik degree maupun shift) dari

beberapa gelombang lain.

Gambar 2.9 Ilustrasi pengamatan perubahan fase

Dapat dilihat pada Gambar 2.9, SAR Interferometri (InSAR) memanfaatkan

koheren dalam pengukuran fase untuk mendapatkan beda jarak dan perubahan jarak

dari dua atau lebih citra SAR yang memiliki nilai compleks dari permukaan yang sama,

ini cara untuk mendapatkan informasi lebih tentang objek dibanding hanya mendapatkan

satu citra saja. Hasil perbedaan dari fase menghasilkan jenis citra baru yang disebut

inteferogram, dimana pola fringes mengisikan semua informasi geometri relatif.

 

24 

 

 

Agar diperoleh topografi dari citra, harus dipenuhi dua buah syarat, yaitu objek

di permukaan bumi yang akan dicitrakan dapat terlihat dengan jelas, dan bentuk

geometri pengamatan citra tersebut memiliki posisi tiga dimensi yang cukup sehingga

daerah yang dipetakan dapat diketahui topografinya. Kedua hal tersebut hanya dapat

dipenuhi oleh teknik InSAR.

Teknik interferometri mencitrakan suatu objek di permukaan bumi dengan cara

melakukan pengamatan terhadap beda fase dua gelombang pendar yang berasal dari satu

objek.

Gambar 2.10 Ilustrasi 2 satelit dalama pengambilan data SAR Interferometri

Pada Gambar 2.10 diatas tampak bahwa S1

dan S2

merupakan 2 buah sensor

yang berbeda, memancarkan gelombang radar pada suatu objek dengan tinggi objek

tersebut sebesar Z dari bidang referensi. R1

dan R2

adalah jarak geometris objek terhadap

sensor radar, disebut juga Slant Range. Fase kedua sinyal tersebut memenuhi persamaan

[Gens, dkk, 1995] :

 

25 

 

 

φ1 = 4.π.R1 φ

2 = 4.π.R2 (2.3.1.1)

λ λ Sehingga beda fase (φ) antara kedua sinyal yang diterima dari elemen

permukaan yang sama pada kedua posisi antena dapat dituliskan sebagai persamaan

2.3.1.2 [Gens, dkk, 1995]

φ = 4.π.dR (2.3.1.2)

λ

Dengan

φ = Beda fase λ = Panjang gelombang

dR = Selisih jarak dari titik ke sensor

r1

dan r2

ialah jarak antara masing-masing antena dengan objek yang sama. maka

dapat dihitung tinggi titik Z dengan persamaan 2.3.1.3 [Gens, dkk, 1995] :

z (x , y) = H – R1 cos θ (2.3.1.3)

Dengan :

H = tinggi terbang θ = incidence angle

II.3.2 Teknik SAR Interferometri

Citra kedua SAR untuk menyediakan informasi tambahan, itu harus diperoleh

melalui mengabaikan perbedaan posisi sensor. Perbedaan antara akuisisi dari citra

pertama dan kedua menentukan hasil interferometer atau interferogramnya. Beberapa

bentuk umum dari interferometri, diantaranya :

a. Across – Track (range), Dalam kasus yang sama (single-pass InSAR) pencitraan dari

2 antena yang terpisah, kedua antena tersebut memiliki fungsi memancarkan dan

menerima sinyal radar. Dalam kasus dimana satu antena melakukan pencitraan

kembali pada posisi yang sama dan area yang sama pada permukaan bumi setelah

beberapa hari atau minggu, metode ini disebut dengan repeat-pass Interferometry,

dimana metode dimana setiap antena dari keduanya itu sebagai pemancar dan

penerima. Perbedaan r1 dan r2 (Δr) dapat diukur oleh fase yang berbeda diantara 2

citra kompleks SAR. Ini dilakukan oleh perbanyakan satu citra melalui konjugasi

kompleks dari citra lain, dimana interferogram dibentuk dari kepemilikan fase pada

 

26 

 

 

suatu titik yang didapat melalui perbedaan range secara proporsional. Fase yang

merupakan contain interferogram adalah suatu deskripsi topografi permukaan bumi

yang dicitrakan dalam hal ini sama seperti garis countur.

b. Along – track (azimuth), menggunakan 2 antena yaitu master sebagai pemancar dan

receiver serta slave hanya sebagai penerima saja. Seperti sebuah sistem

mendapatkan 2 citra dari target yang sama, dengan keterlambatan waktu itu hasil

dari perubahan posisi dari along-track ini. Secara khusus waktu keterlambatan ini

diantara 10 microseconds sampai 100 ms. Jika sisa keperluan target diantara

akuisisi, 2 data set yang identik dan ideal dari suatu area dan fase interferometrik

sama dengan nol Walaupun, beberapa pergeseran relatif range dari target diantara

dua citra yang akan dihasilkan dari sebuah fase non-zero interferometric, metode ini

paling sering digunakan adalah ketika sering sekali digunakan untuk pendeteksian

relatif dari polar motion dan arus samudra.

c. Differential, metode ini menggunakan sebuah perbedaan waktu, dalam data ada

yaitu data satu hari untuk satu tahun, dan utamannya digunakan untuk observasi

glacier atau aliran es, jika perbedaan waktunya hanya dalam hari, serta jika

perbedaan waktu itu di ukur dalam hari untuk satu tahun, itu dapat digunakan untuk

observasi pengamatan penurunan muka tanah (subsidence), aktivitas seismik,

aktivitas gunung api, atau pergeseran lempeng

II.3.3 Dekorelasi Interferometri

Interferometrik dekorelasi ialah ketidaksesuaian antara citra utama dengan citra

kedua akibat selisih fase yang terlalu jauh. Nilai perbedaan ini dinyatakan koherensi

yang nilainya memiliki rentang antara 0 hingga 1. untuk nilai koherensi 1 maka pada

pasangan citra tersebut memiliki kesesuaian maksimum, sedangkan nilai koherensi ≠ 1

maka pada pasangan citra terdapat dekorelasi. Nilai koherensinya (γ) tersebut

merupakan total dari korelasi yang mempengaruhinya, secara mudah diformulasikan

sebagai berikut [Hanssen, 2000] :

γtotal = γgeom x γsuhu x γwaktu x γPD x γpengolahan (2.3.3.1)

 

27 

 

 

• Dekorelasi suhu (Thermal Decorrelation)

Pengaruh dari gangguan panas terhadap nilai fase didapatkan dengan memperhatikan

nilai Signal Noise to Ratio (SNR) yang ada. SNR merupakan ukuran kekuatan sinyal

yang berhubungan dengan ukuran panas, dimana ukuran panas tersebut terjadi antara

lain karena proses penguatan (amplification) dari sinyal radar yang di terima oleh

antena. Gangguan ini merupakan hal yang terjadi di luar sistem radar. Dekorelasi

digambarkan dalam persamaan 2.3.3.2 berikut :

(2.3.3.2)

dengan :

ρth

= Dekorelasi thermal SNR = Signal Noise to Ratio

• Dekorelasi Geometrik (Geometric Decorrelation)

Jika baseline terlalu panjang, penjumlahan koheren radiasi dari gelombang pantul

akan sangat berbeda. Koherensi akan hilang sama sekali apabila panjang baseline nya

tidak melebihi dari panjang baseline kritisnya ( B), dimana panjang baseline kritis

m. Dekorelasi baseline dinyatakan dengan persamaan 2.3.3.3, 1100 ≥ B

(2.3.3.3)

dengan :

ρspatial

= dekorelasi baseline Rr = Resolusi ground range

r = slant range B = baseline

• Dekorelasi waktu (Temporal Decorrelation)

Pencitraan dengan proses interferometri dengan wahana satelit menggunakan metode

repeat pass (pengulangan lintasan) maka akan terjadi perbedaan waktu. Berbeda

dengan wahana yang menggunakan pesawat udara dengan 2 antena, penginderaan

 

28 

 

 

dilakukan pada saat yang sama tanpa pengaruh beda waktu. Contoh dekorelasi yang

disebabkan oleh perbedaan waktu:

o Permukaan air. Akibat permukaan air yang selalu bergerak maka posisi objek

pencitraan pertama tidak sama dengan pencitraan kedua

o Tumbuh-tumbuhan. Tumbuh-tumbuhan merupakan makhluk hidup yang

memiliki kemampuan untuk tumbuh dan juga selalu bergerak akibat adanya

angin, sehingga kondisi tumbuhan disaat pencitraan pertama tidak selalu sama

dengan kondisi tumbuhan disaat pecitraan berikutnya.

o Erosi. Perubahan bentuk permukaan tanah yang diakibatkan oleh erosi akan

menyebabkan dekorelasi pada citra utama dan kedua.

o Aktifitas manusia. Aktifitas manusia yang menyebabkan perubahan kondisi

bentuk permukaan bumi dapat menyebabkan dekorelasi citra utama dengan citra

kedua.

• Dekorelasi Orbit (Orbit Decorrelation)

Satelit bergerak pada lintasannya yang disebut orbit. Perubahan orbit pada waktu

melakukan pencitraan pertama dengan orbit pada pencitraan kedua menyebabkan

ketidaksesuaian diantaranya. Hal-hal yang mempengaruhi gerakan satelit diantaranya

medan gravitasi bumi, matahari, bulan, dan planet-planet lainnya.

• Dekorelasi pusat doppler (Centroid Doppler Decorrelation)

Perbedaan frekuensi pusat Doppler diantara kedua pencitraan (ΔFd) akan

mengakibatkan terjadinya dekorelasi pada arah azimut. Peningkatan perbedaan

frekuensi Doppler tersebut akan mengakibatkan menurunnya koherensi (dγ),

(2.3.3.4)

dengan Br adalah lebar pita dalam arah azimuth.

 

29 

 

 

II.4 Differensial Interferometri

Informasi fase yang dimiliki oleh suatu interferogram dari hasil pengamatan 2

SAR pada waktu yang berbeda, sebenarnya memiliki unsur sebagai berikut :

φ = φtopografi + φdeformasi + φatmosfer + φnoise (2.4.1)

dimana :

φ = Beda fase (Topografi n+1) ` φtopografi = Fase topografi (sebagai

reference) φdeformasi = Fase Deformasi

φ atmosfer = Fase pengaruh atmosfer φnoise = Fase pengaruh noise

Sehingga untuk mendapatkan sinyal deformasi harus dilakukan metode

differensial interferometri atau mendifferensialkan 2 interferogram dan lalu

menghilangkan pengaruh noise dan atmosfer, pengamatan ini dilakukan dengan

menggunakan teknik repeat-pass interferometry. Artinya satelit InSAR melakukan

pencitraan kembali pada daerah yang sama dengan temporal tertentu. Beberapa metode

yang digunakan dalam membuat differensial interferogram [Hanssen, 2000], sebagai

berikut :

• Metode Two-pass interferometri

Metode ini menggunakan eksternal model elevasi (DEM) yang di konversi kedalam

koordinat radar, diskalakan menggunakan baseline, dan disubtrak dari interferogram.

[Massonnet et al..1993] dengan metode seperti ini tentu kesalahan yang dimiliki

oleh DEM akan mempengaruhi hasil deformasi yang diperoleh, bergantung pada

karakteristik baselinenya.

 

30 

 

 

Gambar 2.11 Alur pengolahan SAR metode two-pass [ESA, 2007]

• Metode Three-pass interferometri

Metode ini menggunakan pasangan topografi yang diperoleh dari citra SAR 1 dan 2

dimana selisih temporal kedua pengamatan tersebut saling berdekatan, sehingga

tidak ada unsur deformasi di dalam model topografi itu atau kita anggap tidak

memiliki kesalahan deformasi. Yang kedua pasangan topografi yang masih

dipengaruhi oleh deformasi diperoleh dari citra SAR 1 dan 3 dimana memiliki

selisih temporal yang cukup berjauhan. Dari kedua pasangan topografi tersebut,

untuk menentukan besarnya deformasi atau pasangan differensialnya pada area

pengamatan kita tinggal menyelisihkan antara pasangan topografi 1 dan 3 dengan

pasangan topografi 1 dan 2.

Gambar 2.12 Alur pengolahan SAR metode three-pass [ESA, 2007]

• Metode Four-pass interferometri

Untuk metode four-pass ini, dimana menggunakan pasangan topografi dan

pasangan deformasi hasil dari kombinasi temporal citra apapun, tetapi pada intinya

untuk mendapatkan pasangan differensialnya sama dengan three-pass method, kita

tinggal menyelisihkan kedua pasangan interferogram tersebut, dengan metode

seperti ini pengaruh perbedaan baseline akan masuk.

 

 

31 

 

 

II.5 Perbandingan Kinerja InSAR dengan GPS untuk pengamatan Deformasi

   

Selain menggunakan teknologi InSAR (Intereferometric Synthetic Aperture

Radar) untuk memantau fenomena deformasi, dapat juga memanfaatkan teknologi GPS

(GNSS) melalui pengamatan titik – titik di area kajian deformasi. Prinsip dari teknologi

GPS ini untuk pemantauan deformasi atau pergeseran (displacement) adalah dengan

menenentukan vektor pergeseran melalui penyelisihan hasil koordinat 3D dimensi pada

kala sesudah atau kala kedua dengan kala sebelumnya atau kala pertama, hasilnya

semakin baik atau benar merepresentasi deformasi apabila titik yang diamati semakin

banyak (optimal) dan waktu pengamatan GPS yang dilakukan relatif lama. Tabel 2.3

berikut ini beberapa perbedaan InSAR dengan GPS yang dapat menjadi pertimbangan

dalam melakukan pengamatan deformasi suatu objek dipermukaan bumi, sebagai

berikut :

Tabel 2.3 Beberapa perbedaan antara InSAR dengan GPS

[sumber biaya citra SAR : http://www.ga.gov.au]

Untuk memilih teknologi mana yang murah dengan menggunakan InSAR atau

GPS itu adalah relatif, tergantung dari area pengamatannya atau jumlah titik

pengamatan dan keperluan pemantauan fenomena deformasinya.

No Perbedaan InSAR GPS

1 Pengambilan data Tidak langsung Langsung

2 Data Area (piksel) Titik

2 Ketelitian vertikal Level milimeter Level centimeter

3 Ketelitian horizontal Level Meter Level Millimeter

4 Hasil Model 3D Vektor 3D

5 Keterlibatan SDM Sedikit Cukup banyak

6 Biaya (Minimal data) 5 – 10 juta rupiah per scene 1 juta rupiah per titik