FAKTUALITA

2

ME

DI

A

DI

RG

AN

TA

RA

Kemampuan Sistem Radar Dalam Identifikasi Obyek Bergerak

Vol. 9 No. 2 Juni 2014

Diawali dari seorang ahli fisika berkebangsaan Inggris bernama James Clerk Maxwell

(13 Juni 1831 - 5 Novem- ber 1879) yang berhasil mengembangkan prinsip dasar teori elektromagnet pada tahun 1865. Kemudian pada tahun 1866, ahli fisika asal Jerman bernama Heinrich Rudolf Hertz (22 Februari 1857 - 1 Januari 1894) berhasil membuktikan teori Max- well tentang gelombang elektromagnet dengan menemukan energi gelombang elektromagnet. Aplikasi pertama gelombang elektromagnet dilakukan oleh ahli fisika dari Jerman bernama Christian Hülsmeyer (25 Desember 1881 - 31 Januari 1957) pada tahun 1904 yaitu diciptakannya “Telemobiloscope” untuk mendeteksi keberadaan benda logam. Bentuk nyata dari pendeteksian itu dilakukan dengan memperlihatkan kebolehan gelombang elektromagnet dalam mendeteksi kehadiran suatu kapal terbang/ pesawat udara pada cuaca yang berkabut tebal. Namun pada saat itu pendeteksian belum mampu mengetahui jarak kapal terbang. Baru pada tahun 1921, seorang insinyur elektronika asal Amerika Serikat bernama Albert Wallace Hull (19 April 1880 - 22 Januari 1966) mengembangkan vacuum tubes magnetron sebagai tabung penguat untuk pemancar sinyal (transmitter). Kemudian transmitter berhasil ditempatkan pada kapal kayu dan pesawat terbang untuk pertama kalinya oleh A. H. Taylor dan L. C. Young pada tahun 1922, dan oleh L. A. Hyland dari Laboratorium Riset kelautan Amerika Serikat pada tahun 1930.

Sistem peralatan pendeteksi sasa- ran/ obyek (target) bergerak atau disebut Radio Detecting And Ranging

(Radar), pertama kali digunakan pada tahun 1941 dengan skema seperti gambar berikut ini Alat ini sebelumnya bernama Radio Directon Finding (RDF). Pengembangan sistem radar banyak dilakukan oleh para ilmuwan yang berasal dari Amerika Serikat, Jerman, Perancis dan Inggris, dimulai sebelum Perang Dunia II. Ilmuwan yang paling banyak berperan dalam pengembangan sistem radar adalah Sir Robert Alexander Watson-Watt (13 April 1892 - 5 Desember 1973) warga Skotlandia Inggris, yang mulai melakukan penelitiannya pada tahun 1915. Pada tahun 1920 Watson-Watt bergabung dengan bagian radio National Physical Laboratory untuk mempelajari dan mengembangkan peralatan navigasi dan menara radio. Selanjutnya, Watson-Watt ditunjuk oleh Kementerian Udara dan Kementerian Produksi Pesawat Terbang Inggris untuk mengembangkan radar. Pada tahun 1936, Watson-Watt berhasil menciptakan sistem alat deteksi radar yang dapat

mengidentifikasi pesawat terbang yang sedang mendekat dari jarak 40 mil (sekitar 64 Km). Dua tahun kemudian, Pemerintah Inggris membangun jaringan stasiun radar yang berfungsi untuk melindungi seluruh perairan pantainya.

Jenis Radar

Pada awalnya, sistem radar masih memiliki kekurangan, diantaranya energi gelombang elektromagnet yang dipancarkan kurang kuat dan sinyal masih dalam satu kesatuan. Sinyal radar dipancarkan masih dalam satu periode gelombang yang tidak terputus-putus, sehingga radar belum mampu mendeteksi kehadiran suatu benda dengan tepat. Walaupun demikian, radar tersebut sudah dapat mendeteksi lokasi keberadaan obyek/target. Terobosan pun akhirnya terjadi pada tahun 1936 dengan pengembangan radar berdenyut (pulsed). Dengan radar ini, sinyal diputus secara berirama sehingga

Yudho Dewanto – Pranata Humas Biro KshE-Mail : Dewanto_y@yahoo.co.id

Sistem peralatan pendeteksi obyek bergerak.

Vol. 9 No. 3 September 2014

terlalu besar dan tidak terlalu berat, serta mudah dalam hal perawatannya. Oscillator merupakan bagian dari inti transmitter radar berupa tabung vakum klystron dan berfungsi sebagai pembangkit gelombang elektromagnet pada transmitter.

2. Penerima SinyalPenerima sinyal berfungsi sebagai penerima kembali

pantulan gema energi gelombang elektromagnet dari sinyal obyek yang ditangkap oleh radar melalui reflektor antena. Pada bagian dalam peralatan penerima terdapat komponen untuk menyaring sinyal yang diterimanya agar sesuai dengan keinginan. Alat ini juga dapat memperkuat sinyal obyek yang lemah dan meneruskannya ke peralatan pemrosesan data dan sinyal. Kemudian menampilkan adanya indikasi sasaran bergerak berupa cursor disertai suara beep di layar monitor/display. Sistem penerima rada r memili ki beber apa komp onen pendukung, yaitu:

2.1.Bumbung gelombang ( waveguide ) Alat ini berfungsi sebagai

penghubung antara antenna dan transmitter, berupa pipa metal (metal pipe) untuk menyalurkan sinyal pada sistem radar Air Traffic Control (ATC).

3

FAKTUALITAM

ED

IA

D

IR

GA

NT

AR

A

Vol. 9 No. 2 Juni 2014

memungkinkan untuk mengukur gema (echo) serta mengetahui kecepatan target dan arahnya dengan tepat.

Panjang gelombang radio atau sinyal yang dipancarkan sistem radar mulai dari beberapa milimeter hingga satu meter, seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Gelombang radio yang dipancarkan ke arah sasaran diam (fix) atau bergerak (moving) yang mengenai obyek tersebut, ak an d ipan tulk an k e se gala ara h. Selanjutnya sebagian dari sinyal pantulan gema (echo) ditangkap dan diterima oleh alat penerima radar. Dengan menganalisa sinyal echo tersebut, maka jarak, lokasi, kecepatan dan jenis obyek dapat diketahui. Meskipun sinyal echo yang diterima masih relatif lemah/kecil, namun sinyal tersebut dapat dideteksi dan diperkuat oleh radar.

Terobosan penting tahun 1939 adalah dengan ditemukannya pemancar gelombang mikro (microwave) yang berkekuatan tinggi. Microwave merupakan elektromagnet pada saat propagasi radiasi berada pada rentang frekuensi antara 300 MHz (0.3 GHz) hingga 300 GHz. Keunggulannya adalah ketepatan mendeteksi sasaran walaupun cuaca buruk, gelombang dapat ditangkap oleh antena berukuran lebih kecil sehingga dapat dipasang di pesawat terbang. Pada tahun berikutnya, sistem radar berkembang lebih pesat dalam hal tingkat resolusi dan portabilitasnya, sehingga dipakai dalam pertahanan militer.

Radar berdenyut atau Pulsed Radar (PR) merupakan radar yang gelombang elektromagnetnya diputus secara berirama. Frekuensi denyut radar atau Pulse Repetition Frequency (PRF) dapat diklasifikasikan menjadi 3 bagian, yaitu PRF high, PRF medium dan PRF low. Doppler radar merupakan jenis radar yang mengukur kecepatan radial dari sebuah obyek yang masuk ke dalam daerah tangkapan radar dengan menggunakan “Efek Doppler”. Hal ini dilakukan dengan memancarkan sinyal gelombang mikro ke obyek lalu menangkap refleksinya, dan kemudian dianalisis perubahannya. Radar Doppler merupakan jenis radar yang sangat akurat dalam mengukur kecepatan radial. Sistem radar mempunyai tiga komponen utama yakni: Pemancar (Transmitter), Penerima (Receiver) dan Antena (Antenna).

S is tem Rad a r Pe n d et ek si Ob y ek Bergerak1. Pemancar Sinyal

Pada sistem radar, pemancar sinyal (transmitter) berfungsi untuk memancarkan gelombang elektromagnet melalui antena. Hal ini dilakukan agar sinyal obyek yang berada di daerah tangkapan radar dapat dikenali. Pada umumnya, transmitter memiliki lebar bidang frekuensi- (bandwidth) dengan kapasitas yang besar. Transmitter juga memiliki tenaga yang cukup kuat, efisien, ukurannya tidak

Spektrum panjang gelombang radio

Skema oscillator sebagai bagian inti transmitter radar

Waveguide radar pada s i s t e m Ai r Tr a f f i c Control (ATC).

Vol. 9 No. 3 September 2014

4

FAKTUALITAM

ED

IA

D

IR

GA

NT

AR

A

Vol. 9 No. 2 Juni 2014

2.2. DuplexerAlat ini berfungsi sebagai tempat

pertukaran atau peralihan antara antena sebagai penerima atau pemancar sinyal ketika antena digunakan dalam kedua situasi tersebut.

2.3. Plane Position Indicator (PPI)Alat ini berfungsi untuk menam-

pilkan obyek bergerak pada layar monitor.

2.4. Software dan Sistem ElektronikSoftware berfungsi mengontrol

kerja seluruh perangkat dan antena ketika melakukan tugasnya masing-masing.

3. AntenaAntena yang terpasang pada

radar merupakan antena reflektor berbentuk piringan parabola atau omnidirectional yang dapat menyebarkan energi gelombang elektromagnet ke segala arah. Prosesnya diawali dari sinyal radar di pancarkan dari titik fokusnya dan selanjutnya dipantulkan melalui permukaan antena yang berbentuk parabola. Antena radar memiliki dua kutub. Sinyal input yang masuk dipisahkan secara bertingkat dalam

bentuk phased-array merupakan sebaran unsur-unsur obyek yang tertangkap antena dan diteruskan ke pusat sistem deteksi radar.

Prinsip Kerja Radar

Radar bertugas melakukan penyebaran energi gelombang elektromagnet melalui antena parabola dengan maksud untuk menangkap sinyal dari benda yang melintas pada daerah tangkapan, dengan sudut elevasi 20 hingga 90 derajat. Ketika suatu benda masuk dalam daerah tangkapan antena, maka sinyal yang ditangkap akan diteruskan ke pusat sistem radar dan akan diproses hingga obyek teridentifikasi dan ditampilkan pada layar monitor PPI.

Prinsip dasar sistem radar, pemancar bertugas membangkitkan energi gelombang elektromagnet, seperti pulsa pendek berbentuk sinusoidal. Selanjutnya gelombang dipancarka n oleh anten a, d an gelombang yang mengenai target akan dipantulkan ke segala arah. Sebagian gelombang pantul akan tertangkap oleh antena penerima dan diproses oleh penerima, hasilnya ditampilkan di layar monitor.

Transmitter dapat berupa oscillator, seperti magnetron maupun klystron, dimana pulsa transmisi dihasilkan oleh modulator untuk membangkitkan deretan pulsa yang berulang. Radar yang digunakan untuk medeteksi pesawat pada jarak 100 - 200 Nautical Miles (sekitar 185 - 370 Km) membutuhkan Peak Power 1 MW, Average power beberapa kilowatt, lebar pulsa beberapa mili detik,

Penampang duplexer.

Tampilan obyek pada layar monitor.

Prinsip dasar radar.

Blok diagram sistem radar.

dan Pulse Repetition Frequency (PRF) beberapa ratus pulsa per detik. Pulsa gelombang elektromagnet yang dihasilkan oleh transmitter disalurkan ke antena melalui transmission line untuk selanjutnya dipancarkan ke udara bebas. Radar hanya membutuhkan satu antena untuk memancarkan sinyal dan menerima echo. Radar dilengkapi dengan duplexer yang berfungsi melindungi penerima dari kerusakan pada saat proses transmitt. Duplexer terdiri dari dua bagian, yaitu Transmitt-Receive (TR) berfungsi melindungi receiver selama pemancaran sinyal, dan Anti Transmitt-Receive (ATR) berfungsi meneruskan sinyal echo ke receiver selama penerimaan sinyal.

Sinyal pantulan berupa gema yang diterima oleh antena penerima disalurkan ke Low Noise Radio Frequency (RF) Amplifier melalui duplexer. Peralatan ini berupa penguat parametrik dengan transistor kebisingan rendah (low noise). Sinyal yang sampai ke penerima, pertama akan melewati mixer dan sinyal ini dicampur dengan sinyal referensi dari Local Oscillator (LO). Mixer dan LO merupakan peralatan untuk mengubah sinyal RF menjadi Intermediate Frequency (IF). Setelah proses tersebut, sinyal disalurkan ke penguat IF amplifier untuk dideteksi gema yang berasal dari target bergerak. Biasanya untuk jenis radar surveillance memiliki frekuensi 30 atau 60 MHz dan bandwidth 1 MHz.

Ukuran jarak dari alat deteksi radar didapat dengan cara mengukur waktu yang dibutuhkan energi gelombang elektromagnet selama penjalarannya mulai dari radar ke target dan kembali lagi ke radar. Radar digunakan untuk mendeteksi dan menentukan

Vol. 9 No. 3 September 2014

5

Pulsa yang dipancarkan ke arah obyek.

Cakupan antena radar di seluruh wilayah Indonesia.

lokasi suatu target berdasarkan karakteristik perambatan gelombang elektromagnet. Hal ini dapat dilaksanakan dengan jalan mendeteksi pantulan dari gelombang elektromagnet dengan bentuk tertentu, seperti bentuk sinusoidal yang dimodulasi pulsa. Prosesnya adalah gelombang elektromagnet dipancarkan dan oleh target dipantulkan kembali, selanjutnya obyek dapat dikenalinya. Untuk mengetahui arah target dapat ditentukan melalui arah datangnya pantulan gelombang elektromagnet. Jika target tersebut diketahui bergerak relatif terhadap radar, maka kecepatan target dapat diperoleh dari besaran jarak per satuan waktu. Kecepatan gerak target diukur berdasarkan teori “Efek Doppler” yakni dengan mengamati pergeseran frekuensi pembawa (carrier) yang terjadi setelah mengalami pemantulan.

Dengan sistem pengolahan deteksi sinyal yang berasal dari Moving Target Indication (MTI), maka dapat diukur jarak antara target terhadap posisi radar (range), yaitu dengan menghitung rentang waktu pada saat sinyal dipancarkan dengan sinyal yang diterima kembali. Berbagai informasi lain dapat diterima oleh sistem radar, sebagai contoh jika target bergerak, maka terdapa t pergeseran frekuensi pada gelombang yang dipantulkan akibat efek Doppler. Pergeseran ini sebanding dengan kecepatan target relatif terhadap radar yang disebut radial velocity. Menurut teori Doppler pergeseran frekuensi digunakan untuk membedakan antara target bergerak dengan pantulan yang berasal dari benda diam seperti tanah, laut atau hujan. Radar dapat digunakan untuk mengetahui lintasan ger ak d ari suat u ta rget dan mam pu mengukur jarak target dengan cepat dan akurat.

Pada umumnya gelombang radar merupakan gelombang pembawa sinusoidal yang di modulasi pulsa sehingga menghasilkan sinyal yang terputus-putus dan mirip deretan pulsa. Sinyal/pulsa berikutnya akan terkirim sebelum pulsa pantul atau gema diterima.

Deretan pulsa tersebut hendaknya berpola sedemikian rupa sehingga pantulan baliknya dapat dideteksi penerima sebelum pengiriman pulsa berikutnya. Jika deretan pulsa tersebut terlalu berdekatan, ada kemungkinan terjadi “second time around echo”, yakni semacam overlapping atau jedah antara sinyal pantul dan sinyal pancar berikutnya. Kejadian ini bisa mengakibatkan kekeliruan atau salah penafsiran (ambiguous) terhadap obyek.

Pemanfaatan Radar di Indonesia

Dal am b idan g pe nerb angan, penggunaan sistem radar pada Air Traffic Control (ATC) di Bandar Udara di dalam negeri dan internasional. Menara ATC merupakan suatu bentuk sistem radar yang komplek yang berfungsi sebagai pusat kendali lalu lintas udara. Tugasnya adalah mengatur lalu lalang serta menjaga kelancaran lalu lintas udara bagi setiap pesawat terbang yang akan lepas landas (take off) atau mendarat (landing). Menara ATC juga berfungsi untuk memberikan layanan bantuan informasi bagi pilot tentang situasi dan kondisi bandara yang dituju. Sistem radar pada ATC dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu radar primer dan radar sekunder. Radar primer adalah sistem radar untuk mendeteksi dan menampilkan posisi pesawat di

dalam wilayah cakupan antena yang ditampilkan di monitor di menara ATC. Sedangkan radar sekunder adalah sistem radar yang digunakan untuk melakukan interogasi menggunakan bahasa kode antara petugas bandara dengan pesawat udara yang sedang terbang di dalam wilayah cakupan antena radar. Petugas bandara akan menanyakan kepada Pilot tentang nomor kode pesawat dan tujuannya. Seluruh aktivitas komunikasi tersebut direkam oleh petugas bandara dan pilot, dan posisi pesawat udara tersebut ditampilkan di monitor di menara ATC.

Indonesia memiliki 18 unit radar yang terdapat di seluruh wilayah Indonesia untuk pengawasan udara. Ditargetkan hingga 2024 program instalasi radar di seluruh Indonesia mencapai 32 unit. Sebanding dengan jumlah provinsi maka untuk seluruh wilayah Indonesia diperlukan 34 radar.

Kemampuan sistem radar sangat membantu petugas Bandara dalam mengamati, mengatur dan mengendalikan lalu lintas udara, menjaga stabilitas dan keutuhan NKRI. Walau demikian sistem radar ini tidak bisa menggantikan fungsi mata manusia sebagai panca indera untuk melihat secara lurus atau line of sight. Radar hanya dapat memperpanjang jarak jangkau dari mata sampai batas tertentu Over The Horizon (OTH). Penting untuk diketahui bahwa kemampuan dan keunggulan sistem radar dapat mengukur dan menentukan jarak dan kecepatan target dengan tepat tidak tergantung waktu dan cuaca.

Vol. 9 No. 3 September 2014

FAKTUALITA