44 Vol. 10 No. 1 Maret 2015

pendahuluan

Teknologi penginderaan jauh (inderaja) aktif dengan radar, merupakan sistem penginderaan jauh untuk segala cuaca yang memanfaatkan energi gelombang mikro (microwave). Sejalan dengan perkembangan ilmu pengetahuan, maka pemanfaatan energi elektromagnetik untuk penginderaan jauh telah meluas hingga ke spektrum tidak tampak. Salah satu pemanfaatan energi elektromagnetik adalah untuk Radio Detection and Ranging (Radar). Teknologi radar awalnya digunakan dalam bidang militer untuk mendeteksi pesawat terbang dan kapal laut. Radar adalah teknik deteksi obyek dan posisinya menggunakan gelombang radio dengan cara mengukur keterlambatan waktu (time delay) dan kekuatan gema atau reflektansi dari suatu pulsa radiasi elektromagnetik.

Penginderaan jauh radar (imaging radar) atau juga dikenal sebagai Synthetic Aperture Radar (SAR), adalah suatu modifikasi penggunaan sistem radar untuk menghasilkan citra sebagai pengganti tampilan jarak (range) dan arah. Pada sistem ini, radar mentransmisikan pulsa-pulsa energi microwave ke arah sasaran tanpa bantuan energi matahari. Sistem penginderaan jauh ini disebut sistem aktif, karena energi elektromagnetik yang digunakan dibangkitkan oleh sensornya. Energi

gelombang mikro berupa pulsa berenergi tinggi yang dipancarkan dalam waktu sangat pendek dengan satuan mikrodetik (10-6 detik). Energi gelombang elektromagnetik yang digunakan dalam penginderaan jauh mempunyai panjang gelombang 1000 μm hingga 100 cm. Pemanfaatan spektrum panjang gelombang ini memungkinkan radar dapat dioperasikan pada malam hari atau dapat melewati tutupan awan. Penginderaan jauh dengan sistem radar penting untuk daerah dengan sudut matahari rendah dan daerah dengan keadaaan atmosfer yang selalu berawan, yakni negara beriklim tropis seperti di Indonesia.

SAR adalah teknik pengolahan data yang digunakan untuk menghasilkan informasi citra dengan memanfaatkan alat sensor yang bekerja pada panjang gelombang mikro spektrum radar. Hal ini dapat dilakukan oleh sistem radar dengan menggunakan instrumen di atas target yang bergerak relatif terhadap obyek. Pada proses akuisisi citra, radar bekerja independen terhadap pencahayaan dari energi/sinar matahari. Kegiatan observasi obyek di permukaan Bumi dapat dilakukan dan diambil gambarnya pada waktu malam hari. Dengan menggunakan radiasi gelombang mikro, maka penyerapan panjang gelombang radar oleh atmosfer sangat rendah, berarti bahwa pengamatan terhadap obyek tidak terhalang oleh

adanya kumpulan awan.

Dalam aplikasi SAR, pengguna data penginderaan jauh radar menggunakan besaran amplitudo yang berasal dari sinyal pantul/balik, dan data pergeseran fase. Pada teknik perhitungan interferometri digunakan data fase radiasi yang berasal dari sinyal yang dipantulkan. Gelombang radio yang dikirim oleh satelit memiliki besaran fase yang diketahui (tertentu) dan besaran fase ini dapat dibandingkan dengan fase sinyal pantul/balik. Fase gelombang pantul/balik sangat tergantung pada propagasi sinyal, yaitu jarak antara radar ke permukaan Bumi. Pada saat propagasi, sinyal dari radar ke permukaan Bumi dan arah pantulannya, terdiri dari jumlah seluruh panjang gelombang ditambah dengan beberapa komponen lain sebagai akibat dari perubahan panjang gelombang (pergeseran Doppler). Proses ini dapat diamati melalui alat deteksi perbedaan fase atau pergeseran fase dari sinyal gelombang yang terpantulkan. Dalam prakteknya, fase ini juga dipengaruhi oleh beberapa faktor lain, seperti kembalinya fase awal/mentah yang berasal dari sinyal radar yang dipancarkan. Untuk mendapatkan informasi fase yang diperlukan, informasi fase yang identik harus dihapus/dieliminir. Dalam teknik interferometri digunakan dua gambar obyek pada daerah topografi posisi yang sama, diambil dari posisi yang

Pemanfaatan Teknologi Radar dalam Misi Pesawat Ulang AlikYudho Dewanto – Biro Kerjasama dan Humase-mail: dewanto_y@yahoo.co.id

SOSIALITA

45Vol. 10 No. 1 Maret 2015

Sosialita | Media Dirgantara

sedikit berbeda untuk mendapatkan informasi perbedaan fase, seperti ditampilkan pada gambar berikut.

Dengan berkembangnya teknik pengolahan data SAR yang dilakukan oleh para peneliti, maka dapat dihasilkan berbagai produk aplikasi inderaja beserta turunannya. Pada 23 September 2014 pihak Gedung Putih di Washington DC mengumumkan, bahwa data topografi dengan resolusi tinggi hasil Shuttle Radar Topografi Mission (SRTM) telah dirilis secara global dan dipublikasikan di media internet. Pengumuman ini disampaikan oleh Sekjen PBB pada Konferensi Tingkat Tinggi (KTT) tentang Iklim Negara di New York - Amerika Serikat. Sebelumnya data SRTM untuk obyek di luar Amerika Serikat diambil sebagai sampel yang dipublikasikan kepada publik. Data untuk sebagian besar Afrika dan sekitarnya dirilis pada November 2014. Diharapkan segera dirilis data untuk wilayah : Amerika Selatan, Amerika Utara, sebagian besar wilayah Eropa, dan pulau-pulau di Samudera Pasifik wilayah timur. Hal ini dilakukan NASA, karena adanya peningkatan kebutuhan data SRTM untuk berbagai kegiatan riset pada tingkat nasional maupun internasional.

perkembangan Shuttle Radar

Badan Pemerintah Amerika Serikat Jet Propultion Laboratory (JPL) telah berhasil mengoperasikan satelit SEASAT. Satelit ini diluncurkan pada 27 Juni 1978 dengan ketinggian 800 km dan inclination orbit 108°. Atas keberhasilan dalam kegiatan operasional selama masa uji coba satelit SEASAT, maka ditetapkan oleh JPL bahwa gambar kenampakan di permukaan Bumi dapat diambil dari orbit satelit menggunakan pulsa radar. Kemudian data ini dapat dijadikan sebagai data primer atau multistage, selain data optik atau cahaya tampak (visible). SEASAT adalah satelit pertama yang mengorbit Bumi dirancang untuk pengamatan lautan dan merupakan satelit pertama yang dilengkapi sensor gelombang mikro. Misi ini dirancang untuk menunjukkan kelayakan satelit dalam melakukan tugasnya memantau secara

global tentang fenomena oseanografi. Citra radar memiliki berbagai keunggulan dibandingkan dengan data cahaya tampak, misalnya bisa “melihat” relief gurun pasir serta mampu mendeteksi sisa-sisa dasar sungai kuno. Dengan kemampuan tersebut, serangkaian misi pemanfaatan

Proses Synthetic Aperture Radar (SAR)

Sistem radar pada pesawat ulang alik

46 Vol. 10 No. 1 Maret 2015

Media Dirgantara | Sosialita

citra radar telah dilakukan melalui pemasangan sensor radar pada pesawat ulang-alik antariksa (Space Shuttle) milik NASA untuk proyek selama 20 tahun.

Sebagai langkah awal, dilakukan kegiatan observasi Bumi menggunakan sensor radar pada misi penerbangan kedua melalui pesawat ulang-alik antariksa (STS – 1 tidak melakukan uji coba radar). Pesawat ini membawa peralatan sistem sensor radar ke ruang muatan Space Transportation System (STS) - 2, yang disebut Shuttle Imaging Radar (SIR) A. Misi ini diluncurkan dari Kennedy Space Center, Florida, pada 12 November 1981. Setelah selesai menjalankan misinya selama dua hari, kemudian para awak pesawat ulang alik antariksa ini kembali dan mendarat selamat di Bumi. Tiga tahun kemudian, dilaksanakan misi kedua yang disebut SIR B. Shuttle ini diterbangkan pada misi ulang-alik STS-41G, diluncurkan pada 5 Oktober 1984. Setelah berhasil, tujuh hari kemudian pesawat kembali dan mendarat di Bumi dengan selamat.

Setelah lebih dari satu dekade berlalu, proyek citra radar dilaksanakan untuk misi yang ketiga melalui pesawat ulang-alik. Untuk misi ketiga, JPL Spaceborne Imaging Radar C mengkombinasikan dengan sistem peralatan radar dari Jerman dan Italia yang disebut X-Band SAR. Radar ini menggunakan frekuensi tinggi dan instrumennya dibuat di Amerika. Dalam menjalankan misi observasi ini, kegiatannya dilaksanakan dalam sistem 2 Paket yang artinya melakukan dua kali penerbangan menggunakan pesawat ulang-alik. Pertama yaitu: misi STS-59 yang dilaksanakan pada 9 - 20 April 1994, dan kedua pada misi STS-68 dilaksanakan pada 30 September - 11 Oktober 1994.

Melihat hasil yang diperoleh dari ketiga misi terdahulu, maka dilanjutkan dengan proyek penerbangan misi keempat. Pada misi keempat ini dilakukan penambahan peralatan antena pada instrumen

radar antenna raksasa yang bertujuan untuk memetakan ketinggian fitur di Bumi menggunakan teknik yang agak mirip dengan fotografi stereo. Paket penerbangan misi keempat ini menjalankan misi mengumpulkan data topografi menggunakan radar di pesawat ulang-alik yang disebut Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) pada misi STS-99 yang dilaksanakan pada 11 - 22 Februari,

(a) Space Shuttle Columbia (Sumber: NASA/JPL)

(b) SIR (Radar antenna) (Sumber: NASA/JPL)

2000. Instrumen SIR dirancang dan dibangun oleh JPL. Peralatan antena radar ini menggunakan struktur ruang terbesar yang pernah dibangun. (sumber: http://Shuttle Radar Topography Mission/home dan http:// Spaceborne Imaging Radar/X-Band Synthetic Aperture Radar/home).

47Vol. 10 No. 1 Maret 2015

Spesifikasi Shuttle

1. Shuttle Imaging Radar (SIR) A

Seluruh instrumen dirancang dan diterbangkan oleh NASA menggunakan STS – 2. SIR A adalah misi penerbangan yang pertama dalam serangkaian kegiatan yang melakukan observasi Bumi menggunakan energi gelombang elektromaknetik berbentuk pulsa radar (Tabel 1). Instrumen ini digunakan untuk mendeteksi sisa-sisa dasar sungai kuno yang letaknya di Gurun Sahara. Sistem radar dapat melihat fitur seperti relief dan tekstur permukaan pasir dan ditampilkan pada citra berupa tingkat gradasi (gradual) yang berwarna agak keabu-abuan dengan rona cerah dan gelap (rendah dan tinggi atau dangkal dan dalam).

Berbeda halnya apabila menggunakan pengamatan melalui sensor cahaya optik/tampak (visible). Spektrum cahaya tampak tidak dapat melewati (impenitrable) bentuk kemiringan atau kontur (contour), sehingga pengamatan tidak dapat melihat kontur gunung, bukit dan kekasaran permukaan.

2. Shuttle Imaging Radar (SIR) b

Pada Oktober 1984, telah diperoleh data citra radar digital dari SIR-B sekitar 6,5 juta km² hasil observasi kenampakkan di permukaan bumi. Cakupan wilayah obyek

observasi sebagai pengujian/eksperimen pada instrumen adalah terletak antara garis lintang 60 derajat utara dan 60 derajat selatan. Program disesuaikan dan dibuat dengan arah sudut pandang (look angle) sensor antena radar diatur dengan mode dapat dikendalikan. Pesawat ulang-alik selama misi pengumpulan data memiliki cakupan multiple dan cakupan area pemetaan yang dapat diperpanjang sesuai kebutuhan untuk percobaan. Gambar citra SIR-B yang diperoleh dapat digunakan untuk penelitian ilmiah dalam bidang geologi, kartografi, hidrologi, tutupan vegetasi, dan oseanografi. Hubungan antara radar backscatter dan sudut datang merupakan variabel didalam proses pengolahan data citra untuk membedakan berbagai jenis kekasaran permukaan, dan penggunaan variasi look angle.

SIR-B merupakan bagian dari rangkaian kegiatan penerbangan pesawat ulang-alik NASA Challenger, STS-41G dalam misi observasi Bumi menggunakan radar dan instrumen berteknologi tinggi. SIR B dirancang dan diterbangkan NASA, untuk mengumpulkan data kekasaran di permukaan Bumi dengan menggunakan radar dan gambar diambil dari beberapa sudut (multiangle) (Tabel bawah). Teknik ini untuk perbaikan citra pada saat pengambilan gambar dengan menggunakan sudut tunggal. Dengan demikian dimungkinkan para ilmuwan dapat menciptakan tampilan landscape pada citra lebih perspektif.

(a). SIR-B antenna deployment (Sumber: NASA/JPL). (b) Space Shuttle Cockpit (Sumber: NASA/JPL).

Sosialita | Media Dirgantara

48 Vol. 10 No. 1 Maret 2015

Media Dirgantara | Sosialita

3. Spaceborne Imaging Radar (Sir) C/X-Sar

Misi peluncuran pesawat ulang-alik SIR-C/X SAR adalah melakukan tugas pengamatan permukaan Bumi dengan menggunakan peralatan sensor SAR. Peluncuran ini merupakan proyek bersama antara AS - Jerman - Italia dalam menggunakan sistem radar untuk memantau Bumi yang berguna bagi para ilmuwan dari berbagai disiplin ilmu. Muatan instrumen diterbangkan dengan dua penerbangan. Pertama melalui misi pesawat ulang-alik Endeavour STS-59 yang diluncurkan pada 9-20 April, 1994. Kedua, pada misi peluncuran pesawat ulang-alik Endeavour STS-68, 30 September – 11 Oktober 1994. Para ilmuwan radar JPL di Pasadena, California, dan para peneliti dari negara yang ikut terlibat dalam proyek ini melakukan proses dan menganalisis citra radar yang terbagi dalam beberapa kategori.

4. Shuttle Radar Topography Mission (SRTm)

Shuttle Radar Topografi Mission (SRTM) adalah proyek internasional yang dipelopori oleh NASA dan National Geospatial Intelligence Agency (NGA) yang bertujuan untuk mendapatkan model elevasi digital pada skala global kecil dari 56 o Lintang Selatan hingga 60 o Lintang Utara untuk menghasilkan database dalam bentuk topografi muka bumi digital yang memiliki resolusi tinggi yang paling lengkap dengan nilai akurasi data ketinggian hingga 16 meter. Sudut inklinasi orbit wahana SRTM adalah sebesar 57o, sehingga dapat merekam muka bumi pada lokasi area observasi.

Misi ini diterbangkan melalui pesawat ulang-alik Endeavour STS-99 pada Februari 2000, mengorbit selama 11 hari. Penerbangan Endeavour pada tahun 1994 adalah pengembangkan Radar untuk SRTM (misi sterdahulu adalah SIR A, SIR B dan SIR C, pada ketiga misi ini belum mengumpulkan data topografi) yang dilakukan dalam dua misi. Pertama adalah C-Band Spaceborne Imaging Radar dan Kedua X-Synthetic Aperture Radar (X-SAR) dengan peralatan X-Band hardware dipasang pada plate form pesawat ruang angkasa.

Faktor-faktor yang mempengaruhi sinyal pantulan radar

Sistem pengamatan obyek pada citra radar didasarkan tidak hanya pada rona tetapi juga ukuran, bentuk, tekstur, bayangan, dan keterkaitan obyek dengan lingkungan sekelilingnya. Obyek yang terekam pada citra radar merupakan hasil pulsa balik radar (backscatter). Intensitas atau kekuatan pulsa balik menentukan kecerahan obyek yang terekam pada citra. Pulsa balik radar yang terlalu kuat menghasilkan karakteristik (signature) lebih cerah pada citra dibandingkan dengan pulsa balik yang lemah. Intensitas atau kekuatan pulsa balik radar baik dari sistem satelit maupun pesawat udara ditentukan oleh sifat-sifat sebagai berikut :

• Sifat-sifat obyek yang diamati meliputi: lereng, sifat dielektrik, kekasaran permukaan dan orientasi kenampakan (feature orientation)

• Sifat-sifat sistem radar meliputi: panjang gelombang, sudut depresi, polarisasi dan arah pengamatan antena.

Profil umum SIR B.

(a). SIR C/X-SAR observe (Sumber: NASA/JPL)

Acronym: SIR-B

Type: Instrument

Status: Past

Launch Date: October 05, 1984

7:03 a.m. EDT (11:03 UTC)

Launch Location: Kennedy Space Center, Florida

Landing Date: October 13, 1984

12:25 p.m. EDT (16:26 UTC)

Mission End Date: October 13, 1984

Target: Earth

49Vol. 10 No. 1 Maret 2015

Sosialita | Media Dirgantara

(b). Space Shuttle landin (Sumber: NASA/JPL)

kelemahan radar

Terjadi pergeseran letak oleh relief

• Pergeseran letak oleh relief pada citra radar bersifat satu dimensional & tegak lurus terhadap arah perekaman,

• Pantulan sudut terjadi pada lereng terjal,

• Bayangan objek pada citra, terjadi jika mengenai objek tinggi,

• Efek rebah ke dalam (layover) terjadi pada objek yang mempunyai perbedaan ketinggian antara puncak dan dasarnya, pancaran pulsa mengenai bagian puncak terlebih dahulu,

• Efek pemendekan lereng depan (foreshortening) terjadi bila lereng depan lebih landai daripada garis tegak lurus arah pengamatan.

kelebihan citra radar

- Karena energi microwave tidak dipengaruhi oleh awan, maka radar pencitra sanggup memperoleh citra kualitas tinggi pada daerah-daerah yang ditutupi awan,

- Pada daerah yang gersang atau sangat gersang, energi gelombang mikro bisa menembus permukaan sampai pada kedalaman yang tertentu, sehingga memberi kita ukuran yang unik dari sifat-sifat permukaan,

- Pada daerah dengan vegetasi yang lebat, radar dapat menembus tajuk (canopy) dan citra yang dihasilkan dapat menunjukkan dengan jelas permukaannya,

- SAR dapat digunakan untuk melengkapi data optik, inframerah dan jenis data konvensional lainnya.

Berdasarkan dari beberapa keunggulan yang dimiliki oleh sistem radar, hingga saat ini radar telah banyak digunakan untuk keperluan penginderaan jauh, seperti yang telah dijelaskan di atas. Radar dapat digunakan sebagai alat pemantauan kenampakan kekasaran permukaan di perbukitan, pemodelan drainase, simulasi penerbangan di daerah pegunungan, penentuan letak tower selular, keamanan navigasi, dan lain-lain. Dalam bidang lingkungan, data SRTM dapat dimanfaatkan untuk pemodelan banjir, konservasi tanah, perencanaan penghijauan sebagai daerah resapan air, pengawasan gunungapi, penelitian gempa dan lain lain.

LAPAN di dalam kegiatan penelitiannya menggunakan data SRTM untuk pemodelan banjir, konservasi tanah, perencanaan penghijauan sebagai daerah resapan air, pengawasan gunungapi, penelitian gempa dan lain lain.