Pertemuan 7 : Persamaan Radar (Lanjutan)

Pengolahan Sinyal

Sinyal echo (pantulan) dari target yang diterima penerima radar sangatlah kecil. Bahkan terkadang lebih kecil dari noise yang tercampur dengannya (nilai S/N sangat kecil, tidak cukup untuk memisahkan target echo dengan menggunakan threshold)). Oleh karena itu dilakukan usaha-usaha untuk meningkatkan nilai S/N dari sinyal tersebut, yang biasa disebut penguatan proses (gain precessing), dengan cara diintegrasikan seperti yang digambarkan pada gambar di bawah ini.

Pengintegrasian sinyal bisa coherent atau non-coherent. Coherent signal integration terjadi ketika amplitude dan fase yang dijumlahkancoherent dengan melakukan dilakukan penggeseran. Proses ini biasa menggunakan proses kompleks, untuk kompresi pulsa atau transformasi fourier untuk analisis Doppler. Dengan bantuan transformasi fourier semua sinyal dari target yang bergerak ditata sedemikian rupa agar mendapatka koherensi sebaik mungkin kemudian dijumlahkan.

Sedangkan non-coherent integration adalah penjumlahan amplitude signal dengan tapa memperhatikan persamaan fasa dari sinyal-sinya yang dijumlahkan. Coherent summation lebih efektiv, dan menghasilkan penguatan S/N (atau S/I),  yang besarnyapenguatan Gp dinyatakan dalam persamaan ini.

Penguatan proses (Gp) secara sederhana dapat dihitung efektifitasnya dengan menggunakan banyaknya sinyal yang dijumlahkn dibagi dengan kerugian proses pengintegrasin (Lp).

Untuk nilai integrasi yang besar, nilai integrasi efektifnya mendekati akar kuadrat dari jumlah pulsa yang diintegrasikan.

Rugi integrasi : Rugi integrasi  koheren, merupaakan fungsi dari signal processing window. Kebanyakan pemrosesan sinyal koheren melibatkan windowing, dimana sinyal yang diproses dimodifikasi untuk meminimalisasi artifact yang dihasilkan oleh proses itu sendiri. Artifact ini menginterferensi sinyal echo target yang asli. Tiap tipe dari window memiliki faktor degradasi yang kemudian menjadi rugi integrasi. Rugi-rugi ini diterapkan pada nilai integrasi untuk menghasilkan nilai integrasi efektif

Persamaan  Radar dengan Kompresi Pulsa

Kompresi pulsa adalah proses pentransmisian suatu pulsa yang lebar (lebar pulsa t_E) dan pemrosesan pulsa tersebut menjadi pulsa sempit (t_C). Tujuannya adalah untuk menggunakan energi yang tersimpan pada pulsa lebar untuk kemudian pada saat pendeteksian dikompres menjadi pulsa sempit untuk meningkatkan resolusi jarak. Proses kompresi berhubungan mekanismenya sama dengan proses pengintegrasian sinyal.

Signal-to-noise ratio tanpa kompresi pulsa dinyatakan dalam persamaan berikut

Dengan menggunakan persamaan diatas sinyal to noise ratio untuk  “setiap” lebar pulsa yang akan mengalami kompresion dirumuskan dengan

Signal-to-noise ratio untuk keseluruhan gelombang echo yang terkompresi adalah

Mensubstitusikan lebar pulsa yang diperlebar = rasio kompresi dikalikan lebar pulsa terkompresi, dihasilkan

Melihat hubungan resiprokal antara bandwidth dengan lebar pulsa terkompresi, maka persamaan 34 menjadi

Perbandingan antara persamaan 30 dan 35 menunjukkan nilai dari kompresi pulsa. Untuk parameter radar tertentu, selama lebar pulsa yang ditransmisikan tetap sama, maka signal-to-noise ratio juga sama, tidak tergantung dari bandwidth sinyal. Artinya dengan kompresi pulsa, pendeteksian dapat dijaga dan range resolusi ditingkatkan dengan menjaga lebar pulsa yang ditansmisikan tetap sama, namun meningkatkan bandwidth. Atau range resolusi tetap sama dan pendeteksian dapat ditingkatkan dengan menaikkan lebar pulsa yang ditransmisikan dan menjaga bandwidth tetap sama.

Persamaan untuk Search Radar

Search radar mempunyai waktu target yang terbatas (t_OT – waktu untuk tiap scan pada target tertentu adalah dalam beam dari antena), dan tidak menunjuk pada peak gain dari antena pada target. Search radar harus men-scan dengan cepat agar dapat mencakup volume scan yang ditentukan dalam waktu secepat mungkin. Waktu scan yang pendek mengurangi perubahan posisi target di antara waktu scan, dan hal ini dapat menjaga akurasi pelaporan posisi target. Meski demikian,  radar harus men-scan cukup pelan agar jumlah hit yang diperlukan dapat diterima dari dalam beamwidth antenna.

Persamaan radar untuk search radar menggunakan kecepatan scan antena, beamwidth, dan PRF untuk menghitung rugi scan antenna dan jumlah integrasi yang diperlukan. Pada sistem dimana signal processor menentukan jumlah integrasi (all digital signal processor), kecepatan scan dapat diset sehingga jumlah pulsa yang ditransmisikan ketika beam antenna men-scan memberikan nilai yang cocok dengan jumlah integrasi pada signal processor.

Jika jumlah pulsa pada beam sesuai dengan bilangan integrasi, maka signal-to-noise ratio untuk search radar menjadi

Parameter yang biasanya terdapat pada radar tradisional disebut time-on-target (T_OT). Parameter lain adalah waktu pengumpulan data (T_d), waktu integrasi (T_I), waktu lihat (T_L). Jika beamwidth, kecepatan scan, PRF, dan pemrosesan sinyal sesuai satu sama lain, maka  T_OT  dan T_d sama. Dalam setiap kasus, T_d  adalah parameter yang menentukan nilai integrasi dan pendeteksian, bukan T_OT.  Bila scan dan parameter integrasi sesuai, maka

Metode lain untuk mengenalkan faktor pola propagasi (F_A), didefinisikan oleh IEEE Standard Radar Definitions sebagai “Rasio dari kekuatan yang benar-benar menghadirkan suatu titik dalam ruang, dimana titik ini akan ada jika propagasi free-space terjadi dengan beam antena diarahkan ke titik yang dicari. Faktor ini digunakan dalam persamaan radar untuk memodifikasi kekuatan dari sinyal yang dipancarkan dan diterima untuk menghitung pengaruh dari propagasi multipath, difraksi, refraksi, dan pola dari suatu antena.” Menggunakan faktor ini, persamaan 37 menjadi

 

Bila digunakan antena penerima dan pemancar yang terpisah, persamaan 39 menjadi

Persamaan Radar untuk Radar Tracking

Pada radar tracking, waktu pada target adalah tak terbatas dan tak berhubungan., karena antena selalu diarahkan pada target. Waktu integrasi ditentukan oleh signal processor atau oleh servo bandwidth, tergantung bagaimana integrasi itu dicapai. Jika signal processor menentukan nilai integrasi, maka ditentukan pada prosesnya. Jika integrasi dilakukan pada track filter atau algoritma, maka nilai integrasi dinyatakan dengan

Ukuran fisik antenna berguna untuk menyatakan tracking S/N sebagai fungsi dari aperture efektif antena. Pada radar tracking, beamwidth antena bisa sesempit yang diinginkan.

Bentuk persamaan radar ini menunjukkan bahwa panjang gelombang yang pendek lebih dipilih untuk mendapatkan S/N yang tinggi.

Persamaan Radar untuk Radar CW dan Radar Doppler Pulsa

Radar CW dan FMCW berbeda dengan radar pulsa berhubungan dengan prediksi dari signal-to-interference dan jarak tracking/deteksi maksimum. Perbedaan utamanya adalah pada sistem pulsa, noise penerima adalah batas interferensi utama, sedangkan pada radar CW dan FMCW batas interferensinya biasanya merupakan kontaminasi dari input pada penerima oleh pemancar (spillover). Gambar di bawha ini menunjukkan satu jalur adalah kopling internal antara pemancar dan penerima yang dikenal dengan jalur  Spillover

Bila radar CW memiliki isolasi yang cukup antara pemancar dan penerima, dan memiliki kestabilan pancaran yang cukup, maka noise menjadi terbatas, dan system dapat diperlakukan seperti halnya dipulsakan. Pada kasus ini, energi total pada sinyal dan interferensi terkandung di dalam spectrum Doppler. Pemrosesan Doppler memusatkan sinyal-sinyal, bergerak dan clutter, ke dalam beberapa wadah Doppler, dan menyebarkan interferensi acak yang sama ke semua wadah. Sehingga rasio sinyal-to-interferensi dalam wadah yang mengandung sinyal yang diinginkan, lebih besar daripada sebelum pemrosesan Doppler. Lebar dari masing-masing wadah Doppler merupakan kecepatan sample digital dibagi dengan jumlah wadah. Sehingga signal-to-noise rasio untuk radar CW yang dibatasi oleh noise penerima adalah

Bila digunakan algoritma Fast Fourier Transform (FFT) untuk mengimplementasikan filter Doppler, maka waktu untuk melihat target (look) adalah

Persamaan Radar untuk Target Area dan Clutter

Target area adalah sesuatu yang dalam ukuran dua dimensi yang lebih luas dibanding dengan sel resolusi radar. Radar cross-section nya proporsional dengan area yang disinari dan diproses oleh radar.  Untuk radar microwave dengan beamwidth antena yang relatif luas, target area biasanya berupa clutter laut atau daratan. Untuk radar laser, dengan beamwidth yang sangat kecil, banyak objek yang bisa merupakan target area.

Daya sinyal pantul pada radar dari satu hit pada tiap target dinyatakan dengan

Radar cross-section dari target area adalah proporsional terhadap area dari target (biasanya clutter) yang disinari. Radar cross-section untuk target area

Area yang disorot oleh antena berupa segi empat kasar, dan satu dimensi adalah azimuth cross-section resolution, dinyatakan dengan

Jadi area yang tersorot antena, tergantung sudut elevasi dan ketinggian dari radar. Dan tentu saja ini mempengaruhi radar cross section (RCS) area tersebut. Berikut ini pengaruh

Persamaan untuk daya terima menjadi

Persamaan dalam sebuah bentuk lain dimana lebar sorotan antena digunakan daripada dimensi antena, persamaan menjadi

Pertemuan Sebelumnya                                                                  Pertemuan Selanjutnya