Radar dan Navigasi : Target dan Penginterferensi (Lanjutan)

 

Interferensi

Radar menerima berbagai bentuk dari interferensi yang mempengaruhi pendeteksian dan proses pengukuran target. Jika interferensi cukup besar, interferensi dapat menyembunyikan pantulan dari target yang diinginkan. Interferensi dapat menyebabkan parameter-parameter pendeteksian target menjadi salah. Salah satu tujuan pemrosesan sinyal adalah menahan sinyal-sinyal pengganggu ini.

• Noise, disebabkan oleh pergerakan acak dari partikel-partikel mengandung muatan elektrik, ini tidak dapat dihindarkan pada receiver radar, yang sebagian kecil dihasilkan dari jalur antena dan transmisi, juga dari sumber eksternal, biasanya matahari.
• Clutter adalah sinyal pantul yang tidak diinginkan dari lautan, daratan dan cuaca. Sinyal pantul dari clutter dapat ditahan berdasarkan pergeseran dan frekuensi doppler dari target yang diinginkan.
• Electromagnetic Counter Measurement (ECM), atau jamming / penumpukan yaitu interferensi yang sengaja dibangkitkan dengan tujuan memisahkan pendeteksian dari pantulan target. ECM dapat muncul pada sistem radar sebagai High Level Noise (penumpukan noise). ECM dapat menyebabkan radar menerima sinyal pantul yang bisa meniru sinyal target yang asli dan akibatnya terjadi kesalahan deteksi pada radar.
• Electronic Interference (EMI) adalah interferensi yang kebetulan terjadi, tidak sengaja terjadi dari sumber-sumber yang dikenali seperti radar-radar yang lain, sistem komunikasi, dan penumpukan sinyal lainnya yang dikenali. EMI ditahan /diredam secara pokok sebagai pencegahan.
• Spillover (bocoran) umumnya terjadi pada radar Continous Wave (CW) dan  disebabkan  oleh pengoperasian pemancar dan penerima secara bersamaan.

 Noise

Noise adalah segala macam sinyal yang tidak dikehendaki pada suatu sistem.      Macam-macam noise yang terjadi dalam hubungan transmisi:

• Thermal Noise
• Intermodulation Noise
• Impulse Noise
• Thermal Noise

Thermal Noise disebabkan oleh pergerakan elektron. Thermal Noise terjadi pada semua media transmisi / benda.

Rumus umum Thermal Noise:

• Intermodulation Noise

     Intermodulation Noise terjadi akibat karakteristik peralatan transmisi yang tidak linier.Intermodulation Noise merupakan timbulnya frekuensi-frekuensi lain yang tidak ada pada sinyal inputnya ( merupakan harmonisa-harmonisa interaksi antar sinyal inputnya).

     Intermodulation Noise dirumuskan sebagai berikut:

Penyebab terjadinya distorsi non linier antara lain:

1. Pengaturan level sinyal yang tidak benar  (alat bekerja pada daerah non linier;input terlalu besar à clipping)
2. Delay selubung tidak linier
3. Pengaturan / penjajaran / aligment tidak tepat

 

Impulse Noise

     Impluse Noise merupakan noise yang tidak kontinu dengan karakteristik memiliki beberapa pulsa (spike) pendek, amplitudo relatif tinggi. Impulse noise tidak terlalu berpengaruh dalam pentransmisian atau hubungan analog, namun berpengaruh besar pada hubungan atau transmisi digital dan transmisi data.

 

Gangguan Permukaan (Clutter)

Gangguan permukaan (clutter) adalah sinyal pantulan dari permukaan planar yang melebihi sel resolusi radar pada daerah clutter. Clutter laut dan daratan adalah clutter area. Radar cross section dari clutter area bergantung pada karakteristik dari clutter dan area dari clutter dalam sel resolusi radar. RCS dari clutter area adalah seragam di setiap tempat pada area resolusi. Pemodelannya adalah sebagai berikut,

Faktor  s⁰ tergantung pada beberapa faktor, antara lain :

• Sudut sentuh (grazing angle). Sudut sentuh ( (a_G) adalah sudut yang dihitung dari posisi energi iluminasi ke permukaan horisontal clutter. Pada daerah daratan dan lautan yang lebih rata, s⁰ nilainya meningkat sebanding dengan nilai sudut sentuhnya.Pada permukaan yang lebih kasar, jika sudut sentuh semakin besar maka nilai s⁰ semakin rendah pada sudut yang lebih rendah.
• Susunan vertikal dari clutter. Permukaan yang kasar memiliki s⁰ yang lebih besar daripada permukaan yang halus untuk sudut sentuh yang rendah. Pada sudut sentuh yang sangat tinggi ( mendekati 90⁰), permukaan halus memiliki s⁰ yang lebih tinggi daripada permukaan yang kasar.
• Panjang gelombang dari jangkauan radar. s⁰ adalah fungsi dari susunan vertikal dalam panjang gelombang. Jadi pada panjang gelombang yang lebih pendek umumnya menyebabkan s⁰

 

Pemodelan dan Daerah Clutter

Clutter dibedakan menjadi 3 sifat berdasarkan sudut sentuhnya, yakni daerah dengan sudut sentuh rendah, daerah stabil/sedang, daerah dengan sudut sentuh tinggi. Lihat Gambar 2.6.

Daerah sudut sentuh rendah memiliki panjang dari nol menuju sudut kritikal yang ditentukan oleh panjang gelombang dan ketinggian (satuan RMS) dari permukaan yang tidak pasti. Sudut kritikal ini terletak di bawah sudut sentuh pada permukaan yang halus berdasarkan definisi Rayleigh dan berada di atas sudut sentuh pada permukaan kasar.

Gambar 37 Contoh dari daerah clutter

     Berdasarkan definisi, sebuah permukaan dikatakan halus/rata jika

Dari persamaan di atas, sudut kritikal dapat ditulis sebagai,

Daerah sudut sentuh tinggi adalah salah satu daerah dengan hamburan yang dapat diperkirakan, namun komponen clutter yang tersebar menghilang. Hal ini dikarakteristikkan oleh fakta yakni pada sudut mendekati 90 derajat, permukaan bersifat sebagai “cermin” pengira-ngira dan koefisien clutter memiliki nilai yang lebih besar untuk daerah daratan ataupun lautan yang halus/rata dibandingkan daerah yang kasar. Koefisien clutter  untuk daerah sudut sentuh tinggi diberikan oleh persamaan dari Beckmann dan Spizzichino sebagai berikut,

Pemodelan Umum Clutter Laut

Menggunakan model dari tiga jenis clutter area yang terisolasi, Morchin berpendapat model gabungan dari clutter laut, rata-rata dari semua polarisasi, sudut pandang dan arah angin (angin ke atas / bawah atau angin silang)

Keadaan Laut

Keadaan laut (sea states) adalah metode yang mendeskripsikan laut, termasuk tinggi gelombang air. Standarisasi dari keadaan laut ini diberikan pada tabel 4-5. Dan menurut Nathanson, pemodelan untuk kecepatan angin diberikan oleh persamaan berikut,

Gambar 38 Data Koefisien Clutter Laut – 1.25 GHz (Nathanson)

Gambar 39 Data Koefisien Clutter Laut – 3 GHz (Nathanson)

Gambar 40 Data Koefisien Clutter Laut – 5.6 GHz (Nathanson)

Gambar 41 Data Koefisien Clutter Laut  – 9.3 GHz (Nathanson)

Gambar 42 Data Koefisien Clutter Laut  Ku dan Ka band (Nathanson)

Generalisasi Clutter Laut

• Pantulan clutter laut menggunakan polarisasi vertikal/tegak lurus yang nilainya hampir sama dengan horisontal dan terjadi perbedaan yang meningkat untuk bagian laut yang lebih rendah, sudut sentuh yang lebih rendah dan frekuensi yang lebih rendah.
• Koefisien clutter meningkat sebesar qⁿ untuk sudut lebih besar dari 20⁰. Faktor n meningkat bersama dengan meingkatnya sudut, frekuensi dan bagian laut.
• Dengan polarisasi horisontal dan sudut dibawah kritis, koefisien clutter meningkat dengan frekuensi sebesar f^m , dengan m adalah 3 untuk frekuensi rendah (dibawah 2 GHz), sudut sangat rendah (<1⁰) dan bagian laut rendah (<3), serta penurunan menuju nol untuk frekuensi yang lebih tinggi, sudut dan juga bagian laut.
• Pada bagian laut rendah dan frekuensi rendah , s⁰ meningkat sebesar 10 dB per bagian laut, namun sedikit menurun  untuk frekuensi dan bagian laut yang lebih tinggi.
• Dengan radar udara pada sudut depresi antena yang kecil, koreksi pada sudut sentuh dimungkinkan baik akibat adanya lengkung dari bumi.

 

Pemodelan Clutter Daratan

Seperti clutter laut, clutter darat terdiri dari tiga macam: sudut rendah, sudut stabil/sedang, dan sudut tinggi. Pemodelan gabungannya adalah:

Generalisasi Clutter Daratan

     Seperti clutter laut, terdapat kesamaan aturan untuk memperkirakan clutter darat. Seperti yang ditetapkan sebelumnya, clutter daratan lebih spesifik dari clutter laut.

• Distribusi statistik dari clutter tanah atau daratan dari tipe yang biasa tidak dapat ditemukan secara mudah seperti clutter laut, dan hal ini tidak konsisten (clutter laut adalah clutter laut, tidak masalah dimana ditemukan, namun untuk daratan di Iowa mungkin sangat berbeda dari daratan yang di Tibet).
• Distribusi amplitude clutter daratan tidak dijelaskan oleh fungsi Rayleigh seperti yang dijelaskan clutter laut, karena merupakan pembayangan dari gunung, pohon, dan kultur pemandangan.
• Sudut sentuh untuk clutter daratan adalah 0^o yang terdiri dari kandungan tanah dan lapisan salju.
• Persamaan untuk clutter daratan adalah berbeda ketika dilihat dari sudut pandang pesawat udara dan sudut pandang daratan, daratan dalam hal ini berdasarkan sistem waktu rata – rata dari data, dan tempat rata -rata (hampir sama dengan clutter laut).

 

Distribusi Statistik Clutter

Sama halnya seperti noise, clutter juga memiliki distribusi. Distribusi clutter ditentukan oleh jenis clutter parameter frekuensi, maupun sudut sentuh. Ada beberapa distribusi yang biasa digunakan yakni, Distribusi Rayleigh, Distribusi Log-normal, Distribusi K.

• Distribusi Rayleigh

Distribusi rayleigh secara empiris sesuai dengan clutter laut dan daratan yang tersusun atas beberapan hamburan.

• Distribusi Log-normal

Distribusi log-normal secara empiris sesuai dengan clutter daratan sudut rendah dan juga beberapa sampel resolusi tinggi dari clutter laut daerah plateau

• Distribusi K sesuai dengan clutter laut

• Distribusi Weilbull

Distribusi ini sesuai dengan clutter low-angle dalam range 0,5^o sampai 5.0^o, untuk frekuensi 1 hingga 10 GHz.

 

Airborne Clutter: Cuaca, Chaff, Serangga, dan Burung

            Tipe dari clutter ini adalah tipe clutter bervolume, dan radar cross section untuk tipe ini bergantung pada koefisiensi clutter dan volume dari resolusi sel radar. Koefisiensi volume clutter  yang biasanya yaitu m² untuk RCS, m³ untuk resolusi volume seperti yang dibahas di Ch. 3, beberapa orang menggunakan unit lain yang lebih spesifik.

• Clutter Cuaca

            Cuaca yang unik dapat mengomposisikan beberapa elemen penghamburan. Curah hujan dapat menutup sebagai bentuk bola yang mana dapat menghamburkan gelombang elektromagnetik secara kuat yang berpolarisasi linier dengan memberikan bayangan. Teknik utama untuk masalah ini adalah adanya polarisasi silang dari radar untuk pemancar dan penerima antenna.

Dalam buku meteorological radar, informasi terkait hujan, awan, dan reflektifitas salju memiliki koefisien clutter tertentu.

• Angel Clutter

            Burung, serangga, debu, dan beberapa partikel bebas penyebab utama clutter biasa disebut sebagai angel clutter. Gambar di bawah menunjukkan clutter yang disebabkan oleh beberapa serangga, contoh dalam hal ini setiap tahunnya adalah Chad Fly menetas di Lake Champlain. Persamaan untuk menentukan RCS dari angel clutter yang disebabkan oleh serangga atau burung adalah:

Gambar 44 Bentuk dari Airbone clutter yang disebabkan oleh Chad Flies

     Adapun data terkait fungsi RCS untuk beberapa spesies burung sebagai fungsi iluminasi frekuensi.

• Chaff

Chaff adalah clutter bervolume, digunakan sebagai usaha untuk memberikan radar informasi target ke suatu lokasi yang salah. Ini adalah ECM yang berguna untuk melawan beberapa seeker dan fuze radar. Chaff biasa digunakan untuk melindungi kapal dan pesawat terbang.

Secara dasar chaff mengeluarkan dipole reflector dari pesawat terbang atau roket. Dipole ini menjadi resonant, mempunyai radar cross section yang tinggi dari ukurannya. Kemudian RCS yang lebar dapat dibangkitkan dari sebuah paketnya yang kecil.

Chaff mempunyai beberapa karakteristik umum kecuali adanya puncak yang lebih rendah sebab dipole chaff diorientasikan secara acak. Nilai maksimum RCS terjadi ketika panjang dari dipole adalah ½ panjang gelombang, lebih pendek dari ½ panjang gelombang pada free space.

• Clutter Bergerak

Radar pesawat selalu menjumpai masalah khusus berkaitan dengan clutter permukaan, penampakan clutter bergerak dan keambiguan radar yang dapat menyebabkan deteksi clutter mempunyai parameter yang sama dengan target atau sasaran yang bergerak. Clutter bergerak ini membingungkan karena akan semakin menyulitkan untuk membedakan mana yang clutter dan mana yang target.

Contoh pada gambar 45. Sebuah radar pesawat terbang sedang mengamati target sebuah pesawat tanpa pembeda keambiguan (low PRF). Sebuah area di tanah atau laut mempunyai range yang sama dengan target dan range daerah itu sedikit lebih kecil daripada target

Gambar 45 Geometri dari target dan jarak clutter

Gambar 2.9 menunjukkkan geometri yang sama dalam 3 dimensi. Titik locus diatas tanah mempunyai range yang sama dan berada diatas kerucut serta tegak lurus dengan permukaan clutter. Perpotongan antara kerucut dengan permukaan, berbentuk cincin, Cincin dengan luasan ini menyatakan range proyeksi dari resolusi radar.

Top view 2 dimensi digambarkan pada gambar 47. Memperlihatkan range tanah secara relatif ke target atau sasaran dan pada range clutter yang sama. Gambar ini memperlihatkan penggunaan PRF yang rendah (low PRF) yang berarti tanpa range ambiguity dan memiliki cincin tunggal. Cincin ini dikenal sebagai iso-ranger.

Gambar 46 Locus of points pada jarak konstan. Radar terletak pada puncak kerucut

Gambar 47 Iso-Range untuk PRF rendah

     Gangguan ini tidak dapat dipisahkan dari target dan akan mengganggu sinyal. Lebar dari cincin secara geometris untuk resolusi jarak dari sebuah radar telah dirumuskan di bawah ini. Dengan catatan clutter surface adalah planar dan horizontal.

Lebar dan area dari cincin, sudut sentuh clutter, dan RCS dari clutter ditunjukkan seperti persamaan berikut. Persamaan ini mengasumsikan bahwa jarak cincin dibatasi oleh resolusi range radar. Apabila dibatasi oleh sudut elevasi dari antena maka perumusannya disesuaikan dengan kondisi tersebut.

Signal to Noise Ratio

     S / N (dB) : menyatakan berapa dB level sinyal berada diatas level noise. Besaran S / N referensi, diberikan untuk:

S / N (dB) = Level sinyal (dBm) – Level noise (dBm).

 

Noise Figure (NF)

Adapun hubungan Noise Temperatur (noise thermal alat yang menambah noise pada sistem) dengan Noise Figure adalah sebagai berikut,

Bit Error Rate (BER)

Banyaknya bit yang salah ketika data ditransmisikan dari titik asal ke tujuan. Misalnya:       BER 10^-6 à Dari 1 juta data, 1 data rusak

Adapun beberapa faktor yang mempengaruhi nilai BER adalah :

• Bandwith
• SNR
• Kecepatan transmisi
• Media Transmisi
• Lingkungan
• Jarak Transmisi
• Performansi T_x / R_x

 

Pertemuan Sebelumnya                                                     Pertemuan Selanjutnya