DIKTAT KULIAH RADAR DAN NAVIGASI
Disusun Oleh
Wahyu Pamungkas,ST.MT
Akademi Teknik Telekomunikasi Sandhy Putra 2011
DIKTAT KULIAH RADAR & NAVIGASI
A. ELEMENTARY CONCEPTS Radar merupakan nama dari sebuah sistem elektronis yang digunakan untuk pendeteksian lokasi dari sebuah obyek. Dalam teknologi radar maka selanjutnya obyek radar akan diberi nama target. Kata radar itu sendiri merupakan sebuah akronim dari radio detection and ranging. Pada awalnya ”radar” muncul dengan berbagai nama di dunia sebelum distandarisasi oleh ITU menjadi Radar seperti sekarang. Fungsi dari sebuah radar sangat erat hubunganya dengan sifat dari gelombang elektromagnetis yang bersinggungan dengan obyek fisik (target). Semua teknologi radar pada awalnya menggunakan gelombang radio sebagai media transmisinya, namun seiring dengan perkembangan jaman media transmisi yang dikembangkan berbentuk fiber optics atau laser. Teknologi Radar dipelopori oleh penemuan Maxwell pada tahun 1865 yang meneliti tentang karakteristik perambatan gelombang elektromagnetik dan selanjutnya dikembangkan oleh percobaan Hertz pada tahun 1886. Inti dari pengembangan konsep Maxwell tersebut adalah gelombang radio dapat dipantulkan oleh suatu obyek yang berbentuk fisik. Inilah yang selanjutnya dikembangkan menjadi sebuah aplikasi Radar di mana fungsinya dengan mendeteksi keberadaan sinyal pantul, Radar dapat menentukan di mana obyek (target) radar berada. Bentuk Radar pertama kali dikembangkan pada kurun waktu 1902 sd 1925 yang sudah bisa mendeteksi jarak target di samping fungsi utamanya adalah mendeteksi keberadaan target tersebut. Pada tahun 1925 Brief dan Tuve (1926) pertama kali mengaplikasikan metode Pulse-Wave yang sampai sekarang digunakan sebagai pengembangan radar modern. Selanjutnya dengan adanya perang dunia II perkembangan radar semakin cepat berkembang dan sampai sekarang penggunaanya banyak dirasakan manfaatnya.
B. FUNDAMENTAL ELEMENTS OF RADAR Pada saat sekarang ini Radar berkembang dengan berbagai macam bentuk, fungsi dan type dari targetnya. Gambar di bawah ini akan sangat membantu mempelajari struktur / bagian penting radar sebelum mempelajarinya secara detail.
Antenna Tx
S (t)
R1
Target
R3
Rx
Sr (t)
R2 Antenna Medium
Blok diagram fungsi radar
Blok diagram di atas merupakan blok diagram yang paling umum yang digunakan segala jenis radar. Bagian pentingnya terdiri dari transmitter (Tx) yang dihubungkan dengan antena yang akan mengirimkan gelombang elektromagnetik ke arah target, Receiver (Rx) yang dihubungkan dengan sebuah antena penerima yang akan menerima semua gelombang hasil pantulan dari target radar Pada blok diagram di atas, sebuah persamaan sinyal s (t) dihasilkan pada bagian output terminal dari transmitter. Antena akan mengkonversi sinyal tersebut dan mengarahkan sinyal radio menuju ke arah target. Sinyal yang menuju ke target dengan kecepatan 3 x 108 m /dt akhirnya akan menabrak target dan berdasarkan sifat dan karakteristik target radar sebagian sinyal tersebut dipantulkan kembali menuju ke arah antena penerima radar. Pantulan sinyal yang menuju ke antena penerima radar mempunyai bentuk dan persamaan yang berbeda dengan persamaan sinyal asal. Persamaan sinyal hasil pantulan, sr (t) selanjutnya diterima antena penerima radar dan dikonversikan menjadi sinyal elektronis sebelum diteruskan ke bagian penerima. Bagian penerima radar selanjutnya menganalisis persamaan sinyal sr (t) sehingga selanjutnya dapat menganalisa di mana keberadaan dan jarak dari target radar yang dimaksud.
I. TYPE RADAR Secara umum, blok pemancar sinyal radar dan penerima sinyal radar dapat berada pada satu lokasi. Jenis radar seperti ini di mana jarak antara pemancar dan penerima radar adalah 0 ( R3 = 0 ) dinamakan Bistatic Radar. Sedangkan jika R1 = R2 dan R3 = 0, antena yang digunakan hanya satu, yaitu untuk bagian transmit dan receive sinyal maka radar demikian dinamakan Monostatic Radar. Untuk radar jenis sekarang yang banyak dipakai, dapat mempunyai satu atau lebih bagian pengirim (transmitter) demikian juga dengan bagian penerima (receiver) sehingga radar jenis ini dinamakan dengan Multistatic Radar. Type radar juga dapat dibedakan dari jenis modulasi dan jenis gelombang yang dipakai, Sebuah sinyal dengan sifat continues (continues wave / cw) yang ditransmisikan dari bagian pemancar radar biasanya menggunakan amplitudo yang konstan sehingga type modulasi yang digunakan adalah FM. Ketika jenis modulasi yang digunakan adalah berbentuk pulsa (dengan jenis modulasi FM) maka radar demikian dinamakan dengan Radar Pulsa. Sedangkan di bagian type yang lain, sebuah radar yang memiliki bagian pemancar dinamakan Active Radar dan yang tidak memiliki bagian pemancar dinamakan Passive Radar. Pada pembahasan selanjutnya, segala perhitungan akan berdasarkan type Monostatic Pulsed Radar yang akan dipakai sebagai referensi, mengingat dengan menggunakan sistem monostatic radar sistem perhitungan akan menjadi lebih sederhana.
II. FUNGSI RADAR Secara umum radar menjalankan 3 fungsi utama yaitu: •
Resolution Merupakan fungsi radar untuk dapat memisahkan satu sinyal yang diinginkan
dari beberapa sinyal hasil pantulan yang masuk ke bagian penerima dan fungsi radar untuk dapat memisahkan sinyal dari noise yang masuk ke bagian penerima. Idealnya seberapa dekat atau jauh target radar, kecermatan pendeteksian harus tetap diperhatikan. Prinsipnya, semakin lebar bandwidth sinyal yang disediakan maka akan semakin baik parameter resolusi, semakin jauh target radar maka dibutuhkan frekuensi kerja radar yang semakin tinggi dan semakin kecil main lobe dari antena maka pendeteksian posisi target akan semakin cermat.
•
Deteksi Fungsi deteksi radar meliputi pendeteksian sinyal pantul dari target radar yang
diinginkan. Namun biasanya sinyal hasil pantulan akan bercampur dengan berbagai macam sinyal yang tidak diinginkan seperti sinyal hasil gema ( pantulan dari target lain) dan noise. Noise dapat dikurangi dengan design penerima radar yang baik dan menggunakan sinyal transmisi dengan energi bit yang besar. Sinyal yang tidak diinginkan biasanya dapat diatasi dengan menggunakan filter dan signal processing methods. •
Pengukuran Merupakan fungsi radar yang sebenarnya melekat pada akronim Radar itu
sendiri. Pada fungsi pengukuran, yang terpenting diketahui adalah kemampuan radar mengukur parameter pengukuran tertentu seperti posisi target dalam 3 dimensi, velocity vector (kecepatan target dalam 3 dimensi / koordinat), angular direction, vector angular velocity ( besarnya sudut dalam 2 dimensi).
JENIS TARGET RADAR Jenis target radar sangat bervariatif dan bermacam-macam definisinya. Definisi paling sederhana yang biasanya dipakai adalah point target. Point targer adalah jenis target radar yang mempunyai bentuk fisik yang cukup besar namun jika dibandingkan dengan jarak antara Tx – dan target akan menjadi relatif kecil. Contoh dari point target ini adalah pesawat terbang, kapal laut, manusia, binatang atau satelit. Point target radar seperti di atas tidak akan menyebabkan penyebaran pulsa ketika proses pendeteksian pada sisi Rx. Jenis target radar yang lainya yang menyebabkan penyebaran pulsa dalam tahap pendeteksian adalah extended targets. Extended targets selain menyebabkan penyebaran pulsa pada pendeteksian juga akan menyebabkan redaman yang tinggi pada sinyal yang dipantulkan oleh mereka. Contoh extended target ini adalah gedung bertingkat, bangunan yg tinggi, menara dll. Bentuk target radar dalam dua dimensi ( still target ) dinamakan dengan
1. Elemen-elemen dasar dari Radar Pada saat sekarang ini, radar berkembang dengan berbagai macam bentuk, fungsi dan tipe dari targetnya. Gambar berikut ini akan sangat membantu dalam mempelajari struktur/ bagian penting radar sebelum mempelajarinya secara mendetail. Antenna Tx
S (t)
R1 Target R3
Sr (t) R2
Rx Antena
Medium (channel)
Gambar 2.1 Blok Diagram Radar Blok diagram tersebut merupakan blok digram yang paling umum yang digunakan segala jenis radar. Bagian pentingnya terdiri dari transmitter (Tx) yang dihubungkan dengan antena transmitting yang akan mengirimkan gelombang elektromagnetik ke arah target, receiver (Rx) yang dihubungkan dengan sebuah antena receiving yang akan menerima gelombang hasil pantulan dari target radar. Pada blok diagram tersebut, sebuah persamaan sinyal s(t) dihasilkan pada bagian output terminal dari transmitter. Antena akan mengkonversi sinyal
tersebut dan
mengarahkan sinyal radio menuju ke arah target. Sinyal yang menuju ke target dengan kecepatan 3 x 108 m/s akhirnya akan menabrak target dan berdasarkan sifat dan karakteristik target radar sebagian sinyal tersebut dipantulkan kembali menuju ke arah antena penerima radar. Pantulan sinyal yang menuju ke antena penerima radar mempunyai bentuk dan persamaan yang berbeda dengan persamaan sinyal asal.
Persamaan sinyal hasil pantulan, sr (t) selanjutnya diterima antena penerima radar dan dikonversikan menjadi sinyal elektronis sebelum diteruskan ke bagian penerima. Bagian penerima radar selanjutnya menganalisis persamaan sinyal sr (t) sehingga selanjutnya dapat menganalisa dimana keberadaan dan jarak dari target radar yang dimaksud. a. Tipe Radar Secara umum, blok pemancar sinyal radar dan penerima sinyal radar dapat berada pada satu lokasi. Jenis radar seperti ini di mana jarak antara pemancar dan penerima radar adalah 0 ( R3 = 0 ) dinamakan Bistatic Radar. Sedangkan jika R1 = R2 dan R3 = 0, antena yang digunakan hanya satu, yaitu untuk bagian transmit dan receive sinyal maka radar demikian dinamakan Monostatic Radar. Untuk radar jenis sekarang yang banyak dipakai, dapat mempunyai satu atau lebih bagian pengirim (transmitter) demikian juga dengan bagian penerima (receiver) sehingga radar jenis ini dinamakan dengan Multistatic Radar. Tipe radar juga dapat dibedakan dari jenis modulasi dan jenis gelombang yang dipakai, Sebuah sinyal dengan sifat continuous (continuous wave / cw) yang ditransmisikan dari bagian pemancar radar biasanya menggunakan amplitudo yang konstan sehingga tipe modulasi yang digunakan adalah FM. Ketika jenis modulasi yang digunakan adalah berbentuk pulsa (dengan jenis modulasi FM) maka radar demikian dinamakan dengan radar pulsa. Sedangkan di bagian tipe yang lain, sebuah radar yang memiliki bagian pemancar dinamakan active radar dan yang tidak memiliki bagian pemancar dinamakan passive radar. b. Tipe dari Target Radar Target radar yang dapat ditangkap banyak sekali jenis dan variasinya. Target radar tersebut dapat dikategorikan menjadi: 1) Point Target Merupakan jenis target radar yang mempunyai ukuran besar dan bila dikenai sinyal elektromagnetis tidak menyebabkan penyebaran pulsa pada sinyal pantulnya. Contoh target radar ini adalah pesawat terbang, kapal kecil, satelit, manusia dan binatang, mobil dan lain-lain.
2) Extended Target Merupakan target radar yang mempunyai ukuran yang lebih besar dari point target dan menyebabkan penyebaran pulsa pada sinyal hasil pantulannya. Contoh target radar ini adalah gedung bertingkat, kapal, menara, mercusuar dan lain-lain. 3) Distributed Target Merupakan target radar yang berbentuk image dua dimensi dan tidak bergerak dari tempat asalnya. Distributed target dibagi menjadi dua yaitu area target dan volume target. Contoh dari area target adalah hutan, lautan, sawah dan gunung. Sedangkan untuk volume target contohnya adalah hujan, salju, hujan es, awan, kabut dan asap. 4) Moving Target Merupakan target radar yang jaraknya selalu relatif terhadap Tx/ Rx radar selain kategori dari volume target. Target radar yang berpindah dengan kecepatan tertentu ini akan mengakibatkan suatu efek yang disebut sebagai efek doppler. c. Fungsi Radar Secara umum radar menjalankan 3 fungsi utama yaitu: 1) Resolution Merupakan fungsi radar untuk dapat memisahkan satu sinyal yang diinginkan dari beberapa sinyal hasil pantulan yang masuk ke bagian penerima dan fungsi radar untuk dapat memisahkan sinyal dari noise yang masuk ke bagian penerima. Idealnya seberapa dekat atau jauh target radar, kecermatan pendeteksian harus tetap diperhatikan. Prinsipnya, semakin lebar bandwidth sinyal yang disediakan maka akan semakin baik parameter resolusi, semakin jauh target radar maka dibutuhkan frekuensi kerja radar yang semakin tinggi dan semakin kecil main lobe dari antena maka pendeteksian posisi target akan semakin cermat. 2) Deteksi Fungsi deteksi radar meliputi pendeteksian sinyal pantul dari target radar yang diinginkan. Namun biasanya sinyal hasil pantulan akan bercampur dengan berbagai macam sinyal yang tidak diinginkan seperti sinyal hasil gema (pantulan dari target lain) dan noise. Noise dapat dikurangi dengan design penerima radar yang baik dan menggunakan sinyal transmisi dengan energi bit yang besar. Sinyal yang tidak diinginkan biasanya dapat diatasi dengan menggunakan filter dan signal processing methods.
3) Pengukuran Merupakan fungsi radar yang sebenarnya melekat pada akronim Radar itu sendiri. Pada fungsi pengukuran, yang terpenting diketahui adalah kemampuan radar mengukur parameter pengukuran tertentu seperti posisi target dalam 3 dimensi, velocity vector (kecepatan target dalam 3 dimensi / koordinat), angular direction, vector angular velocity ( besarnya sudut dalam 2 dimensi). Selain ketiga fungsi tersebut, radar juga dapat dimanfaatkan untuk bermacammacam keperluan antara lain sebagai alat bantu dalam pelayaran, untuk keperluan dalam dunia penerbangan dan untuk keperluan militer. Manfaat radar dalam dunia penerbangan dan kelautan, antara lain: 1) Peralatan radar pada pesawat udara dapat memberikan informasi-informasi tentang keadaan permukaan bumi, walaupun dalam keadaan gelap. 2) Peralatan radar dalam kapal laut dapat memberikan informasi tentang letak dari kapal-kapal laut yang lain, bukit, tanah dan sebagainya. 3) Memberikan informasi pada pilot-pilot pesawat udara dan nakhoda kapal laut mengenai posisi mereka yang tepat pada setiap saat. 4) Membantu pilot pesawat udara dalam melakukan pendaratan. 5) Memungkinkan pesawat udara mengetahui ketinggiannya di atas permukaan bumi. Manfaat radar dalam bidang militer, yaitu: 1) Membantu pengarahan senjata-senjata di darat terhadap sasaran-sasaran di laut dan udara. 2) Menentukan posisi sasaran di permukaan bumi untuk pemboman dari pesawat udara. 3) Menentukan posisi pesawat atau sasaran yang bergerak bagi pesawat pemburu. 4) Menuntun arah peluru-peluru kendali dari permukaan bumi, kapal laut ataupun dari pesawat udara.
B. Radar Basic Equation Antenna Tx
S (t) R1
Target
R3 Sr(t)
R2
Rx Antena Medium
Gambar 2.2 Blok Diagram Radar
Jika suatu blok pemancar radar memancarkan sinyal dengan daya rata-rata puncak adalah P(t), daya rata-rata ini akan menuju ke bagian antena untuk dipancarkan. Selama perjalanan dari transmitter ke antena Tx daya sinyal tersebut mengalami loss yang disebabkan oleh loss konektor, loss duplexer, loss isolator dan lain-lain. Rugi-rugi sinyal selama menempuh perjalanan dari transmitter ke antena Tx disebut dengan Lt (Lt >1). Daya yang diterima pada bagian antena dinotasikan sebagai Pacc yang bernilai:
Keterangan:
P acc =
Pt Lt
Pt
= daya rata-rata puncak (W)
Lt
= loss daya , loss yang terjadi dari transmitter menuju antena Tx
(2.1)
Pada bagian antena sendiri, daya sinyal juga mengalami reduksi/ loss yang diakibatkan oleh struktur antena dan faktor panas. Loss yang terjadi pada antena Tx radar dikenal dengan istilah loss radiasi (Lrt). Dimana nilai Lrt didefinisikan sebagai berikut: 1 Lrt = ≥1 (2.2)
ρ rt
Keterangan:
ρ rt
= efisiensi radiasi antena (%)
Lrt
= loss radiasi dari transmitting antena (dB) Daya yang dikeluarkan dari antena menuju target dikenal dengan istilah Prad,
dimana:
Prad
P P = acc = t Lrt Lt Lrt
(2.3)
Daya radiasi tersebut selama perjalananya dari antena Tx menuju target akan banyak mengalami loss yang disebut loss channel (Lch1). Sehingga untuk menghitung daya rata-rata sebenarnya yang di transmisikan antena Tx menuju target yang dipengaruhi oleh semua loss tersebut adalah
t
=
Pt Gdt 2 4πR1 Lt Lrt Lch1
(2.4)
Keterangan: Gdt
= gain directivity antenna Tx
R1
= jarak antara antena Tx dengan target (meter)
Pt
= daya rata-rata puncak (W)
Lt
= loss daya , loss yang terjadi dari transmitter menuju antena Tx
Lrt
= loss radiasi dari transmitting antena
Lch1
= loss daya yang terjadi saat proses transmitting dari antena Tx ke target Daya rata-rata yang dipantulkan target menuju receiver:
rt
=
Pt Gdtσ 2 4πR1 Lt Lrt Lch1
(2.5)
Keterangan: σ
= radar cross section (m2) Daya rata-rata tersebut selama menempuh media transmisi dengan jarak R2 akan
terpengaruh noise, redaman yang dikenal dengan istilah Lch2 (loss yang terjadi saat proses
transmisi sinyal dari target menuju antena Rx). Sehingga pada sisi antena Rx, daya yang diterima menjadi:
i
Pt G dt σ
=
(2.6)
( 4π ) R1 R 2 Lt L rt Lch1 Lch 2 2
Keterangan:
2
2
Lch2= loss daya yang terjadi saat transmisi sinyal dari target ke receiving antena (dB) Di sisi antena penerima juga akan ada loss radiasi antena penerima (Lrr) yang bernilai (1/ρπ) ≥ 1, sehingga daya yang dikeluarkan antena Rx menuju penerima radar menjadi: •
Bisatic/ multistatic radar
Sr= •
(2.7)
Monostatic radar yang menggunakan dua antenna
Sr= •
Pt Gdt Gdr λ2σ 2 2 (4π )3 R1 R2 Lt Lrt L ch1 Lch 2 Lrr
Pt G dt G dr λ 2σ 2 ( 4π ) 3 R 4 Lt L rt L ch L rr
(2.8)
Monostatic radar yang menggunakan satu antena untuk aplikasi Tx dan Rx
Pt G
Sr=
2 d 4
λ 2σ
(2.9)
( 4 π ) 3 R L t L ch L r 2
2
Keterangan: Lr
= loss radiasi dari receiving antena (dB)
λ
= panjang gelombang (meter)
R2
= Jarak antara target dengan antena Rx (m)
C. Radar Cross Section Merupakan suatu parameter radar yang sangat penting dan sering digunakan untuk menghitung link budget dari radar. Radar cross section ini berhubungan dengan banyaknya sinyal datang, sinyal pantul dan sinyal yang diserap oleh obyek. Selain itu,
radar cross section juga ditentukan oleh jenis target radar yang dilihat dari sisi bentuk, volume dan sifatnya. Pada banyak sistem radar yang dipakai, target radar diasumsikan mempunyai ukuran yang kecil dengan tujuan untuk lebih memfokuskan beamwidth dari antena pemancar radar ke target. Ketika sebuah pemancar radar memancarkan sinyalnya ke arah target, beberapa bagian dari sinyal akan memantul ke semua arah termasuk penerima dan sebagian lagi akan diserap oleh target radar. Pemantulan dan penyerapan tentunya akan menurunkan daya total pemancar radar. Jika total daya yang dipantulkan dilambangkan dengan σT dan daya yang diserap dilambangkan dengan σa maka total daya yang dikirimkan dari pemancar akan menjadi σc yaitu: σc = σT + σa
(2.10)
Keterangan: σT
= total daya yang dipantulkan (dB)
σa
= daya yang diserap (dB)
σc
= total daya yang dikirimkan dari pemancar (dB)
a) Cross section dari area target Meskipun radar biasanya beroperasi pada distributed target, pada kenyataanya ketika sebuah sinyal dari pemancar radar memancar maka sinyal ini akan mengenai semua target-target yang tidak diinginkan. Target-target radar yang tidak diinginkan tersebut akan memantulkan sinyalnya ke semua arah termasuk ke arah penerima radar. Sinyal-sinyal yang tidak diinginkan ini akan disebut sebagai clutter. Jika sinyal datang dari permukaan laut maka dinamakan sea clutter, jika datang dari permukaan tanah akan dinamakan land clutter. Pantulan-pantulan sinyal dari clutter akan disebut sebagai cross section clutter σc di mana nilainya adalah: σc = σo Ac Keterangan: σc
= Cross Section Clutter (m2)
(2.11)
σo
= Surface Backscaterring Coefisien
Ac
= Efektif Clutter Scattering Area (m2)
Jika diekspresikan dalam bentuk dB maka σo akan menjadi : (σo )dB = 10 Log 10 ( σo )
(2.12)
Besarnya daya sinyal Cross Section Clutter yang tidak diinginkan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Pt Gd λ2σ c (4π )3 R 4 L 2
S rc =
(2.13)
Keterangan: Pt
= daya pancar sinyal radar (W)
Gd
= gain directivity antenna (dB)
λ
= panjang gelombang (m)
σc
= cross section scattered (m2)
R
= jarak antara radar dengan target yang tidak dinginkan (m)
L
= total loss (dB)
b) Cross section dari volume target Ketika sinyal dari pemancar radar merambat pada ruang bebas di udara maka akan terjadi banyak sekali kemungkinan sinyal radar tersebut akan menabrak butiran hujan, salju, kabut atau asap yang dikenal sebagai volume target. Nilai cross section yang dihasilkan volume target tersebut akan ditentukan oleh volume dari target, polarisasi sinyal radar, frekuensi dan karakteristik dari target yang tertabrak sinyal radar. Nilai dari cross section pantulan volume target dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini:
σ c = σ 1 Vc
(2.14)
Dengan nilai : σc
= cross section scattered (m2)
σ1
= efektif scatering volume
Vc
= Volume backscaterring koefisien (m2/m3) Pada penghitungan nilai cross section dari volume target akan terlihat lebih rumit
dari menentukan cross section dari area target di mana dalam volume target, luas areanya mempunyai nilai sangat kecil dan tidak pasti. Contohnya adalah bila suatu butiran hujan
dibandingkan dengan asap atau butiran salju dan sebagainya. Untuk itu pada volume target
banyak
sekali
dipakai
angka-angka
koefisien
hasil
penelitian
untuk
merepresentasikan parameter dari cross section pada masing-masing target seperti hujan, salju, kabut atau asap. Nilai dari σ1 pada masing-masing target tersebut akan ditentukan dengan menggunakan rumus :
σ1 =
π 5 K 2 ar b λ
Keterangan:
4
K
= Konstanta dielektrik dari bahan target
a
= 200
b
=1,6
r
= curah hujan rata-rata (cm/bulan)
(2.15)
Nilai K tersebut akan bervariasi untuk berbagai macam jenis volume target seperti hujan (K2 = 0,93) dan untuk partikel salju (K2 = 0,20). Sehingga nilai akhir dari daya sinyal yang dipantulkan dan bersifat clutter dari volume target akan bernilai: (2.16)
Pt Gd λ2σ c (4π )3 R 4 L 2
S rc = Keterangan: Pt
= daya pancar sinyal radar (W)
Gd
= gain directivity antena (W)
λ
= panjang gelombang (meter)
σc
= cross section scattered (m2)
R
= jarak antara radar dengan target yang tidak dinginkan (meter)
L
= total loss (W)
RADAR CROSS SECTION Pada banyak sistem radar yang dipakai, target radar diasumsikan mempunyai ukuran yang kecil, dengan tujuan untuk lebih memfokuskan beamwidth dari antena pemancar radar ke target. Ketika sebuah pemancar radar memancarkan sinyalnya ke arah target, beberapa bagian dari sinyal akan memantul ke semua arah termasuk ke penerima dan sebagian lagi akan diserap oleh target radar. Pemantulan dan penyerapan tentunya akan menurunkan daya total pemancar radar. Jika total daya yang dipantulkan dilambangkan dengan σT dan daya yang diserap dilambangkan dengan σa maka total daya yang dikirimkan dari pemancar akan menjadi σc yaitu: σc = σT + σa Pantulan yang dihasilkan oleh target radar akan memantul ke semua arah. Jika arah pantulan berlawanan dengan arah gelombang datang maka disebut dengan Back Scattering Cross Section dan bila pantulanya mengarah ke semua arah kecuali Back Scattering Cross Section disebut dengan Bistatic Scattering Cross Section. Total Cross Section ditemukan dengan menjumlahkan antara Bistatic dan Back Scattering Cross Section. Dari pendahuluan di atas maka definisi dari Radar Cross Section dapat diartikan sebagai bagian dari Scattering / Pemantulan sinyal dari target yang berhubungan dengan sinyal polarisasi dari antena. Radar Cross Section dapat dirumuskan sebagai berikut:
σ = Lim 4π R 2 2 R 2→∞
power unit area in scattered wave at receiving antena which is in the polarization of receiving antena
{power per unit area in wave incident on target}
atau dapat didefinisikan bahwa nilai σ adalah sama dengan :
di mana Ps adalah daya yang dipantulkan oleh target dan Pi adalah daya yang datang menuju ke arah target. Dalam elektromagnetik analisis dapat dikatakan bahwa nilai σ akan sama dengan :
Hubungan antara Radar Cross Section σ dengan polarisasi antena adalah sebagai berikut: σ = σs ρpol dengan : σ = Radar Cross Section σs = Scattering Cross Section ρpol = Polarisasi efisiensi Ingat bahwa jenis polarisasi adalah linear, circular dan eliptical
Contoh Soal : 1. Sebuah target radar mempunyai scattering cross section sebesar 3 m2 ketika sinyal pantul dipantulkan target menggunakan right hand circular polarized. Jika nilai efisiensi polarisasi menggunakan nilai 1 / 2 maka berapa σ ?
CROSS SECTION DARI AREA TARGET Meskipun radar biasanya beroperasi pada distributed target, pada kenyataanya ketika sebuah sinyal dari pemancar radar memancar maka sinyal ini akan mengenai semua target-target yang tidak diinginkan. Target2 radar yang tidak diinginkan tersebut akan memantulkan sinyalnya ke semua arah termasuk ke arah penerima radar. Sinyalsinyal yang tidak diinginkan ini akan disebut sebagai clutter. Jika sinyal datang dari permukaan laut maka dinamakan sea clutter, jika datang dari permukaan tanah akan dinamakan land clutter. Pantulan2 sinyal dari clutter akan disebut sebagai cross section clutter σc di mana nilainya adalah: σc = σo Ac di mana
:
σc = Cross Section Clutter σo = Surface Backscaterring Coefisien ( m2 / m2 ) Ac = Efektif Clutter Scattering Area Jika diekspresikan dalam bentuk dB maka σo akan menjadi : (σo )dB = 10 Log 10 ( σo )
Besarnya Daya sinyal Cross Section Clutter yang tidak diinginkan ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Pt Gd λ2σ c Src = (4π )3 R 4 L 2
Contoh Soal: 1. Jika sebuah radar mempunyai frekuensi 10 Ghz, dengan daya transmit 100 KW dengan total Loss sebesar 12 w, digunakan untuk mendeteksi target radar. Jika di sekitar radar terdapat target yang tidak diinginkan dengan jarak 40 Km dengan nilai Efektif Clutter Scattering Area 4 m2 dan Surface Backscaterring Coefisien sebesar 3 m2 / m2, berapakah nilai Daya sinyal clutter yang dipantulkan, dengan nilai Gain antenna sebesar 3781 ?
Besar masing-masing nilai cross section untuk jenis target seperti pesawat terbang, kapal laut ataupun kendaraan bermotor lainya mulai diteliti oleh para pakar radar. Hasilnya masing-masing target radar tersebut sudah mempunyai nilai cross section yang tetap. Nathanson pada tahun 1991 menghitung cross section untuk berbagai macam kapal milik Soviet dengan luas permukaan dari 110 sd 1,2 . 106 m2 dan berat kapal dari 80 sd 40.000 ton. Ilmuwan lain yaitu Morchin menghitung cross section dari berbagai macam pesawat terbang yang pernah dibuat. Perhitungan para ilmuwan tersebut diawali dari perhitungan seorang ilmuwan radar yaitu Skolnik ( 1974 ) yang menghitung cross section dari kapal laut dengan rumus :
1 2
σ = 52 f D Dengan : f = frekuensi kerja radar D = Maksimal beban dari kapal dalam kiloton
3 2
CROSS SECTION DARI VOLUME TARGETS Ketika sinyal dari pemancar radar merambat pada ruang bebas di udara maka akan terjadi banyak sekali kemungkinan sinyal radar tersebut akan menabrak butiran hujan, salju, kabut atau asap yang dikenal sebagai volume target. Nilai cross section yang dihasilkan volume target tersebut akan ditentukan oleh volume dari target, polarisasi sinyal radar, frekuensi dan karakteristik dari target yang tertabrak sinyal radar. Nilai dari cross section pantulan volume target dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini:
σ c = σ Vc 1
Dengan nilai : σc = cross section scattered σ1 = efektif scatering volume Vc = Volume backscaterring koefisien Pada penghitungan nilai cross section dari volume target akan terlihat lebih rumit dari menentukan cross section dari area target di mana dalam volume target, luas areanya mempunyai nilai sangat kecil dan tidak pasti. Contohnya adalah bila suatu butiran hujan dibandingkan dengan asap atau butiran salju dan sebagainya. Untuk itu pada volume target banyak sekali dipakai angka2 koefisien hasil penelitian untuk merepresentasikan parameter dari cross section pada masing2 target seperti hujan, salju, kabut atau asap. Nilai dari σ1 pada masing-masing target tersebut akan ditentukan dengan menggunakan rumus :
σ1 =
π 5 K2 a rb
Di mana : K = Konstanta dielektrik dari bahan target a = 200 b =1,6 r = curah hujan rata2
λ4
Nilai K di atas akan bervariasi untuk berbagai macam jenis volume target seperti hujan ( K2 = 0,93 ) dan untuk partikel salju ( K2 = 0,20 ). Sehingga nilai akhir dari daya sinyal yang dipantulkan dan bersifat clutter dari volume target akan bernilai :
Pt Gd λ2σ c 2
Src =
(4π )3 R 4 L
Contoh soal 1. Jika sebuah radar mempunyai frekuensi 10 Ghz, dengan daya transmit 100 KW dengan total Loss sebesar 12 watt, digunakan untuk mendeteksi target radar. Jika di sekitar radar terdapat target yang tidak diinginkan dengan jarak 40 Km dengan curah hujan rata2 adalah 76 (mm / hari ) dengan nilai Volume Backscaterring Coefisien sebesar 3, berapakah nilai Daya sinyal clutter dari volume target berupa hujan yang dipantulkan, dengan nilai Gain antenna sebesar 3781 ?
2. Berapa nilai radar cross section dari sebuah pemancar radar yang menabrak suatu kapal laut dengan bobot maksimal 2000 ton dengan frekuensi kerja 10 Ghz ?
