MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK ANALISA LIGHT WEIGHT OPTRONIC DIRECTOR SEBAGAI PENCARI TARGET OTOMATIS FIRE CONTROL SYSTEM NA-18 PADA KAPAL FAST PATROL SURA 802 M. Danang Nuralamsyah1, Sumardi2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia ABSTRAK Kemajuan teknologi dan industri di era ini menuntut kita untuk mampu membuat dan menggunakan peralatan yang serba canggih. Salah satu bidang yang menuntut sarana dan prasarana modern adalah perkapalan. Industri yang memproduksi kapal, baik kapal niaga maupun kapal perang, sudah diwajibkan untuk membuat kapal dengan standar internasional yang sudah modern. PT. PAL Indonesia (Persero) merupakan salah satu perusahaan galangan kapal yang berskala internasional, yang memproduksi kapal niaga, perang, dan sebagainya. Selain bidang produksi, PT. PAL Indonesia juga memberikan jasa pemeliharaan dan perbaikan pada kapal-kapal perang. Pada Laporan Kerja Praktek ini, akan dibahas mengenai Sistem Optronic Fire Control tipe NA-18. Agar sistem dapat bekerja dengan optimal, semua komponen penyusun dan subsistem pendukung juga harus dalam keadaan optimal. Komponen penyusun sistem Optronic Director yaitu: Laser Range Finder ELSAG P0700, Kamera PUMA zoom P4672, Thermal Imager tipe P4674, Power Supply Unit (EP/PSU), Remote Control and Display Unit (RCDU) atau Video Track Unit (VTU). LIOD Director pada Fire Control Sistem tipe NA-18 banyak digunakan dalam kapal-kapal perang modern, termasuk di Indonesia. Hal ini karena LIOD Director tipe ini berguna sebagai pencari jejak dari target, baik itu berupa kapal, pesawat, helicopter, rudal, maupun daratan atau pulau. Selain itu, LIOD Director ini juga sangat membantu pada kondisi perang dalam keadaan gelap. Dengan kamera sebagai penglihatan kapal, dan laser sebagai pengukur jarak target yang memiliki keakuratan dan kehandalan tinggi sistem ini digunakan untuk sistem tempur otomatis pada KRI Sura 14 (tipe fast patrol). Kata kunci: LIOD Director, Laser Range Finder ELSAG P0700, Kamera PUMA zoom P4672, Thermal Imager tipe P4674 .
I.PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia. Kebutuhan kapal untuk niaga dan sarana pertahanan negara menjadi aspek yang sangat penting. Upaya pertahanan negara tidak terlepas dari aspek ilmu pengetahuan dan teknologi.. Untuk mencapai kemajuan tersebut, perlu adanya penguasaan teknologi sesuai tingkat perkembangan teknologi pertahanan yang pesat dan kompleks. Indonesia memiliki salah satu perusahaan galangan kapal yang berskala internasional yaitu PT. PAL Indonesia (Persero). Didukung dengan peralatan yang lengkap dan sesuai standar internasional, PT. PAL Indonesia telah menjadi perusahaan yang mendapat kepercayaan dari perusahaan pelayaran dan pengangkutan barang diseluruh
dunia. Banyak kapal perang yang telah dibuat PT.PAL Indonesia untuk keperluan pertahanan negara. Kapal perang ini sudah memiliki sistem kendali otomatis. Makalah kerja praktek ini bertujuan untuk teori tentang sistem persenjataan pada kapal perang dan penggunaan LIOD Director tipe NA-18 pada sistem persenjataan kapal perang. Dalam makalah kerja praktek ini, penulis membatasi kajian mengenai masalah yang dibahas yakni membahas fungsi optronic director secara umum, komponen-komponen utama LIOD director NA-18 secara umum, dan implementasi LIOD director NA-18 pada kapal perang Fast Patrol SURA 802.
II.DASAR TEORI A. KAMERA
C. LASER
Kamera merupakan alat penangkap atau pun perekam yang bekerja menyerupai prinsip perekaman objek pada mata manusia. Elemenelemen dasar kamera adalah sebuah lensa cembung, celah diafragma, dan film (pelat sensitif). Lensa cembung berfungsi untuk membentuk bayangan benda, celah diafragma berfungsi untuk mengatur intensitas cahaya yang masuk, dan film berfungsi untuk menangkap bayangan yang dibentuk lensa.
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal, melalui proses pancaran terstimulasi. Keluaran yang berkelanjutan dari laser dengan amplituda-konstan (dikenal sebagai CW atau gelombang berkelanjutan), atau detak, adalah dengan menggunakan teknik Qswitching, modelocking, atau gain-switching.
Gambar 1. Sifat-sifat bayangan pada lensa cembung
Gambar 3 Prinsip kerja laser tipe lecutan elektris
B. INFRA MERAH Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm.
Pada laser jenis ini pemompaan optisnya dilakukan dengan menempatkan batang laser mineral di dalam tabung cahaya ini banyak dipakai sebagai perlengkapan kamera untuk menghasilkan kilatan cahaya. Foton-foton yang dihasilkan tabung ini akan bertumbukan dengan ion-ion, mengakibatkan eksitasi besar-besaran ke pita tingkat energi tinggi. Dengan cepat ionion itu meluruh ke tingkat metastabil, di tingkat ini mereka berumur kira-kira 0,005 detik, suatu selang waktu yang relatif cukup panjang sebelum mereka kembali ke tingkat energi dasar. Tentu saja pemompaan terjadi dengan laju yang lebih cepat dibanding selang waktu tersebut sehingga terjadi inversi populasi. Setelah terjadi satu saja pancaran spontan ion , maka beramairamailah ion-ion yang lain melakukan hal yang sama, dan mereka semua memancarkan foton dengan energi dan fase yang sama, yaitu laser.
Gambar 2. Penglihatan inframerah pada objek
Jika dilihat dengan dengan spektroskop cahaya maka radiasi cahaya infra merah akan nampak pada spectrum elektromagnet dengan panjang gelombang di atas panjang gelombang cahaya merah. Dengan panjang gelombang ini maka cahaya infra merah ini akan tidak tampak oleh mata namun radiasi panas yang ditimbulkannya masih terasa/dideteksi.
Gambar 4. Skema sebuah laser batang NdYag
Jika pada laser ini dibuatkan rongga resonansi optis maka cacah foton yang dipancarkan dapat dibuat banyak sekali. Rongga resonansinya adalah batang ruby itu sendiri. Batang tersebut harus dipotong dan digosok rata di kedua ujungnya. Kedua ujung juga harus betul-betul sejajar, yang satu dilapisi tebal dengan perak dan satunya lagi tipistipis saja. Akibatnya rapat energi foton makin lama makin besar dengan terjadinya pemantulan berulangulang yang dilakukan kedua ujung batang ruby, sampai suatu saat ujung yang berlapis tipis tidak mampu lagi memantulkan foton yang datang, sehingga tumpahlah foton-foton dari ujung tersebut sebagai sinar yang kuat, monokromatik dan koheren yang tidak lain adalah laser. III. ANALISA DAN PEMBAHASAN A. Laser Range Finder LIOD Director NA 18 Laser tipe yang dipakai adalah buatan ELSAG tipe P0700. Pemancar inframerahnya mempunyai panjang gelombang transmisi sebesar 1.06μm. Dengan beamwidth hanya sebesar 2mrad laser jenis ini sangat handal dalam pengukuran jarak target. Pemancaran pulsa yang sangat tinggi, puncak gelombang (amplitudo) yang dihasilkan juga tinggi dan receiver yang sangat sensitif sangat memungkinkan untuk digunakan dalam pengukuran Anti-Udara dalam Sistem Kontrol Optronik Senjata Otomatis (Optronic Fire Control System).
penguatan. Setelah energi terkumpul, proses selanjutnya adalah dilepaskan endapan energi dengan cepat (metode Q-switching). Metode Q-switch dengan shutter ini adalah dengan menggunakan reflektor putar (spinning reflector) sebagai pemantul yang reflektivitasnya tinggi. Sebagai reflektor ini, bisa digunakan cermin atau prisma. Saat reflektor diputar pada posisi tidak memantulkan, terjadi proses pemompaan laser hingga terjadi populasi inversi energi. Dan saat reflektor diputar kembali, terjadi lasing dengan daya yang tinggi. Sistem ini mempunyai dynamic loss 100% dan insertion loss 0%. Kecepatan Q-switch dapat dibuat cepat dengan memutar reflektor pada kecepatan tinggi (20.000 hingga 60.000 rpm). Switching time sistem ini sekitar beberapa nanosekon, dan alat ini membutuhkan sinkronisasi kecepatan nyala flashlamp dengan posisi reflektor yang berputar, sehingga pulsa terjadi sebelum Q-switch. Proses ini akan berlangsung secara terus menerus sehingga terjadinya jejeran pulsa laser yang sangat cepat dan singkat. Laser yang dihasilkan seolah-olah adalah laser dengan sinyal kontinyu.
Daftar komponen laser range finder P0700
B. TV
Gambar 5. Laser Range Finder P0700
Proses penembakan sinar laser Proses pertama adalah penyinaran atau flashing pada batang NdYAG. Proses tersebut menimbulkan atau melepaskan foton-foton yang sangat banyak dan tidak terarah. Foton-foton itulah yang akan menjadi bibit sinar laser nantinya. Foton-foton tersebut dipantulkan diantara 2 cermin pemantul dan diberi
Camera LIOD director FCS NA 18
Untuk proses pengetrekan objek pada saat kondisi lingkungan terang (pagi atau siang hari) Sistem Kontrol Persenjataan Otomatis tipe NA18 menggunakan kamera daylight buatan PUMA tipe P4672. Kamera tipe ini sangat cocok digunakan dalam kondisi perang karena memiliki jangkauan atau jarak pandang yang sangat jauh, jarak pandang kamera bisa mencapai ±15 Km. Kondisi performansi penuh kamera tipe ini memiliki penerangan berkisar antara 100 sampai 200.000 lux (10 : 60 lux untuk kondisi senja).
Gambar 6. Kamera PUMA ZOOM P4672
Vidicion control
H-V fail
Vertical deflection current
Vertical deflection
Horizontal deflection
H-drive dan V-drive V-fail
Synchro and Reticle Generator
Wired vidicion
Synchro
Zoom lens image
H-fail Zoom Motor
BITE and Control
Synchro fail
Video Processor
Iris Motor
High impedance Video signal
Standby
reticle polarity
Video signal output
Horizontal deflection current
Focus Motor
Video Preamplifier
Video control
3
Video preamplifier
4
Defrosting group
5
Zoom objective lens
6
Vidicon
C. Thermal Imager P4674 Optronic Director NA 18 Sistem optronik pendukung pada Sistem Persenjataan Otomatis NA 18 menggunakan Kamera inframerah sebagai penglihatan malamnya (night vision). Thermal Imager P4674 dibuat oleh perusahaan FIAR (Fabrica Italiana Apparecchiature Radioelettriche) Italia. Kamera Inframerah dapat dipakai pada peralatan penunjang militer maupun keperluan sipil. Pada peralatan militer biasa digunakan sebagai pencari objek pada saat lingkungan gelap. Kamera tipe ini memiliki TV hitam-putih sebagai keluarannya. Konsep hitam-putih pada Thermal Imager adalah berguna untuk mendeteksi dan melakukan tracking objek dengan mudah.
Gambar 7. Proses perekaman objek pada kamera PUMA ZOOM P4672
Data Teknik kamera PUMA ZOOM P4672
Suplai tenaga Konsumsi tenaga Layar tabung Aspek rasio AGC range Scanning Sinyal keluaran Bandwidth Koreksi bidikan
: 20 – 35 volt : 1.8 A pada 28 VDC : Silicon (Si) vidicon TH9847 : 4/3 – 16mm ukuran diagonal : ≥ 24 dB :CCIR 625/25, 2:1 synchronous interlace : 1 Vpp pada 75 Ohm : ≥8 MHz (±3 dB) : 5 – 8 dB pada 200 LLTV/pH frekuensi
Komponen penyusun Kamera PUMA ZOOM P4672 No. Nama modul penyusun 1
DC/DC konverter
2
Video processor
Gambar 8. IR Camera P4674
Gambar 9. Diagram blok kamera Inframerah
Data teknik Kamera Inframerah P4674 Suplai tenaga: Normal 24 – 28 volt Emergency 18 – 29 volt Abnormal 18 – 32 volt
Ripple peak to peak Range tegangan (min-max) Karakteristik lingkungan: Range temperature: Operating Non operating Kelembaban
2.5 volt 18 – 35 volt
-30 to +50°C -40 to +65°C ≤95%
Komponen penyusun Inframerah tipe P4674 No. 1 2 3 4 5
Kamera
Nama modul penyusun Afocal optic Scanner unit Scan converter IR detector Power supply
Proses Tracking Optronic Director dan Penembakan FCS NA 18 D.
LIOD director dalam Sistem Kontrol Senjata otomatis tipe NA 18 kapal perang dapat bekerja dengan mode tertentu dalam melakukan tracking objek. Mode yang dapat disetting oleh operator pada Main computer console meliputi pencarian otomatis oleh LIOD director, pencarian manual dengan joystick pada Main Computer, dan dengan memasukkan (menginput) posisi elevasi dan baringan dari target terhadap posisi kapal yang sudah diketahui kedalam Main Computer. Standby
Akuisisi
Manual Action
Automatic Action Tracking sudut
Solusi Normal
Target dataran Pengeboman (open loop)
Target dataran
Apakah target?
Target pesawat
Target kapal
Pengeboman (close loop)
Estimasi pesawat
Pengenalan manual (parameter Xi,Rlvi,Qi)
Sensor ketinggian
Anti misile
Memori
Anti helico
Underdumped
Tracking
Mendapat nilai X ?
Ya
Target berupa Kapal ?
Ya
Estimasi Kapal (sudut, jarak, kuat/lemah)
Tidak Tidak Menembak normal
Menembak beruntun
Gambar 10.Flowchart tracking dan Firing FCSNA-18
Terdapat 2 mode pada algoritmanya, yaitu mode Standby dan mode Akuisisi. Pada mode Standby parameter posisi dari target dimasukkan secara manual oleh operator senjata.
Dengan kata lain operator telah mengetahui dimana ada laawan dititik tertentu. Posisi atau titik ini dapat diketahui dengan cara melihat musuh (ancaman) secara langsung atau mengetahuinya dari pihak lain (misal : kapal kawan). Setelah memasukkan parameter posisi dari lawan kemudian sistem optronik langsung bergerak atau mengarah ke titik yang dimaksud. Untuk kemudian melakukan penyerangan jika dikehendaki. Sedangkan untuk mode Akuisisi, tracking dilakukan dengan cara menggerakkan LIOD director melalui joystick controler pada Computer Unit sampai terlihat target untuk kemudian menguncinya (lock-on target). Saat target terkunci komputer akan membaca dan menampilkan data refrensi yang didapat pada ketiga sensor LIOD director. Proses tracking ini proses pencarian akan terus berjalan sampai menemukan solusi normal untuk parameter posisi target. Setelah target terlihat dan terkunci, Main Computer secara otomatis akan mengaktifkan mode-mode penginisialisasian kepada target tersebut. Apakah target tersebut berupa target udara, air, atau dataran. Untuk target udara mode dapat diganti secara manual oleh operator senjata ke mode Anti-Helico atau pun Anti-Misille, pergantian mode ini dilakukan jika menurut operator ancaman mana yang paling dekat dengan kapal. Untuk arah pergerakan target juga dapat dilakukan switching ke Mode Memory dan atau Underdumped Tracking. Step selanjutnya adalah identifikasi nilai variable X, jika nilai variable X dari target tidak didapatkan maka Sistem Penembakan akan melakukan penyerangan (tembakan) secara beruntun yang diharapkan akan mengenai target. Tetapi jika variabel X didapatkan maka sistem akan mengidentifikasi target berupa kapal dan mengestimasi bidikan yang tepat sebelum menembak secara normal. Mode penyerangan dapat diganti secara manual oleh operator manjadi Mode penyerangan beruntun.
Operasional Sistem Penembakan Jarak Tracking: Jarak target, maks ± 15 Km Variasi jarak, maks 1 Km/s Kecepatan Target: Kecepatan target udara, maks 850 m/s
Kecepatan target kapal, maks 40 m/s Batas penglihatan optic: Baringan (bearing) 0° s/d 360° Elevasi -22° s/d +84° LIOD Instrumentation Limits: Tracking speed 0 – 800 m/s Tracking range (laser) 200 m – 20 Km
E. Video Track Unit Pada FCS Tipe NA-18 Video Track Unit adalah bagian untuk memproses atau menghasilkan vidio CCIR yang diterima oleh IR atau TV kamera dan menghitung kesalahan tracking. VTU menghasilkan dan menampilkan berapa kesalahan sudut elevasi dan baringan dari suatu target. Sebelum VTU diproses terdapat 2 pilihan dalam tracking object, yaitu dengan menggunakan TV kamera atau IR kamera. Target yang terekam akan diestimasi koordinat titik tengahnya (center of gravity) yang kemudian dikalkulasi selisih dengan titik referensi pusat atau pusat pixel dari video track.
Gambar 11. Blok diagram Video Track Unit
Karena pergerakan pada track gate center (koordinat 0,0 pada VTU) sebanding dengan pergerakan LIOD director yang merekam target, data objek yang terekam ini dapat mewakili data perhitungan track error pada target dengan titik referensi VTU. Dasar dari perhitungan track error dapat dilihat pada gambar 4.9 yang mengilustrasikan 19 x 11 pixel pada monitor. Rumus atau fungsi dari perhitungan center of gravity object yang terekam adalah sebagai berikut :
Gambar 12. Prinsip kalkulasi error pada VTU
Berikut adalah contoh penjabaran perhitungan pada video track unit : - Pertama computer akan menghitung jumlah piksel pada track gate pada contoh berikut jumlah piksel yang aktif adalah 15. Pada proses ini 1 vidio piksel mewakili 1 bit dalam data computer. Jika piksel „aktif‟(berlogika high atau 1), video gate akan menampilkan gambaran objek dengan warna lebih gelap. - Selanjutnya adalah computer akan menjumlahkan piksel yang aktif pada bidang koordinat horizontal atau baringannya. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar 4.9 (18) + (12+14+17) + (13+16) + (12+14+15) + (14+15) + (13+16) + (12) + (11) = 212 - Setelah koordinat horizontal dihitung, selanjutnya computer akan menjumlahkan piksel yang aktif pada bidang koordinat vertikal atau elevasinya. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar 4.. (1) + (2+2+2) + (3+3) + (4+4+4) + (5+5) + (6+6) + (7) + (8) = 62 - Jumlah piksel pada baringan dan elevasinya masing-masing dibagi dengan jumlah piksel yang aktif. Setelah didapat pembulatan hasil maka nilai tersebut merupaka COG dari objek. Dalam contoh berikut COG ada pada titik (14,4)
-
Selanjutnya titik COG dibandingkan dengan titik referensinya atau dalah hal ini adalah titik pusat dari Video Track Unit. Pada baringannya memiliki error sebesar +4 dan elevasinya sebesar +2. Komputer akan melakukan tracking pada hasil tersebut, demikian juga pada actuator sistem, yaitu kamera LIOD NA 18. IV.KESIMPULAN DAN SARAN A.KESIMPULAN Dari uraian di atas dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Fungsi utama LIOD director pada Fire Control System tipe NA-18 adalah sebagai sensor citra dan tracking target. 2. Laser digunakan dalam pengukuran jarak sistem tempur kapal dikarenakan sifat cahaya yang memiliki kecepatan tertinggi dialam semesta . 3. Mode yang dapat disetting oleh operator pada Main computer console meliputi pencarian otomatis oleh LIOD director, pencarian manual dengan joystick pada Main Computer, dan dengan memasukkan (meng-input) posisi elevasi dan baringan dari target terhadap posisi kapal yang sudah diketahui kedalam Main Computer. 4. Video Track Unit adalah bagian untuk memproses atau menghasilkan vidio CCIR yang diterima oleh IR atau TV kamera dan menghitung kesalahan tracking. 5. Sedangkan untuk mode Akuisisi, tracking dilakukan dengan cara menggerakkan LIOD director melalui joystick controler pada Computer Unit sampai terlihat target untuk kemudian menguncinya (lock-on target). Saat target terkunci komputer akan membaca dan menampilkan data refrensi yang didapat pada ketiga sensor LIOD director.
2. PT. PAL Divisi HARKAN Bengkel Ekasenlis sebaiknya membuat perpustakaan atau balai pustaka yang menyediakan buku-buku yang up-date sebagai wacana bagi tamu yang berkunjung dan mahasiswa yang sedang kerja praktek. V.DAFTAR PUSTAKA [1] Manual Handbook “Optronic Fire Control System Type:NA-18. Laser Range Finder P0700”. ELSAG. [2] Manual Handbook “Optronic Fire Control System Type:NA-18. Daylight Television Camera Puma Zoom P4672”. ELSAG. [3] Manual Handbook “Optronic Fire Control System Type:NA-18. Laser Range Finder P0700”. ELSAG. [4] Manual Handbook “LIOD: Technical Manual”. SIGNAAL.
BIODATA
Instrumentasi Semarang.
di
Muhammad Danang Nuralamsyah. (L2F009079), lahir di Purwokerto, 26 Juni 1991. Telah menempuh pendidikan di TK Eka Santi Bekasi, SD N Jatiasi X Bekasi, SMP N 9 Bekasi, dan SMA N 3 Purwokerto. Saat ini sedang menempuh pendidikan S-1 Jurusan Teknik Elektro Konsentrasi Kontrol dan Universitas Diponegoro
Menyetujui Dosen Pembimbing
B.SARAN 1. Perlunya pembuatan jadwal dari pihak PT. PAL bagi mahasiswa yang akan kerja praktek sehingga kegiatan mahasiswa lebih terstruktur dan tidak mengganggu kerja dari karyawan lain yang sedang bertugas.
Sumardi, S.T., M.T. NIP 19590619198511101
