3
ELECTRONIC SECTOR SCANNING SONAR (ES ) 3 Scanning Sonar adalah suatu alat deteksi yang dipa-
kai di perairan untuk mengumpull;:an data-data (informasi) tentang objek-objek dan kejadian-kejadian di bawah air dengan jalan memancarkan gelombang suara secara horisontal maupun vertikal dan mengobservasi gem a (echoes) yang kembali (BURCZYNSKI, 1982). Menurut TUCKER and WELSBY (1964), dan MARGETTS (1969), jenis alat ini lebih maju dari peralatan-peralatan deteksi sebelurrmya.
Perkembangan terakhir dari per-
alatan ini adalah dari segi "performance" yakni dengan peningkatan "angular resolution" dan cara penggunaannya sehingga memungkinkan pengukuran ketepatan pendeteksian lebih tinggi dan penentuan lokasi kelompok ikan yang berada sangat dekat dengan dasar perairan. 3.1
Garis Besar Sistem ES
3
Diagram sistem secara skematik ditunjukkan pada Gambar 13.
Transducer penerima panjangnya n kali transducer
pemancar dan dibagi ke dalam n bagian, dimana n adalah jumlah beamwidth (yang diukur antara dua titik dimana daya respon berkurang menjadi setengahnya) yang diharapkan berada dalam scanned sector.
Jika n bagian-bagian ini dihu-
bungkan ke n ruangan yang seragam, dan delay line dibuka maka beam akan dibelokkan tergantung pada sejumlah pergeseran fase (phase-shift) dalam delay line.
32 Jika echo yang diterima dari target dengan bearing relatif terhadap aksis tega};: lurus transducer, maka front gelombang dari pulsa echo terletak paralel pada garis yang diperlihatkan pada Gambar 13.
Echo di terima oleh bagian
transducer pertama sebelum mencapai transducer kedua, demikian selanjutnya sehingga sinyal echo yang diterima kedua (akhir) ditunda dalam fase relatif terhadap sinyal bagian pertama (sebelumnya).
T"mSMITTING
TRANSDUCER _+-_FREQUENCY
LOCAL OSCILLA10R
CHANGER
FREQUCNCY
DELAY LINE
CONTROL
A.G.C.AMPLIFIER
TRANSMITTING O~CILLATOR
AND PULSING
UNIT
C.R.O INTENSITY MODULATION
KANGE TIME-BASE
+
BEARING
Gambar 13.
Skema sistem electronic sector scanning sonar (Sumber: Tucker, 1967)
33 Untuk mendapatkan output puncak pada sudut datang tertentu, maka pada delay line disisipkan phase shift sehingga semua komponen dari output yang dikombinasikan berada pada fase yang sarna. Dalam sistem scanning, peralatan peubah-frekuensi (frequency-changers) disisipkan antara bagian transducer dan delay line.
Osilator lokal yang mensupplai peubah-
frekuensi disapu dalam frekuensi oleh bearing-time-base, sehingga frekuensi sinyal yang di terima oleh delay line beragarn pada kisaran setiap sapuan dari bearing-timebase.
Jika kemudian delay line mempunyai pergeseran fa-
se yang beragam atas kisaran frekuensi dari nilai negatif 1,e nilai positif, beam akan menyapu dari kiri ke kanan pada setiap sapuan dari bearing-time-base.
Bearing-time-
base juga membelokkan titik pada CRT (cathode ray tube) dari kiri ke kanan sehingga sinyal yang diterima pada setiap bearing tertentu di rekarn pada display.
Range-Time-
Base bekerja dengan cara yang biasa, sehingga posisi titik echo pada tabung memberi indikasi posisi objek yang menghasilkan echo pada aksis segi empat panjang dari bearing dan range. 3.2
Cara Kerja ES
3
Pengoperasian scanning sonar dilakukan dengan cara radiasi suara terhadap suatu luasan sektor, misalnya 30 0
,
dengan pulsa yang dipancarkan dari transducer dengan bearn
34
lebar.
Beam penerima dibuat dengan sudut yang sangat
sempit, misalnya 1
0
,
yang secara elektronik dengan cepat
dapat menyapu dari satu sisi ke sisi lain dari sektor (lihat Gambar 14). HARROW RECEIVING SEAM SWEPT IlAPIDlY OVER SECl1lR
&ECTOR ILLUMINATED BY
1
TRANSMln~o PULSE
~--_ _ _ UANSMITTED PULSE TRAVELLING OUT THROUGH THE WATER
-
TRANSPUCERS
RECEIVIN/;
TRAN5MITTINIl
ELEeiRONfCS ,
ELECTRONICS CAiHODE RAY DISPLAY
RANGE
(II - SCAN)
(TIME·SASE SYNCHRONIZED WiTH PULSE TRAVELLING OUT THROU6H WATER)
'--+-
ECHOES
SEARIN(l (TIME·IIASE SYNCHRONIZED
WITH
SW~Er
OF RE.CEIVING
SEAM)
Gambar 14.
Cara kerja ES (Sumber: Welsby, 1964) 3
Tucker and
Proses ini dilakukan berulang-ulang secara berkesinambungan.
Wal;:tu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu sapu-
an sebanding'dengan lamanya (duration) pulsa yang
35 dipancarkan.
Hal ini berarti bahwa dari segala arah yang
berada dalam sektor sudah terambil contohnya (sampled) se be lum pu lsa bergerak (sej auh p anj ang pulsa) me lalui air.
Dengan kata lain, keseluruhan lebar sektor telah
dideteksi secara simultan;
dan pada saat pulsa mencapai
range terjauh, informasi telah terkumpul dari segala penjuru sektor. 3.3
Multiplicative Signal Processing (MSP) Penggun aan MSP sebagi an membawa pengaruh at as ter-
ciptanya resolusi tinggi ES
yang mampu membentuk beam 3 yang sangat sempit dalam hubungannya dengan ukuran transducer. Pada Gambar 15, ditunjukkan dasar sistem pengolahan sinyal.
Deret an transducer penerima dengan panj ang
f ,
dibagi dua, sehingga ruang antara pertengahan dua bagian adalah
£/2.
Setiap bagian dihubungkan secara terpisah
dengan sirkuit elektronik yang akan menghasilkan tegangan output pada waktu yang sesegera mungkin sebanding dengan penjumlahan dua tegangan sekaligus. Bila suatu gelombang sinyal tiba dengan arah sudut '!)- , maka gelombang pada A (Gambar 15) mempunyai fase acuan (dalam hal ini nol), sehingga dapat dituliskan sebagai P cos W t, dimana W frekuensi sudut dan t
adalah waktu.
Jika kita asumsikan besar tekanan akustik P dikonversikan ke besar tegangan V oleh transducer tanpa pergeseran fase selanjutnya, sehingga sinyal gelombang listrik yang bekerja
36 pada multiplier di A adalah V cos
W t.
Pada B, gelombang
yang diterima harus menjalani jarak ekstra CB yang sarna dengan (
e/2
sin.(7-) sehingga gelombang pada B tertunda
dalam fase dengan sudut '(1 E
= n.f / A
sin
-e-.
Akustik si-
nyal pada B adalah P cos (Wt -"it ) dan dalam bentuk siE nyal listrik sebesar V cos (oot - it" E) .
direction of arriving wave
wavefront
L--l[==><~3~=Jr.·;::::~-MULTIPL IER LOW-PASS FILTER OR SMoarHER
• ,-I_~-r"--...J
t
OUTPUT SIGNAL
Garnbar 15.
Sistem multiplicative signal processing (Sumber: Tucker, 1967)
Jika gelombang frekuensi ganda diperhalus (smoothed) dengan cara melewatkan sinyal dari multiplier melalui sirkuit penyaring (biasa dikenal sebagai low-pass filter) seperti yang di terakan pada Garnbar 15, maka yang tersisa adalah semata-mata komponen DC yang merupakan amplitude rata-rata.
Dan jika gelombang sinyal berasal dari ber-
bagai arah, fase sudut
-e- E
akan berbeda.
Tegangan DC
37 (untuk besar gelombang akustik tetap) oleh karenanya beragam sesuai mum
=
-e- E'
0 bila ~E
maksimum
=
=
0,5 bila -Q- E
~/2 radian.
=
0, dan mini-
Variasi-variasi ini mem-
bentuk respon langsung dari sistem multiplicative. Dengan ES , t ahap-tahap pengolahan sinyal secara 3 multiplicative terlihat seperti pada Gambar 16.
n/2 SECTIOUS
nl2 SECTIONS
r-r-y-y----..,-, r-r-r-r---,-. mN6DUCER IN L.,-t...,--'-;-'----'-;-' '-;--'-0'-;--'-----'-;-' n Sf eTION S fREQUENCY CHANGtRS
DELAI LINE
DELAY LINE
OELAY NETWORK
LQw·rA5~
fiLTER
TO AMrUFIERS AND DISPLAY
Gambar 16.
Tahap-tahap pengolahan sinyal secara multiplicative (Sumber: Tucker, 1967)
Komponen delay line (setengah dari panjang yang digunakan pada sistem non multiplicative) digunakan untuk menyapu pola arah (directional pattern) separuh bagian transducer, sedang tambahan fase "delay network" telah berada pada salah satu fase terdahulu dari bagian pola arah ke "multiplier" untuk menyapu multiplicative murni.
38 "Low-Pass-Filter", setelah multiplier, diperlengkapi dengan "cut-off frequency" cukup tinggi untuk meloloskan sinyal pulsa naik dan meluruh dengan cepat dalam memproduksi bentuk pulsa, yang secara normalnya sekurang-kurangnya 20 kali frekuensi tertinggi yang dibutuhkan untuk melewatkan pulsa. Akhir dari pemaruhan beamwidth yang dihasilkan oleh sistem multiplicative ini, mampu meningkatkan resolusi sudut (angular resolution). 3.4
Signal-to-Noise Ratio (SNR) dan Signal-to-Reverberation Ratio (SRR) pada ES
3
Noise biasanya dihubungkan dengan bagian dari latar belakang (background) yang tidak diinginkan terhadap echo sinyal target yang mesti dideteksi, yang kan dari transmisi sonar itu sendiri;
mana timbul bu-
reverberasi ada-
lah hambur-balik umum energi akustik dari pulsa yang dipancarkan.
Signal-to-noise ratio (mengukur kesanggupan
deteksi dari echo sinyal) dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan peringkat daya (power level) pancaran;
na-
mun SRR (biasanya dominan mengukur kesanggupan deteksi beam yang hampir horisontal pada perairan dangkal)
tidal~
dapat ditingkatkan dengan cara ini, karena sinyal dan reverberasi secara bersamaan bergantung pada peringkat daya yang dipancarkan. Pada ES , energi yang dipancarkan disebarkan ke sek3 tor yang luasnya sebesar n kali lebar sudut beam penerima.
39
Sehingga peringkat daya atau intensitas akustik pada sembarang range, hanya lin kali yang akan diterima jika sekiranya daya telah dipusatkan dalarn suatu beamwidth sempi t
sarna dengan beamwidth penerima seperti pada non-
scanning sonar.
Penerimaan peringkat noise tentunya ti-
dak dipengaruhi oleh scanning(setidak-tidalmya pada sistem ideal), sehingga SNR berkurang sebesar 10 log n dB, dinyatakan sebagai ratio daya, berkurang n kali; dalam ratio tegangan sebesar
Vn
kali.
jika
Narnun rate pe-
ngumpulan data (data rate) meningkat dengan ratio n, dan ini bukan saja
merupakan kompensasi teoritis bagi ber-
kurangnya SNR yang dapat disadari terlebih dahulu, juga lebih dapat ditafsirkan. dan digrafikkan pada display. Pada SRR, dapat dilihat bahwa tidak ada perubahan peringkat daya per beamwidth mempengaruhi sinyal dan reverberasi secara sarna.
Kenyataan bahwa SNR berkurang de-
ngan adanya scanning dapat diartikan bahwa SRR mungkin merupakan faktor dominan pada non-scanning sonar sebab peringkat noise berada di bawah peringkat reverberasi. Peringkat noise dapat melampaui peringkat reverberasi sehingga SRR tidak lagi menjadi fal,tor dominan.
Dalarn ke-
adaan seperti ini, akan bij aksana merancang meningkatkan daya pancar sehingga SRR sekali lagi menjadi dominan.
