BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Radio Detecting and Ranging (Radar)

Radio Detecting and Ranging (Radar) merupakan suatu perangkat yang digunakan

untuk menentukan posisi objek, arah pergerakannya maupun bentuk dari suatu

objek yang terdeteksi. Pada mulanya radar digunakan sebagai salah satu alat

pendeteksi musuh saat perang. Tetapi saat ini radar tidak hanya digunakan pada

bidang militer, tapi juga digunakan pada kapal nelayan dan kapal pesiar [1].

Radar dapat membantu manusia untuk melihat area yang tidak dapat terjangkau

oleh pandangan manusia. Pada kapal, radar berfungsi untuk membantu kapal

terhindar dari benturan terhadap karang, juga untuk memberikan informasi

tentang keberadaan kapal lain di sekitar, garis pantai, dan lain sebagainya. Radar

juga membantu awak kapal saat dalam keadaan gelap (malam hari) atau berkabut

[1].

2.1.1 Prinsip Kerja Radar

Radar bekerja dengan cara yang sama dengan prinsip pemantulan gelombang.

Ketika gelombang elektromagnetik (sinyal) dipancarkan dari pemancar

7

(transmitter), gelombang tersebut akan membentur suatu objek, lalu sebagian

gelombang tersebut diterima oleh penerima (receiver). Setelah objek tersebut

terdeteksi, objek tersebut akan ditampilkan pada suatu display untuk diketahui

oleh pengguna radar [1].

2.1.2 Karateristik Propagasi Radar

Adapun karakter propagasi dari radar adalah sebagai berikut:

1. Gelombang Radio

Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu antena memiliki

bermacam-macam jenis.

Tabel 2.1. Penetapan Pita Frekuensi Gelombang Radio dan Gelombang

Mikro[2].

Pita Frekuensi Jangkauan Aplikasi Keterangan

Very Low

Frequency (VHF) 3-30 KHz Radio Navigasi

Propagasi di

permukaan

tanah.

Low Frequency

(LF) 30-300 KHz Radio Navigasi

Propagasi di

permukaan

tanah.

Middle Frequency

(MF)

300 KHz- 3

MHz

Radio Komersial

AM

Propagasi

melalui ionosfer.

High Frequency

(HF) 3-30 MHz

Radio komersial

Citizen Band

(CB),

komunikasi

pesawat udara

dan kapal laut.

Propagasi

melalui ionosfer.

Very High

Frequency (VHF) 30-300 MHz

Televisi VHF

dan radio

komersial FM.

Propagasi point-

to-point.

Ultra High

Frequency (UHF)

300 MHz- 3

Ghz

Televisi UHF,

komunikasi

Propagasi point-

to-point.

8

seluler, satelit,

WLAN (WiFi).

Super High

Frequency (SHF) 3-30 GHz

Komunikasi

satelit, WLAN

(WiFi).

Propagasi point-

to-point.

Extremely High

Frequency (EHF) 30-300 GHz

Komunikasi

radar dan satelit.

Propagasi point-

to-point.

Gelombang radio cenderung berjalan dengan bentuk garis lurus dan dapat

memantul di bawah atmosfer. Gelombang radio memiliki bentuk seperti

gelombang laut, yang terdiri dari puncak dan lembah yang mengikuti satu

sama lain, pada interval yang sama dan bergerak bersama dengan kecepatan

konstan. Sebuah siklus (cycle) merupakan sebuah osilasi lengkap atau

sebuah gelombang lengkap [1].

Gambar 2.1. Gelombang [1].

Wavelength atau panjang gelombang adalah jarak sepanjang arah propagasi

satu gelombang (satu bukit dan satu lembah). Ketika satu cycle telah selesai,

berarti gelombang sudah melewati satu wavelength. Amplitude atau

amplitudo adalah tinggi maksimum gelombang [1].

9

2. Pancaran/Sorotan Radar (Radar Beam)

Gelombang radio dipancarkan ke titik fokus melalui sebuah reflektor atau

terpancar langsung dari celah antena waveguide. Pada semua bagian,

pancaran tersebut akan membentuk pola berbentuk lobus tunggal jika

dipancarkan di ruang bebas [1].

Gambar 2.2. Pola Radiasi pada Ruang Bebas [1].

Pada gambar tersebut, dapat terlihat sebuah radar beam yang terdiri dari

main lobe dan side lobe. Main lobe atau lobus utama merupakan lobe yang

mempunyai arah dengan pola radiasi maksimum, sedangkan side lobe atau

lobus sisi merupakan lobus kecil yang berada di sekitar main lobe. Energi

radiasi terkonsentrasi atau difokuskan hingga memiliki arah pancar yang

sempit, mirip dengan pancaran sinar dari senter [1].

Terdapat sebuah istilah dalam hal ini yaitu beamwidth. Arah pancaran /

sorotan gelombang tiga dimensi umumnya didefinisikan dengan arah

horizontal dan vertikal. Beamwidth adalah besar sudut sinar / sorotan /

pancaran radar yang ditangkap oleh pulsa radar. Terdapat dua nilai batas

yang menyatakan baik dalam hal intesitas medan ataupun rasio daya, yang

digunakan untuk menentukan lebar beamwidth. Dalam rasio daya, hal ini

mendefinisikan lebar beamwidth sebagai sudut di antara Half-Power Points

10

(Titik Setengah-Daya). Dalam ketentuan lain, mendefinisikan beamwidth

sebagai besarnya sudut antar titik dimana kekuatan medan sebesar 50% dari

nilai maksimum. Dalam rasio daya, ketentuan yang terakhir mendefinisikan

beamwidth sebagai lebar sudut antara Quarter-Power Points (Titik

Perempat-Daya) [1].

Gambar 2.3. Diagram Radiasi

Untuk jumlah tertentu dari daya yang ditransmisikan, lobus utama dari

pancaran radar meluas ke jarak yang lebih besar pada tingkat daya yang

diberikan dengan konsentrasi daya lebih besar pula pada lebar arah

pancaran. Untuk meningkatkan kemampuan deteksi jangkauan, energi

terkonsentrasi untuk mengecil ke arah dalam [1].

Beamwidth tergantung pada frekuensi atau panjang gelombang dari energi

yang ditransmisikan, desain antena, dan dimensi antena. Pada ukuran

antena yang tertentu, beamwidth yang lebih kecil akan diperoleh jika

menggunakan gelombang yang pendek. Kemudian pada wavelength

tertentu, beamwidth yang mengecil akan diperoleh ketika menggunakan

antena yang lebih besar [1].

Radar juga bekerja berdasarkan Efek Doppler yaitu apabila sumber

gelombang dan pengamat semakin mendekat, maka frekuensi yang diterima

11

pengamat akan semakin tinggi. Jika sebaliknya, maka frekuensi akan

semakin rendah.

Persamaan dari efek Doppler yang digunakan adalah sebagai berikut:

√

(2.1)

Keterangan:

fr = frekuensi penerima (receiver)

fr = frekuensi sumber (transmitter)

c = kecepatan gelombang elektromagnetik

v = kecepatan objek

Bila v bernilai positif, maka objek sedang bergerak menjauhi penerima.

Tetapi jika v bernilai negatif, maka objek sedang bergerak mendekati

penerima [2].

2.2 Passive Bistatic Radar (PBR)

Passive Bistatic Radar (PBR) atau radar pasif bistatic merupakan salah satu jenis

radar. Perbedaan radar aktif dengan radar pasif terletak pada transmitter

(pemancar) dan receiver (penerima). Pada radar aktif, transmitter dan receiver

terletak pada satu lokasi, bahkan pada satu alat yang umumnya disebut

transceiver. Sedangkan pada radar pasif, transmitter dan receiver terletak pada

lokasi dan alat yang berbeda.

Karena letak transmitter dan receiver yang berbeda lokasi, pada umumnya radar

pasif merupakan radar penerima saja. Dengan tidak adanya transmitter, terdapat

banyak keuntungan dari radar pasif, salah satunya yaitu radar pasif hampir tidak

terdeteksi oleh surveillance receiver (radar pengawasan) dan juga tidak memiliki

12

kendala dalam pengalokasian spektrum, selain itu juga menggunakan sinyal yang

dipancarkan oleh transmitter atau benda-benda yg memancarkan sinyal seperti

radio FM, televisi, radio digital dan TV digital, telepon selular (GSM), wireless

LAN (Wi-Fi) dan satelit broadcast. Dalam kebanyakan kasus, radar pasif

berukuran lebih kecil, lebih portabel, dan menghabiskan biaya yang leih murah

jika dibandingkan dengan radar aktif konvensional [3].

Gambar 2.4. Skema PBR [4].

Radar pasif berbasis Wi-Fi merupakan salah satu penerapan konsep radar, dengan

menggunakan perangkat Wi-Fi sebagai transmitter. Wi-Fi yang umum digunakan

adalah Wi-Fi dengan standar IEEE 802.11 yang memiliki modulasi Direct-

Sequence Spread Spectrum (DSSS) dan menggunakan Orthogonal Frequency

Division Multiplexing (OFDM) [5].

13

2.3 Wireless Fidelity (Wi-Fi) IEEE 802.11

Media komunikasi nirkabel dikenal dengan unguided media karena sinyal yang

berupa gelombang elektromagnetik melintas tanpa menggunakan kabel.

Gelombang elektromagnetik tersebut ditransmisikan melintasi udara terbuka

dengan menggunakan antena [6].

Wireless Fidelity (Wi-Fi) adalah sebuah aplikasi komunikasi nirkabel untuk

sebuah Local Area Network (LAN). Oleh karena itu WiFi digolongkan sebagai

perangkat Wireless LAN. Standar Wi-Fi yang digunakan oleh lembaga standar

Internasional IEEE memiliki nama IEEE 802.11. Berdasarkan perkembangannya,

standar IEEE 802.11 memiliki berbagai macam tipe tergantung pada frekuensi di

mana perangkat nirkabel beroperasi dan juga tergantung pada kecepatan

pengiriman data [6].

Wireless LAN menguhubungkan perangkat-perangkat dalam sebuah jaringan

lokal dengan menggunakan gelombang radio yang dikirimkan melalui udara

sebagai media transmisi. Karena itu proses instalasi menjadi lebih mudah

dibandingkan dengan jaringan lokal menggunakan kabel. Selain itu, teknologi

Wireless LAN juga mengijinkan pengguna bergerak dari satu tempat ke tempat

lain asalkan masih dalam jangkauan (coverage area) dari Access Point (AP).

Standar yang paling populer digunakan adalah IEEE 802.11 [6].

Terminal yang terkoneksi pada sebuah jaringan WLAN terdiri atas dua macam,

yaitu Access Point (AP) dan Client. AP berfungsi sebagai Base Station yang

berfungsi untuk menerima dan mengirim data melalui gelombang radio. Apabila

terdapat beberapa terminal melakukan komunikasi dalam sebuah jaringan WLAN,

14

maka kumpulan terminal ini akan membentuk suatu arsitektur paling sederhana

yang disebut dengan Basic Service Set (BSS) [6].

Gambar 2.5. Arsitektur WLAN 802.11 [7].

Pada Gambar 2.4 terdapat dua atau lebih BSS terkoneksi melalui sebuah

Distribution System (DS), sehingga dengan menggunakan DS tersebut jangkauan

WLAN dalam sebuah area dapat diperluas dengan mudah. BSS terkoneksi dengan

DS hanya melalui AP, dengan demikian setiap terminal di dalam WLAN dapat

berkomunikasi dengan terminal lain hanya melalui AP. Perangkat AP memiliki

sebuah nomor Identification (ID) yang disebut dengan BSSID. BSS yang

terhubung dengan BSS lain membentuk jangkauan yang lebih besar dan disebut

dengan Extended Service Set (ESS). Setiap ESS memiliki sebuah ID yang disebut

dengan ESSID berupa deretan karakter dengan panjang 32 bit. Arsitektur WLAN

dalam 802.11 mensyaratkan agar sebuah terminal yang berada di dalam sebuah

BSS dapat berkomunnikasi dengan terminal lain di dalam BSS lain [6].

15

Untuk proses autentifikasi setiap pengguna ke dalam WLAN standar 802.11

memiliki dua macam cara, yaitu [6]:

Open System Authentication

Setiap pengguna yang akan melakukan autentikasi secara langsung akan

menerima autentikasi, sehingga cara ini merupakan cara autentikasi yang

tidak aman.

Shared Key Authentication

Setiap pengguna yang menginginkan autentikasi untuk melakukan akses ke

dalam sebuah WLAN harus memiliki sebuah kata kunci rahasia (shared

secret key). Untuk menjaga keamanan, kata kunci ini diimplementasikan

dengan menggunakan algoritma Wired Equivalent Privacy (WEP) dan WiFi

Protected Access (WPA dan WPA2).

Berdasarkan perkembangannya, WLAN dengan standar IEEE 802.11 memiliki

beberapa jenis, dengan ditandai penambahan huruf di bagian belakang. Tipe

standar IEEE dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Berbagai Tipe Standar IEEE 802.11 [6].

Proto

kol

Tahun

Rilis

Frek.

(GHz)

B

(MHz)

Kec. Data

(Mbps) MIMO Modulasi

- 1997 2,4 20 1;2 1 DSSS,

FHSS

a 1999 2,7 dan 5 20 6;9;12;18;24;

36;48;54 1 OFDM

b 1999 2,4 20 5,5;11 1 DSSS

g 2003 2,4 20

7,2;14,4;21,7;

28,9;43,3;57,8

;65;72,2

1 DSSS,

OFDM

n 2009 2,4 dan 5 40 15;30;45;60;9 4 OFDM

16

0;120;135;150

Seperti pada Tabel 2.2, 802.11a beroperasi pada frekuensi 5 GHz. pita frekuensi

ini tidak banyak digunakan, sehingga sangat menguntungkan para pengguna

dikarenakan gelombang radio tidak banyak terganggu oleh interferensi. Akan

tetapi, semakin tinggi frekuensi operasi akan berakibat pada berkurangnya

jangkauan area dari WLAN.

Standar dalam keluarga 802.11 terbaru yang dikenal dengan nama 802.11g

menambahkan kemampuan untuk menggunakan antena lebih dari satu. Teknologi

ini disebut dengan nama antena Multiple Input Multiple Output (MIMO) [6].

Pada penelitian ini digunakan teknologi 802.11 dengan bandwidth 20 MHz.

Berdasarkan metode MIMO-OFDM yang diterapkan pada teknologi 802.11,

teknologi ini memiliki 56 subcarrier, dengan masing-masing subcarrier dapat

mencapai frekuensi 300 kHz [8].

2.4 Proses Pendeteksian

Proses pendeteksian radar terdiri dari beberapa tahap yaitu sebagai berikut:

1. Pemodelan Sinyal Transmisi

Sinyal transmisi merupakan sinyal yang dipancarkan dari transmitter.

Dalam penelitian ini, sinyal transmisi berasal dari sebuah access point.

Sinyal transmisi dibutuhkan untuk menjadi sinyal yang terpancar

kemudian nantinya akan menumbuk objek, sehingga objek tersebut dapat

terdeteksi oleh radar.

17

Untuk membentuk sinyal transmisi digunakan rumus pembentukan sinyal

sinusoidal sebagai berikut [9]:

x=A cos(2 πft) (2.2)

dimana:

x = Sinyal termodulasi

A = Amplitudo (v)

f = Frekuensi radar (Hz)

t = Time signal (detik)

Frekuensi radar merupakan frekuensi maksimum dari frekuensi subcarrier

yang terdapat pada access point [8].

2. Pemodelan Sinyal Echo Target

Sinyal echo target merupakan sinyal yang terpantul dari objek atau target

yang terdeteksi. Terdapat beberapa hal yang harus diketahui dalam

pemodelan sinyal ini, yaitu besarnya nilai koefisien refleksi dan faktor

amplitudo [8].

Nilai koefisien refleksi bergantung pada nilai sudut datang (θ) dan nilai

Radar Cross Section (σ). Nilai koefisien refleksi tersebut dapat dihitung

dengan persamaan [9]:

√ (2.3)

dimana:

γ = koefisien refleksi

σ = Radar Cross Section

θ = besar sudut datang

18

Objek yang terdeteksi juga memiliki kemampuan untuk meredam sinyal

yang diterima olehnya. Besarnya nilai redaman sinyal oleh target

dinyatakan dalam nilai faktor amplitudo, dapat dihitung dengan

persamaan:

(( )

( ))

(2.4)

dimana:

K = Faktor amplitudo

G = penguatan (gain)

λ = panjang gelombang

F = faktor propagasi (E/E0) E0= 8,854x10^-12F/m

R = jarak radar ke objek

L = rugi-rugi (losses)

γ = koefisien refleksi

Pada pemmodelan sinyal echo target juga dibutuhkan rate signal atau laju

perubahan frekuensi sinyal. Rate signal dapat dihitung dengan persamaan

sebagai berikut [9]:

(2.5)

dimana:

B = bandwidth

T = periode sinyal

19

Kemudian untuk membentuk sinyal echo target, menggunakan persamaan

sebagai berikut:

( ( ) ( ) ) (2.6)

dimana:

K = faktor amplitudo

t = time signal

σ = Radar Cross Section [10]

μ = Rate signal

3. Pemodelan Sinyal Noise

Pada setiap proses pentransmisian sinyal, sinyal yang ditransmisikan

tersebut pasti akan tercampur oleh noise, yang dapat disebabkan oleh

temperatur ruangan, cuaca, atau interferensi dari sinyal-sinyal lain.

Pada tahap ini dilakukan pemodelan sinyal noise, dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut [10]:

(

) (

) (

)

(2.7)

dimana:

x_n = sinyal noise

j = time signal of noise

4. Pemodelan Sinyal Deteksi

Sinyal deteksi merupakan sinyal akhir dalam proses pentekesian objek.

Terdapat dua buah proses dalam tahap ini, yaitu [9]:

a) Pemodelan Sinyal Echo Radar

20

Pada tahap ini, sinyal echo target akan dikonvolusi dengan sinyal noise.

Proses konvolusi dilakukan karena sinyal yang ditransmisikan melalui

media udara akan selalu terkena noise. Sehingga pada tahap ini kedua

sinyal tersebut digabungkan untuk menghasilkan sinyal echo radar.

b) Pembentukan Sinyal melalui Filter

Setelah sinyal echo radar terbentuk, dilakukan proses filtering untuk

menghasilkan sinyal akhir dari proses pendeteksian. Filtering dilakukan

karena sinyal yang diinginkan sebagai referensi pendeteksian objek

adalah sinyal tanpa noise.