0070: S. Trihatmo & Eko F. Nurprasetyo HK-41

DESAIN DAN PENGEMBANGAN PROTOTIPE RADARLIKE TRACKINGSYSTEM

Sardjono Trihatmo1,∗ dan Eko Fajar Nurprasetyo2

1Pusat Teknologi Informasi dan KomunikasiBadan Pengkajian dan Penerapan Teknologi

Gedung Teknologi 3 Lantai 3 Kawasan Puspiptek Serpong 15314Telepon: 021-75791260

2Versatile Silicon TechnologiesJl. Manggis 2 No. 61, Depok Jaya,

Depok 16432Telepon: 021-77217590

∗e-Mail: trihatmo@yahoo.com

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Makalah ini mempresentasikan desain dan pengembangan sebuah sistem pemantauan obyek udara nirradar. Sistem yangmerupakan sebuah receiver ini menangkap sinyal yang dipancarkan obyek udara. Sinyal yang berisi data-data obyek udaratersebut kemudian diproses untuk pemantauan baik untuk keperluan sipil maupun militer. Teknologi yang digunakan padapengembangan receiver lebih menitikberatkan pada penggunaan komponen digital dengan mengurangi komponen analog. Tu-juannya agar didapatkan biaya produksi yang lebih ekonomis. Metode yang digunakan adalah dengan metode undersamplingsebagai cara yang murah namun konsekuensinya memerlukan kemampuan Bandpass Filter yang memiliki bandwidth yangsempit. Fitur spesifik lainnya yang membedakan dengan receiver umumnya adalah penggunaan metode error correction dis-amping error detection. Hasil menunjukkan bahwa bit error rate dan frame error rate dapat mencapai harga kurang 10−3 padaSNR sebesar -15 dB.

Kata Kunci: Teknologi nirradar, undersampling, error correction

I. PENDAHULUANDesain dan pengembangan prototipe radarlike track-

ing system ini diawali dengan keperluan akan adanyasebuah sistem pemantauan dan tracking ruang udarayang dapat diproduksi oleh perusahaan-perusahaanelektronika nasional. Sistem ini selain secara teknis da-pat dibuat, juga harus melihat aspek ekonomi sehinggadapat diproduksi massal dan menguntungkan pembu-atnya.

Mengingat sistem pemantauan utama adalah radaryang relatif sangat mahal dari sisi pembelian, operasi-onal dan pemeliharaan, maka dalam kegiatan ini dibu-atlah sebuah prototipe sebuah sistem pemantauan dantracking nirradar atau dapat juga disebut radarlike sys-tem. Sistem ini selain direkomendasikan oleh Interna-tional Civil Aviation Organisation (ICAO) untuk keper-luan penerbangan sipil (1) – yang disebut juga ADS-B–juga dapat digunakan untuk keperluan militer seba-gaimana juga diusulkan oleh US Air Force.[7]

Sistem pemantauan nirradar ini merupakan receiveryang dapat diinstalasi di darat sebagai ground station,di pesawat udara maupun kapal perang TNI. Konsepsistem ini dapat dilihat dalam GAMBAR 1.

Sistem ini akan menangkap sinyal data obyek

GAMBAR 1: Konsep sistem nirradar/ADS-B sebagaimana dikutipdari McMath[7]

Prosiding InSINas 2012

HK-42 0070: S. Trihatmo & Eko F. Nurprasetyo

udara pada frekuensi 1090 Mhz dan menerjemahkandata yang dikodekan tersebut menjadi data kinematikseperti posisi, kecepatan dan status lainnya. Un-tuk keperluan militer sebuah program enkripsi dandekripsi harus ditambahkan pada sistem tersebut.

Pengembangan sistem pemantauan nirradar inibersifat ”prove of concept”. Pertama adalah mengkajidesain sistem yang telah ada seperti pada pada paten-paten[2–4] maupun literatur akademis. Kedua adalahmengkaji standar internasional sebagai acuan pengem-bangan. Ketiga adalah mengkaji sistem pemantauannirradar yang telah beredar di pasar.

Kemudian pengembangan dilakukan berdasarkantiga kajian di atas dengan titik berat desain pada pem-rosesan digital dengan menghindari sejauh mungkinkomponen radio frekuensi. Konsep unggulan yang di-gunakan adalah undersampling dimana sinyal carrierakan dicacah dengan frekuensi jauh di bawah sinyaltersebut. Untuk mengimplementasikan konsep undersampling tersebut dikembangan bandpass filter yangsangat sempit yang juga merupakan keunggulan sistemini. Semua ini bertujuan agar biaya produksi akan da-pat ditekan.

II. METODOLOGIFormat data yang akan ditangkap dan diproses oleh

receiver ini sesuai dengan standar ICAO[6] ditampilkanpada GAMBAR 2.

GAMBAR 2: Format data

Informasi data dikemas dalam bentuk pulsa se-banyak 112 buah dengan lebar 1 us dan berformat PulsePosition Modulation. Data ini diawali dengan pream-ble yang bercorak sekuen dua pasang pulsa. Data inidibawa oleh carrier dengan frekuensi 1090 Mhz.

Untuk mengolah data tersebut maka dikembangkansistem dengan diagram blok sistem secara umum diper-lihatkan dalam GAMBAR 3.

Antena akan menerima signal dari objek di udara.Signal tersebut akan diperkuat oleh Low Noise Ampli-fier (K 1090 A). Luaran signal dari LNA besar kemung-kinan masih mengandung signal-signal echo dari kanallain. Untuk menyingkirkan signal echo, maka perlu di-pasang Band Pass Filter . Signal data yang masuk ke-mudian akan dicacah oleh ADC (FMC110) dan akan

GAMBAR 3: Blok diagram sistem.

diproses pada modul FPGA ML605.Dalam modul ML605 inilah seluruh algoritma pem-

rosesan signal secara digital dilaksanakan mulai darifiltering, preamble detection, retrigering, PPM de-modulation, error detection and correction yang ke-semuanya sesuai dengan standar internasional yangditetapkan. Data biner yang dihasilkan dimasukkankedalam RAM/Stack dari ML605 yang selanjutnyaakan diteruskan melalui bus PCI express8x ke dalamkomputer industri/industrial PC. Data dari PCI expressdiambil oleh industrial PC melalui mekanisme DirectMemory Access yang difasilitasi oleh open source sis-tem operasi Linux. Data-data tersebut selanjutnya akandiproses sesuai standar sehingga menghasilkan datakinematik dan status obyek udara yang siap digunakandan ditampilkan pada Air Trafic Control (ATC).

III. HASIL DAN PEMBAHASANSpektrum sinyal obyek udara perlu dikaji untuk

menentukan spesifikasi Low Noise Amplifier. GAM-BAR 4 memperlihatkan spektrum kanal-kanal antara 0-1,5 GHz.

Terlihat bahwa disekitar frekuensi 1090MHz terda-pat spektrum yang cukup kuat yaitu spektrum GSMdan TV broadcast dibanding spektrum 1090MHz. Un-tuk itu perlu penguatan awal dengan LNA. GAMBAR 5diperlihatkan penguatan spektrum 1090 Mhz setelahmenggunakan LNA.

Terlihat bahwa penguatan terhadap frekuensi 1090Mhz cukup signifikan. Meskipun demikian terlihatpula bahwa spektrum lainnya tidak teredam karenasesuai dengan spesifikasi yang ada peredaman mini-mum LNA sekitar 0 dB.

Untuk mengimplementasikan konsep undersam-pling, sedapat mungkin hanya spektrum 1090 Mhzyang masuk ke dalam sistem. Dengan demikian dikem-bangkan sebuah bandpass filter dengan lebar pita yangcukup sempit. GAMBAR 6 adalah hasil dari penggunaanbandpass filter.

Terlihat bahwa dengan menggunakan bandpass fil-ter maka spektrum yang dominan masuk ke dalam sis-

Prosiding InSINas 2012

0070: S. Trihatmo & Eko F. Nurprasetyo HK-43

GAMBAR 4: Spektrum 0-1,5 GHz

GAMBAR 5: Penguatan dengan LNA

tem adalah spektrum di frekuensi 1090 Mhz.Selanjutnya adalah murni proses digital dimana

sinyal mengalami proses pencacahan dan filteringsehingga didapat sinyal data dengan format seba-gaimana tersebut sebelumnya pada GAMBAR 2. Pende-teksian preamble menggunakan metode cross correla-tion seperti diperlihatkan pada GAMBAR 7.

Hasil pengenalan preamble dengan metode terse-but menyatakan bahwa sinyal tersebut adalah sinyaldata dari obyek udara sebagaimana diperlihatkan padaGAMBAR 8.

Proses pendeteksian dan pengenalan preamble me-nuntut proses retriggering, yaitu apabila dalam pen-deteksian sebuah preamble ditemukan preamble yanglebih kuat, maka preamble yang lebih kuat akan diam-

GAMBAR 6: Bandpass Filter

GAMBAR 7: Cross correlation 2 sinyal

GAMBAR 8: Hasil pengenalan preamble

bil.Setelah proses retrigerring, maka data yang berfor-

mat Pule Position Modulation akan didemodulasi. Pro-ses demodulasi memerlukan ”bit confidence” seba-gaimana diatur dalam standar. Dalam hal diketemukan

Prosiding InSINas 2012

HK-44 0070: S. Trihatmo & Eko F. Nurprasetyo

bahwa terdapat logika bit ”11” maka informasi bit terse-but dinyatakan ”low confidence” sebagaimana diperli-hatkan dalam GAMBAR 9.

GAMBAR 9: Bit confidence

Konsep ini dimanfaatkan untuk melakukan errorcorection disamping error detection. Apabila dalamproses error detection ditemukan bit error, maka bityang bernilai ”low confidence” akan ditinjau kembali.Kemudian dilakukan kembali error detction. Bila terny-ata tidak ditemukan bit error maka data dinyatakanvalid. Proses error detection sendiri menggunakanmetode Cyclic Redundancy Check yang mengacu padastandar yang berlaku.[8]

Hasil pengujian terhadap error detection dan correc-tion diperlihatkan pada GAMBAR 10.

GAMBAR 10: Hasil error detection dan correction

Terlihat bahwa terdapat low bit confidence (”0”)pada nibble yang bertanda selain F. Ketika proses errordetection menyatakan terdapat kesalahan bit, maka bityang bernilai low confidence diubah dengan bit kom-plemennya. Hasilnya menunjukkan bahwa tidak lagiterdapat error dan data dinyatakan valid.

Berikut adalah hasil pengujian algoritma receiver.Pengujian dilakukan dengan mengirimkan 10000 framepada transmitter pada nilai SNR yang berbeda-bedakemudian message diekstract dan diuji kebenarannya.Hasil ditampilkan dengan grafik BER (bit error rate) ter-hadap SNR (signal to noise ratio) dan juga grafik FER(frame error rate) terhadap SNR yang diperlihatkanpada GAMBAR 11 dan GAMBAR 11. Suatu frame akan

dikatakan salah jika terdapat kesalahan minimal 1 bit.Jadi jika satu bit salah maka frame dikatakan salah.

GAMBAR 11: FER

GAMBAR 12: BER

IV. KESIMPULANDari pengujian baik bit error rate maupun paket

error rate dapat dilihat bahwa performance dari sis-tem pemantauan nirradar ini menunjukkan hasil yangcukup memuaskan dimana pada SNR sebesar -15 dB biterror rate dari sistem tersebut kurang dari 0,001. Padastandar ditetapkan bahwa dalam keadaan tanpa noiseerror rate sebesar 10−6.

Prosiding InSINas 2012

0070: S. Trihatmo & Eko F. Nurprasetyo HK-45

DAFTAR PUSTAKA[1] N.N., ” ADS-B Implementation And Operations

Guidance Document,” ICAO Document ed. 3,September 2007

[2] Lanzkron Paul, ”Methods and Apparatus for Us-ing Interferometry to Prevent Spoofing of ADSBTarget, US Patent no 2009/0322586A1, USA, De-cember, 2009.

[3] Zhang et al., ”ADSB Radar System”,US Patent7414567B2, USA, August 2008.

[4] Vessel W. Andrew,” ADSB Broadcast MonitoringSystem and Method”, US Patent no 7383124B1,USA, Juni 2008.

[5] N.N.,” 1890 Mhz Downconverter with 110 MhzIF”, Application Report Philip Semiconductor.

[6] N.N.,”Minimum Operational Performance Stan-dards for 1090 MHz Extended Squitter Auto-matic Dependent Surveillance-Broadcast (ADSB)and Traffic Information Services-Broadcast (TIS-B)”, RTCA Doc 260A vol. 2, USA, 2003.

[7] Jim McMath, ”Automated Dependent SurveillanceBroadcast Military (ADS M)”, US AirForce Presen-tation Material, CSEP Engility, 2007.

[8] N.N., ”Minimum Operational Performance Stan-dards For Air Traffic Control Radar Beacon Sys-tem/Mode Select (ATCRBS/MODE S) AirborneEquipments”, RTCA DO-181C, 2001.

Prosiding InSINas 2012