0050: Joko Suryana & Herma Yudhi Irwanto HK-25

IMPLEMENTASI SISTEM TRACKING OBYEK BERGERAK UNTUKPENERAPATAN GROUND STATION ROKET/UAV

Joko Suryana1,∗ dan Herma Yudhi Irwanto2

1Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi BandungJl. Ganesa 10 Bandung 40132, Telepon (022) 2501661

2Bidang Kendali LAPANJalan Raya LAPAN Rumpin Bogor, Kode Pos 10340

∗e-Mail: joko.suryana@stei.itb.ac.id

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Dengan semakin meningkatnya aktivitas pengembangan roket dan missile nasional seperti yang dikembangkan oleh LA-PAN ataupun PINDAD serta kebutuhan akan pengendalian/pemantauan navigasi UAV untuk berbagai keperluan, maka su-dah saatnya dikembangkan juga suatu ground station peluncuran roket/UAV dengan kemampuan penjejakan secara otomatis.Penelitian ini merupakan kelanjutan dari penelitian tahun pertama tentang implementasi sebuah platform penjejakan otomatisuntuk mempertahankan hubungan komunikasi yang kontinu antara ground station dengan obyek bergerak berupa roket/UAVserta penelitian antena roket RX-420 bersama dengan LAPAN. Pada tahun kedua ini, telah diimplementasikan sistem trackingdengan antenna multiband 900 MHz/2.4 GHz/S-band berbasis microstrip array untuk mendukung penjejakan roket/UAVdan sekaligus dukungan komunikasi telemetry, command pengendalian roket/UAV serta transmisi video secara simultan.Jangkauan tracking juga akan ditingkatkan sampai 100 km. Selain itu, pada tahun kedua juga dilakukan penyempurnaanalgoritma tracking untuk mendukung penjejakan muti-object dengan kemampuan jelajah yang lebih jauh >100 km.

Kata Kunci: Antena, tracking, telemetry, ground station,microstrip array, S-band

I. PENDAHULUANA. Latar Belakang x

y

φ

=

[vc cosφ− vc

L(a sinφ+ b cosφ) tanα

vc sinφ+ vcL(a cosφ− b sinφ) tanαvcL

tanα

](14)

Pada peluncuran sebuah roket atau penerbangansuatu UAV (Unmanned Aerial Vehicle) diperlukan sen-sor gerak dinamik untuk mendeteksi trayektori dan at-titude ketika terbang. Dalam hal ini, kemampuan track-ing secara otomatis dari ground station untuk menje-jak roket ataupun UAV sangat berpengaruh kepada pe-ngendalian obyek bergerak tersebut untuk memantaunavigasi serta telemetri roket/UAV pada posisi-posisiyang diinginkan secara akurat. Namun demikian, saatini peluncur roket LAPAN ataupun UAV di Indonesia,masih mengandalkan sistem antena ground station de-ngan pengendalian secara manual. Penjejakan obyekbergerak berupa roket atau UAV secara manual memi-liki kelemahan dalam hal terganggunya keberlangsun-gan komunikasi data/telemetri/image/video karenapengarahan antena ground station yang tidak aku-rat karena mengandalkan kemampuan operator dalam

memperkirakan posisi obyek serta perkiraan arah perg-erakannya yang akan semakin menurun bila obyek be-rada pada jarak yang lebih jauh serta dengan kecepatanobyek yang tinggi.

Dengan semakin meningkatnya aktivitas pengem-bangan roket dan missile nasional seperti yangdikembangkan oleh LAPAN ataupun PINDAD sertakebutuhan akan pengendalian/pemantauan navigasiUAV untuk berbagai keperluan, maka sudah saat-nya dikembangkan juga suatu ground station peluncu-ran roket/UAV dengan kemampuan penjejakan secaraotomatis.

B. Tujuan PenelitianPenelitian ini difokuskan pada implementasi sebuah

platform penjejakan otomatis untuk mempertahankanhubungan komunikasi yang kontinu antara ground sta-tion dengan obyek bergerak berupa roket/UAV. Plat-form penjejak otomatis ini dirancang memiliki dua der-ajat kebebasan, waktu respon cepat, dan akurasi tinggi.Komponen utama sistem tracking adalah sistem antenayang memiliki kemampuan untuk mengikuti perger-akan target dan posisi target secara akurat. Implemen-

Prosiding InSINas 2012

HK-26 0050: Joko Suryana & Herma Yudhi Irwanto

tasi penjejakan target menggunakan teknik monopulsedengan antenna gain tinggi yang sanggup melakukanpenjejakan azimuth dan elevasi untuk jarak jangkauantipikal roket/UAV.

Pada tahun pertama telah dilakukan pengembanganplatform tracking dengan teknik monopulse berbasisparabola dengan kemampuan penjejakan minimal 30km untuk obyek tunggal.

Pada tahun kedua, telah diimplementasikan sis-tem tracking multiband 900 MHz/2.4 GHz/S-band un-tuk mendukung penjejakan roket/UAV dan sekaligusdukungan komunikasi telemetry, command pengenda-lian roket/UAV serta transmisi video secara simultan.Jangkauan tracking juga akan ditingkatkan minimal 50km dan maksimum 100 km.

C. Pendekatan Pemecahan MasalahSehingga masalah utama pada penelitian ini adalah

implementasi sebuah platform penjejakan otomatis un-tuk mempertahankan hubungan komunikasi yang kon-tinu antara ground station dengan obyek bergerakberupa roket/UAV. Platform penjejak otomatis ini di-rancang memiliki dua derajat kebebasan, waktu responcepat, dan akurasi tinggi.

Oleh karena itu, pendekatan yang dipakai dalampenelitian ini adalah perancangan dan implementasisistem dan yang terdiri pada dua komponen utamasistem tracking, yaitu sistem antena dan sensor de-teksi pergerakan target serta algoritma tracking un-tuk mengikuti pergerakan target dan posisi target se-cara akurat. Implementasi penjejakan target menggu-nakan teknik monopulse dengan antenna gain tinggiyang sanggup melakukan penjejakan azimuth dan el-evasi untuk jarak jangkauan tipikal roket/UAV.

II. METODOLOGIPada tahun kedua, diimplementasikan sistem track-

ing multiband 900 MHz/2.4 GHz/S-band untuk men-dukung penjejakan roket/UAV dan sekaligus dukun-gan komunikasi telemetry, command pengendalianroket/UAV serta transmisi video. Kemampuan jaraktracking akan ditingkatkan menjadi >50 km.

Secara garis besar metodologi tahun kedua adalah:

1. Mengimplementasikan sistem tracking dengan an-tenna multiband 900 MHz/2.4 GHz/S-band.

2. Mengembangkan sistem tracking dengan kemam-puan secara simultan untuk komunikasi telemetry,command pengendalian roket/UAV serta trans-misi video secara simultan.

3. Meningkatkan jangkauan tracking sampai minimal50 km dan ditingkatkan sampai jarak 100 km.

4. Pengembangan algoritma tracking untuk men-dukung penjejakan oyek bergerak secara muti-object

5. Melakukan evaluasi kinerja platform penjejak dilingkungan indoor (uji manuver terbatas) dan ling-kungan outdoor untuk penjejakan roket/UAV di-lapangan

6. Menyusun laporan riset dan melaksanakan disem-inasi hasil riset dengan publikasi konferensi/jurnalinternasional dan nasional.

III. HASIL DAN PEMBAHASANA. Rencana Kegiatan Tahun ke IIA-1. Desain Sistem Antena Multiband 1.7-2.5 GHz

dengan Gain BesarSuatu ground station roket/UAV selain harus memi-

liki kemampuan tracking terhadap obyek bergerak,juga harus mampu melakukan fungsi-fungsi TT&Clainnya yaitu fungsi telemetri dan command. Selain itu,untuk kebutuhan transmisi video, pita frekuensi lainjuga akan menjadi pertimbangan.

Dari hasil diskusi dengan rekan-rekan di LAPANdiperoleh data bahwa telemetry roket dan UAV meng-gunakan band 900 MHz dan S-band 2.2 GHz. Sedang-kan untuk transmisi video, roket dan UAV lebih se-ring menggunakan band ISM 2.4 GHz. Sehingga dalampenelitian ini, didesain dan diimplementasikan antenadengan pita operasi 900 MHz, 2.2 GHz serta 2.4 GHzdengan persyaratan VSWR 2:1.

A-2. Pengembangan Sistem Tracking dan TT&C Se-cara Simultan

Pada kegiatan ini, selain mendesain dan mengim-plementasikan antena multiband, tim peneliti jugamengembangkan konfigurasi yang optimal dari sistemantena agar bisa dipergunakan secara simultan untuktracking, telemetry dan command serta transmisi sinyalvideo secara simultan. Sistem antena pada dasarnyaterdiri dari 4 kuadran beam untuk teknik monopulseserta satu elemen antena di titik pusat untuk men-dukung link komunikasi baik telemetry maupun trans-misi video. Dalam hal ini, antena parabola quad beamyang telah dikembangkan di tahun pertama akan di-manfaatkan kembali di tahun kedua ini dengan meng-ganti feeder antena sebelumnya yang hanya bekerjapada S-band menjadi antena multiband 900 MHz/ 2.2GHz/2.4 GHz.

Selain konfigurasi di atas, tim peneliti juga akanmengusulkan teknik sharing antena yang digilir un-tuk penggunaan tracking, telemetry, control dan trans-misi video berturut-turut dengan kecepatan penggili-ran yang sangat cepat sehingga secara sistem akanterasa sebagai operasi simultan tracking, telemetry, con-trol dan transmisi video.

A-3. Peningkatan Jangkauan Tracking 100 kmPada bagian riset ini, dengan melakukan rekayasa

link budget dan desain ulang modul RF serta per-

Prosiding InSINas 2012

0050: Joko Suryana & Herma Yudhi Irwanto HK-27

baikan gain antena akan meningkatkan secara sig-nifikan jangkauan tracking yang semula hanya 30 kmmenjadi minimal 50 km dan bahkan sampai men-jangkau target berjarak 100 km. Desain ulang HPA,LNA dan gain antena multiband serta modifikasiparabola memungkinkan terjadinya peningkatan mar-gin daya sehingga dapat dimanfaatkan untuk mem-perbesar jangkauan platform tracking.

A-4. Pengukuran KinerjaPada penelitian tahap pengukuran kinerja ini, be-

berapa pengukuran akan dilakukan terkait dengan ki-nerja sistem antena,baik antena berbasis dish parabola,kinerja receiver 4 kanal serta kinerja algoritma track-ing yang telah diimplementasikan. Pengukuran sistemantena multiband meliputi: Gain, Pola Radiasi, Band-width, Beamwidth dan VSWR. Sedangkan pengukuranRF terdiri dari pengukuran Bandpass filtering, HPA,LNA, G/T dan Sensitivitas penerimaan

B. Hasil dan Pembahasan Penelitian tahun KeduaPada penelitian tahun kedua telah dilakukan pe-

ngembangan sistem tracking dengan antenna multi-band 900 MHz/2.4 GHz/S-band untuk:

1. Mendukung penjejakan roket/ UAV

2. Sekaligus dukungan komunikasi telemetry, com-mand pengendalian roket/UAV serta transmisivideo secara simultan.

3. Jangkauan tracking juga telah ditingkatkan sampai100 km.

4. Dilakukan penyempurnaan algoritma tracking un-tuk mendukung penjejakan muti-object dengan ke-mampuan jelajah yang lebih jauh >100 km.

Rancangan riset tahun kedua terdiri dari enam kegi-atan riset utama, yaitu pemilihan sistem antena, pemil-ihan teknik tracking, pemilihan algoritma tracking, pe-ngukuran kinerja modul, dan pengujian di lapangan.

B-1. Perancangan Sistem Antena Gain Besar Multi-band 1.7-2.5 GHz

Kegiatan pada tahapan ini meliputi: pemilihan jenisantena dengan kemampuan multiband 1.7-2.5 GHz de-ngan gain lebih besar untuk mendapatkan jangkauandari 50 km menjadi 100 km. Kemudian dilakukandesain dan realisasi antena, serta pengujian antenadengan menggunakan fasilitas yang ada di Labora-torium Telekomunikasi Radio dan Gelombang Mikro(LTRGM).

Antena yang dipilih bukan lagi menggunakanparabola seperti tahun pertama tetapi pada tahun ke-dua menggunakan 5 buah subarray antena cross dipole4×4 V dan 4×4 H dengan bahan mikrostrip seba-gaimana GAMBAR 1, sedangkan masing-masing subar-ray diperlihatkan GAMBAR 2.

GAMBAR 1: Antena Tracking baru

GAMBAR 2: Subarray crossdipole VH

GAMBAR 3: Hasil simulasi VSWR

B-2. Implementasi Sistem Antena Gain Besar Multi-band 1.7-2.5 GHz

Untuk peningkatan TKDN dan mengurangi keber-gantungan import, implementasi antena multibandhighgain ini menggunakan material yang terdapatdalam pasar lokal, yaitu FR-4. Implementasi antenadidasarkan pada penggunaan crossdipole untuk men-dukung operasi polarisasi vertikal dan horizontal. Fotohasil implementasi diperlihatkan pada GAMBAR 5 danGAMBAR 6.

Prosiding InSINas 2012

HK-28 0050: Joko Suryana & Herma Yudhi Irwanto

GAMBAR 4: Hasil Simulasi Pola Radiasi

GAMBAR 5: Foto Implementasi Subarray Antena crossdipole VH

B-3. Pengukuran Sistem Antena Gain Besar Multi-band 1.7-2.5 GHz

Pada tahap pengukuran kinerja ini, beberapa pengu-kuran akan dilakukan terkait dengan kinerja sistem an-tena. Pengukuran sistem antena multiband meliputi:Gain, Pola Radiasi, Bandwidth, Beamwidth dan VSWR.GAMBAR 7 dan 8 berikut memperlihatkan set up pengu-kuran VSWR dan hasil pengukuran pola radiasi.

B-4. Penyerpurnaan Prosesor TrackingPada kegiatan ini telah dilakukan pemilihan

teknik tracking yang akan digunakan pada trackingroket/UAV. Teknik tracking yang dipilih menggu-nakan empat buah antena penerima yang mewakiliempat kuadran yaitu atas, bawah, kiri, dan kanan.Masing-masing antena dihubungkan dengan LowNoise Amplifier (LNA) dan berikutnya dihubungkandengan power detector. Keluaran power detectordihubungkan dengan microprocessor yang kemudianakan memerintahkan kepada actuator yang memerin-tahkan motor penggerak antena apakah antena harusbergerak secara elevasi maupun azimuth. Berikut iniadalah blok diagram sistem tracking dan implementasihardware-nya.

GAMBAR 6: Foto Hasil Implementasi Antena 4×4 V dan 4×4 H

GAMBAR 7: Set up Pengukuran VSWR

B-5. Melakukan realisasi penggerak azimuth dan el-evasi dengan Daya yang Lebih Besar

Pada kegiatan ini, telah dilakukan perancanganmekanik sistem penggerak azimuth dan elevasi dengandua motor listrik dan sistem gearnya. Untuk meng-gerakan dua motor tersebut dibutuhkan driver dayayang pengendaliannya dilakukan dengan PWM (PulseWidth Modulation) dengan kendali mikroprosesor.

Spesifikasi motor yang dipilih bisa digunakan untuk

Prosiding InSINas 2012

0050: Joko Suryana & Herma Yudhi Irwanto HK-29

GAMBAR 8: Pengukuran pola radiasi

GAMBAR 9: Blok Diagram sistem

GAMBAR 10: Modul-modul Tracking

pengendalian beban seberat antena parabola/reflektoryang akan dipakai sebagai sistem monopulse.Untukmendukung beban antena baru, pada tahun keduaini dilakukan perbaikan platform tracking denganmelakukan penyesuaian kemampuan mengendalikanbeban antena yang lebih besar. Oleh karena itu, mo-

GAMBAR 11: Antena terpasang pada Platform Dual Motor

tor penggerak arah azimuth dan elevasi diubah denganmotor daya yang lebih besar. GAMBAR 11 memperli-hatkan platform tracking dengan dual motor.

f.Integrasi Modul Kendali Tracking dengan ModulAntena Pada kegiatan ini telah dilakukan intergrasi danadjustment ulang setting parameter untuk implemen-tasi teknik tracking pada sistem antena yang baru be-serta penggantian sistem dual motor yang lama denganyang baru. Teknik tracking yang dipilih mengguna-kan empat buah antena penerima yang mewakili empatkuadran yaitu atas, bawah, kiri, dan kanan. Masing-masing antena dihubungkan dengan Low Noise Ampli-fier (LNA) dan berikutnya dihubungkan dengan powerdetector. Keluaran power detector dihubungkan de-ngan micro processor yang kemudian akan memerin-tahkan kepada actuator yang memerintahkan motorpenggerak antena apakah antena harus bergerak secaraelevasi maupun azimuth. Berikut ini adalah gambar pe-rangkat modul deteksi pergerakan obyek pada kanal-kanal kanan, kiri, bawah dan atas. Foto berikut mem-perlihatkan integrasi subsistem RF dengan antena danplatform dual motor.

B-6. Pengujian Fungsi TrackingUntuk melakukan pengujian fungsi tracking di-

butuhkan Signal Generator, Antena Pemancar yangmewakili sinyal UAV atau roket serta perangkat Volt-meter sebanyak 2 buah untuk pengamatan kanal kanandan kanal kiri atau kanal atas dan kanal bawah. Sistemmonopulse didasarkan pada deteksi pergerakan obyekdengan menggunakan selisih sinyal terima Kanan-Kiridan Atas-Bawah. Kanal kanan dan kiri digunakan olehsistem tracking untuk deteksi pergerakan dalam arah

Prosiding InSINas 2012

HK-30 0050: Joko Suryana & Herma Yudhi Irwanto

GAMBAR 12: Foto intergasi modul kendali dan antena

GAMBAR 13: Foto Pengukuran Kinerja Deteksi Pergerakan Obyek

azimuth, sedangkan kanal atas dan kanal bawah untukdeteksi elevasi. Foto pengujian fungsi tracking diperli-hatkan sebagaimana GAMBAR 13.

IV. KESIMPULANDari paparan hasil riset di atas, dapat disimpulkan

bahwa telah tercapai target kegiatan riset untuk bulan1 sampai dengan bulan 10 dengan anggaran 100% dari

GAMBAR 14: Foto Hasil Deteksi Obyek

total anggaran. Gambaran mengenai target dan capaianTahun II diperlihatkan dalam tabel berikut ini:

DAFTAR PUSTAKA[1] Joko Suryana dkk, ”Laporan Akhir SINAS 2012”,

Riset Insentif Nasional 2012, Kemenristek h ISTS),Kanazawa Jepang, 4-11 Juni 2006.

[2] Joko Suryana dan Herma Yudhi, ”Peran-cangan dan Implementasi Antena Pay-load/Telemetri/GPS Corformal pada Sistem RoketLAPAN RX-420.” Seminar Nasional RADAR IV,LIPI, 2010 di Jogjakarta

Prosiding InSINas 2012