UTS RADAR & NAVIGASI 2013

Oleh:

Angga Panca Alam Anugrah (105514050)

S1 PTE / ELKOM 2 2010

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

UJIAN TENGAH SEMESTER (UTS)

MATA KULIAH : RADAR DAN NAVIGASIHARI/TANGGAL : Senin, 11 Nopember 2013SIFAT : Take Home WAKTU : Dikumpulkan Tgl 14-11-2013 (Sampai Jam 13.00)

Hard Copy DOSEN : Drs. J.A. PRAMUKANTORO, M.Pd

Dr. YOSIA DANIEL, ST, M. Si

1. Buat blok diagram prinsip kerja sistem pesawat RADAR dan Jelaskan secara singkat! (tulis

referensi buku yang saudara gunakan, sesuai cara penulisan daftar pustaka)

2. Diketahui perbedaan waktu antara TX-Obyek-RX adalah 500 +Xμ detik (X adalah 2 digit

terakhir No Reg saudara). Jika kecepatan rambatan gelombang radio mendekati 300m per μ

detik. Hitunglah jarak antara TX dan Obyek/target dalam satuan mil!

3. Sebutkan band yang digunakan oleh sistem Radar dengan range frekuensi dan karakteristik

propagasinya (tulis referensi buku yang saudara gunakan, sesuai cara penulisan daftar pustaka)

4. Jelaskan yang dimaksud dengan “Antenna Scanning”!(tulis referensi buku yang saudara

gunakan, sesuai cara penulisan daftar pustaka)

5. Hitunglah jarak maksimum yang dapat dicapai dari sebuah sistem RADAR yang beroperasi

pada Frekuensi 8+X Ghz (X adalah 1 digit terakhir No Reg saudara)dengan daya puncak

pulsa (Pt) 10 KW. Daya minimum yang dapat diterima (Pmin) adalah 10-15 W dengan Ao

(sesuai dengan 2 digit terakhir No Reg saudara). Sedangkan S = 10 m2

6. Diketahui jarak antara Radar dan pesawat adalah 8+X mil, dengan sudut elevasi 10∘+X (X

adalah 2 digit terakhir No Reg saudara). Hitunglah ketinggian pesawat tersebut!

SELAMAT MENGERJAKAN – SEMOGA SUKSES

JAWABAN UTS RADAR DAN NAVIGASI :1.

Gambar 1. Blok diagram simple RADAR

Gambar 2. Cara kerja dasar RADAR

Transmitter (TX) yang terhubung dengan antenna pemancar RADAR memancarkan gelombang elektromagnetik, dan receiver (RX) yang terhubung dengan antenna penerima untuk menerima setiap gelombang yang direfleksikan dari suatu target. Sederhananya, target merupakan bagian dari medium propagasi (juga disebut kanal) diantara lokasi transmisi dan penerimaan. Umumnya antenna transmitter dan receiver RADAR menjadi satu dengan suatu komponen yang disebut duplexer agar pemancaran gelombang elektromagnetik pada satu antenna yang sama dapat dilakukan secara bersamaan. Pada gambar 1, gelombang elektromagnetik dari transmitter masuk ke duplexer untuk diolah agar dapat ditransmisikan melalui 1 antenna yang juga digunakan untuk menerima sinyal. Pantulan gelombang dari suatu obyek akan ditangkap oleh antenna dan diolah dulu pada duplexer, kemudian diteruskan ke bagian sinyal prosesor , setelah itu hasilnya ditampilkan pada display radar.

Referensi:Skolnik, Merril. I. 2008. Radar Handbook, Third Edition. McGraw-Hill Publishing

Company.Peebles, Jr., Peyton Z. 1998. Radar Principles. John Wiley & Sons, Inc.

2. Diketahui : tR (time delay) = 500+50 = 550 µs =5,5 x 10-4 sc = 300 m/µs = 3 x 108 m/s

Ditanya : RTX (Jarak TX dengan obyek target)…..?

Jawab : RTX = c x tR

2=300000000 x 0,00055

2=165000

2=82500 m

Jadi : 82500 m=82,5 Km x 0,62137=51,263 mil

3.Tabel 1. RADAR frekuensi-band berdasarkan aturan standar IEEE

Band Frekuensi Band Spektrum Karakteristik propagasi Pemanfaatan3 – 30 MHz High Frequency (HF) Pemantulan ionosphere

(ionospheric Reflection) bervariasi berdasarkan waktu, musim dan frekuensi; noise atmosphere yang rendah pada 30 MHz

Radio amatir; penyiaran internasional, komunikasi militer, pesawat terbang jarak jauh dan komunikasi kapal, telepon, telegraf dan faksimile

30 – 300 MHz Very High Frequency (VHF)

Mendekati propagasi Line of Sight (LOS) dengan skatering diakrenakan pembalikan temperature, cosmic noise

TV VHF, radio FM dua jalur, komunikasi pesawat AM, alat bantu navigasi pesawat terbang

0.3 – 3 GHz Ultrahigh Frequency (UHF)

Propagasi LOS, cosmic noise

TV UHF, telepon selular (HP), alat bantu navigasi, radar, GPS, jalur microwave, system komunikasi personal

1.0 – 2.02.0 – 4.03.0 – 30 GHz

LSSuperhigh Frequency (SHF)

Propagasi LOS; atenuasi curah hujan diatas 10 GHz, atenuasi atmosphir dikarenakan oksigen dan uap air, penyerapan uap air yang tinggi pada 22.2 GHz.

Komunikasi satelit, jalur radar microwave

2.0 – 4.04.0 – 8.08.0 – 12.012.0 – 18.018.0 – 27.027.0 – 40.026.5 – 40.030 – 300 GHz

SCXKuKKaRExtremely High Frequency (EHF)

Propagasi LOS, atenuasi curah hujan diatas 10 GHz, atenuasi atmosphir dikarenakan oksigen dan uap air, penyerapan uap air yang tinggi pada 183 GHz dan penyerapan okisgen pada 60 dan 119 GHz

Radar, satelit dan percobaan

27.0 – 40.026.5 – 40.033.0 – 50.040.0 – 75.075.0 – 110.0110.0 – 300.0103 – 107 GHz

KaRQVWmm (millimeter)Infrared, visible Light, dan ultraviolet

Propagasi LOS Komunikasi optik

a. HF (3-30 MHz) dan VHF (30-300 MHz), (A- and B- Band)Radar band HF digunakan untuk mendeteksi target pada range jauh (sampai 200

nautical mile) yang menggunakan kelebihan energi HF yang terbiaskan oleh ionosfer. VHF merupakan frekuensi yang sangat baik untuk deteksi misil balistik dan surveillance, pada frekuensi ini koefisien pembiasan pada penyebaran di permukaan

bumi menjadi sangat besar, terlebih pada air, sehingga gangguan antara sinyal yang ditransmisikan dengan sinyal yang dipantulkan bisa meningkatkan range radar VHF secara signifikan. Namun, terjadi juga gangguan yang merusak bagi deep nulls pada pola antenna di elevasi pesawat, sehingga mengakibatkan buruknya deteksi ketinggian obyek di atas permukaan laut, resolusi dan sudut akurasi buruk, dapat dipengaruhi oleh ionisasi meteor dan aurora, serta banyaknya penggunaan band VHF untuk kepentingan TV dan FM broadcast. Saat ini frekuensi HF dan VHF telah dipakai untuk radar peringatan dini dan disebut juga radar OTH (Over The Horizon). Menggunakan frekuensi rendah lebih mudah memperoleh daya pancar tinggi. Pelemahan gelombang elektromagnetik lebih rendah daripada menggunakan frekuensi tinggi. Namun akurasinya terbatas, karena frekuensi rendah memerlukan antenna dengan ukuran fisik yang lebih besar dimana akan menentukan akurasi sudut dan sudut resolusi. Pita frekuensi ini digunakan untuk komunikasi dan layanan siaran juga, sehingga bandwith radar terbatas (dengan meningkatkan akurasi dan resolusi lagi). Pita frekuensi ini sekarang ini diteliti kembali, sementara nyatanya teknologi stealth tidak memiliki efek yang diinginkan pada frekuensi rendah.

b. UHF (C- Band/300-1000 MHz)Ada beberapa jenis radar yang khusus dikembangkan untukpita frekuensi (300

MHz-1 GHz). Frekuensi ini bagus untuk operasi radar seperti deteksi dan tracking satelit serta misil balistik dalam jarak yang cukup jauh. Radar ini beroperasi sebagai sistem peringatan dini dan penentuan target seperti radar surveillance untuk Medium Extended Air Defense System (MEADS). Beberapa aplikasi radar cuaca seperti wind profilers bekerja dengan frekuensi ini karena gelombang elektromagnetik kurang terpengaruh dengan awan dan hujan namun buruk pada pantulan bumi.

c. L (D- Band)Pita frekuensi ini (1-2 GHz) lebih banyak digunakan untuk beroperasi sebagai

radar long-range air-surveillance radars sampai 250 NM (≈400 km). Mentransmisikan pulsa dengan daya tinggi, bandwidth lebar dan seringkali memakai modulasi intrapulse. Juga mampu pada lengkungan bumi mencapai range maksimum terbatas untuk target yang terbang dengan ketinggian yang rendah. Objek ini menghilang sangat cepat dibelakang horizon. Pada Air Traffic Management (ATM) radar long-range surveillance seperti Air Route Surveillance Radar (ARSR) bekerja pada pita frekuensi ini. Dipasangkan dengan suatu Monopulse Secondary Surveillance Radar (MSSR) kesemuanya menerapkan besar yang cukup relatif, namun rotasi antennanya cukup lamban. Pendesain L-Band akan bagus sebagai penyesuaian mnemonic menggunakan antenna besar atau long range.

d. S (E/F-Band)Redaman atmosfer lebih tinggi pada D-Band. Perangkat Radar memerlukan daya

pancar yang tinggi sekali disbanding pada range frekuensi rendah untuk mencapai range maksimum yang optimum. Contohnya: diberikan Medium Power Radar (MPR) dengan daya pulsa hingga 20 MW. Pada range frekuensi ini terpengaruh kondisi cuaca daripada D-band. Sehingga radar cuaca bekerja menggunakan frekuensi E/F-Band, namun pada kondisi iklim subtropics dan tropis, karena di sini radar dapat melihat melalui badai dengan petir menyambar. Special Airport Surveillance Radars (ASR) digunakan pada bandara untuk mendeteksi dan menampilkan posisi pesawat pada area terminal dengan range medium hingga 50-60 NM (≈100 km). Suatu ASR mendeteksi posisi pesawat dan kondisi cuaca di sekitar kawasan sipil dan landasan terbang militer.

Desain S-Band (lawan L-Band) bagus dengan penyesuaian mnemonic dengan antenna pendek atau range pendek.

e. C (G- Band)Pada G- Band digunakan pada banyak pengawas (surveillance) medan perang

militer yang bersifat, control misil dan perangkat radar ground surveillance dengan range medium atau pendek. Ukuran antenna menghasilkan akurasi dan resolusi yang baik, namun umumnya antenna berukuran relative kecil dan tidak mengganggu relokasi yang cepat. Terpengaruh oleh kondisi cuaca yang buruk sangat tinggi. Sehingga radar air-surveillance menggunakan feed antenna dengan polarisasi sirkular. Pita frekuensi ini dipakai untuk sebagian besar radar cuaca digunakan untuk menentukan lokasi hujan pada zona temperature seperti Eropa.

f. X- dan Ku (I/J- Band)Pada pita frekuensi ini (8-12 GHz) hubungan antara penggunaan panjang

gelombang dan ukuran antenna dianggap lebih baik dibandingkan dengan pita frekuensi rendah. Pita I/J- merupakan pita frekuensi radar yang relative populer untuk aplikasi militer seperti radar pesawat pengangkut untuk menunjukkan jalur pesawat pencegat, pesawat tempur, dan menyerang petarung musuh dan target di tanah. Antenna yang sangat kecil menghasilkan performa yang bagus. Sistem pemandu misil pada pita I/J- memerlukan ketepatan ukuran , sehingga, disukai untuk aplikasi dimana mobilitas dan ringan sangat penting dan range yang sangat jauh bukanlah hal yang terlalu diperlukan. Pita frekuensi ini cukup lebar dipakai untuk maritime sipil dan radar navigasi militer. Antenna yang sangat kecil dan murah dengan kecepatan rotasi tinggi cukup untuk range yang maksimum dan akurasi yang bagus. Memasukkan gelombang pandu dan antenna pola kecil yang digunakan sebagai radar antenna, dibawah perlindungan kubah radar. Pita frekuensi ini juga populer untuk radar imaging yang berbasiskan pada Synthetic Aperture Radar (SAR) keduanya untuk elektronik intelijen militer dan mapping geografis sipil. Suatu Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) khusus yang dipakai sebagai instrument control polusi pada pesawat pengangkut maritim. Sangat sensitif dan dapat mendeteksi partikel berukuran kecil karena panjang gelombang yang lebih kecil. Radar ini digunakan untuk mempelajari pembentukan awan karena mereka dapat mendeteksi partikel air yang sanagt kecil dan juga digunakan untuk mendeteksi presipitasi cahaya seperti salju. X band radar juga dapat diredam dengan mudah, sehingga dipakai hanya untuk range pendek observasi cuaca. Juga, seperti radar Doppler on Wheels. (DOW). Kebanyakan pesawat dilengkapi dengan radar pita X untuk menghindari turbulensi dan fenomena cuaca.

g. K dan Ka

Semakin tinggi frekuensi, semakin tinggi peredaman atmosfer. Bilapun mencapai range akurasi dan resolusi meningkat juga. Aplikasi radar pada pita frekuensi ini memiliki range pendek, resolusi yang sangat tinggi dan rasio memperbarui data cukup tinggi. Pada ATM ini perangkat radar yang disebut Surface Movement Radar (SMR) atau Airport Surface Detection Equipment (ASDE). Menggunakan pulsa transmisi yang sangat pendek sekitar beberapa nanodetik menghasilkan suatu range resolusi, yang mana garis luar pesawat dapat terlihat pada layer radar. Peredamnya adalah uap air.

h. V bandDengan dispersi molekuler (disini maksudnya terpengaruh dengan kelembaban

udara), pita frekwensi ini ditinggalkan karena redamannya tinggi. Aplikasi radar terbatas untuk range pendek beberapa meter saja.

i. W bandAda 2 fenomena yang terlihat, redaman maksimum pada frekuensi sekitar 75 GHz

dan relatif minimum pada frekuensi sekitar 96 GHz. Keduanya, range frekuensi digunakan secara praktis. Pada teknik otomotif gambaran pemakaian radar pada frekuensi yang sangat tinggi seperti 100 Hz.

j. Milimeter Wave Radar (40-300 GHz)Meski cakupan frekuensi ini sangat luas, teknologi gelombang sinyal band

milimeter dan efek propagasi. Tidak berbeda dengan radar mikrowave. Sinyal radar milimeter pelemahannya sangat tinggi pada atmosfer yang bersih. Pelemahannya bervariasi pada region tertentu, pelemahan lebih besar pada absorpsi oleh uap air, absorpsi oksigen, absorpsi hujan (namun terbatas). Memiliki sinyal badwidth yang lebar (terdapat banyak ruang spektrum frekuensi yang kosong), high-range resolution, narrow beamwidth dengan antenna yang kecil, memerlukan daya kurang dari seratus watt

k. Laser RadarLaser dapat menghasilkan daya yang berguna pada spektrum frekuensi optik dan

pada infrared. Bisa memanfaatkan bandwidth yang lebar (pulsa sangat pendek) dan memiliki beamwidth yang sangat sempit (narrow beamwidth). Bukaan antenna (aperture antenna), juga lebih kecil daripada mikrowave. Pelemahan hanya pada atmosfer dan hujan yang sangat tinggi, dan kemampuannya pada cuaca yang buruk juga sangat terbatas. Noise receiver ditentukan oleh efek kuantum daripada thermal noise, sehingga laser radar memiliki aplikasi yang cukup terbatas.

Referensi:Skolnik, Merril. I. 2008. Radar Handbook, Third Edition. McGraw-Hill Publishing

Company.Peebles, Jr., Peyton Z. 1998. Radar Principles. John Wiley & Sons, Inc.Electronic warfare fundamentals, November 2000Electronic warfare and radar systems engineering handbookhttp//www.radar.edu (diakses tanggal 11 November 2013 pukul 19.00 WIB)

4. Antenna scanning merupakan salah satu bagian penting radar yang berfungsi untuk menghantarkan proses pemancaran tenaga frekuensi radio (rf) yang dikirim dari transmitter unit ke sekeliling kapal secara horizontal dalam bentuk alur (beam) dan seterusnya menerima kembali gema radio yang dipantulkan oleh sasaran untuk diteruskan ke receiver unit, selain itu antenna scanning juga memancarkan gelombang elektromagnetik kepada suatu objek dan menangkap sinyal informasi yang dipantulkan objek tersebut sehingga informasi mengenai jarak, bentuk dan ketinggian suatu obyek dapat dihasilkan yang kemudian informasi tersebut akan ditampilkan dalam suatu display mengenai posisi obyek tersebutReferensi:http//www.bluefame.com.lofiversion.index.phpt/97612.html diakses tanggal 12 November

2013 pukul 19.30 WIB )

5. Diketahui : f = 8+0 = 8 GHz = 8 x 109 HzPt (daya puncak) = 10 KWPmin (Smin) = 10-15 WAe (jangkauan efektif antenna) = 50 m2

σ = 10 m2

Ditanya : Rmax (Jarak maksimum sistem RADAR)…..?

Jawab : λ = cf= 300000000

8000000000=0,0375 m

G = 4 π A e

λ2 =4 (3,14 ) .(50)(0,0375)2 = 628

0,0014=448571,43

Rmax =¿ Rmax = ¿

Jadi : Rmax = 5968,72 m=5,96872 Km x 0,62137=3,709 mil

6. Diketahui : RTX (jarak antara RADAR dengan pesawat) = 8+50 = 58 milα (sudut elevasi) = 100 + 50 = 600

Ditanya : h ?Jawab : RTX = 58 mil = 94713,98 m

tan α =

hRTX

h = tan α.RTX = tan 600.(94713,98) = 1,732.(94713,98)h = 164049,43 m = 164,049 Km = 164,049 x 0,62137 = 101,94 mil

jadi ketinggian pesawat tersebut adalah 101,94 mil

Gambar 3. Model penghitungan ketinggian pesawat

Referensi:Peebles, Jr., Peyton Z. 1998. Radar Principles. John Wiley & Sons, Inc.