Seminar Nasional Informatika 2009 (semnasif 2009) ISSN: UPN Veteran Yogyakarta, 23 Mei 2009

Transkripsi

1 Seminar Nasional Informaika 29 (semnasif 29) ISSN: UPN Veeran Yogyakara, 23 Mei 29 METODA TDOA-RADAR SEKUNDER ROKET LAPAN MENGGUNAKAN LINEAR FM CHIRP SIGNAL Wahyu Widada ), Sri Kliwai 2) Lembaga Penerbangan dan Anariksa Nasional Jl. Raya LAPAN Rumpin, ogor Indonesia ) w_widada@yahoo.com, 2) sri_kliwai@yahoo.com Absrak LAPAN sedang mengembangkan RADAR ipe sekunder unuk sisem navigasi dan racking roke. Tulisan ini membahas aplikasi linier FM chirp signal sebagai sub-carrier unuk deeksi perbedaan waku anara signal yang dikirim dengan signal yang dipanulkan oleh ransponder (TDOA Time-Differen of Arrival). Frekuensi awal dan akhir signal FM disesuaikan dengan jarak maksimum roke yang akan dideeksi. Pemrosesan signal RADAR ini berbasis FFT (Fas Fourier Transform) dan peak deekor unuk menenukan delaynya. Hasil simulasi menunjukkan penggunaan signal sub-carrier ini dapa digunakan unuk deeksi delay waku dengan akura dan pemrosesan signalnya relaif mudah. Kaa kunci: Chirp signal, Fas Fourier Transform, TDOA, RADAR Sekunder.. PENDAHULUAN Pengembangan RADAR sekunder dilakukan unuk deeksi jarak (slan-range) roke saa meluncur dengan sasiun penerima. Jika ada iga koordina sasiun penerima, maka koordina roke ersebu dapa dihiung perubahannya dalam 3 dimensi. Prinsip ini sama dengan GPS (Global Posiion Sysem), hanya erbalik pada perhiungannya. Pada pengembangan sebelumnya elah menggunakan signal pulsa dengan frekuensi repeiion erenu. Meoda lain yang dapa digunakan adalah dengan memodifikasi signal yang dikirim unuk proses TDOA (Time-Differen of Arrival). Signal yang memungkinkan unuk digunakan sebagai sub-carrier adalah signal dengan modulasi frekuensi secara linier. Pada waku yang sama, maka anara signal yang dikirim dan yang dierima akan berbeda frekuensinya. Perbedaan ersebu dapa digunakan unuk deeksi delay waku. Tulisan ini membahas RADAR sekunder unuk navigasi roke dengan menggunakan meode baru yaiu Linear Frequency Modulaed (LFM) unuk penenuan delay waku (TDOA). Signal LFM adalah chirp signal dengan perubahan frekuensi yang dikonrol secara linear. Perubahan frekuensi dihiung dengan algorima FFT kemudian dengan perbandingan kecepaan perubahan frekuensi, jarak anara roke dengan sasiun penerima dapa dihiung secara akura. Meoda ini sanga handal erhadap random niose, karena dihiung pada domain frekuensi. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2. TDOA erbasis LFM Signal Jika kia menggunakan signal LFM dengan frekuensi f o dan berambah secara linear sampai f secara berulang-ulang, maka perubahan frekuensi ini dapa digunakan unuk menghiung delay waku ibanya. Perubahan frekuensi berdasarkan waku (LMF) diulis sebagai beriku: = + () Disini µ adalah chirp rae aau kecepaan perubahan frekuensi. f f µ f u T c Gambar. Time-frequency feaure of an LFM. Kecepaan perubahan frekuensi ini dapa diulis dengan persamaan beriku: -84

2 Seminar Nasional Informaika 29 (semnasif 29) ISSN: UPN Veeran Yogyakara, 23 Mei 29 µ = (2) Disini F adalah range frekuensi signal dan T c adalah waku yang T C digunakan unuk merubah frekuensi ersebu. Oleh karena iu dengan menggunakan persamaan () dan (2), signal yang dikirim dapa diulis sebagai beriku: S ( ) = cos 2 f + T π 2 (3) Gambar menunjukkan ilusrasi signal LFM dan gambar 2 C adalah conoh signal LFM. Pada durasi Tc, signal akan berambah frekuensinya secara linear. Ilusrasi perambahannya seperi pada gambar ersebu. Dengan menggunakan mixer, maka signal ini dapa dikombinasikan dengan signal carrier radio frekuensi. Desain dan prooipe hardware chirp signal generaor ini kan diulis secara lebih deail pada paper ersendiri. Gambar 2. Conoh signal chirp dalam domain waku. Unuk menenukan TDOA, maka masing-masing signal perlu dilakukan perhiungan spekrum pada waku erenu yang sama. Ilusrasi hasil perhiungannya adalah seperi pada gambar 3 dibawah. Dari gambar di aas T adalah delay waku yang dapa diulis dengan persamaan beriku: 2R T = C (4) Disini C adalah kecepaan radio, dan R adalah jarak arge (ransponder roke). Hubungan perbedaan frekuensi dan delay waku dapa diulis sebagai beriku: f = µ T (5) Dengan menggunakan persamaan () sampai dengan (5) maka dapa kia hiung jarak anara ranspoder dan sasiun penerima. Unuk memperoleh perbedaan frekuensi pada waku erenu perlu diaplikasikan algorima FFT dengan windowing (shor ime FFT). Tx Echo f f T 2.2. Simulasi dan Analisa TDOA Gambar3. Ilusrasi frekuensi signal yang dikirim dan yang dierima. Simulasi beriku ini unuk menghiung TDOA berbasis LMF yang digunakan sebagai sub-carrier pada RADAR sekunder. Parameer-parameer yang digunakan dalam simulasi ini dapa dirangkum pada abel beriku. -85

3 Seminar Nasional Informaika 29 (semnasif 29) ISSN: UPN Veeran Yogyakara, 23 Mei 29 Tabel. Parameer simulasi TDOA-RADAR. Parameer Value f Hz f C 2 Hz 2 Hz T C. sec Ampliudo Vol Lebar frekuensi adalah 2 Hz dan waku perubahan adalah. deik, sehingga dari parameer ersebu kecepaan perubahan frekuensi adalah 2 Hz/sec. Dengan menggunakan persamaan (3) maka signal chirp yang dihasilkan adalah seperi pada gambar 4 di bawah. Terliha signal sinusoidal dengan perubahan frekuensi hingga 2 Hz dengan kecepaan 2 khz per deik. Signal ini dikombinasikan dengan carrier signal pada ransmier RADAR secara periodik dan berulan-ulang secara koninyu. Ampliudo signal ini adalah Vol peako-peak sesuai dengan maksimum signal video agar juga dapa diaplikasikan pada TV ransmier. Percobaan TDOA chirp signal ini juga dapa menggunakan TV ransmier dan receiver..5 y() ime(s) Gambar 4 Signal LFM chirp. erbasis SFFT (Shor Fas Fourier Transform), maka spekrogram signal pada gambar 4 dapa digambar seperi pada gambar 5. Terliha adanya perubahan frekuensi dari sekiar nol hingga 2 Hz. Perubahan ersebu sesuai dengan persamaan () secara linear. Pada gambar ersebu perubahan frekuensi secara ideal berubah linear, akan eapi implemenasi pada hardware kemungkinan idak linear secara sempurna. Gambar 5. Spekrogram signal chirp. Perubahan yang kurang sempurna dan adanya ambahan noise dapa dikurangi dengan bandpass filer. Lookup able anara frekuensi dan kecepaan perubahan juga dapa digunakan unuk menambah akurasi perhiungan TDOA dengan inerpolasi kedua parameer ersebu...8 Power Frequency (Hz) Gambar 6 Frekuensi spekrum signal chirp. -86

4 Seminar Nasional Informaika 29 (semnasif 29) ISSN: UPN Veeran Yogyakara, 23 Mei 29 Spekrum frekuensi signal pada gambar 4 secara deail dapa diliha pada gambar 6. Power spekrum sediki mengalami osilasi dari sampai dengan 2 Hz. Kemudian, jika mengalami delay waku erenu, maka signal yang dipanulkan bergeser ke sebelah kanan. Gambar 7 menunjukkan signal yang elah bergeser sebesar -3 deik..5 y() ime(s) Gambar 7 Signal RADAR dengan delay waku.3 deik. Jika diubah menjadi jarak, maka pegeseran signal ersebu elah menempuh jarak bolak-balik sebesar.3x3x 8 meer. Specrogram signal ersebu dapa diliha pada gambar 8. Pada bagian kanan, frekuensi sediki bergeser ke bawah, sebaliknya pada bagian kiri bergeser ke aas. Gambar 8 Gambar spekrogram signal yang dipanulkan. Unuk menghiung delay waku, maka dapa dipilih pada bagian paling kanan signal unuk dihiung perbedaan frekuensi anara signal yang dikirim dan yang dipanulkan. Dengan menggunakan algorima FFT, maka kedua signal ersebu dapa digambar seperi pada gambar 9. Terliha ada 2 buah peak signal yang lokasinya berbeda. Dengan menggunakan peak deekor maka perbedaan frekuensi ersebu dapa dihiung dengan akura..8 Power Frequency (Hz) Gambar 9 Gambar spekrum frekuensi signal yang dikirim dan yang dipanulkan pada saa.3 deik erakhir. Hasil perhiungan menunjukkan perbedaan frekuensi sekiar 7 Hz. Sehingga, dengan menggunakan persamaan (5) delay waku adalah 7/2 deik. Dari hasil simulasi di aas maka signal chirp yang dimodulasi secara linear ini dapa dimanfaakan unuk meneukan TDOA pada sisem RADAR sekunder. Signal dapa diransmi secara koninyu dan akan ahan erhadap gangguan noise karena dihiung pada domain frekuensi. -87

5 Seminar Nasional Informaika 29 (semnasif 29) ISSN: UPN Veeran Yogyakara, 23 Mei KESIMPULAN Signal linier FM chirp elah dibahas unuk aplikasi perhiungan TDOA pada sisem RADAR sekunder. Dengan algorima shor FFT pada empa/waku yang sama, maka perbedaan frekuensi anara signal erkirim dan signal yang dipanulkan dapa dihiung unuk menenukan delay waku dan jarak roke. Lokasi peak dienukan dengan algorima peak deekor. Hasil analisa menunjukkan signal LFM chirp dapa diaplikasikan unuk sisem RADAR sekunder sebagai sisem racking peluncuran roke LAPAN. 5. DAFTAR PUSTAKA. Donald F. reslin, ADAPTIVE ANTENNA ARRAYS APPLIED TO POSITION LOCATION, Maser Thesis Virginia Polyechnic Insiue and Sae Universiy. 2. Rober J. Purdy eal, 2"Radar Signal Processing", LINCOLN LAORATORY JOURNAL VOLUME 2, NUMER 2 3. Wahyu Widada dan Sri Kliwai, 28, Desain Sisem Passive RADAR Radio UHF Unuk Aplikasi Uji Terbang Roke, Posiding SITIA ITS-Surabaya. 4. Wahyu Widada dkk, Meoda Kalibrasi TDOA Unuk Sisem Passive RADAR Trayekori Roke, IES ITS 28 Surabaya. 5. Wahyu Widada, Sri Kliwai,28, Frequency-Domain TDOA Esimaion Of Passive RADAR For Rocke Fligh Tes,Prosiding Seminar Nasional Fisika IT andung. 6. WahyuWidada,994., Rancangbangun Robo Pencari Asal Arah Suara erbasis Jaringan Saraf Tiruan, Thesis Sarjana Engineering Waseda Universiy, Tokyo JAPAN -88