PEMODELAN KANAL KOMUNIKASI AKUSTIK PADA PERAIRAN DANGKAL

Transkripsi

1 PEMODELAN KANAL KOMUNIKASI AKUSTIK PADA PERAIRAN DANGKAL Taufani Rizal Nofriansyah NRP Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Wirawan, DEA Ir. Endang Widjiati, M.Eng.Sc

2 Latar Belakang Kondisi perairan Indonesia yang sangat potensial Perlunya pengembangan sistem komunikasi bawah air Perbedaan karakteristik pada komunikasi bawah air 2

3 Permasalahan Proses Komunikasi Sederhana Apa saja parameter kanal komunikasi bawah air? Bagaimana pengaruh parameter tersebut? Sumber Kanal Kanal Penerima Fokus!! Bagaimana memodelkan kanal komunikasi bawah air? 3

4 Batasan Masalah Pemodelan kanal menggunakan software MatLab Pemodelan kanal difokuskan pada kondisi perairan dangkal Pengamatan hasil difokuskan pada waktu kedatangan dan amplitudo keluaran sinyal 4

5 Tujuan Mempelajari komunikasi akustik pada perairan dangkal Mempelajari parameter parameter kanal perairan dangkal Membuat pemodelan kanal menggunakan software MatLab 5

6 Perairan Dangkal Perairan dangkal adalah perairan kontinental yang diasumsikan memiliki rata rata kedalaman maksimal 200 meter. [2] 6

7 Kecepatan Suara Karena kecepatan suara pada perairan dangkal tidak berubah secara signifikan oleh kedalaman, kecepatan suara pada perairan dangkal hanya dipengaruhi oleh temperatur (T) dan salinitas air laut (S) [1]: c = 1449,36 + 4,6T 0,055T 2 + 0,000029T 3 + 1,34 0,01T S 35 7

8 Model Ray Jarak yang ditempuh melalui jalur lurus dapat dinotasikan sebagai D 00, dimana: D 00 = R 2 +(d 1 d 2 ) 2 Jarak yang ditempuh melalui jalur permukaan dapat dinotasikan sebagai D sb, dimana: D sb = R 2 + 2bh + d 1 1 s b d 2 2 Jarak yang ditempuh melalui jalur dasar dapat dinotasikan sebagai D sb, dimana: D sb = R 2 + 2bh d 1 + ( 1) b s d 2 2 8

9 Parameter Kanal Spherical Spreading Absorbsi Volume Pantulan Permukaan Delay Pantulan Dasar 9

10 Spherical Spreading Diasumsikan bahwa sumber adalah bersifat omnidirectional dan faktor yang merepresentasikan loss dalam tekanan amplitudo pada spherical spreading sepanjang jalur dari panjang D dapat dirumuskan [4]: L ss = 1 D 2 = 1 D 10

11 Absorbsi Volume Ketika suara terpropagasi di lautan, sebagian dari energi akustik secara kontinyu mengirimkan panas. Pendekatan empiris untuk koefisien atenuasi β (in db/km), frekuensi f (dalam khz, diantara 3 khz khz), salinitas S (dalam ) dan tekanan hidrostatis P (dalam kg/cm 2 Dimana, L A D = exp 0,998D SAf Tf 2 f T 2 + f 2 + Bf2 f T A = 2, , B = 3, f T = 21,9 10 T

12 Pantulan Permukaan Laut Jika permukaan kasar (disebabkan oleh gelombang), sedikit loss akan terjadi pada setiap interaksi permukaan. Pemodelan loss diasumsikan dengan adanya faktor konstan loss dari L SR per interaksi permukaan. 12

13 Pantulan Dasar Laut - 1 Impedansi yang tidak cocok antara perairan laut dan dasar laut menyebabkan dasar laut dapat memantulkan beberapa suara yang datang dan dijelaskan sebagai [3]: L B θ = m cos θ n2 m cos θ + sin 2 θ n 2 sin 2 θ Dimana, m = ρ 1 ρ, n = c c 1 - ρ dan c adalah kerapatan dan kecepatan suara pada perairan laut - ρ 1 dan c 1 adalah kerapatan dan kecepatan suara pada dasar laut 13

14 Pantulan Dasar Laut - 2 Sudut θ sb berhubungan dengan jalur D sb dan sudut θ sb berhubungan dengan jalur D sb, θ sb = tan 1 θ sb = tan 1 R 2bh + d 1 1 s b d 2 R 2bh d b s d 2 14

15 Delay τ sb adalah keterlambatan waktu kedatangan dari jalur D sb dan τ sb adalah keterlambatan waktu kedatangan dari jalur D sb : τ sb = D sb D 00 c τ sb = D sb D 00 c 15

16 Pemodelan Kanal Dari semua parameter diatas, didapatkan: y t = A 00 t L ss D 00 L A D 00 x t s + A sb t L ss D sb L A D sb L s SR L b b BR L B θ sb x t τsb + J sb t s=1 b=s 1 b + A sb t L ss D sb L A D sb L s SR L b b BR L B θ sb x t τsb + J sb t b=1 s=b 1 16

17 Metodologi Penelitian 17

18 Nilai Input Parameter Simbol Nilai Jarak R 100 m dan 200 m Kedalaman laut h 10 m dan 14,5 m Kedalaman sumber d1 3 m Kedalaman penerima d2 2 m Frekuensi f 3000 Hz Frekuensi sampling fs Hz Loss Permukaan Lsr 3 db Loss Dasar Lbr 10 db Kepadatan air ρ 1023 kg/m 3 Kepadatan dasar laut ρ kg m 3 Kecepatan suara dasar laut c m/s Suhu air T 27 C Salinitas S 35 ppt Banyak pantulan N 5 Noise AWGN n(t) 5 db 18

19 Profil Kecepatan Suara di Singapura 19

20 Sinyal Inputan 20 Sinyal sinusoidal yang dibangkitkan menggunakan konfigurasi frekuensi sebesar 3000 Hz dengan frekuensi sampling sebesar Hz

21 Hasil Simulasi (Waktu Kedatangan) - 1 Nilai parameter pada R = 100 m dan h = 10 m Kedatangan Jarak Tempuh (m) Waktu Kedatangan (s) 1 174,8151 0, ,6784 0, ,1344 0, ,3421 0, ,6050 0,1332 Nilai parameter pada R = 100 m & h = 14,5 m Kedatangan Jarak Tempuh (m) Waktu Kedatangan (s) 1 183,3386 0, ,2058 0, ,5331 0, ,4354 0, ,6770 0,1878 Waktu Kedatangan D00 = 0,0650 s 21

22 Hasil Simulasi (Waktu Kedatangan) - 2 Nilai parameter pada R = 200 m dan h = 10 m Nilai parameter pada R = 200 m dan h = 14,5 m Kedatangan Jarak Tempuh (m) Waktu Kedatangan (s) 1 337,5082 0, ,3479 0, ,5724 0, ,9829 0, ,3581 0,1699 Kedatangan Jarak Tempuh (m) Waktu Kedatangan (s) 1 342,0867 0, ,0193 0, ,4334 0, ,6517 0, ,0129 0,2085 Waktu Kedatangan D00 = 0,1299 s 22

23 Sinyal Output (R = 200 m & h = 10 m ) 23

24 Hasil Simulasi (amplitudo) Jarak dan Kedalaman Amplitudo Sinyal Output Sinyal Output + Noise R = 100 m, h = 10 m R = 100 m, h = 14,5 m Max. 4, , Min. -4, , Max. 4, , Min. -5, , R = 200 m, h = 10 m Max. Min. 6, , , , R = 200 m, h = 14,5 m Max. 4, , Min. -4, ,

25 Kesimpulan Dari hasil perhitungan, didapatkan waktu kedatangan terkecil terdapat pada R = 100 m dan h = 10 m serta waktu kedatangan terbesar terdapat pada R = 200 dan h = 14,5 m. Perbandingan antara amplitudo sinyal pada jarak 100 m dan 200 m serta kedalaman 10 m dan 14,5 m menunjukkan bahwa redaman amplitudo sinyal berbanding lurus dengan peningkatan jarak maupun kedalaman. Pemberian noise dengan SNR sebesar 5 db menyebabkan peningkatan amplitudo pada sinyal yang didapat. 25

26 Saran Penggunaan data karakteristik salah satu kondisi perairan di Indonesia dapat digunakan pada penelitian berikutnya sebagai data acuan dan data masukan untuk mengembangkan kanal komunikasi akustik pada perairan dangkal Indonesia. Melakukan pengukuran pada kondisi nyata sehingga dapat membandingkan hasil keluaran sinyal secara simulasi dan pengukuran. Meneliti karakteristik noise yang sering terjadi di salah satu kondisi perairan di Indonesia juga dapat dilakukan sebagai pemodelan kanal dengan kondisi noise yang terjadi pada kenyataannya. 26

27 Daftar Pustaka 1. Chitre, Mandar., (2006) Underwater Acoustic Communications in Warm Shallow Water Channels, PhD Thesis, Electrical & Computer Engineering National University Of Singapore. 2. Etter, Paul C., (1996) Underwater Acoustic Modelling, 2 nd edition. Chapman & Hall. London. 3. Brekhovskikh, L.M., Lysanov, Yu.P., (2003) Fundamental of Ocean Acoustic. American Institute of Physics, New York. 4. Jensen, F.B., Kuperman, W.A., Porter, M.B. and Schmidt, H. (1994) Computational Ocean Acoustics. American Institute of Physics, New York. 5. Stojanovic, M Recent advances in high-speed underwater acoustic communications, IEEE J. Ocean. Eng. 21, Jesus, S.M., Porter, M.B., Stephan, Y., Demoulin, X., Rodriguez, O., Coelho, E., (2001) Single Hydrophone Source Localization, IEEE Journal of Ocean Engineering. 27

28 28 Terima Kasih

29 29 - Lampiran -

30 Loss Transmisi vs Jarak [2] 30

31 Atenuasi vs Frekuensi [3] 31

32 Spherical Spreading 32

33 Absorbsi Volume 33

34 Rayleigh Distribution 34

35 Gaussian Distribution 35

36 SNR 36

37 Konversi db 37

38 Data (R = 100 m dan h = 10 m) Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan 1 174,8151 0,0079 0, ,6784 0,0185 0, ,1344 0,0326 0, ,3421 0,0494 0, ,6050 0,0682 0, Waktu Kedatangan D00 = 0,0650 s

39 Data (R = 100 m dan h = 14,5 m) Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan 1 183,3386 0,0162 0, ,2058 0,0366 0, ,5331 0,0622 0, ,4354 0,0914 0, ,6770 0,1228 0, Waktu Kedatangan D00 = 0,0650 s

40 Data (R = 200 m dan h = 10 m) Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan 1 337,5082 0,0041 0, ,3479 0,0098 0, ,5724 0,0178 0, ,9829 0,0279 0, ,3581 0,0400 0, Waktu Kedatangan D00 = 0,1299 s

41 Data (R = 200 m dan h = 14,5 m) Kedatangan Jarak Tempuh Delay Waktu Kedatangan 1 342,0867 0,0085 0, ,0193 0,0202 0, ,4334 0,0362 0, ,6517 0,0559 0, ,0129 0,0786 0, Waktu Kedatangan D00 = 0,1299 s