PENENTUAN LOKASI SUMBER

Transkripsi

1 PENENTUAN LOKASI SUMBER DENGAN MENGGUNAKAN HYDROPHONE TUNGGAL Annisa Firasanti Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Wirawan, DEA Ir. Endang Widjiati, M.Eng.Sc

2 LATAR BELAKANG Potensi perairan Indonesia yang belum dimanfaatkan secara maksimal terutama untuk komunikasi nirkabel Proses deteksi yang merupakan isu yang penting dalam penelitian underwater acoustic Sistem hydrophone tunggal lebih hemat biaya dibandingkan sistem hydrophone array.

3 TUJUAN Mempelajari karakteristik sinyal akustik bawah air yang dipropagasikan dengan menggunakan model propagasi ray theory. Menghasilkan suatu contoh ray path yang dihasilkan dari sinyal akustik yang dimodelkan dengan ray theory. Mengetahui delay yang terjadi akibat setiap multipath yang ada di dalam kanal dengan masing-masing metode. Mendapatkan estimasi lokasi sumber dengan menggunakan data delay tersebut.

4 RUMUSAN MASALAH Bagaimana mendapatkan model kanal yang sesuai dengan karakteristik laut pada percobaan INTIMATE 96? Bagaimana cara mendapatkan estimasi jarak dan kedalaman sumber yang mendekati lokasi sumber yang asli dengan metode Matched Field Processing (MFP)? Apakah besar bandwidth sinyal mempengaruhi hasil estimasi lokasi sumber?

5 BATASAN MASALAH Software yang digunakan untuk simulasi adalah Matlab. Simulasi dibuat berdasarkan data dan studi literatur mengenai kondisi lingkungan pada INTIMATE 96. Simulasi digunakan dengan menggunakan hydrophone tunggal dengan sinyal sumber dengan karakteristik seperti pada INTIMATE 96.

6 METODOLOGI PENELITIAN Mulai Pembangkitan Sinyal Input Simulasi Pemodelan Kanal Sinyal Output Least Square estimator Signal Subspace estimator Noise Subspace estimator Analisa dan Perbandingan Penarikan Kesimpulan Selesai

7 RAY THEORY [1] R =jarak transmisi (m) d1 =kedalaman sumber (m) d2 =kedalaman hydrophone (m) h =kedalaman laut (m)

8 RAY THEORY Jarak yang ditempuh oleh eigenray yang berlintasan lurus Jarak yang ditempuh oleh eigenray yang mengalami pantulan

9 RAY THEORY Waktu kedatangan (s) dari gelombang yang mengalami pantulan yaitu

10 REDAMAN OLEH PENYERAPAN DAN PENYEBARAN [2] Untuk frekuensi rendah (100 Hz-3kHz) redaman suara dapat ditentukan dengan dan penyerapan energi pada jarak D adalah

11 TRANSMISSION LOSS[3] Cylindrical Spreading atau sebanding dengan dimana r = jarak (m)

12 RAYLEIGH FADING Pelemahan sinyal (fading) dimodelkan dengan distribusi Rayleigh, sebagai parameter sebagai berikut dimana W d adalah Doppler Shift (Hz) dan adalah waktu koheren yaitu waktu dimana sinyal dapat dianggap koheren atau dapat diprediksi fasenya.

13 PANTULAN OLEH PERMUKAAN Impedance mismatch antara laut dan udara menyebabkan permukaan laut menjadi bersifat reflektor. Permukaan laut diasumsikan relatif tenang, sehingga pantulannya akan mendekati sempurna atau koefisien refleksi adalah -1 [2]. Jika permukaan kasar (disebabkan oleh gelombang), akan terjadi loss pada setiap interaksi dengan permukaan. Rugi-rugi ini dimodelkan sebagai konstanta L sr di setiap interaksi dengan permukaan. Nilai L sr yang diambil adalah 3 db [1].

14 PANTULAN OLEH DASAR LAUT Impedance mismatch antara laut dan udara menyebabkan permukaan laut menjadi bersifat reflektor. Jika p dan c adalah tekanan dan kecepatan di air, dan p1 dan c1 adalah tekanan dan kecepatan di dasar lautuntuk dasar laut yang lembut, pantulan adalah sudut dependen dan dijelaskan oleh koefisien refleksi Rayleigh sebagai berikut [2],

15 SUDUT KEDATANGAN Sudut kedatangan dapat dikomputasikan berdasarkan geometri dari gelombang Pekeris. Jika sudut θ sb berhubungan dengan eigenray D sb dan sudut θ bs berhubungan dengan eigenray D bs maka [1]

16 TEORI PEMODELAN KANAL Jika x(t) adalah sinyal yang ditransmisikan melewati kanal dan y(t) adalah sinyal diterima, maka dengan mengabaikan delay waktu antara transmisi dan penerima, x(t) dapat dituliskan sebagai fungsi y(t) sebagai berikut [1]

17 SINYAL INPUT Sinyal input yang digunakan adalah sinyal chirp yang memiliki karakteristik broadband untuk mengatasi kekurangan informasi spasial pada sistem hydrophone tunggal.

18 MATCHED-FIELD PROCESSING (MFP) [4] Prinsip kerja dari MFP adalah melakukan korelasi antara hasil pengukuran dengan hasil simulasi yang melibatkan informasi lingkungan. Hasil tertinggi korelasi tersebut dianggap sebagai lokasi sumber yang sebenarnya.

19 MODEL DATA LINIER [5] Berdasarkan model data linier, sinyal akustik yang diterima berdasarkan sumber dengan lokasi diberikan dalam persamaan dimana adalah noise, dengan asumsi ini adalah white noise baik secara spasial maupun temporal.

20 LEAST SQUARE Untuk mencari M delay Untuk mencari lokasi,

21 SIGNAL SUBSPACE Untuk mencari M delay Untuk mencari lokasi

22 NOISE SUBSPACE Untuk mencari M delay Untuk mencari lokasi,

23 PROSES PENENTUAN LOKASI SUMBER

24 SINYAL INPUT DAN OUTPUT KANAL (a) Amplitudo (b) Waktu ( t) Kanal memberikan 2 pengaruh terhadap sinyal input, yaitu redaman dan delay.

25 LEAST SQUARE (JARAK) (a) Jarak (m) (b) Data

26 LEAST SQUARE (KEDALAMAN) (a) Kedalaman (m) (b) Data

27 SIGNAL SUBSPACE (JARAK) (a) Jarak (m) (b) Data

28 SIGNAL SUBSPACE (KEDALAMAN) (a) Kedalaman (m) (b) Data

29 NOISE SUBSPACE (JARAK) (a) Jarak (m) (b) Data

30 NOISE SUBSPACE (KEDALAMAN) (a) Kedalaman (m) (b) Data

31 RINGKASAN HASIL ESTIMASI Metode Jarak 2 km Jarak 2,5 km Hz Hz Hz Hz LS 2.13/ / / /0.001 SS 1.99/ / / /0.002 NS 2.46/ / / /0.55 Metode Jarak 2 km Jarak 2,5 km Hz Hz Hz Hz LS 22.79/ / / / SS 58.14/ / / / NS 56.81/ / /314, /353.87

32 KESIMPULAN Kanal perairan dangkal memberikan pengaruh redaman dan delay terhadap sinyal input. Metode yang paling baik untuk mengukur jarak di antara ketiga metode yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah Least Square dengan nilai MSE rata-rata 0,0437. Metode yang paling baik untuk mengukur kedalaman di antara ketiga metode yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah Least Square dengan nilai MSE rata-rata 284,91. Metode yang paling buruk untuk penentuan lokasi adalah noise subspace, karena metode ini mempunyai MSE yang paling besar diantara ketiga metode yang lain. Penentuan jarak mempunyai performansi yang lebih baik daripada penentuan kedalaman, karena rata-rata MSE pengukuran jauh lebih kecil dibandingkan MSE pengukuran kedalaman.

33 SARAN 1. Hasil simulasi hendaknya divalidasi dengan hasil pengukuran sebenarnya. 2. Selanjutnya dapat dilakukan penelitian mengenai penentuan lokasi aktif dengan menggunakan hydrophone tunggal. 3. Penentuan lokasi sumber dengan sistem hydrophone tunggal kali ini masih memerlukan data mengenai lokasi sumber yang sebenarnya. Untuk penelitian selanjutnya, dapat dilakukan penelitian tentang jenis metode penentuan lokasi yang lain yang dapat mengestimasi lokasi sumber tanpa harus ada informasi mengenai data lokasi sebenarnya. 4. Kekurangan informasi spasial pada sistem penentuan lokasi dengan hydrophone tunggal pada tugas akhir ini dapat diatasi dengan penggunaan sinyal sumber broadband. Untuk selanjutnya, dapat dilakukan penelitian mengenai cara lain untuk mengatasi kekurangan informasi spasial pada sistem deteksi hydrophone tunggal ini.

34 DAFTAR PUSTAKA [1] Chitre, Mandar., (2006) Underwater Acoustic Communications in Warm Shallow Water Channels, PhD Thesis, Electrical & Computer Engineering National University Of Singapore. [2] Brekhovskikh, L.M., Lysanov, Yu.P., (2003) Fundamental of Ocean Acoustic. American Institute of Physics, New York. [3] Jensen, F.B., Kuperman, W.A., Porter, M.B. and Schmidt, H. (1994) Computational Ocean Acoustics. American Institute of Physics, New York. Chapter 1. [4] Tolstoy, A., (1993) Matched-Field Processing for Underwater Acoustic, World Scientific, Singapore. [5] Jesus, S.M., Porter, M.B., Stephan, Y., Demoulin, X., Rodriguez, O., Coelho, E., (2001) Single Hydrophone Source Localization, IEEE Journal of Ocean Engineering.

35 TERIMA KASIH