BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Unmanned Aerial Vehicle (UAV) banyak dikembangkan dan digunakan di bidang sipil maupun militer seperti pemetaan wilayah, pengambilan foto udara, pemantauan pada lahan pertanian, bahkan sekedar untuk hobi. Sistem UAV memiliki beberapa sistem pengembangan, salah satunya adalah ground control atau ground segment. Pada pengaplikasian UAV, ground segment adalah bagian sistem yang penting sebagai pusat penerima dan pengiriman data yang berhubungan dengan UAV. Keberadaan ground segment menjadi suatu keharusan untuk UAV yang bergerak secara autonomous. Data yang biasanya digunakan dalam pengaplikasian UAV seperti air data, attitude, dan heading reference system (ADAHRS). Selain itu ground segment juga digunakan untuk berkomunikasi dengan operator atau pilot yang nantinya akan memberikan instruksi tertentu sesuai dengan pengaplikasian UAV tersebut (Manggala, 2012). Komunikasi yang baik dan lancar adalah salah satu komponen pendukung UAV agar dapat bertukar data dengan ground segment. Komunikasi yang digunakan adalah komunikasi secara nirkabel. Sinyal frekuensi data yang baik antara UAV dan ground segment akan memberikan hasil data yang akurat dan real time. Pada jenis UAV ukuran kecil (0.5-3m) dan bobot ringan (0.5-5Kg), electronic board dibuat seminimal mungkin untuk memperoleh dinamika terbang yang baik terlepas dari spesifikasi motor penggeraknya. Biasanya digunakan modul radio daya rendah dengan frekuensi 2.4 GHz (seperti XBee atau XStream) sebagai modul komunikasi. (Stojcsics, 2010). Antena merupakan salah satu komponen penting dalam membangun komunikasi antara UAV dengan ground segment. Pada UAV biasanya menggunakan jenis antena omni-directional yang memiliki karakteristik cakupan area yang luas namun jaraknya terbatas, tergantung dari transmitter-receiver-nya. 1
2 Dengan jarak jangkauan yang terbatas ini, membuat cakupan terbang UAV terbatas. Seperti pada penelitian Syukur dan Sumiharto (2012), jarak komunikasi antar XBee dengan antena omni-directional mampu mencapai jarak maksimal 100m. Ganti dan Kim (2015) mengatakan bahwa penggunaan antena jenis directional yang memiliki karakteristik jangkauan yang lebih jauh daripada jenis omni-directional dapat menjadi solusi untuk meningkatkan cakupan terbang dari UAV. Jenis antena omnidirectional memiliki kekurangan yakni cakupan area dan daya yang terpusat. Pada penelitian wicaksono (2013), penggunaan antena directional pada Xbee memberikan jarak maksimal hingga 170 m pada arah yang terpusat didepan antena. UAV dapat mengalami data lost jika UAV bergerak diluar cakupan area,. Kondisi ini juga terjadi ketika terdapat perubahan posisi maupun sikap antena saat digunakan sambil bergerak pada mobile ground segment. Pada akuisisi data UAV dengan mobile ground segment, seringkali terjadi perubahan posisi dan perubahan sikap. Perubahan posisi dan sikap ini dapat antena directional yang digunakan dapat kehilangan orientasi sehingga dapat mengganggu transmisi data dan mengalami data lost. Kondisi data lost ini berbahaya karena UAV kehilangan kendali dengan ground segment dan dapat terbang bebas hingga menyebabkan crash. Sehingga penggunaan antena jenis directional pada mobile ground segment memerlukan mekanisme gerakan pendeteksi yang mampu mengadopsi perubahan sikap maupun perubahan posisi baik dari ground segment maupun UAV-nya sendiri. Berdasarkan masalah dan latar belakang di atas, maka dalam penelitian ini akan dirancang dan dibangun sebuah sistem kendali gerakan antena pendeteksi bergerak terhadap koordinat pesawat udara tanpa antena pada mobile ground segment bergerak. I.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, maka dirumuskan masalah penelitian sebagai berikut: Bagaimana membuat sebuah sistem kendali gerakan pada antena pendeteksi terhadap koordinat posisi pesawat udara tanpa awak pada mobile ground segment agar antena bergerak sejajar dengan arah gerak UAV.
3 I.3 Batasan Masalah Dalam pembuatan dan uji coba sistem, diberikan beberapa batasan masalah sebagai berikut: a. Komunikasi dilakukan melalui komunikasi nirkabel dengan frekuensi 2.4 GHz. b. Jumlah pesawat yang dapat berkomunikasi dengan sistem antena pendeteksi sebanyak satu unit. c. Penentu posisi menggunakan modul Global Positioning System (GPS) dan sensor ketinggian. d. Penentu sikap pada antena menggunakan modul Inertial Measurement Unit (IMU). e. Antena yang digunakan adalah antena directional 14 dbi yang disambungkan pada modul radio frekuensi. f. Sudut kebebasan atau Degree of Freedom (DOF) pada sistem berjumlah dua pada gerak sudut elevasi 90 derajat dan sudut azimut 360 derajat. I.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membangun sebuah sistem kendali gerakan pada antena pendeteksi terhadap koordinat posisi pesawat udara tanpa awak menggunakan sistem kendali Proporsional Integral Derivative (PID) pada mobile ground segment agar antena bergerak sejajar dengan arah gerak UAV. I.5 Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah dihasilkan sebuah sistem kendali gerakan pada antena pendeteksi koordinat pesawat udara tanpa awak yang mampu menjaga komunikasi antara antena pendeteksi pada mobile ground segment dan pesawat terbang tanpa awak. I.6 Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang akan dilakukan meliputi beberapa hal sebagai berikut:
4 a. Studi literatur Studi literatur bertujuan untuk memperdalam konsep sistem yang akan dibangun pada penelitian ini. b. Perancangan dan pembuatan sistem Perancangan sistem adalah proses perancangan algoritme sistem secara keseluruhan baik diagram alir kerja ataupun algoritme yang diterapkan pada sistem antena pendeteksi. Sistem yang dirancang juga meliputi proses pencarian nilai-nilai konstanta PID dengan metode Ziegler-Nichols. Pembuatan sistem terbagi menjadi tiga bagian yaitu pembuatan mekanik, sistem elektronik, dan program. Pembuatan program dilakukan berdasar algoritme yang sudah ditetapkan yaitu dengan pembuatan program PID beserta koreksi sikap dan dilanjutkan dengan analisis dan tuning PID dengan metode Ziegler-Nichols. c. Pengujian sistem Pengujian sistem kendali pada antena pendeteksi dilakukan dengan empat pengujian dengan modifikasi gerakan UAV dan sistem antena yaitu statis-statis, statis-dinamis, dinamis-statis, dan dinamis-dinamis. Pengujian statis adalah pengujian saat posisi UAV atau sistem antena pada posisi diam dan tetap sehingga nantinya dapat ditemukan konstanta PID yang baik menurut metode Ziegler-Nichols. Pengujian dinamis adalah saat UAV atau sistem antena sedang bergerak untuk melihat apakah nilai konstanta kendali PID sudah baik dengan melihat respon yang terjadi. d. Analisis dan pembahasan Analisis dan pembahasan dilakukan dengan membahas hasil penelitian yang didapat dari pengujian-pengujian terhadap beberapa kendali PID pada pengujian statis serta respon sistem saat dilakukan uji dinamis. I.7 Sistematika Laporan Sistematika dari penulisan laporan skripsi ini yaitu : - BAB I PENDAHULUAN
5 Pendahuluan berisi pemaparan tentang latar belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. - BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan pustaka memaparkan hasil-hasil penelitian sebelumnya yang sudah dilakukan yang mana dalam penelitian-penelitian tersebut memiliki keterkaitan dengan penelitian yang dilakukan oleh penulis. - BAB III DASAR TEORI Dasar teori berisi sumber yang menjadi dasar dari teori yang digunakan dalam penelitian ini. Teori-teori ini meliputi cara kerja sistem secara umum, metode sistem dan komponen-komponen terkait yang ada dalam sistem. - BAB IV PERANCANGAN SISTEM Pada bab perancangan sistem berisi mengenai pemaparan mengenai perancangan sistem yang dilakukan baik itu perancangan sistem perangkat keras dan perangkat lunak. - BAB V IMPLEMENTASI SISTEM Implementasi sistem berisi mengenai implementasi dari perancangan-perancangan dalam bentuk nyata yaitu pada perangkat keras dan lunaknya. Implementasi sistem meliputi uji coba sensor-sensor, implementasi program, dan implementasi kendali PID dan koreksi sikap. - BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil dari implementasi sistem berupa pengujian dari antena pendeteksi, kemudian dilakukan pembahasan serta analisis dari hasil yang diperoleh antara lain karakteristik dan seberapa besar pengaruh konstantanya. Konstanta dengan respon terbaik akan diuji respon pendeteksiannya terhadap variasi posisi dan sikap. - BAB VII PENUTUP Penutup dari penelitian ini berupa kesimpulan dari keseluruhan penelitian yang didapat. Saran juga diberikan terutama untuk pembaca dan peneliti yang ingin melakukan penelitian dengan topik yang sama.