Apa Itu Radar
Kemampuan
mata manusia sebagai salah satu indera penting sangatlah terbatas.
Jarak pandang manusia biasa tidaklah lebih dari 100 meter. Apabila ada
cuaca buruk, seperti kabut, maka jarak pandang ini akan menurun
drastis. Alat bantu penglihatan seperti kamera dengan kemampuan optical
zoom beberapa kali atau teropong hanya akan meningkatkan jarak pandang
sampai beberapa kali tetapi biasanya hanya sampai beberapa Km karena
peralatan bantu penglihatan seperti teropong astronomi berharga sangat
mahal untuk digunakan oleh manusia biasa.
Peralatan yang juga
dapat berfungsi sebagai ’mata’ tetapi menggunakan pancaran gelombang
radio dikenal di dunia dengan nama Radar. Radar ini adalah singkatan
dari Radio detection and ranging (deteksi dan penjangkauan melalui
gelombang radio). Radar mampu berperan sebagai ’mata’ yang dapat
’melihat’ obyek di kejauhan. Informasi berupa jarak obyek dari posisi
Radar dan kecepatan obyek dapat diperoleh dari Radar. Walaupun cuaca
buruk seperti hujan lebat dan berkabut, Radar masih dapat menembus cuaca
buruk tersebut sehingga masih dapat melihat obyek dikejauhan. Selain
kemampuan ini, Radar dapat melihat obyek pada jarak yang sangat jauh
(ratusan Km). Dikarenakan kemampuan dan keunggulannya, Radar banyak
digunakan untuk melihat obyek-obyek di udara dan di laut pada daerah
jangkauan yang sangat luas (radius puluhan sampai ratusan Km).
Pada saat ini, Radar telah banyak digunakan disektor transportasi
udara dan laut, pengamatan cuaca, pemetaan wilayah, pengawasan
(surveillance) wilayah perairan dan udara, pencegahan kegiatan-kegiatan
illegal, dan untuk pertahanan keamanan. Berdasarkan lokasi dan
kegunaannya, Radar ada yang dipasang dipinggir pantai, dibandara, di
kapal, dipesawat udara, diatas mobil, diatas panser, dan
ditempat-tempat yang dirahasiakan.
Gambar 1. Contoh Radar pengamatan cuaca.
Gambar 2. Contoh penggunaan Radar untuk navigasi Kapal.
Adapun
prinsip kerja Radar adalah: suatu pemancar memancarkan gelombang
radio, yang direfleksikan oleh target dan dideteksi oleh alat penerima
yang biasanya berlokasi ditempat yang sama dengan alat pemancar.
Walaupun sinyal radio yang dikembalikan biasanya sangat lemah, sinyal
radio tersebut dengan mudah dapat diperkuat. Hal ini memungkinkan Radar
dapat mendeteksi obyek pada jangkauan dimana pancaran lain seperti
suara atau sinar, sangat lemah untuk dideteksi, oleh karena itu
penggunaan Radar mempunyai keuntungan antara lain:
- Dapat mendeteksi target yang berada ditempat yang sangat jauh;
- Dapat mengukur jangkauan dengan cepat dan teliti;
- Dapat bekerja ditempat gelap dan disegala cuaca dengan uap, asap, kabut dan sebagainya;
- Kecepatan relatif dari target dapat diukur.
Adapun kelemahannya:
- Aspek resolusi yang terbatas:
- Gambar mentah (Raw video) yang mewakili sinyal yang kembali tidak mengindikasikan sudut target (target angle);
- Sulit untuk membedakan obyek-obyek yang berdekatan
- Kadang-kadang sinyal yang kembali palsu
Sejarah Singkat Radar
Beberapa penemu, ahli ilmu bidang sains
dan insinyur menyumbang terhadap perkembangan Radar. Penggunaan
gelombang radio untuk mendeteksi kehadiran obyek yang terbuat dari
metal dikejauhan dilakukan pertama kali oleh Christian Hülsmeyer pada
tahun 1904. Pada tahun 1917 Nikola Tesla menetapkan prinsip mengenai
frekuensi dan tingkat daya untuk unit Radar primitive generasi pertama.
Sebelum perang dunia ke-2, pengembangan Radar yang dilakukan oleh
Negara Amerika Serikat, Jerman, Perancis, Rusia dan Inggris mendorong
terwujudnya versi Radar yang modern. Pada tahun 1934, orang perancis
Émile Girardeau menyatakan bahwa dia sedang membangun sistem Radar yang
menggunakan prinsip yang dinyatakan oleh Tesla dan berhasil memperoleh
perhargaan paten atas kerjanya membuat sistem Radar ganda. Pada tahun
yang sama, ahli Amerika Dr. Robert M. Page mengetes Radar monopulsa
yang pertama dan ahli Rusia P.K.Oschepkov menghasilkan peralatan RAPID
yang dapat mendeteksi pesawat pada radius 3 km. Ahli Hungaria
menghasilkan model yang sama pada tahun 1936.
Tetapi hanya
Inggrislah yang berhasil untuk mengeksploitasi Radar untuk kepentingan
pertahanan terhadap serangan pesawat udara. Hal ini didorong oleh
ketakutan akan serangan senjata elektromagnetik yang dikembangkan oleh
Jerman. Setelah studi tentang kemungkinan perambatan gelombang energi
elektromagnetik dan akibatnya, para ahli Inggris yang diminta
Kementerian Udara untuk menyelidiki menyimpulkan bahwa serangan
gelombang elektromagnetik adalah hal yang tak mungkin tetapi deteksi
pesawat kelihatannya dapat diwujudkan. Robert Watson-Watt
mendemonstrasikan kepada atasannya kemampuan prototip Radar yang bekerja
dengan baik. Prototip ini menjadi basis untuk jaringan Radar dalam
rangka mempertahankan Inggris Raya.
Jadi, perang telah mendorong
penelitian untuk mencari solusi yang lebih baik, lebih mudah dipindahkan
dan lebih banyak kemampuan untuk Radar. Setelah perang, Radar banyak
digunakan untuk pengontrolan lalu-lintas transportasi udara, pengamatan
cuaca, pengendalian kecepatan kendaraan (mobil/motor) dan lain lain.
Pentingnya Radar Untuk NKRI
Negara Kesatuan Republik Indonesia
(NKRI) adalah salah satu negara terbesar di dunia. Untuk kawasan ASEAN,
wilayah NKRI adalah yang paling luas. Pengamanan dan pengawasan
wilayah NKRI yang terdiri dari kurang lebih 17.504 pulau dengan 2/3
wilayah terdiri dari lautan memerlukan aparat dan peralatan yang
berjumlah sangat besar. Kemampuan TNI dan Polri untuk mengawasi wilayah
RI sangat terbatas sehingga wilayah perairan Indonesia rawan akan
pencurian ikan, pelanggaran wilayah oleh kapal-kapal asing, pembajakan
kapal laut dan penyelundupan. Sedikitnya Indonesia sudah mengalami
kerugian sekitar 188 trilyun rupiah di wilayah perairannya. Wilayah
udara Indonesia (terutama di Indonesia timur) juga rawan akan
penyusupan oleh pesawat udara asing.
Khusus untuk wilayah perairan,
salah satu cara untuk meningkatkan kemampuan aparat pemerintah dalam
mengawasi dan mengamankan wilayah NKRI adalah dengan menggunakan Radar
pengawas pantai. Radar ini digunakan untuk mengawasi pergerakan
kapal-kapal laut sehingga dapat dicegah tindakan-tindakan yang dapat
merugikan NKRI dan juga tabrakan kapal apabila hendak merapat ke
pelabuhan. Indonesia sangat memerlukan Radar pengawas pantai dalam
jumlah yang banyak dan hal ini disebabkan oleh beberapa fakta berikut
ini:
- Jarak dari kota Sabang di NAD sampai kota Jayapura diPapua sekitar 5.556 Km.
- Jumlah kapal milik angkatan laut Indonesia adalah sekitar 117 buah dan 77 diantaranya berusia 21-60 tahun.
- Perbandingan antara jumlah kapal terhadap total luas perairan Indonesia adalah sekitar 1:72 ribu mil persegi.
- Sekitar 350 kapal patroli diperlukan untuk mencakup seluruh perairan Indonesia.
Merupakan suatu tugas berat bagi pemerintah Indonesia untuk dapat
membeli Radar dari luar negeri untuk dapat memenuhi kebutuhan didalam
negeri baik untuk kepentingan sipil maupun militer karena jumlah Radar
yang diperlukan berjumlah besar. Hal ini ditambah oleh kemampuan
keuangan negara yang tidak mendukung terutama sejak krisis moneter pada
tahun 1998. Harga Radar diluar negeri juga sangat mahal (~ orde jutaan
dollar). Kondisi ini diperburuk oleh sulitnya mekanisme pembelian Radar
dari luar negeri karena Radar bersifat sangat strategis untuk
pertahanan dan keamanan.
Berikut ini ditampilkan illustrasi
apabila ada jaringan Radar pengawas pantai diseluruh Indonesia dan
terkoneksi oleh satelit sehingga pengendalian dapat dilakukan secara
terpusat di pusat komando. Adanya jaringan Radar ini memungkinkan
seluruh wilayah perairan Indonesia dapat dipantau secara terus menerus.
Gambar 3. Jaringan Radar diwilayah perairan NKRI.
Jenis-jenis Radar Yang Ada di Dunia
Pada saat ini didunia ada dua macam
tipe dasar Radar yang banyak digunakan, yaitu Radar Pulsa dan Radar
Continuous Wave (gelombang kontinyu). Variasi-variasi baru yang
mengkombinasikan kedua macam Radar ini dengan teknik lain (teknik
modulasi, Doppler dan lain lain) banyak melahirkan jenis-jenis baru.
Prinsip utama Radar pulsa adalah mengirimkan pulsa pendek dengan daya
tinggi dan bagian penerima menunggu sinyal yang direfleksikan
(dipantulkan). Sinyal pantulan (echo) diterima dengan penghitungan
waktu yang tepat dan memungkinkan untuk melokalisasi obyek dan
menentukan jangkauan. Sedangkan untuk Radar CW selalu memancarkan
sinyal; perbedaan frekuensi antara sinyal yang datang dan yang
dipancarkan digunakan untuk mendeteksi kecepatan relatif obyek (prinsip
pergeseran Doppler) yang diamati.
Gambar 4. Gelombang Radar Pulsa dan Radar CW.
Kedua macam tipe Radar ini mempunyai keunggulan dan kelemahan masing-masing, yang dinyatakan oleh tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan Radar Pulsa dan Radar CW
No
|
Radar Pulsa
|
Radar CW
|
1
|
Menggunakan antena tunggal
|
Memerlukan dua antena
|
2
|
Memberikan info jangkauan dan sudut
|
Hanya memberikan info sudut
|
3
|
Mudah di ’jammed’(diganggu)
|
Susah di ’jammed’ tetapi mudah ditipu
|
4
|
Jangkauan fisis ditentukan oleh daya dan frekuensi pengulangan pulsa (PRF)
|
Kebal terhadap gangguan ’noise’ (nilai Signal to Noise Ratio tinggi)
|
5
|
|
Pemrosesan bisa diatur untuk mencari frekuensi yang di inginkan.
|
Secara
lebih teknis, Radar pulsa dan Radar CW dapat disampaikan sebagai
berikut. Apabila Radar memancarkan deretan pulsa yang dimodulasikan
pada gelombang pembawa sinusoidal, maka gelombang pantulan (echo) akan terlihat seperti deretan pulsa yang di tunda (delay) selama target berada didalam cakupan antena Radar. Gambar 5 menunjukkan deretan pulsa yang ditransmisikan tersebut.
Gambar 5: Pulsa yang dipancarkan menuju target
Keterangan
gambar:PW = lebar pulsa, PRT= Pulse Repetition Time yaitu waktu antara
awal pulsa ke awal pulsa berikutnya, PRF = Pulse Repetition Frequency,
yaitu frekuensi pengulangan pulsa.
Delay
dari setiap pulsa relatif terhadap pulsa yang ditransmisikan, akan
menunjukkan jarak terhadap target. Radar mengindikasikan arah dari
obyek dengan arah antena pada waktu menerima pantulan pulsa. Total
energi yang dikembalikan ke Radar oleh pulsa-pulsa tersebut dapat
digunakan sebagai indeks kemampuan mendeteksi dan kemampuan melakukan
pengukuran Radar tersebut. Batas unjuk kerja kemampuan Radar mendeteksi
target adalah perbandingan antara total energi dengan kepadatan
spektrum (spectral density) noise di alat penerima. Maka kemampuan Radar dalam mendeteksi target bergantung kepada daya rata-rata (average power)
dari pemancar, waktu selama daya tersebut membawa informasi dari
target, dan geometri dari Radar dan situasi target, tanpa dipengaruhi
oleh bentuk modulasi sinyal yang digunakan dalam transmisi. Dalam sistem
Radar pulsa, energi yang diterima dapat direpresentasikan sebagai
produk dari daya pulsa yang diterima, lebar pulsa dan jumlah pulsa yang
terkandung dalam deretan pulsa. Sebaliknya rata-rata waktu penerimaan
daya selama observasi, dapat digunakan untuk mengukur energi yang
diterima.
Persamaan Radar atau “Radar equation” menggambarkan proses secara matematik, yang dapat digunakan untuk menghitung jarak maksimum sebagai fungsi dari lebar pulsa (pulse width, PW) dan pulse repetition rate (PRR).
Dalam banyak hal, pulsa yang sempit dengan PRR tinggi digunakan untuk
jarak dekat, sistem dengan resolusi tinggi, sedangkan lebar pulsa yang
lebih besar dan PRR rendah, digunakan untuk mengamati obyek dengan
jangkauan jauh.
Problem utama dari Radar adalah mendeteksi target diantara random noise yang dihasilkan alat penerima atau radiasi yang berasal dari benda gelap (black body) yang ada disekitarnya. Noise tersebut dikenal sebagai “thermal noise”, baik yang dihasilkan dari dalam maupun dari luar Radar.
Radar
dimana output pemancarnya tidak diinterupsi, kebalikan dari Radar
pulsa dimana outputnya terdiri dari pulsa-pulsa yang sempit, disebut Continuous-wave Radar. Keunggulan dari CW Radar adalah kemampuannya mengukur kecepatan dengan ketelitian tinggi berdasarkan prinsip doppler shift
pada frekuensi sinyal yang dikembalikan oleh target. Yang dideteksi
adalah pergeseran frekuensi gelombang yang dipantulkan dengan nilai yang
merupakan fungsi dari kecepatan relatif antara target dan
pemancar-penerima. Data jangkauan diambil dari perubahan frekuensi
doppler terhadap waktu. Gambar 6 berikut menunjukkan effect Doppler
tersebut.
Gambar 6: Prinsip Doppler Shift
Apabila
frekuensi CW Radar berubah terus menerus terhadap waktu,frekuensi dari
sinyal echo akan berbeda dengan frekuensi yang dipancarkan dan
perbedaannya proporsional terhadap jarak jangkauan target. Dalam frequency-modulated continuous-wave Radar (FM-CW
Radar), frekuensi biasanya berubah secara linear, sehingga terjadi
naik turun frekuensi secara bergantian. Untuk mengukur jarak dari
target, bentuk frekuensi modulasi terhadap continuous wave
tadi harus digunakan. Besarnya jarak diperoleh dengan membandingkan
frekuensi pantulan dari target dengan frekuensi yang dipancarkan oleh
pemancar Radar. Perbedaannya sebanding dengan jarak target yang
memberikan sinyal pantulan.
Dalam
sistem FM-CW Radar, pertukaran energi sama dengan rata-rata waktu
penerimaan daya selama observasi. Ada perbedaan antara Radar FM-CW
dengan Radar pulsa dalam memprediksi signal terhadap interferensi dan
jarak maksimum deteksi/tracking. Perbedaan utama adalah, bahwa dalam sistem pulsa receiver noise
merupakan batas interferensi, sedangkan pada sistem FM-CW tidak
demikian, karena akan ada gangguan dari signal yang masuk dari bagian
pemancar. Gangguan ini disebut spillover dan dapat disebabkan oleh berbagai hal.
Radar Hasil Karya Anak Bangsa
Didasari
atas kesadaran perlunya kemandirian dalam penyediaan Radar didalam
negeri dan untuk membantu pemerintah, Pusat Penelitian Elektronika dan
Telekomunikasi LIPI (PPET-LIPI) sejak tahun 2006 telah bekerjasama
dengan IRCTR dari TU-Delft Belanda mengadakan penelitian dan
pengembangan (litbang) Radar Pengawas Pantai. Pada litbang ini, desain dan implementasi sistem pemancar (transmitter), penerima (receiver)
dan antena Radar dilakukan dengan bekerjasama dengan IRCTR, sedangkan
perangkat lunak pengolahan citra Radar sepenuhnya dilakukan oleh
PPET-LIPI. Selain oleh LIPI, dilakukan juga litbang Radar untuk
navigasi kapal oleh swasta nasional Indonesia yaitu PT. Solusi 247-RCS
yang juga bekerjasama dengan IRCTR TU-Delft, dengan fasilitas
pengukuran dibantu oleh PPET-LIPI.
Pada
awalnya Radar yang dibuat oleh PPET-LIPI ini diberi nama INDRA-II
(Indonesian Radar II) karena INDRA-I adalah Radar Navigasi Kapal yang
dikerjakan oleh PT. Solusi 247-RCS. Pada saat Seminar Radar Nasional
III tahun 2009 tanggal 30 April yang lalu nama INDRA-II ini secara
resmi diganti menjadi ISRA (Indonesian Sea Radar). Kemampuan yang
dimiliki oleh Radar Pengawas Pantai ISRA ini adalah:
- Bekerja dengan daya pancar sangat rendah (2 W)
- Masuk kategori “quiet” (Low Probability of Intercept) Radar
- Tidak menganggu sistem Radar lain di sekitarnya
- Tidak terdeteksi Radar scanner
- Memiliki sistem target tracking sesuai ARPA yang ditetapkan IMO
- Memiliki kemampuan Doppler
- Dapat terintegrasi dalam jaringan Radar untuk memperluas daerah liputan
Radar pengawas pantai ISRA ini dapat diaplikasikan sebagai:
- Radar pelabuhan
- Primary radar
- Pengaturan lalu lintas laut (Vessel Traffic System)
- Radar pantai
- Pemantauan lalu lintas laut
- Pengamanan garis pantai dan perbatasan laut
Spesifikasi umum Radar ISRA ini adalah:
- Pemancar (Transmitter):
- Frekuensi: X band (Fc= 9.4 GHz).
- Pilihan jangkauan: 64 km, 32
km, 16 km, 8 km, 4 km, 2 km. Jangkauan maksimum diset pada 64 km, lebih
jauh dari 27 km (jarak dari Radar ke horizon) agar memungkinkan untuk
mendeteksi kapal yang tinggi yang berlokasi beberapa kilometer lebih
jauh dari horizon.
-Output power: 2 Watt.
- Penerima (Receiver):
- IF bandwidth: 512 kHz.
- Jumlah range cells: 512.
- Range cells: 125 meter, 62 meter, 31 meter, 16 meter, 8 meter, 4 meter.
- Pengolahan sinyal berbasis PC.
- Standard PC display.
- Maximal beat frequency 167kHz.
- Beat signal disampling oleh 16bit ADC
- Frequency Generation
- Pembangkit frekuensi utama dari DRO (dielectric resonant oscillator).
- FM – Modulation.
- Linear saw-tooth yang dihasilkan oleh DDS (direct digital synthesizer).
- Frekuensi pengulangan Sweep (Sweep Repetition Frequency): 1000Hz.
- Fixed sweep time of 3mS.
- Frekuensi Sweep: 2MHz, 4MHz, 8MHz, 16MHz, 32MHz, 64MHz.
- Frequency sweep 1 MHz @40NM, 2 MHZ @20NM, 10 MHZ @4NM.
- Antenna:
- Microstrip patch arrays antenna dengan rectangular patch elements.
- Antenna dengan flares untuk mengurangi vertical beamwidth.
- Modular system.
- Konfigurasi dua antenna untuk transmit and receive.
- Horizontal beamwidth: 1.2°.
- Vertical beamwidth: 10°.
- Polarization: horizontal.
- Rotational speed: 20 / 60 rpm.
- Antena Microstrip berukuran kecil, ringan dan belum ada digunakan untuk Radar FM-CW.
Radar merupakan peralatan yang sangat
strategis sehingga dengan penguasaan ilmu pengetahuan dan teknologi
dibidang Radar akan sangat membantu pemerintah dalam mengawasi wilayah
NKRI. Keberhasilan pembuatan satu Radar untuk aplikasi tertentu akan
membuka pintu untuk aplikasi-aplikasi lain seperti untuk pemantauan
wilayah udara dengan melakukan modifikasi pada Radar pengawas pantai
yang telah dibuat. Litbang Radar memiliki kompleksitas yang tinggi
sehingga menuntut keseriusan dari pelaksananya dalam menguasai ilmu
dibidang Radar dan jumlah personil yang cukup banyak untuk
merealisasikannya. Gambar 7 memperlihatkan blok diagram Radar FM-CW
yang digunakan oleh PPET-LIPI untuk Radar pengawas pantainya. PPET-LIPI
dan PT. Solusi 247-RCS dengan bangga mempersembahkan dua macam Radar
hasil karya anak bangsa (lihat Gambar 8 dan 9).
Gambar 7. Blok diagram Radar FM-CW yang dikembangkan oleh PPET-LIPI.
Gambar 8. Radar Navigasi Kapal oleh PT. Solusi 247-RCS.
Gambar 9. Radar Pengawas Pantai ISRA oleh PPET-LIPI.
Kesimpulan
Radar
merupakan peralatan vital dan strategis untuk pengawasan wilayah NKRI
yang sangat luas. Radar berperan sebagai ’mata’ yang dapat menembus
gangguan cuaca dan ’melihat’ sampai jarak yang sangat jauh (ratusan Km).
Radar juga berperan untuk aplikasi lain seperti transportasi dan
pengamatan cuaca. Perlunya kemandirian dalam penyediaan Radar didalam
negeri karena mekanisme pembelian yang sulit dan harganya sangat mahal
apabila di-impor dari luar negeri. PPET-LIPI dan PT. Solusi 247-RCS
dengan bangga mempersembahkan dua macam Radar hasil karya anak bangsa.
Radar-Radar yang dibuat ini memiliki keunggulan tertentu dan menggunakan
teknologi yang up to date.
http://www.radar-nasional.org/home/51-radar-sebagai-mata-pengawas-wilayah-nkri