8/9/2019 RADAR 2b

1/14

II.3.4 MOVING TARGET INDICATION (MTI) RADAR

II.2.4.1 PRINSIP KERJA MTI RADAR.

Frekuensi Doppler yang dihasilkan Target yang bergerak selain dapatmenentukan kecepatan relatif Target tersebut, juga dpt membedakanTarget bergerak dari Target yang diam.Namun demikian kesukaran masih tetap dihadapi bila bentuk PulseRadar diatas dipergunakan untuk membedakan suatu Target kecilbergerak dari Target diam yang besar.

Untuk hal tersebut digunakan bentuk Radar Pulsa yang khusus, yakniMoving Target Indication (MTI) Radar yang dengan lebih baik dapatmembedakan Target diam dari Target bergerak.

Perbedaan mendasar antara Pulse Radar dengan MTI Radar karenaMTI Radar senantiasa:

Bekerja dengan BLIND SPEED, artinya sample Doppler punyafasa yang konstan, untuk jelasnya lihat Gbr,II-21.

Tanpa second time around echo dalam pengukuran jarak, jadi jarak hanya diperoleh berdasar sample echo yang diterimasebelum pengiriman pulsa berikutnya

Untuk mempelajari prinsip kerja MTI Radar, baiknya ditinjau kembaliCW Radar dan Pulse Radar sederhana yang terlihat pada Gbr.II-12.

Terlihat bahwa CW Radar dapat dirobah menjadi Pulse Radardengan menambahkan suatu Power Amplifier dan Modulator yangakan mengatur on-offnya amplifier tersebut, sehingga outputnya akanberobah menjadi pulsa.

Perbedaan Radar pulsa disini dgn yang telah diuraikan sebelumnyaadalah pada Local Oscillatornya (LO). Disini sebagian daya LOditeruskan ke Penerima untuk berlaku sebagai LO Receiver. Walaudemikian fungsinya bagi Penerima bukan hanya sebagai LO saja,tapi juga sebagai referensi koheren bagi frekuensi Doppler, karena

sinyal referensi yang berasal dari LO ikut menentukan fasa dari sinyalpancar.

8/9/2019 RADAR 2b

2/14

a.

b.

Gbr.II-12: Bentuk yang sederhana dari:a. CW Radar b. Pulse Radar

Misal:Sinyal output Oscillator: Vosc = A1 sin 2 ft tSinyal referensi : Vref = A2 sin 2 ft tSinyal echo yangmengandung Doppler:

Vecho = A3 sin { 2( ft fd ) } - 4ft R0 /cdimana:A1 = amplituda sinyal carrier

f = frekuensi sinyal carrierA2 = amplituda sinyal referensiA3 = amplituda sinyal echoR0 = jarak Target - Carrierfd = frekuensi Dopplert = waktuc = kecepatan propagasi gelombang radio

ftsinyal

referensi

ft fd fd

ft

sinyal referensi

ft fd fd

RECEIVER

POWER

AMPLIFIER

CW

OSCILLATOR

CWOSCILLAT

OR

INDIKATOR

PULSEMODULA

TOR

RECEIVER INDIKATOR

8/9/2019 RADAR 2b

3/14

Sinyal echo dan sinyal referensi yg masuk ke Mixer yang bersifatheterodyned akan menghasilkan sejumlah frekuensi pd outputnya,akan tetapi yang dibutuhkan hanyalah sinyal dengan komponenfrekuensi rendah saja, yakni:

Vdiff= A4 sin { 2fd - 4ft R0 /c } (II-9)

Untuk Target yang diam fd = 0 sehingga Vdiff tidak akan berubahterhadap waktu, sebaliknya untuk Target yang dlm keadaan bergerakrelatif thd Radar, Vdiffyang dihasilkannya merupakan fungsi waktu.

Gbr.II-13: Bentuk pulsa dari sinyal echo dengan:a. Frekuensi Doppler fd dalam daerah RFb. Frekuensi Doppler fd > 1/ c. Frekuensi Doppler fd < 1/

Bila Mixer mempunyai output Doppler dgn frekuensi fd > 1/ dimana adalah lebar pulsa, maka output Mixer tersebut akan mempunyai bentuk

seperti terlihat pada Gbr.II-13b. Akan tetapi bila fd < 1/ maka pulsatersebut akan dimodulasi oleh sinyal Doppler dengan amplitudasebagaimana diberikan pada Gbr.II-13c, sehingga bentuk dari sinyalDoppler baru akan terlihat setelah pendeteksian sejumlah pulsa.

V(Volt)

t(mdet)

V(Volt)

t(mdet)

V(volt)

t(mdet)

8/9/2019 RADAR 2b

4/14

Sinyal echo yang terlihat pada Gbr.II-13 tersebut biasa juga disebutsebagai sinyal bipolar, karena sinyal tersebut mempunyai amplitudayang positip maupun negatip.

Gbr.II-14: Amplituda echo sebagai fungsi waktu yg diperoleh melaluisweeping/sapuan pd A-Scope display MTI Radar dimana:a s/d e : sweeping pada waktu yang berbeda.f : superposisi dari a s/d e

V

d

V

d

V

d

V

d

V

d

V

d

a.

b.

c.

d.

e.

f.

8/9/2019 RADAR 2b

5/14

Suatu Terget bergerak dapat dibedakan dari Target yg diam denganbantuan A-Scope Indicator, sehingga diperoleh sinyal video sepertiterlihat pada Gbr.II-14, dimana terdapat sejumlah target diam sepertigunung, bukit atau bangunan tinggi serta satu Target bergerak yangditandai dengan panah. Pada sweeping pertama ini kedua Targetbergerak belum dapat dipisahkan / dibedakan.

Pada hasil sweeping selanjutnya yang dilakukan dalam interval waktutertentu, yakni Gbr.II-14 b s/d. e, Target bergerak telah dpt dibedakandari Target yang diam karena:

Echo dari Target yang diam punya amplituda yang konstan. Echo dari Target yang bergerak akan berobah sebanding dgn

efek Doppler yang ditimbulkannya.Keseluruhan sweeping yang terlihat pada Gbr.II-14a s/d. e

akan punya superposisi sebagaimana Gbr.II-14f. Karena Target yang bergerak akan membentuk KUPU-KUPU /

BUTTERFLYpada A-Scope Indikator, maka dengan demikianbentuk kupu-kupu ini secara otomatis menandakan bahwayang dideteksi adalah Target yang sedang bergerak.

Disamping itu Plan Position Indicator (PPI) merupakan bentuk lainIndikator yang juga dapat mengetahui dan mendeteksi suatu Targetbergerak. Cara yang umum digunakan oleh PPI untuk hal tersebut

adalah dengan menggunakan DELAY LINE CANCELLER sepertiterlihat pada Gbr.II-15.

Gbr.II-15: Blok diagram MTI Radar yang menggunakanDelay Line Canceller

FULLWAVE

RECTIFIER

DELAY

LINE

SUBSTRACT

CIRCUIT

RECEIVER

INDIKATOR

sinyal

video

unipolar

8/9/2019 RADAR 2b

6/14

Delay Line Canceller berlaku sebagai filter yang akan:

Meredam komponen DC dari target yang diam

Meliwatkan komponen AC dari target bergerakBagian video dari Receiver terbagi dua yakni:

Bagian sinyal video yang normal Bagian sinyal video yang mengalamai perlambatan dgn delay

time T = 1/ prf, dimana prf = pulse repetition frequency.

Selisih kedua bagian output ini merupakan sinyal video bipolar yakni:

Amplituda dari target yang konstan akan saling menghilangkansehingga akan selalu = 0

Amplituda dari target bergerak karena senantiasa berubah tidakakan saling menghilangkan.

Full Wave Rectifier akan merobah sinyal bipolar tersebut menjadisinyal unipolar, untuk selanjutnya dapat dilihat melalui display PPI.

Gbr II.16: Blok Diagram sebahagian dari MTI Radardengan Power Amplifier

PHASEDETECTO

R

COHO f0

IFAMPLIFI

ER

MIXER

DUPLEXER

POWERAMPLIFIE

R

PULSEMODULA

TOR

MIXER STALO f1

DELAY LINECANCELLER

8/9/2019 RADAR 2b

7/14

Pada kenyataannya MTI Radar dengan blok diagram sebagaimanapada Gbr.II.12 tidaklah pernah dipakai. Bentuk tersebut diberikanhanyalah sebagai penjelasan awal.Gbr.II.16 merupakan bagian dari MTI Radar yang sering digunakan.Referensi koheren disini berasal dari Coherent Oscillator (Coho).Coho mempunyai frekuensi output fc yang sama dengan frekuensimenengah IF yang terdapat pada Penerima.Selanjutnya pada Mixer, output fc dari Coho dicampur dgn frekuensifL yg berasal dari Stable Local Oscillator (Stalo), sehingga diperolehsinyal dengan frekuensi (fL + fc) yang dipancarkan melalui antena.Karena Stalo,Coho dan Mixer ini masing-masing punya peranan, baikpada Pemancar maupun Penerima, maka ketiganya disebut jugaRECEIVER EXCITER.Fungsi Stalo adalah untuk menghasilkan translasi frekuensi dari IF

ke IF yang akan dipancarkan

Keuntungan MTI Radar yang koheren ini adalah karena koherennyafasa sinyal pancar dan fasa sinyal penerima. Meskipun sinyal Staloadalah sefasa dengan sinyal pancar, akan tetapi pada penerimaantetap timbul pergeseran frekuensi, disebabkan pada penerimaantersebut Stalo juga berfungsi sebagai Local Oscillator (LO).

Dengan PHASE DETECTOR yg berfungsi sebagai Mixer, masalahyang ditimbulkan oleh perbedaan fasa tersebut dapat diatasi, karenaoutput Detector Fasa adalah sebanding dengan perbedaan fasaantara kedua sinyal yang menjadi inputnya.Sesuai dengan penjelasan pada Gbr.II.16, bagian selanjutnya yangakan melengkapi blok diagram ini adalah Gbr.II.15, sehingga bilakeduanya digabungkan, terbentuklah blok diagram yang lengkap dariMTI Radar.

8/9/2019 RADAR 2b

8/14

II.4.3 MTI RADAR DGN POWER OSCILLATOR PD PEMANCAR

Gbr.II.17: Sebagian block diagram MTI Radar dgn Power Oscillator

MTI Radar dengan Power Oscillator Transmitter merupakan bentukMTI yang paling banyak digunakan. Sebagian snyal pancar bersama-sama dengan output Stalo diteruskan ke Mixer untuk menghasilkansinyal beat IF yang fasanya secara langsung tergantung kepada fasasinyal pancar.Pulsa IF ini dilanjutkan ke Coho dan menyebabkan terkuncinya fasaoutput Coho yang dengan demikian ditentukan oleh fasa dari pulsapancar, yang dapat pula dipakai sebagai referensi fasa bagi sinyalecho yang datang.Seperti halnya MTI Radar dengan Power Amplifier, bila blok diagram

pd Gbr.II,17 digabung dengan blok diagram Gbr.II.15, akan diperolehblok diagram lengkap dari suatu MTI Radar dengan Power OscillatorTransmitter.

PHASEDETECTO

R

COHO f0

IFAMPLIFI

ER

MIXER

DUPLEX

ER

MAGNETRON

OSCILLATOR

PULSEMODULA

TOR

MIXER STALO f1

DELAY LINECANCELLER

TRIGGER

GENERATOTRF LockingPulse

8/9/2019 RADAR 2b

9/14

II.4.4 MTI RADAR DGN MULTIPLE RANGE GATE & FILTER

Gbr.II.18: Blok diagram MTI Radar dengan Range Gate dan Filter

Sebagaimana telah dikemukakan sebelumnya Delay Line Cancelleryang membedakan / memisahkan target bergerak dari target diam,telah dipakai secara luas pada MTI Radar. Selain itu , fungsi yangsama juga dapat dilakukan oleh Low Pass Filter atau Narrow BandFilter.

Narrow Band Filter yang didisain utk meliwatkan komponen frekuensiDoppler dari target bergerak, akan bekerja bila dilalui pulsa Radar.

Untuk itu Pass Band-nya harus jauh lebih sempit dari 1/, dimana adalah lebar pulsa input , sehingga bandwidth dari output akan jauhlebih besar pula dari input.Akan tetapi karena respons dari impuls adalah berbanding terbalikdengan bandwidth filter, maka Narrow Band Filter akan mengotoripulsa input dengan noisenya dan mengakibatkan gangguan pada

DISPLAY

RANGE

GATE1

BOXCAR

GEN

BP

F

THRES

HOLD

FWLDETECT

OR

BP

F

RANGE

GATE1

BOXCAR

GEN

BPF

THRES

HOLD

FWLDETECT

OR

BPF

RANGE

GATE1

BOXCAR

GEN

BPF

THRES

HOLD

FWLDETECT

OR

BPF

RANGE

GATE1

BOXCAR

GEN

BPF

THRES

HOLD

FWLDETECT

OR

BPF

1

2

3.......

.n

PHASE

DETEC

TOR

8/9/2019 RADAR 2b

10/14

frekuensi kerjanya, sehingga jika target yang ada lebih dari satu,maka terget tersebut akan sangat sukar untuk dipisahkan.Demikian pula halnya bila hanya satu target yang ada, noise yangnaik disebabkan lebarnya bandwidth akan menurunkan sensitivitasatau dengan perkataan lain memperbesar loss.Loss yang besar dpt dihindari dengan membuat kuantisasi bandwidthdalam interval yang lebih kacil lagi, Proses ini disebut Range GatingLebar dari Range Gate ini tergantung pada:

Tingkat ketelitian yang diinginkan

Tingkat kerumitan/kekompleksan sistem yang dpt ditoleransi.

Lebar pulsa Radar.

Blok diagram dari Video MTI Radar dengan Multiple Range Gate &Filter dapat dilihat pada Gbr.II.18.

Output dari Phase Detector disampling secara bergilir oleh RangeGate. Karena setiap gate terbuka dalam interval waktu tertentu yangsesuai perhitungan untuk mendapatkan sample tegangan dari sinyalvideo, maka gate-gate tersebut seakan berlaku sebagai switch yangterbuka/tertutup secara bergantian dalam selang waktu tersebut.Output dari target diam akan merupakan deretan pulsa dgn amplitudakonstan, sedang echo dari target yang bergerak akan menghasilkanderetan pulsa dengan amplituda yang berubah-ubah tergantung padafrekuensi Dopplernya.

Output Range Gate dapat dilihat pada BOXCAR GENERATORCIRCUIT atau SAMPLE AND HOLD CIRCUIT yang fungsinya untukmenyaring dan mendeteksi frekuensi pemodulasi dari harmonisa-harmonisanya, sedang tahapan berikutnya yang merupakan DopplerFilter akan menekan spektrum dari clutter yang ikut masuk kedalamPhase Detector.FULL WAVE LINIER DETECTOR merobah sinyal video yang bipolarmenjadi unipolar untuk diteruskan ke Integrator, sedang ada / tidakadanya target ditentukan oleh output Threshold yang dapat dilihat

melalui PPI atau A-Scope Display.Karena output Threshold hanya muncul bilamana ada target, makadengan demikian cara ini akan terlihat lebih bersih bila dibandingbentuk Display MTI Radar sebelumnya.Hal ini bukan hanya disebabkan oleh tertekannya clutter saja, akantetapi juga oleh kehadiran THRESHOLD DETECTOR yang akan ikutmengeliminir / menghilangkan noise yang tak diinginkan.

8/9/2019 RADAR 2b

11/14

Respons frekuensi dari MTI Radar dapat dilihat pada Gbr.II.19.

Gbr.II.19: Response frekuensi dari MTI Radar denganRange Gate & Filter

Keuntunga lain dari MTI Radar dgn Range Gate & Filter ini adalahfrekuensi cut-offnya yang variabel, dapat dirobah/dipilih/disesuaikandengan medan sekitarnya sehingga terhindar dari clutter yang tidakdiinginkan ataupun dari gangguan Doppler yang ditimbulkan olehkawanan burung terbang, dsb.

II.4.5 MTI RADAR DGN DIGITAL SIGNAL PROCESSOR

0 fp

= 1/ 2fp

3 fp

4 fp

frekuensi

Amplituda Relatif

DISPLAY

PHASE

DETECT

A/DCONVERTER

SAM

PLE

SUBSTRACT

OR

DIGITAL

STORE

D/ACONVER

TER

(I2

+

Q2)1/2

COHO

/ 2

PHASE

DETECT

A/DCONVERTER

SAM

PLE

SUBSTRACT

OR

DIGITAL

STORE

OUTPIFAMPL

8/9/2019 RADAR 2b

12/14

Gbr.II-20: Blok iagram MTI Radar dengan Digital Signal Processor

Kelebihan utama dari Digital MTI Processor adalah pada Delay Line-nya, karena bagaimanapun juga bentuk digital akan lebih stabil danlebih dapat diandalkan terhadap perubahan tmperatur,gain yang kritisataupun ketepatan pengambilan sample / kuantisasinya dibandingdengan bentuk analog.Bentuk sederhana dari Digital MTI Radar dapat dilihat pada Gbr.II.20.

Sinyal outpur IF Amplifier selanjutnya terbagi dalam 2 kanal, masing-masing dengan Coho sebagai referensi, yakni:

Kanal I ( Inphase channel ) dengan sinyal yang sefasa

Kanal Q ( Quadrature channel ) dengan sinyal yang berbedafasa 90 derajat.

Kanal Q ini akan melenyapkan / mengeliminir pengaruh blind phases.Ouput Phase Detector yang merupakan sinyal video bipolar setelahdisample, dikonversikan ke sinyal digital oleh A/D Converter.Output dari kedua kanal I dan Q diperoleh melalui sinyal digital yangtelah disimpan dalam memorynya masing-masing, yakni denganmencari selisih antara 2 sinyal yang berasal dari sweeping berurutan.Kedua output dari kanal I dan Q selanjutnya digabung kembali untukmendapatkan amplituda yang besarnya adalah (I2 + I2)

1/2 dan setelahmana dikembalikan ke sinyal analog unipolar untuk disajikan pada

Display.

A/D Converter merupakan bagian paling kritis pada Digital MTI RadarProcessor, karena harus punya kecepatan operasi / kuantisasi yangtinggi, untuk dapat mengimbangi kecepatan pulsa Radar.Jumlah bit dalam A/D Converter ini akan menentukan besarnya faktorperbaikan maksimum ( improvement factor) dari MTI Radar.N-bit Converter akan membagi output Phase Detector kedalam 2N-1interval yang diskrit, sehingga untuk N=9 akan diperoleh maksimumlevel interval = 511

Diatas telah dikemukakan bahwa kanal Q akan dapat melenyapkanpenyebab menurunnya sensitivitas yang disebabkan oleh blindphase. Blind Phase berbeda dengan Blind Speed yang telah dibahassebelumnya, karena:

BLIND SPEED:

8/9/2019 RADAR 2b

13/14

Blind Speed terjadi bilamana sampling pulsa tepat berada padatitik yang sama dari setiap periode Doppler, sebgm Gbr.II-21a.

BLIND PHASE:

Blind Phase pada kanal I terjadi sebgm Gbr.II-21b terjadi biladeretan pulsa merupakan sampling dgn amplituda yang sama danjarak waktu yang sedemikian rupa sehingga bila a1 dikurangidengan a2 hasilnya akan nol.Hasilnya baru akan diperoleh bila a3 dikurangi a4Jadi untuk kanal I: ( a1 - a2 ) = 0

( a3 a4 ) 0Sedang pada kanal Q sebagaimana terlihat pada Gbr.II.21a, sinyalDoppler yang masuk digeser 900 , sehingga pasangan pulsa yanghilang dalam kanal I yakni ( a1-a2 ) akan ditemukan kembali

dalam kanal Q , demikian pula sebaliknya.Jadi untuk kanal Q: ( b1 b2 ) 0

( b4 b5 ) = 0

AmplitudaFrekuensi Doppler Pulsa Echo

Radar

time (mdet)

Amplituda

a1

a2

a5

a6

time (mdet)

a3

a4

Amplituda

b1

b4

b5

time (mdet)

b2 b3

b6

8/9/2019 RADAR 2b

14/14

Gbr.II.21: a. Blind Speed pada MTI Radar dimana fd = prfb. Blind Phasepada kanal Ic. Blind Phase pada kanal Q