Mengenal Radar [Part 3] : Radar FMCW

Pada tulisan sebelumnya, radar yang dibahas adalah radar pulsa. Ada jenis radar lain, tidak menggunakan pulsa, namun menggunakan sinyal segitiga yang dimodulasi frekuensi, atau dikenal sebagai radar Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW). Berbeda dengan radar pulsa yang mengirimkan gelombang elektromagnetik pada waktu tertentu saja (ketika dikirimkan sinyal kotak), radar FMCW mengirimkan gelombang setiap saat, oleh karena itu dia disebut continuous wave.

Penggunaan radar yang memanfaatkan modulasi frekuensi dimulai sejak hampir 90 tahun yang lalu, tepatnya pada tahun 1928 ketika J.O. Bentley mematenkan temuannya, yaitu Airplane Altitude Indicating System atau suatu peralatan yang mampu meberikan informasi tentang ketinggian suatu pesawat terbang. Transmiter akan mengirimkan suatu sinyal yang frekuensinya dimodulasi oleh suatu sinyal segitiga dan dipancarkan ke permukaan bumi dari atas pesawat terbang. Sinyal ini dipantulkan oleh permukaan bumi kembali ke pesawat. Dengan teknik pengolahan sinyal tertentu, didapatkanlah informasi ketinggian pesawat dari permukaan bumi.

Ok,, bagaimana cara kerjanya?

Kita lihat dulu bentuk sinyal segitiga sebagai sinyal baseband. Maksud dari istilah “baseband” di sini adalah sinyal yang belum dimodulasi.

Sinyal yang berwarna merah merupakan yang dikirimkan dari TX, sementara yang biru diterima dari RX. Ada 4 hal yang penting dari gambar di atas:

  1. Sweep time (T), yaitu waktu yang dibutuhkan sinyal untuk berubah dari frekuensi terendah sampai tertinggi (waktu sinyal segitiga)
  2. Bandwidth sinyal (B), yaitu rentang frekuensi sinyal radar FMCW
  3. Delay time (τ), yaitu waktu yang diperlukan sinyal untuk mencapai ke target lalu kembali lagi ke penerima
  4. Frekuensi beat (fb), yaitu selisih antara frekuensi sinyal yang dikirimkan dengan sinyal yang diterima

Dengan memperhatikan sifat kesebangunan segitiga, dapat dilihat dari gambar bahwa:

f_{b}=\left ( \cfrac{B}{T} \right )\tau

Jadi, frekuensi beat sebanding dengan delay. Karena delay ini berkaitan erat dengan jarak objek dengan radar (lihat di sini), maka jarak dapat dengan mudah ditentukan dari frekuensi beat ini, yaitu:

R=f_{b}\left(\cfrac{cT}{2B}\right)

Jadi apa kesimpulannya? Radar FMCW memanfaatkan frekuensi beat untuk mencari jarak objek ke radar.

Pertanyaan selanjutnya yang muncul adalah,, bagaimana caranya menari frekuensi beat? Kita dapat lihat dari diagram blok radar FMCW sebagai berikut.

Sinyal TX dan RX dikalikan terus-menerus setiap saat, setiap waktu. Sinyal yang dikalikan sudah berupa sinyal termodulasi yang berupa sinusoidal. Apa yang terjadi jika dua buah sinyal sinusoidal dikalikan? Ingat-ingat lagi rumus SMA ini:

\sin \theta \sin \varphi = \cfrac{\cos(\theta - \varphi) - \cos(\theta + \varphi) }{2}

Hasil dari perkalian adalah dua buah sinyal sinusoid yang lain (cosinus termasuk sinusoid juga loh ya), yang satu hasil penjumlahan kedua fasa sinyal yang dikalikan, yang satunya lagi selisihnya. Kita ambil saja sinyal yang mengandung selisih ini karena berkaitan erat dengan frekuensi beat. Sisanya dihilangkan saja dengan lowpass filter karena yang namanya penjumlahan pasti frekuensinya lebih tinggi. FYI, lowpass filter fungsinya untuk menghilangkan sinyal dengan frekuensi tinggi.

Sampai di sini, apakah sudah selesai? Ternyata belum.. Kita baru mendapatkan sinyal sinusoidal dengan frekuensi sebesar fb. Yang kita perlu tahu adalah frekuensi ini. Oleh karena itu, sinyal yang sudah difilter perlu diproses lebih lanjut sehingga kita tahu berapa frekuensinya. Ada berbagai teknik, salah satunya adalah Fast Fourier Transform (FFT) yang mampu menampilkan frekuensi berapa saja yang terkadung dalam sinyal. Hasilnya kira-kira seperti ini.

Dengan mengutak-atik sumbu frekuensi, maka diperoleh gambar berikut.

Gambar ini tentunya akan lebih mudah digunakan oleh para pengguna.  Mereka dapat langsung tahu ada benda berjarak kira-kira 1,5 x 107 m dari radar *kejauhan?*. Ok, begitulah cara kerja radar FMCW.

Referensi:

[1].  I.V. Komarov dan S.M. Smolskiy. Fundamental of Short Range FM Radar. MA: Artech House, 2003.
[2].  R. Parthasarathy, “Fine Resolution Radar for Near-Surface Layer Mapping,” Thesis, 
       Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Kansas, Kansas, 2002.
[3].  M. Jankiraman. Design of Multi-Frequency CW Radars.North Carolina: SciTech Publishing, Inc., 2007
[4].  Radar Signal Processing (The FMCW & FMICW Radar Model) (Nov. 11, 2010), [Online], 
       Available: http://www.advsolned.com/example_fmcw.html
[5].  Continuous Wave Radar (Nov. 11, 2010) [Online], 
       Available: http://www.fas.org/man/dod-101/navy/docs/es310/cwradar/cwradar.htm

One response to “Mengenal Radar [Part 3] : Radar FMCW

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s