1.1 Dasar Radar

DASAR RADARRADAR = RAdio for Detection And Ranging

disiapkan dan disampaikan oleh:

Suryadi Soedarsono,

PT. LEN Industri, 2009

PT. LEN Industri, Jl. Soekarno Hatta 442, Bandung 40254, INDONESIA

http:www.len.co.id, Ph.62-22-5202682, Fx.62-22-520-2695

Prinsip Radar

SUARA, SONARJarak R = ½ vo t = ½ · 333 · t [m]

RADARR = ½ ·c0 · t = ½ · 2.998 ·108 · t [m]

KecepatanRambat :Suara, vo = 333m/sRadio, co = 299.8 juta m/s



Prinsip Radar (lanj.)



Prinsip Radar Pulsa



Prinsip Radar Pulsa (lanj.)

Transm itter P ulse, L TX

BackscatteredS ignal, L RX

Transm itter Receiver

Transm ittedPulse

BackscatteredS ignal

D uplexer

R adom e, LRA

Beam W idth

R angeR esolutionr=c/2

R eceived S ignal Pow er,w ith 1/r2-correc tion

R eceived S ignal Pow er

Transm itter P ulseand Backscattered

S ignal, L A

P rincip le o f O perationof a P ulse R adar



Blok Diagram Radar Pulsa



Prinsip radar CW



Prinsip Radar Doppler



Blok Diagram Radar Doppler



Radar Cuaca Analog (1980)

Antenna PedestalTurning GearDrive Motors

Tacho GeneratorPosition Synchros

Circulatoror

Duplexer

MagnetronTransmitter

Modulator

TriggerUnit

ANTENNAUNIT

TRANSMITTER / RECEIVER UNIT DISPLAY

PreamplifierMixer

Att Linear

Logarithmic

IF AMPLIFIER

SweptGain

LocalOscillator

AutomaticFrequency

Control

AFCMixer

Plan PositionHeight Range

Indicator

OperationControl

Antenna ControlDrive Motor Control

CONTROL RACK



Radar Doppler Pulsa

R A D O M EA N T E N N A

P O L A R I S A T I O NS W I T C HC I R C U L A T O RK L Y S T R O NM O D U L A T O RS Y N C H R .F R O MR S P

S T CR S PC O N T R O L A DL N A M I X E R

M I X E R

M A T C H E DF I L T E R I - QD E M O D U L A T O R

C O H OP H A S ES Y N C H R .

R A D A RC O N T R O LP R O C E S S I N GR A D A RD A T AP R O C E S S I N G

Z( Z D R )VWI A G CF R O MR S PR S PL O G - A M P L .L I N - A M P L . ZIQ E S T I M A T O RZ , R , V , W ( Z D R )

A U X I L I A R Y F U N C T I O N S :A N T E N N A C O N T R O LP O W E R S U P P L YE N V I R O N M E N T C O N T R O LC A L I B R A T I O NM A I N T E N A N C E

D A T A T R A N S F E RB I T EP R O D U C TG E N E R A T I O ND I S P L A YT E R M I N A L S

P H A S E E S T I M A T I O NC L U T T E R F I L T E R I N GP U L S E P A I R P R O C E S S I N GA Z I M U T H I N T E G R A T I O NR A N G E I N T E G R A T I O NO U T P U T F O R M A T I N G

R C PR D PT R A N S M I T T E R

R E C E I V E R

C E N T R A LC O N T R O L

R O T A R Y J O I N T

R F -A M P L I F I E R

I F -A M P L I F I E R

R A D O M EA N T E N N A

P O L A R I S A T I O NS W I T C HC I R C U L A T O RK L Y S T R O NM O D U L A T O RS Y N C H R .F R O MR S P

S T CR S PC O N T R O L A DL N A M I X E R

M I X E R

M A T C H E DF I L T E R I - QD E M O D U L A T O R

C O H OP H A S ES Y N C H R .

R A D A RC O N T R O LP R O C E S S I N GR A D A RD A T AP R O C E S S I N G

Z( Z D R )VWI A G CF R O MR S PR S PL O G - A M P L .L I N - A M P L . ZIQ E S T I M A T O RZ , R , V , W ( Z D R )

A U X I L I A R Y F U N C T I O N S :A N T E N N A C O N T R O LP O W E R S U P P L YE N V I R O N M E N T C O N T R O LC A L I B R A T I O NM A I N T E N A N C E

D A T A T R A N S F E RB I T EP R O D U C TG E N E R A T I O ND I S P L A YT E R M I N A L S

P H A S E E S T I M A T I O NC L U T T E R F I L T E R I N GP U L S E P A I R P R O C E S S I N GA Z I M U T H I N T E G R A T I O NR A N G E I N T E G R A T I O NO U T P U T F O R M A T I N G

R C PR D PT R A N S M I T T E R

R E C E I V E R

C E N T R A LC O N T R O L

R O T A R Y J O I N T

R F -A M P L I F I E R

I F -A M P L I F I E R

R A D O M E

A N TEN N A

P OLA RISAT IO N

S W IT CH

CIRCULATOR

KLYSTRONMO DULATO R

SYNCHR.FROMRSP

STC

RSPCONTROL

A

DLNA

M IXER

M IX ER

MATC HED

FILTER

I-QDEMO DULATOR

CO HOPHA SESY NCHR.

RAD ARCO NTRO L

PRO C ESS ING

RAD ARDATA

PRO C ESS ING

Z(ZDR)

VW

IAGCFROM

RSP

RSP

LO G-AMPL.

LIN-AMPL.

Z

IQ

ESTIMATOR

Z,R,V,W (ZDR)

AUXILIARY FUNCTIONS:ANTENNA CONTROL

POW ER SUPPLYENVIRO NM EN T CONTROLCALIBR ATIO NM AINTEN ANC E

DATA TRANSFERBITE

PRODUC TGENERATION

DISPLAYTERM INALS

PHASE ESTIMATIO NCLUTTER FILTERINGPULSE PAIR PROC ESSINGAZIM UTH IN TEGRATIO NRANGE IN TEGRATIO NOU TPUT FO RM ATIN G

RCP

RDP

TRANS M ITTE R

REC EIVE R

CENTRALCONTRO L

RO TA RY JO INT

RF-AM PLIFIER

IF -AM PLIFIER



Parameter Radar Pulsa

= Lebar PulsaTs = Perioda Antar Pulsa = Pulse Repetition Time (PRT) fp = Pulse Repetition Frequency (PRF)

fp = 1 / Ts Jarak Maksimum = Rmax = ½ co Ts = ½ co / fp Duty Cycle = / Ts = fp Daya Pancar Rata-rata = Pav = Pt fp = Pt Duty Cycle Resolusi Jarak r = ½ c0

Time

Perioda Antar Pulsa

Ts

A



Persamaan Radar

rxl 2atml (cm) 2 (km) 2

0r 2)(ln 142 6.75

)3m/6(mm e Z2

wK (deg)21 ) s( sg 2g (W) tP 1710 5π

(mW) P

20r

2atm L RX L MF LS/N MDS P

2 2aG

2A L2

RAL

TX P2fTXL

2K 3

c ln(2) 102 )0(Z

r

4 L1

S/N F B 0T K 3 64

2 2G tP maxR



“PERSAMAAN RADAR” CUACA

Ada 3 versi persamaan radar untuk radar cuaca:1. Daya rata-rata yang diterima

dimana Pt = daya pancar, dalam Watt, g = gain antena gs = gain sistem τ = lebar pulsa,dalam μs θ1 = beamwidth antena, dalam derajat Kw = reflektivitas volum Ze = diameter butir air hujan per volum, dalam mm6 / m3 ro = jarak sasaran, dalam km λ = panjang gelombang radar, dalam cm latm = redaman atmosfer lr = redaman penerima

rxl 2atml (cm) 2 (km) 2

0r 2)(ln 142 6.75

)3m/6(mm e Z2

wK (deg)21 ) s( sg 2g (W) tP 1710 5π

(mW) P



“PERSAMAAN RADAR” CUACA (lanj.)

• Artinya: daya sinyal yang diterima menguat dengan bertambahnya daya pancar rata-rata, gain antena, gain sistem, beamwidth antena, faktor koreksi untuk reflektivitas hujan yang disebabkan oleh indeks refraktif air dan reflektivitas relatif air hujan.

• Disisi lain, daya sinyal yang diterima melemah terhadap bertambahnya jarak, panjang gelombang radar, redaman atmosfer dan redaman penerimaan.



“PERSAMAAN RADAR” CUACA (lanj.)2. Reflektivitas

Ini adalah rumus untuk menghitung reflektivitas sasaran dalam sel radar, yang kemudian digunakan untuk menghitung curah hujan.

Kelompok pertama berupa konstanta.

Kelompok kedua berhubungan dengan pemancar; mengandung redaman di pemancar LTX, frekuensi f, daya pancar LTX dan lebar pulsa yang dipancarkan

20r

2atm L RX L MF LS/N MDS P

2 2aG

2A L2

RAL

TX P2fTXL

2K 3

c ln(2) 102 )0(Z

r




Kelompok berikutnya berhubungan dengan penerima; terdiri dari daya sinyal minimum yang terdeteksi, S/N ratio, redaman matched-filter LMF, redaman penerima LRX, redaman atmosfer Latm yang tergantung dari jarak dan sifat atmosfer dan frekuensi radar. Besaran ini harus dihitung untuk untuk setiap sel.Faktor terakhir adalah jarak sel radar yang diukur.Artinya, Z dihitung sendiri-sendiri untuk setiap sel radar.

Kelompok ketiga berhubungan dengan antena; terdiri dari redaman radom LRA, redaman antena LA, gain antena Ga, dan beamwidth .




3. Kepekaan radar

dBZ = 10 log10 Z(r0)

Jika dBZ dihitung antara jarak 10 – 600km, akan kita peroleh tabel dBZ terhadap jarak r.

Harga-harga tersebut diperoleh dari radar X-band.

Kepekaan untuk jarak 50km dengan pulsa panjang, dBZLP(50km) = 4.781

Jika digunakan pulsa pendek, dBZSP (50km) = 12.42




Jarak deteksi radar umum

4 L1

S/N F B 0T K 3 64

2 2G tP maxR



Kepekaan SistemZ LP r( )

1024 ln 2( ) c

3

K²

L TX

P TX f2 LP

1

G2

2 L MF

L RX k B

T 0 B LP

NF SN L atm r( ) r2

Z SP r( )1024 ln 2( ) c

3

K²

L TX

P TX f2 SP

1

G2

2 L MF

L RX k B

T 0 B SP

NF SN L atm r( ) r2

Sensitivity for long pulse operation dBZ LP 50 km( ) 4.781 dBZ

Sensitivity for short pulse operation dBZ SP 50 km( ) 12.42 dBZ

dBZLP r( )

dBZSP r( )

rkm

10 100 1 10320

10

0

10

20

30

40

sensitivity for long pulse operationsensitivity for short pulse operation

Slant Range [km]

Sen

siti

vity

[dB

Z]

dBZ LP r( ) 10 logZ LP r( )

mm6

m3

dBZ SP r( ) 10 logZ SP r( )

mm6

m3

Radar Range Equations



Standar Band Frekuensi Radar



Radar Cross Section Pesawat Terbang

Radar cross section Bomber B-26 PD-II

pada band frekuensi 3GHz sebagai fungsi sudut azimut



Contoh Radar Cross Section

Conventional, unmanned winged missile 0.5 m²Small, single engine aircraft 1 m²Small fighter or 4 passenger jet 2 m²Large fighter 6 m²Medium bomber or medium jet airliner 20 m²Large bomber or large jet airliner 40 m²Jumbo jet 100 m²Small open boat 0.02 m²Small pleasure boat 2 m²Cabin cruiser 10 m²Ship from bow, 16,000 tons 100,000 m²Ship from broadside, 16,000 tons 1,000,000 m²Pickup truck 200 m²Automobile 100 m²Bicycle 2 m²Man 1 m²Bird 0.01 m²Insect 10-5 m²



Backscatter Cross SectionTypical Reflectivity Values

Cumulus - 18 ... 5 dBZCirrus - 5 dBZIce clouds - 25 ... 3 dBZOutflow of microbursts 0 ... 10 dBZDensity current front (outflow) 7 dBZ Storm cells > 10 dBZRain, 7.5 mm/h 37 dBZClouds, no precipitation - 40 ... – 5 dBZClear air - 20 ... 10 dBZSongbird, one 10 dBZ



PERHITUNGAN NOISENe = daya noise termal di input Penerima

K = konstanta Boltzman (= 1.38 10-23 Ws/K)T = temp. ekivalen di rangkaian input PenerimaBn = bandwidth noise (derau)

Contoh: K • 290 • 1 = 4 • 10 -21 W/Hz Noise Power

ne B T K N Noise Level

G B T K F N n0no Noise Output Power

No = daya noise di outputFn = noise factorT0 = temperatur PenerimaG = gain Penerima

i

oin

i

on0no S

SNF

S

S B T K F N

i

on

i

o

S

SF

N

N

o

o

i

i

o

o

i

i

o

i

i

on

NSNS

S

N

N

S

S

S

N

NF



Signals plus Noise



Minimum Detectable Signal, MDS

Min. Det. Signal = Smin = No (utk radar cuaca)

i

on0no S

S B T K F N

mino

onn0min N

S F B T K S

Contoh: T0 = 300 K; τ = 2 µσ; NF = 2 dB; So/No = 1

MDS = 10 log (1.38 ∙ 10-23 ∙ 103 ∙ 300 ∙ 1/2∙10-6) + 2

MDS = - 114.8 dBm



Sekian, Terimakasih



1.1 Dasar Radar

Documents

Transcript of 1.1 Dasar Radar