Moh. Arif Sarony
1), Yudi Satria Gondokaryono
2), Arwin Datumaya Wahyudi Sumari
3)1) Pangkalan TNI AU Husein Sastranegara, Bandung
Email : [email protected]
2) Sekolah Teknik Elektro dan Informatika - ITB
Gedung Achmad Bakrie Lt. 2, Jl. Ganesa No. 10, Bandung 40132 – INDONESIA
Telp. 022 2502260 Fax 022 2534222, Email : [email protected]
3) Departemen Elektronika, Akademi Angkatan Udara Jl. Laksda Adisutjipto, Yogyakarta 55002 – INDONESIA
Telp. 0274 486922 ext 6101 Fax 0274 488918, Email : [email protected]
ABSTRAK
Radar Plessey AR 325 Commander adalah salah satu alat utama sistem persenjataan (alutsista) TNI Angkatan
Udara (TNI AU) dan merupakan komponen Sistem Pertahanan Udara Nasional (Sishanudnas). Saat ini telah terdapat beberapa Radar TNI AU yang sudah diinstalasi dan tersebar di berbagai wilayah Indonesia, namun untuk proses pemeliharaannya sebagian besar masih bersifat menggunakan tenaga manusia (manual) dan diserahkan kepada masing-masing Satuan Radar (Satrad). Dalam makalah ini, akan disampaikan satu konsep baru sistem pemantauan Radar jarah jauh secara langsung (real-time) dengan mengintegrasikan alutsista tersebut ke dalam jaringan komunikasi agar informasi keadaan Radar terkini dapat diakses dari jarak jauh. Aplikasi untuk menunjang sistem tersebut dapat diwujudkan dengan merancang suatu sistem antarmuka berbasis mikrokontroller ARM Cortex NXP LCP1768 dengan terlebih dahulu melakukan analisa dan pemodelan pada sistem Radar tersebut. Dari penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikannya Sistem Pemantauan Jarak Jauh (SPJJ) Radar Plessey AR 325 Commander agar proses pemeliharaan dan perbaikannya dapat berjalan lebih praktis dan efisien dalam rangka meningkatkan kehandalan Sishanudnas Republik Indonesia pada masa mendatang.
Kata kunci – mikrokontroller ARM Cortex NXP LCP1768, Plessey AR325 Commander, Radar, Sishanudnas,
Sistem Pemantauan Jarak Jauh
1. PENDAHULUAN
Tentara Nasional Indonesia Angkatan Udara (TNI AU) memiliki tugas pokok menjaga kedaulatan negara di wilayah udara nasional. Radio Detecting and
Ranging (Radar) merupakan salah satu alat utama
sistem persenjataan (alutsista) TNI AU sebagai bagian dari Sistem Pertahanan Udara Nasional (Sishanudnas). Pada saat ini TNI AU memiliki Satuan Radar (Satrad) sebanyak 17 satuan dan tersebar berbagai wilayah Indonesia dari Sabang sampai Merauke.
Untuk menjaga operasional alutsista tersebut, pola pemeliharaan Radar TNI AU dibagi menjadi tiga skema, yaitu pemeliharaan tingkat ringan dan tingkat sedang yang dilakukan oleh Satrad setempat, dan pemeliharaan tingkat berat yang menjadi tanggung jawab Satuan Pemeliharaan Pusat yakni Depo Pemeliharaan (Depohar) 50. Satuan ini setiap saat akan memantau perkembangan Radar TNI AU yang berada di seluruh wilayah Indonesia, antara lain menyediakan suku cadang, dan jika dibutuhkan Depohar akan mengirimkan beberapa personil yang
tergabung dalam tim Bantuan Pemeliharaan Lapangan (Banharlap) yang akan berangkat ke Satrad untuk melakukan pemeliharaan tingkat berat.
Gambar 1. Radar Plessey AR325 Commander Namun dalam pelaksanaannya, teknologi yang tersedia saat ini belum diaplikasikan secara optimal pada sistem pemeliharaan ini. Selama ini pemantauan operasional alutsista Radar di seluruh Indonesia hanya dilakukan via telepon atau secara manual sehingga kurang efektif.
Pr osiding Semi nar Radar Nasional 2010., Yogyakart a, 28-29 Apr il 2010., ISSN : 1979-2921
LPC1768 adalah mikrokontroler berbasis ARM Cortex sebagai inti (core) untuk aplikasi sistem benam (embedded system). ARM Cortex adalah core generasi terbaru yang menawarkan sistem yang lebih handal seperti fitur debug yang lebih canggih, diprogram menggunakan bahasa pemrograman tingkat tinggi dan mendukung pengintegrasian sistem tingkat tinggi. Kehandalan lain dari LPC1768 ini yakni mampu beroperasi pada frekuensi Central Processing Unit (CPU) hingga 100 MHz dan dilengkapi dengan perangkat pelengkap seperti memori flash memory hingga 512 kB, memori data sampai dengan 64 kB,
ethernet MAC, 8-kanal general purpose DMA controller, 4 UART, 2-kanal CAN, 2 SSP controller,
antarmuka SPI, 3 antarmuka I2C, antarmuka 2-input 2-
output I2S, 8-kanal ADC 12-bit, 8-kanal DAC 10-bit,
kendali motor PWM, antarmuka Quadrature Encoder, pewaktu, 6-output PWM tujuan umum, Real-Time
Clock (RTC) daya ultra-rendah dengan pasokan
baterai terpisah, dan sampai 70 pin tujuan umum.
Gambar 2. Mikrokontroller ARM Cortex NXP LPC 1768 Diharapkan dengan sistem mikrokontroller model ini, dapat dirancang dan diimplementasikan satu sistem antar muka antara sistem Radar dengan saluran komunikasi yang ada, baik melalui jaringan
komunikasi antar jaringan global (inter
networking/internet) maupun komunikasi radio
dengan memanfaatkan satelit ataupun Stasiun Bumi Mini (SBM). Dengan adanya sistem tersebut,
diharapkan terwujudnya suatu sistem yang
memungkinkan seluruh alutsista Radar TNI AU dapat diintegrasikan ke dalam satu saluran komunikasi guna mendukung pemantauan operasional Radar-Radar tersebut oleh Satuan Pemeliharaan Pusat.
2. DESAIN SISTEM
2.1. Sistem Radar Plessey AR 325 Commander
Radar Plessey AR325C memiliki banyak keunggulan yaitu antara lain tersedianya Radar primer serta sekunder, resolusi jarak pantau cukup jauh, rentang deteksi yang cukup optimal serta memiliki fitur kelincahan frekuensi (frequency agility) yang secara otomatis dapat berpindah-pindah frekuensi sapuan untuk menghindari pengacakan (jamming) dari musuh.
Radar Plessey terdiri atas beberapa sub sistem antara lain antenna unit, radar management cabin yang terdiri atas transmitter, receiver, display console,
power unit serta unit-unit pendukung yang lain.
Gambar 3. Blok diagram Radar Plessey AR325C Secara umum cara kerja sistem radar Plessey AR325C adalah sebagai berikut (lihat Gambar 3) :
a) Diawali dengan proses pembangkitan sinyal
dengan frekuensi tertentu pada oscillator di bagian
wave form generator pada sub sistem receiver.
b) Sinyal dimodulasi dengan pilihan frekuensi yang
dikendalikan oleh agile frekuensi source yang akan memilih 32 kanal frekuensi yang tersedia (agile
frequency) antara 2,7 sampai 3,1 GHz.
c) Sinyal dikuatkan pada transmitter sampai dengan
135 KWatt kemudian dipancarkan melalui antena.
d) Saat mengenai obyek di udara yang bergerak
misalnya pesawat terbang, maka sinyal akan dipantulkan kembali dan diterima pada antena.
e) Sinyal yang diterima melalui antena kemudian
diproses pada receiver sampai kemudian hasil pengolahan penerimaan sinyal tersebut dikirimkan ke bagian display console untuk ditampilkan, sehingga akan diketahui keberadaan suatu pesawat yang sedang melintas berdasarkan ketinggian, azimuth dan sudut elevasinya.
2.2. Konsep Sistem Pemantauan Jarak Jauh
Sistem Pemantauan Jarak Jauh (SPJJ) akan dirancang yaitu dengan menambahkan beberapa infrastruktur sistem yaitu antara lain sistem antarmuka pada Radar, perancangan media untuk melakukan pertukaran data atau perancangan jaringan komunikasi serta sistem pengolahan pusat/database server pada sistem penerimaan.
Pembahasan pada makalah ini dibatasi pada konsep perancangan sistem antarmuka yang akan diinstalasi pada Radar Plessey dengan terlebih dahulu mempelajari konsep sistem Radar tersebut meliputi proses aliran data serta protokol yang digunakan pada sistem tersebut. Dengan mengasumsikan bahwa
infrastruktur jaringan komunikasi yang digunakan adalah jaringan komunikasi berbasis protokol Internet (IP-based networking) dan dilengkapi dengan sistem keamanan jaringan yang handal.
Gambar 4. Blok Diagram Sistem Pemantauan Jarak Jauh
2.3. Sub Sistem Receiver Plessey AR325C
Untuk merancang sistem antarmuka yang nantinya akan menghubungkan sistem Radar ini ke dalam suatu jaringan komunikasi sehingga dapat diakses dari jarak jauh, maka harus dilakukan analisa sistem radar Plessey AR325C ini berdasarkan skema aliran pengolahan datanya sehingga dapat ditentukan titik-titik mana yang dapat disambungkan dengan sistem yang akan dirancang. Juga dilakukan analisa terhadap protokol yang mengatur aliran sinyal dalam Radar tersebut sehingga dapat dilakukan perancangan sistem baru yang nantinya mampu untuk bekerja secara sinkron dengan sistem yang sudah ada sampai
dihasilkan data-data yang diinginkan untuk
ditransmisikan melalui media komunikasi.
Receiver memiliki fungsi utama dalam proses
penerimaan sinyal yaitu sebesar 2,7 – 3,1 GHz dari
antenna unit yang merupakan hasil pantulan dari
sinyal yang telah dipancarkan. Sistem receiver ini
terdiri dari beberapa bagian yang tersusun atas rak-rak berdasarkan fungsi masing-masing yakni rak receiver 1, rak 2 dan rak 3 atau disebut juga dengan processor rack, seperti Gambar 5 di bawah ini.
Gambar 5. Blok diagram receiver
Fungsi dari tiap-tiap rak receiver pada Plessey AR325C adalah :
a) Processor rack no. 1
1. Terjadi proses pembangkitan gelombang
frequency first (ff) dan frequency second
(fs) dgn spasi 0.5µs oleh transmitter (tx) drive.
2. Terjadi sinkronisasi sinyal echo yg diterima
(upper dan lower) dan perubahan signal dari analog menjadi digital untuk proses di rak no 2.
b) Processor rack no. 2
1. Terjadi proses kompresi pulsa (pulse
compression) pada semua panjang pulsa
menjadi 0.4µs.
2. Terjadi proses Moving Target Indicator
(MTI) atau adaptive MTI untuk
menghilangkan ground clutter (gunung, bukit) dan moving clutter (awan).
3. Pemrosesan sinyal video.
c) Processor rack no. 3
1. Plot extractor (pex) dan plot combiner
(pcu) mengkombinasikan semua data
informasi yg masuk menggunakan korelasi
dan resolusi sehingga menghasilkan
radar plot data.
2. Memberikan output data via Local Area
Network (LAN) Radar ke main dan console
computer.
Adapun yang dibahas lebih detail adalah sub sistem pada processor rack no. 3 karena disitu
Pr osiding Semi nar Radar Nasional 2010., Yogyakart a, 28-29 Apr il 2010., ISSN : 1979-2921
merupakan akhir proses pengolahan sinyal sampai menghasilkan data yang siap untuk dikirimkan ke
dalam display console untuk ditampilkan.
Gambar 6. Blok diagram receiver rack No. 3 Pada blok diagram (Gambar 6) di atas, terlihat bahwa bagian besar dari rak no. 3 adalah system
control and timing, pex, serta Master Built-In Test
Equipment (BITE) system (MBS). Pex berfungsi sebagai pengolah sinyal yang dikirimkan dari sub sistem sebelumnya yaitu video processor pada rak no.2. Terdiri atas beberapa bagian yang memiliki fungsi masing-masing yaitu :
1. Hardware Pex. Berfungsi untuk malakukan proses range and squint collapsing, penghitungan awal azimuth, serta merupakan tempat antarmuka untuk
DMA.
2. Firmware Pex. Memiliki beberapa fungsi sehubungan dengan pengolahan sinyal yaitu antara lain :
a. Correlation plot. b. Resolution plot.
c. Parameter estimation.
d. Plot formatting.
e. Radar Calibration Processing.
f. Fungsi Record.
g. Jamming Strobe Extraction (JSE).
3. Firmware Pcu. Bagian dari pex yang memiliki
beberapa fungsi pengolahan sinyal antara lain : a. Height Calculation.
b. Meteorogical.
c. Secondary Surveillance Radar (SSR
Processing.
d. Plot Formatting.
e. Radar Control Processing.
Secara ringkas Pex menerima informasi plot Radar dari semua sasaran yang melewati titik ambang
(threshold). Data ini disusun berdasarkan jarak untuk menghasilkan paket partial plot. Paket tadi kemudian
diperhitungkan dengan squint angle untuk
menentukan informasi azimuth dan elevasi lalu melewati azimuth order lalu masuk ke dalam
Firmware Pex. Perangkat tersebut menggunakan
teknik korelasi dan resolusi untuk menggabungkan
partial plots untuk menghasilkan informasi plot yang
kemudian akan diproses pada Pcu. Perangkat ini menyusun informasi ketinggian dari data plot Radar dan mengirim plot Radar primary dan plot data
secondary ke Radar console lewat LAN Radar.
MBS adalah pusat pengendali BITE pada sistem Radar primer yang berfungsi untuk melakukan deteksi secara otomatis peralatan-peralatan pada tiap sub sistem radar secara berkelanjutan serta melaporkan status dari hasil deteksi tersebut ke display console. Sesuai Gambar 6 di atas, proses aliran data antara plot pex, pcu, display console dan MBS sesuai dengan fungsinya masing-masing yang telah dijelaskan di atas akan terhubung dalam satu jaringan komunikasi lokal/LAN.
2.4. Analisa perangkat pada sistem Receiver
Radar
Setelah melakukan analisa pada sub sistem
receiver terutama pada rak no.3, selanjutnya akan
dilakukan pemodelan berdasarkan hasil analisa sistem tersebut, sehingga nantinya akan dapat dirancang sistem antarmuka yang sesuai untuk sistem Radar ini.
2.4.1. Analisa Struktur dan Format Data pada
Receiver
Output sinyal/data dari video processor pada rak
no.2 berupa pesan informasi target (target information
message) yang berisikan data antara lain :
- 8-bit amplitude (LSB = 0,33 dB )
- 8-bit elevation (multiplexed relative phase and
amplitude data)
- 8-bit off-boresight azimuth OBAZ (LSB = 0,02o)
- 5 flag threshold
Data-data ini diproses oleh hardware pex dan
firmware pcu sampai menghasilkan data-data dalam
satu plot message yang terstruktur dalam format paket
message 6 word (masing-masing 2 byte) yaitu :
- Word 0 berisi azimuth.
- Word 1 berisi range.
- Word 2 berisi elevasi.
- Word 3 berisi waktu.
- Word 4 berisi kualitas.
- Word 5 berisi status.
Plot message tersebut kemudian ditransmisikan
menuju firmware pcu melalui jaringan LAN.
Gambar 7. Plot message form plot extractor
15 0 Word 5 Local area network
Word 4 Word 3 Word 2 Word 1 Word 0 15 0 15 0 15 0 15 0 15 0
Begitu juga dengan status message hasil interogasi dari sistem BITE terhadap keseluruhan sub- sub sistem Radar akan diproses pada MBS, dan hasil tersebut akan dikemas dalam status message yang kemudian akan ditransmisikan menuju display console melalui LAN ini juga.
2.4.2. Analisa Protokol Hardware pada LAN
Berdasarkan referensi pada Gambar 7 di atas, diketahui bahwa data plot message yang berisi beberapa informasi mengenai data tersebut akan ditransmisikan menuju firmware pcu melalui LAN untuk dilakukan beberapa proses sesuai yang sudah disebutkan di atas. Dengan melakukan analisa terhadap macam hardware yang digunakan dalam LAN tersebut serta protokol dan sistematika pengiriman data yang terjadi di dalamnya, maka nantinya akan dapat dilakukan modifikasi sistem sehingga informasi data-data hasil pengolahan Radar ini dapat diambil untuk dilakukan pengolahan lebih lanjut pada sistem baru yang akan dirancang. Analisa protokol meliputi :
- Jaringan lokal yang diaplikasikan pada sistem ini
dengan menggunakan teknologi LAN standar IEEE 802.3. Dengan standar tersebut, plot
messsage dari pengolahan sistem radar akan
dikemas dalam suatu paket-paket atau yang disebut dengan frame sesuai dengan standar ethernet.
Gambar 8. Frame standard ethernet
Frame tersebut berisi antara lain tipe ethernet yang
digunakan, alamat asal serta alamat tujuan pada jaringan lokal tersebut (masing-masing 6 byte), sistem pemeriksaan pengiriman (4 byte) serta isi data yang dikirimkan (46-1500 byte).
- LAN tersebut melakukan transmisi data dengan
perantara kabel koaksial dan tersusun atas beberapa node yang terdiri atas node firmware pex,
node firmware pcu, node MBS, node track processor serta node display console.
Menggunakan transceiver pada tiap-tiap node tersebut standard ethernet transceiver dengan koneksi tap BNC, serta ethernet controller iSBC 186/530 pada tiap-tiap node-nya.
Gambar 9. Transceiver koaksial koneksi BNC
2.4.3. Analisa Protokol Jaringan Melalui Tapping
Data
Proses tapping data langsung dari jaringan saat
sistem Radar sedang beroperasi dilakukan
menggunakan software analisa jaringan (network
analizer) contohnya : wireshark, untuk mendapatkan
rekaman secara langsung aliran data dalam LAN tersebut.
Gambar 10. Skema tapping data
Gambar 11. Contoh tampilan dengan menggunakan
wireshark
Dengan proses tapping data tersebut, dapat dilakukan analisa sistematika pengiriman serta penerimaan pada jaringan, hasil tapping data akan menunjukkan saat sistem Radar aktif dan terjadi beberapa proses transmisi baik dari pex ke pcu, dari pcu ke display console maupun dari MBS ke display
console serta isi data yang dikirimkan, yang kemudian
akan dibandingkan dengan referensi paket plot
message 6 word yang telah dibahas pada bab 2.4.1.
Akan diketahui pula alamat (address) dari tiap-tiap
node dengan melihat data source dan destination
Plot extractor Plot combiner Display Console MBS Radar :
Receiver sub system
Ethe rne t card Ethernet card Ethe rnet card Ethernet card Transce iver Transce iver Transce iver Transce iver Local Area Network
Pr osiding Semi nar Radar Nasional 2010., Yogyakart a, 28-29 Apr il 2010., ISSN : 1979-2921
address dari transmisi data tersebut sehingga nantinya
akan dapat dilakukan modifikasi dengan membuat sistem antarmuka pada radar tersebut.
2.5. Konsep Perancangan Sistem Antarmuka
Berdasarkan analisa yang telah dilakukan, maka selanjutnya dapat dirancang sistem antarmuka dengan menggunakan mikrokontroller ARM Cortex NXP LPC1768 yang secara umum telah dijelaskan pada bab sebelumnya.
a) Blok Diagram Sistem
Gambar 12. Blok diagram dan susunan hardware sistem
mikrokontroller untuk SPJJ
Keterangan gambar :
- Sistem mikrokontroller dirangkaikan dengan
sistem Radar serupa dengan skema rangkaian saat
tapping data (Gambar 10).
- Dirangkai dengan Power over Internet System
sebagai sumber daya pada mikrokontroller dengan AG 9405
- RJ45 sebagai konektor untuk menangkap sinyal
melalui kabel UTP dari transceiver yang dipasangkan pada jaringan Radar LAN dengan
DB15 (pada transceiver) to RJ45 (pada
mikrokontroller) converter.
b) Diagram AlirSistem
START INISIALISASI MICROCON TROLLER SYSTEM AD DRESS = A ? SIGNAL IN (from radar system )
C HECK SOURCE ADDR ESS
CH EC K DESTINATION ADDR ESS
AD DRESS = B ?
PLOT DATA <- LOAD SIGNAL
ADDRESS = C ?
CHECK DESTINATION ADDRESS
ADDRESS = D ?
MBS STATES <- LOAD SIGNAL
OUTPUT SIGNAL& STATES
INISIALISASI TCP/IP STAG FOR COMMUN ICATION TRANSMIT YES YES NO NO YES YES NO NO
Gambar 13. Blok diagram alir mikrokontroller untuk SPJJ Keterangan :
- Diasumsikan terdapat 3 node yaitu node A (plot
extractor), node B (plot combiner), node C (MBS),
dan node D (console).
- Sistem akan memeriksa source dan destination
address untuk menentukan apakah data yang
sedang mengalir adalah data plot radar ataukah status kesiapan dan kerusakan Radar (dari MBS). -
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan penjelasan konsep serta sistem perancangan yang telah dijelaskan di atas, maka akan
didapatkan suatu sistem yang mampu untuk
melakukan interfacing dengan sistem Radar Plessey AR325C yaitu dengan terlebih dahulu memahami skema dan sistematika sistem, maupun protokol yang berlaku di dalamnya.
Input data From Radar syste m
RJ45 AG 9405-S 10 1 Power Source AG 9405-S ARM Cortex NXP LPC 1768 RJ45 To radar LAN via Tranceiver
36
Sistem tersebut selanjutnya akan diintegrasikan dengan saluran komunikasi yang ada dengan catatan komunikasi tersebut memiliki tingkat keamanan yang handal sesuai dengan tujuannya yaitu untuk keperluan dan kepentingan militer.
Dalam makalah ini belum dibahas mengenai hasil dari perancangan tersebut apakah sudah berhasil dijalankan atau belum karena masih dalam tahap akhir perancangan perangkat lunak sistem mikrokontroller.
4. KESIMPULAN
Dengan konsep perancangan sistem antarmuka tersebut, diharapkan dapat diciptakannya Sistem pemantauan Jarak Jauh yang dapat diitegrasikan pada Radar Plessey AR325C sehingga sistem informasi dalam rangka pengamanan wilayah Negara Kesatuan Republik Indonesia (NKRI) ini akan berjalan semakin efisien, cepat dan tepat.
5. DAFTAR REFERENSI
[1] (1991), Radar System TP 1343, Siemens Plessey Radar Limited England.
[2] Forouzan A. Behrouz. (2004), Data
Communications and Networking 4th Edition,
McGraw-Hill.
[3] Mazidi Muhammad Ali, Mckinlay Rolin D. The
8051 Microcontroller and Embedded Systems Using Assembly and C 2nd Edition. Dept. of
Computer Science and Information Engineering National Cheng Kung University, TAIWAN. [4] http://www.mbed.org
[5] http://www.silvertel.com [6] http://www.keil.com
Pr osidi ng Semi nar Radar Nasi onal 2010., Yogyakart a, 28-29 Apr il 2010., I SSN : 1979-2921