P ENENTUAN L OKASI S UMBER
DENGAN M ENGGUNAKAN H YDROPHONE T UNGGAL
Annisa Firasanti 2207100159
Dosen Pembimbing:
Dr. Ir. Wirawan, DEA
Ir. Endang Widjiati, M.Eng.Sc
L ATAR B ELAKANG
|
Potensi perairan Indonesia yang belum
dimanfaatkan secara maksimal terutama untuk komunikasi nirkabel
|
Proses deteksi yang merupakan isu yang penting dalam penelitian underwater acoustic
|
Sistem hydrophone tunggal lebih hemat biaya
dibandingkan sistem hydrophone array.
T UJUAN
|
Mempelajari karakteristik sinyal akustik bawah air yang dipropagasikan dengan menggunakan model propagasi ray theory.
|
Menghasilkan suatu contoh ray path yang
dihasilkan dari sinyal akustik yang dimodelkan dengan ray theory.
|
Mengetahui delay yang terjadi akibat setiap multipath yang ada di dalam kanal dengan masing-masing metode.
|
Mendapatkan estimasi lokasi sumber dengan
menggunakan data delay tersebut.
R UMUSAN MASALAH
|
Bagaimana mendapatkan model kanal yang
sesuai dengan karakteristik laut pada percobaan INTIMATE’96?
|
Bagaimana cara mendapatkan estimasi jarak dan kedalaman sumber yang mendekati lokasi sumber yang asli dengan metode Matched Field Processing (MFP)?
|
Apakah besar bandwidth sinyal mempengaruhi
hasil estimasi lokasi sumber?
B ATASAN M ASALAH
|
Software yang digunakan untuk simulasi adalah Matlab.
|
Simulasi dibuat berdasarkan data dan studi literatur mengenai kondisi lingkungan pada INTIMATE ’96.
|
Simulasi digunakan dengan menggunakan hydrophone tunggal dengan sinyal sumber
dengan karakteristik seperti pada INTIMATE
’96.
M ETODOLOGI P ENELITIAN
Mulai
Analisa dan Perbandingan
Penarikan Kesimpulan
Selesai
Pembangkitan Sinyal Input
Simulasi Pemodelan Kanal
Sinyal Output
Least Square estimator
Noise Subspace
estimator Signal
Subspace estimator
R AY T HEORY [1]
R =jarak transmisi (m) d1 =kedalaman sumber (m)
d2 =kedalaman hydrophone (m) h =kedalaman laut (m)
R AY T HEORY
|
Jarak yang ditempuh oleh eigenray yang berlintasan lurus
|
Jarak yang ditempuh oleh eigenray yang
mengalami pantulan
R AY T HEORY
|
Waktu kedatangan (s) dari gelombang yang
mengalami pantulan yaitu
R EDAMAN OLEH PENYERAPAN DAN PENYEBARAN [2]
Untuk frekuensi rendah (100 Hz-3kHz) redaman suara dapat ditentukan dengan
dan penyerapan energi pada jarak D adalah
T RANSMISSION L OSS [3]
|
Cylindrical Spreading
atau sebanding dengan
dimana r = jarak (m)
R AYLEIGH F ADING
Pelemahan sinyal (fading) dimodelkan dengan distribusi Rayleigh, sebagai parameter sebagai berikut
dimana W
dadalah Doppler Shift (Hz) dan
adalah waktu koheren yaitu waktu dimana
sinyal dapat dianggap koheren atau dapat
diprediksi fasenya.
P ANTULAN OLEH P ERMUKAAN
|
Impedance mismatch antara laut dan udara
menyebabkan permukaan laut menjadi bersifat reflektor.
|
Permukaan laut diasumsikan relatif tenang, sehingga pantulannya akan mendekati
sempurna atau koefisien refleksi adalah -1 [2].
|
Jika permukaan kasar (disebabkan oleh gelombang), akan terjadi loss pada setiap interaksi dengan permukaan. Rugi-rugi ini dimodelkan sebagai konstanta L
srdi setiap interaksi dengan permukaan.
|
Nilai L
sryang diambil adalah 3 dB [1].
P ANTULAN OLEH D ASAR L AUT
|
Impedance mismatch antara laut dan udara
menyebabkan permukaan laut menjadi bersifat reflektor.
|
Jika p dan c adalah tekanan dan kecepatan di air, dan p1 dan c1 adalah tekanan dan kecepatan di
dasar lautUntuk dasar laut yang lembut, pantulan adalah sudut dependen dan dijelaskan oleh
koefisien refleksi Rayleigh sebagai berikut [2]
,
S UDUT KEDATANGAN
Sudut kedatangan dapat dikomputasikan
berdasarkan geometri dari gelombang Pekeris.
Jika sudut θ
sbberhubungan dengan eigenray D
sbdan sudut θ
bsberhubungan dengan eigenray D
bsmaka [1]
T EORI P EMODELAN K ANAL
Jika x(t) adalah sinyal yang ditransmisikan
melewati kanal dan y(t) adalah sinyal diterima,
maka dengan mengabaikan delay waktu antara
transmisi dan penerima, x(t) dapat dituliskan
sebagai fungsi y(t) sebagai berikut [1]
S INYAL INPUT
Sinyal input yang digunakan adalah sinyal chirp yang memiliki karakteristik broadband untuk
mengatasi kekurangan informasi spasial pada
sistem hydrophone tunggal.
M ATCHED -F IELD P ROCESSING (MFP) [4]
Prinsip kerja dari MFP adalah
melakukan
korelasi antara hasil pengukuran dengan hasil
simulasi yang melibatkan informasi
lingkungan. Hasil tertinggi korelasi tersebut dianggap sebagai lokasi
sumber yang
sebenarnya.
M ODEL D ATA L INIER [5]
Berdasarkan model data linier, sinyal akustik yang diterima berdasarkan sumber dengan
lokasi diberikan dalam persamaan
dimana adalah noise, dengan asumsi ini adalah white noise baik secara spasial maupun
temporal.
L EAST S QUARE
|
Untuk mencari M delay
|
Untuk mencari lokasi,
S IGNAL SUBSPACE
|
Untuk mencari M delay
|
Untuk mencari lokasi
N OISE SUBSPACE
|
Untuk mencari M delay
|
Untuk mencari lokasi,
P ROSES P ENENTUAN L OKASI S UMBER
S INYAL I NPUT DAN O UTPUT K ANAL
(b)
Amplitudo
Waktu (∆t)
(a)
Kanal memberikan 2 pengaruh terhadap sinyal input, yaitu redaman dan delay.
L EAST S QUARE ( JARAK )
(a)
(b)
Jarak(m)
Data
L EAST S QUARE ( KEDALAMAN )
(a)
(b)
Data
Kedalaman(m)
S IGNAL S UBSPACE ( JARAK )
(a)
(b)
Jarak(m)
Data
S IGNAL S UBSPACE ( KEDALAMAN )
(a)
(b)
Data
Kedalaman(m)
N OISE S UBSPACE ( JARAK )
(a)
(b)
Jarak(m)
Data
N OISE S UBSPACE ( KEDALAMAN )
(a)
(b)
Kedalaman(m)
Data
R INGKASAN HASIL ESTIMASI
Metode
Jarak 2 km Jarak 2,5 km
100-200 Hz 100-250 Hz 100-200 Hz 100-250 Hz LS 2.13/0.087 2.08/0.086 2.47/0.0008 2.48/0.001 SS 1.99/0.25 1.99/0.25 2.51/0.001 2.52/0.002 NS 2.46/0.37 2.74/1.068 3.12/0.61 3.07/0.55
Metode
Jarak 2 km Jarak 2,5 km
100-200 Hz 100-250 Hz 100-200 Hz 100-250 Hz LS 22.79/461.04 65.81/467.83 110.7/112.3 109.9/232.18 SS 58.14/293.3 55.5/300.14 57.12/297.2 69.98/249.01 NS 56.81/296.1 69.6/253.87 66.34/314,6 65.09/353.87
K ESIMPULAN
| Kanal perairan dangkal memberikan pengaruh redaman dan delay terhadap sinyal input.
| Metode yang paling baik untuk mengukur jarak di antara ketiga metode yang digunakan dalam tugas akhir ini
adalah Least Square dengan nilai MSE rata-rata 0,0437.
| Metode yang paling baik untuk mengukur kedalaman di antara ketiga metode yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah Least Square dengan nilai MSE rata-rata
284,91.
| Metode yang paling buruk untuk penentuan lokasi adalah noise subspace, karena metode ini mempunyai MSE yang paling besar diantara ketiga metode yang lain.
| Penentuan jarak mempunyai performansi yang lebih baik daripada penentuan kedalaman, karena rata-rata MSE pengukuran jauh lebih kecil dibandingkan MSE
pengukuran kedalaman.
S ARAN
1. Hasil simulasi hendaknya divalidasi dengan hasil pengukuran sebenarnya.
2. Selanjutnya dapat dilakukan penelitian mengenai
penentuan lokasi aktif dengan menggunakan hydrophone tunggal.
3. Penentuan lokasi sumber dengan sistem hydrophone
tunggal kali ini masih memerlukan data mengenai lokasi sumber yang sebenarnya. Untuk penelitian selanjutnya, dapat dilakukan penelitian tentang jenis metode penentuan lokasi yang lain yang dapat mengestimasi lokasi sumber tanpa harus ada informasi mengenai data lokasi
sebenarnya.
4. Kekurangan informasi spasial pada sistem penentuan lokasi dengan hydrophone tunggal pada tugas akhir ini dapat
diatasi dengan penggunaan sinyal sumber broadband.
Untuk selanjutnya, dapat dilakukan penelitian mengenai cara lain untuk mengatasi kekurangan informasi spasial pada sistem deteksi hydrophone tunggal ini.
D AFTAR P USTAKA
[1] Chitre, Mandar., (2006) Underwater Acoustic Communications in Warm Shallow Water Channels, PhD Thesis, Electrical &
Computer Engineering National University Of Singapore.
[2] Brekhovskikh, L.M., Lysanov, Yu.P., (2003) Fundamental of Ocean Acoustic. American Institute of Physics, New York.
[3] Jensen, F.B., Kuperman, W.A., Porter, M.B. and Schmidt, H.
(1994) Computational Ocean Acoustics. American Institute of Physics, New York. Chapter 1.
[4] Tolstoy, A., (1993) “Matched-Field Processing for Underwater Acoustic”, World Scientific, Singapore.
[5] Jesus, S.M., Porter, M.B., Stephan, Y., Demoulin, X., Rodriguez, O., Coelho, E., (2001) “Single Hydrophone Source Localization”, IEEE Journal of Ocean Engineering.
