RANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM
PENERIMA S-BAND DATA VIDEO
SATELIT LAPAN-TUBSAT
Abdul RahmanPeneliti Bidang Teknologi Ruas Bumi Dirgantara, LAPAN
ABSTRACT
One of t h e LAPAN-TUBSAT satellite missions is video surveillance. This mission is done with t r a n s m i t t i n g real time video from satellite. For reception of this
transmission in g r o u n d station it is needed to specify the specification a n d general design of the receiver, so t h a t it could receive and process the signal transmission from the satellite to become real time video. Specifying of the specification of this receiver used link b u d g e t calculation, transmission type and o t h e r RF p a r a m e t e r s . The
specification a n d general design of this receiver w a s implemented as an S-Band Video Receiver a n d already tested using real time transmission from DLR-TUBSAT satellite's video a n d applied in LAPAN-TUBSAT d a t a reception.
ABSTRAK
Salah s a t u misi Satelit LAPAN-TUBSAT a d a l a h video surveillance. Misi ini dilakukan d e n g a n m e l a k u k a n transmisi video real time dari satelit. U n t u k menerima transmisi t e r s e b u t m a k a s t a s i u n b u m i p e n e r i m a h a r u s m a m p u mengolah transmisi tersebut menjadi real time video. U n t u k itu perlu d i l a k u k a n p e n e n t u a n spesifikasi d a n r a n c a n g a n u m u m d a r i penerima tersebut sehingga d a t a d a n pengolahannya d a p a t diterima s e c a r a real time video. P e n e n t u a n spesifikasi penerima ini d i l a k u k a n dengan m e n g g u n a k a n p e r h i t u n g a n link budget, tipe transmisi d a n p a r a m e t e r transmisi lainnya. Implementasi d a r i spesifikasi d a n r a n c a n g a n u m u m p e n e r i m a ini telah menghasilkan p e n e r i m a t r a n s m i s i video S-band d a n telah berhasil diuji dengan m e n g g u n a k a n t r a n s m i s i realtime dari video satelit DLR-TUBSAT d a n telah diaplikasikan p a d a satelit LAPAN-TUBSAT.
Kata k u n c i : Video surveillance
1 PENDAHULUAN
Satelit LAPAN-TUBSAT adalah satelit mikro y a n g dikembangkan dengan misi surveillance d a n store and forward. Terkait dengan misi surveillance tersebut m a k a perlu d i k e m b a n g k a n p u l a s t a s i u n bumi penerima u n t u k m e n e r i m a d a t a
video y a n g dikirimkan oleh satelit
tersebut.
Dalam penyiapan s t a s i u n b u m i tersebut perlu d i p e r s i a p k a n penerima y a n g d i r a n c a n g k h u s u s u n t u k mengolah
sinyal RF y a n g d i t r a n s m i s i k a n satelit LAPAN-TUBSAT menjadi sinyal video. Oleh k a r e n a itu p e n e n t u a n spesifikasi penerima terkait d e n g a n p a r a m e t e r satelit d a n stasiun bumi perlu dilakukan.
P e n e n t u a n spesifikasi penerima ini d i l a k u k a n dengan m e l a k u k a n serang-kaian p e n g u m p u l a n d a t a dan analisis t e r h a d a p p a r a m e t e r satelit LAPAN-TUBSAT d a n j u g a p a r a m e t e r komponen st as i u n b u m i lainnya yang a k a n d i g u n a k a n . P a r a m e t e r satelit LAPAN-TUBSAT yang diperhatikan dalam hal ini a d a l a h misi, mode transmisi, k u a t
power, k a r a k t e r video d a n p a r a m e t e r
lainnya. S e m e n t a r a u n t u k s t a s i u n bumi, p a r a m e t e r y a n g diperhatikan adalah sistem a n t e n a , feed system, LNA, dan p a r a m e t e r terkait d e n g a n perhitungan
link budget a n t a r a satelit ke stasi un
2 DATA SATELIT DAN STASIUN
BUMI SATELIT LAPAN TUBSAT
Satelit LAPAN-TUBSAT dirancang u n t u k m e l a k u k a n misi eksperimental
surveillance d a n store & forward. Sesuai
dengan misi surveillance tersebut satelit ini m e m b a w a m u a t a n 2 b u a h k a m e r a CCD video b e r w a r n a u n t u k m e r e k a m secara real-time kondisi di b u m i . Dua b u a h k a m e r a i n i d i l e n g k a p i l e n s a b e r u k u r a n 5 0 m m d a n 1000 m m .
B e r i k u t ini a d a l a h r i n g k a s a n karakteristik satelit LAPAN-TUBSAT:
Dimensi (tanpa antenna dan baffle):
• Panjang : 4 5 0 mm • Lebar : 4 5 0 mm • Tinggi : 2 7 5 mm
Berat: 57 kg Power:
- 4 solar panels; 4 3 2 x 2 4 3 mm; 35 cell in series; m a x 14 W
- 5 NiH2 batteries; 1 2 . 5 V nominal
voltage, 12 Ah
Sistem Komunikasi:
- 2 TTCs: F r e k u e n s i 4 3 7 , 3 2 5 MHz; modulasi FFSK; 1200 b p s ; 5 W (max) RF output d e n g a n % panjang gelombang a n t e n a (half dipole) u n t u k command & transmisi data.
- S-band: Frekuensi 2 2 2 0 MHz; modulasi FM; 5 W R F output dengan a n t e n a helix 8 dBi gain d a n polarisasi RHCP u n t u k transmisi video real time.
Data handling:
OBDH with 5 2 4 kB external a n d 4 kB internal RAM, 524 kB EEPROM, 16 kB PROM, 38.4 k b p s SCI speed
Attitude control system:
- 3 wheels /fiber optic laser gyros in
orthogonal axis - CMOS s t a r sensor
- 3 magnetic coils in orthogonal axis - 2 single solar cell sebagai s u n sensors
Payloads:
- Camera 1 : CCD dengan color splitter
prism; Effective Picture Element : 752 x
582; s w a t h 3.5 km; ground resolution 6 m; 1000 mm Casegrain lens
- Camera 2 : color CCD; Effective Picture Element : 752 x 582 ; s w a t h 81 km; ground resolution 2 0 0 m; 50 mm lens - Short text Store a n d Forward
experiment
G a m b a r 2 - 1 : Satelit LAPAN-TUBSAT Terkait dengan karakteristik satelit LAPAN-TUBSAT p a d a m u a t a n d a n transmisi video t e r s e b u t m a k a perlu d i p e r s i a p k a n s e b u a h p e n e r i m a y a n g m a m p u mengolah video y a n g ditrans-misikan oleh satelit. Video yang dipan-c a r k a n oleh satelit dalam mode analog d a n berfrekuensi tinggi h a r u s d a p a t diproses oleh penerima sehingga meng-hasilkan video PAL yang dapat langsung dilihat d a n d i r e k a m secara real-time.
S t a s i u n b u m i u n t u k m e n e r i m a d a t a satelit LAPAN-TUBSAT telah d i b a n g u n d i R u m p i n . Selain u n t u k menerima d a t a satelit LAPAN-TUBSAT, s t a s i u n b u m i ini j u g a p a d a awalnya digunakan u n t u k menerima d a t a citra modis dari satelit Terra & Aqua. Data modis ini b a n y a k d i g u n a k a n u n t u k kepentingan lingkungan h i d u p .
S t a s i u n b u m i di Rumpin ini selain memiliki feed u n t u k p e n e r i m a a n frekuensi X band u n t u k d a t a MODIS, j u g a d a p a t d i t u m p a n g i feed d a l a m frekuensi S-band. T u m p a n g a n feed dalam frekuensi S-band ini dirancang sehingga a n t e n a tersebut dapat digunakan u n t u k menerima d a t a satelit LAPAN-TUBSAT yang bekerja p a d a frekuensi S-band.
U n t u k p e n e r i m a a n d a t a satelit LAPAN-TUBSAT, s t a s i u n bumi Rumpin perlu dilengkapi dengan penerima yang dirancang k h u s u s u n t u k menerima d a t a
video LAPAN-TUBSAT. Oleh k a r e n a itu
perlu dilakukan tinjauan mengenai spesifikasi d a n r a n c a n g a n u m u m pene-rima yang diperlukan.
Di m a s a d e p a n s t a s i u n b u m i Rumpin ini a k a n dikembangkan menjadi sebu ah Spacecraft Control Center (SCC). Hal ini d i m u n g k i n k a n k a r e n a selain memiliki s t a s i u n b u m i penerima data, stasiun ini j u g a dilengkapi d e n g a n stasiun bumi pengendali satelit LAPAN-TUBSAT. Hal ini d i k a r e n a k a n pengen-dalian satelit LAPAN-TUBSAT u n t u k melakukan p e r e k a m a n kondisi b u m i h a r u s dilakukan secara real-time, sehingga s t a s i u n b u m i pengendalinya akan lebih a n d a l jika ditempatkan p a d a tempat y a n g s a m a .
Konfigurasi s t a s i u n b u m i ini dapat digambarkan p a d a Gambar 2-2.
3 ANALISIS
Dalam m e l a k u k a n analisis d a n p e n e n t u a n spesifikasi penerima seperti apa yang diperlukan m a k a d i b u t u h k a n proses p e n g u m p u l a n d a t a d a n k a r a k t e -risasi transmisi video satelit LAPAN-TUBSAT. Selain itu perlu p u l a diper-hitungkan integrasi d e n g a n a n t e n a &
feed system y a n g a d a di stasiun b u m i .
U n t u k p a r a m e t e r t r a n s m i t e r satelit LAPAN-TUBSAT diperoleh d a t a spesifikasi sebagai berikut :
- Carrier Frequency = 2 2 2 0 MHz - RF o u t p u t = 5 Watt (nom) - Modulation = FM - Frequency deviation = 8 , 5 MHz - Modulating frequency = 10 Hz to 5 MHz (CCIR Standard) - IF Bandwidth = 27 MHz
- Tipe Video = PAL 625 line (75 Ohm)
Sementara data spesifikasi stasiun bumi Rumpin adalah sebagai berikut : - Antenna Diameter (meters) = 4.50 - Antenna Efficiency (%) = 4 8 . 4 9 % - Antenna Gain (dB) = 37.37 - Ohmic Losses (dB) = 1.00 - Feed Temperature (C) = 23.00
- Net Antenna Gain (dB) = 3 6 . 3 6 - Sky Temperature (K) = 1 7 . 9 - Ant. Noise Temperature (K) = 8 2 . 0 0 - Rx System Temperature (K) = 4 2 . 7 9 - System Noise Temperature (K) = 124.79 - Calculated System G / T = 15.40
(dB/K)
- LNA Gain (dB) = 3 7 . 5
Dengan parameter-parameter satelit dan stasiun b u m i tersebut k e m u d i a n d i s u s u n analisis u n t u k m e n e n t u k a n spesifikasi d a n r a n c a n g a n u m u m penerima yang a k a n dikembang-k a n . Analisis ini j u g a m e n g i dikembang-k u t s e r t a dikembang-k a n faktor d i m a n a s t a s i u n b u m i r u m p i n a k a n diuji end to end test dengan satelit DLR-TUBSAT yang memiliki k e s a m a a n karakteristik RF dengan satelit LAPAN-TUBSAT. Beberapa feature spesifikasi dan
r a n c a n g a n u m u m tersebut kemudian d i s u s u n sebagai berikut:
K e m a m p u a n p e n e r i m a a n d a n d e m o d u -lasi signed video analog S-band p a d a frekuensi 2200-2400 MHz
- Input frekuensi y a n g d a p a t di- tune
- Automatic Cain Control (AGC)
- Automatic Frequency Control (AFC) - Automatic Video Level (AVL)
- Low noise reception
- Kontrol m a n u a l d a n full remote control
p a d a s e m u a fungsi penerima melalui
software (PC)
- Keluaran ke PC, video recording tape d a n TV
Dari feature u m u m inilah k e m u -dian dideflnisikan lebih detail lagi menjadi spesifikasi & r a n c a n g a n u m u m penerima y a n g a k a n d i g u n a k a n sebagai berikut:
- Input frequency: 2 2 0 0 - 2 4 0 0 MHz - Frequency tuning: 250 kHz s t e p s - Input impedance: 50 o h m
- Input noise figure: <10dB
- IF bandwidth: 18/27MHz, selectable - Video bandwidth: 10Hz to 5.5MHz - Frequency accuracy: 2ppm
- Input level (nominal): -70dBm to -30dB - Output level (nominal): lVp-p / 75ohm - Automatic gain control: 40dB range
- Manual gain control: 4 0 d B range, dengan l d B s t e p s
- Automatic video level control: lOdB range
- Automatic frequency control: 20MHz range
- Manual control: Input frekuensi, RF
gain, input selection, IF bandwidth
selection, 1 memory AGC on/off, AFC on/off, AVL on/off,
- Remote control RS232
- Display: Input frekuensi, RF gain, RF
input, IF bandwidth, RF level indication [with 3dB accuracy), signal lock indication, AGC on/off, AFC on/off,
AVL on/off
- Connectors: 2xN type, 50ohm (RF input)
selectable 2xBNC, 75ohm a n d lxRCA {video output^
- Power supply: + 12V DC or 230V AC to
+ 12V DC a d a p t e r - Size: l U h i g h 19" rack
- Operating temperature range: d a r i - 1 0 ° C t o + 6 0 ° C
Penggunaan input frekuensi dari 2200-2400 MHz d a n selectable
Bandwidth a n t a r a 18 d a n 27 MHz d i m a k s u d
-k a n u n t u -k mengantisipasi end to end
test dengan m e n g g u n a k a n satelit
DLR-TUBSAT y a n g memiliki frekuensi d a n
Bandwidth berbeda dengan
LAPAN-TUBSAT.
P e n g g u n a a n AVL, AGC d i l a k u k a n u n t u k m e m a k s i m a l k a n dan menjaga kualitas sinyal y a n g diterima penerima. S e m e n t a r a AFC d i m a k s u d k a n agar pene-rima d a p a t menepene-rima secara otomatis sinyal paling k u a t p a d a frekuensi
S-band. Kemudian p e n g g u n a a n remote control, u n t u k m e m u d a h k a n
pengopera-sian penerima melalui PC, sehingga p e n e m p a t a n penerima d a p a t dilakukan di m a n a saja.
Adanya 2 input RF d i m a k s u d k a n a g a r penerima d a p a t menerima sinyal dari 2 s u m b e r y a n g berbeda, m e s k i p u n demikian, h a n y a salah s a t u y a n g a k a n di proses. D u a output BNC d a n s a t u RCA ---pada penerima a k a n m e m u d a h k a n
penampUan video satelit LAPAN-TUBSAT ke tiga display a t a u frame grabber secara simultan. Selain itu penerima ini dilengkapi dengan k e m a m p u a n menyim-p a n setting dalam memori menyim-penerima.
Hal paling penting dalam penen-t u a n spesifikasi penerima ini a d a l a h p e n e n t u a n input level penerima
[sensitivity), di m a n a penerima ini h a r u s
d a p a t menerima sinyal satelit selemah mungkin t a n p a mengalami over input
level P e n e n t u a n nilai sensitivity ini
d i l a k u k a n dengan m e l a k u k a n perhitung-an link budget p a d a elevasi 5, 10, 2 0 , 45 d a n 90 derajat, dengan a s u m s i bahwa satelit LAPAN-TUBSAT b e r a d a p a d a posisi n a d i r pointing.
Dari hasil p e r h i t u n g a n
link-budget tersebut diperoleh input level
G a m b a r 3 - 1 : Penerima video LAPAN-TUBSAT hasil p e n g e m b a n g a n
• - . ~
Tabel 3 - 1 : HASIL PERHITUNGAN
BUDGET
LINK-Dengan hasil perhitungan tersebut d i t e n t u k a n input level u n t u k penerima dari -70 hingga -30 dBm. Nilai input level ini telah m e m p e r h i t u n g k a n p u l a margin u n t u k mengantisipasi jika satelit LAPAN-TUBSAT b e r a d a hingga 20 derajat off nadir dari s t a s i u n bumi. D i h a r a p k a n d e n g a n input level d a n dynamic range sebesar 40 dB dari p e n e r i m a ini m a k a p e n e r i m a a n d a t a video satelit LAPAN-TUBSAT a k a n d a p a t dilakukan dengan baik. Rancangan u m u m & spesifikasi ini k e m u d i a n d i b a n g u n oleh vendor menjadi penerima y a n g k e m u d i a n diintegrasikan ke s t a s i u n b u m i Rumpin.
4 HASIL
Pengujian penerima ini dilakukan b e r s a m a a n d e n g a n end to end test
keseluruhan sistem stasiun bumi LAPAN-TUBSAT di Rumpin dengan meng-g u n a k a n satelit LAPAN-TUBSAT.
Penerimaan d a t a video LAPAN-TUBSAT tersebut dilakukan 2 kali. Dalam 2 kali test tersebut performa penerima nominal. Penerima d a p a t menerima d a n mengolah video LAPAN-TUBSAT dengan baik s e s u a i dengan spesifikasi yang d i h a r a p k a n . Berikut adalah konfigurasi p a d a s a a t dilakukan end to end test dari s t a s i u n b u m i Rumpin ke satelit LAPANB-TUBSAT.
Pada end to end test t e r s e b u t transmisi video satelit LAPAN-TUBSAT d i h i d u p k a n melalui s t a s i u n b u m i milik TU-Berlin di Spitzbergen-Norway dan satelit d i a r a h k a n sedemikian r u p a sehingga attitude p a d a sisi k a m e r a satelit a k a n berada p a d a posisi n a d i r
pointing ketika b e r a d a di a t a s
khatulistiwa.
Dari hasil test tersebut penerima d a p a t menerima d a n m e m p r o s e s d a t a
video satelit LAPAN-TUBSAT s e s u a i
dengan spesifikasi yang d i h a r a p k a n . Berikut adalah nilai input level p a d a penerima p a d a tiap derajat elevasi yang diperoleh p a d a saat pengujian tersebut:
Sesuai d e n g a n spesifikasi yang telah diuraikan di a t a s , melalui grafik tersebut dapat diketahui bahwa dibutuh-k a n Signal to Noise Ratio (S/N) sebesar 10 dB sehingga penerima d a p a t mengolah sinyal RF menjadi video PAL y a n g d a p a t dilihat l a n g s u n g p a d a TV. Nilai S/N ini telah s e s u a i dengan spesifikasi yang d i h a r a p k a n .
Meskipun demikian sensitivitas p e n e r i m a y a n g b e r a d a p a d a level -70 d B m tidak d a p a t diuji s e c a r a langsung, d i s e b a b k a n input noise dari a n t e n a dan
feed system yang b e r a d a di a t a s nilai
tersebut. Dari grafik terlihat b a h w a noise
floor dari a n t e n a system tersebut b e r a d a
p a d a level -60 dBm. Tingginya input noise
floor ini terkait dengan p e r m a s a l a h a n
yang a d a p a d a a n t e n a d a n feed
system-nya. Hal ini m e n y e b a b k a n p e n e r i m a a n
video LAPAN-TUBSAT dapat mulai diterima
ketika elevasi 27 derajat.
Dari grafik tersebut d a p a t dilihat p u l a bahwa hasil p e r h i t u n g a n per-b a n d i n g a n level input satelit p a d a pene-rima d a n elevasi satelit y a n g sebelumnya dilakukan mendekati point yang s a m a dengan plot grafik p a d a pengujian. Dengan demikian d a p a t d i k e t a h u i b a h w a jika noise floor p a d a a n t e n a system
d a p a t ditekan hingga dibawah -70 dBm m a k a p e n e r i m a a n d a t a video satelit d a p a t diterima mulai p a d a elevasi a n t a r a 3 hingga 10 derajat.
Berikut ini a d a l a h hasil tampilan k a m e r a video satelit LAPAN-TUBSAT m e n g g u n a k a n lensa 1000 mm ketika b e r a d a di atas Indonesia.
5 KESIMPULAN DAFTAR RUJUKAN Dari u r a i a n di a t a s d a p a t
disim-pulkan b a h w a p e n e n t u a n spesifikasi dan disain u m u m p e n e r i m a video LAPAN-TUBSAT h a n y a d a p a t d i l a k u k a n d e n g a n mengetahui p a r a m e t e r p a r a m e t e r t r a n s -misi satelit d a n p a r a m e t e r s t a s i u n b u m i . Dari p a r a m e t e r - p a r a m e t e r t e r s e b u t k e m u d i a n d i l a k u k a n p e r h i t u n g a n p e r -h i t u n g a n se-hingga spesifikasi p e n e r i m a yang a k a n diintegrasikan k e d a l a m s t a s i u n b u m i d a p a t d i l a k u k a n .
Dengan hasil spesifikasi ini telah dihasilkan p e n e r i m a y a n g d a p a t m e n e -rima d a t a video satelit LAPAN-TUBSAT. Dengan demikian diharapkan misi satelit LAPAN-TUBSAT a k a n d a p a t diterima dan diproses d e n g a n baik.
Balanis, Constantine A., 1982. Antenna
Theory; analysis and design, J o h n
Wiley & s o n s Inc, C a n a d a .
Gagliardi, M Robert., 1987. Satellite
Communications, CBS Publishers &
Distributor, New Delhi.
Schoenbeck, Robert, 2 0 0 2 . Electronic
Communications Modulation and Transmission, Prentice Hall of
India, New Delhi.
Sinha, Umesh, 1992. Antenna and Wave
Propagation, Satya P r a k h a s h a n ,
New Delhi.
Triharjanto, R Heru; Hasbi, W., Widipaminto; A., Mukhayadi, M.; Renner, U,. 2 0 0 5 . Executitse
Summary, Lapan-Tubsat Technical Documentation Micro-satellite For Surveillance, Berlin.
