## ANALISIS KEMAMPUAN RADAR NAVIGASI LAUT FURUNO 1932 MARK-2 UNTUK PEMANTAUAN INTENSITAS HUJAN
[ANALYSIS OF FURUNO MARINE RADAR 1932 MARK-2

## CAPABILITY TO OBSERVE RAIN RATE]
Asif Awaludin, Ginaldi Ari Nugroho, Soni Aulia Rahayu Peneliti Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer, LAPAN email: asif_aw@yahoo.co.id Diterima 6 Maret 2013; Disetujui 15 Mei 2013

## ABSTRACT
Indonesia has many areas prone to floods and landslide so that an early warning system  to  such  disasters  is  required.  The  research  analyzed  the  capability  of Furuno marine radar  1932  Mark-2  as  a  low  cost  alternative  solution  to  weather  radar  by analyzing its specification followed by experiment and test of its weakness as a disaster early warning system instrument through development of acquisition system and radar signal processing. According to the specification, its radar scanner unit is compatible for rain detection but need volume correction for wide vertical beam width. The display unit is  not  compatible  because  its plotter is  monochrome  and  its clutter is  actually  rain. Experiment  and  test  results  have  proved  that  the  radar  was  able  to  detect  rainfall movement  with  reflectivity  values  observed  between  15-30  dBZ.  Rain  gauge measurement confirmed that the reflectivity of 30 dBZ was rain with rate of 5.4 mmh -1 . Relation  between  detected  Z  and  R  did  not  match  with  Marshall  Palmer  equation,  as reflectivity value of 30 DBZ will produce rainfall of 2.7 mmh -1 . Therefore, it is necessary to find the representing Z and R relation by calibrating its reflectivity using rain gauge measurement data.
Keywords: Radar Reflectivity Factor, Marine Radar, Rain Rate

## ABSTRAK
Indonesia mempunyai banyak daerah rawan banjir dan tanah longsor sehingga diperlukan sistem peringatan dini terhadap bencana tersebut. Radar cuaca merupakan salah satu alternatifnya, akan tetapi harganya mahal, sehingga diperlukan radar cuaca alternatif  yang  biayanya  murah.  Dalam  penelitian  ini  dilakukan  analisis  kemampuan radar  navigasi  laut Furuno 1932  Mark-2  sebagai  solusi  radar  cuaca  biaya  murah dengan  menganalisis  spesifikasinya  kemudian  membuat  eksperimen  dan  pengujian untuk  mencoba  solusi  kelemahannya  melalui  pengembangan  sistem  akuisisi  dan pengolah  sinyal  radar.  Menurut  spesifikasinya,  unit scanner radar  memenuhi  syarat untuk  pendeteksian  hujan,  hanya  membutuhkan  koreksi  volume  untuk  lebar  berkas vertikal  yang  lebar.  Sedangkan  unit display- nya  belum  memenuhi  karena plotter- nya masih satu  warna  dan  penghilang clutter- nya  menganggap  hujan  sebagai clutter .  Dari hasil  eksperimen  dan  pengujian  dapat  diketahui  bahwa  radar  ini  mampu  digunakan untuk  mendeteksi  pergerakan  hujan  dengan  nilai  reflektivitas  yang  terpantau  antara 15-30  dBZ.  Hasil  pengukuran rain  gauge menunjukkan  pada  reflektivitas  30  dBZ tersebut terpantau hujan dengan intensitas 5,4 mm/jam. Hubungan antara (Z) dan (R) yang terdeteksi tidak sesuai dengan persamaan Marshall Palmer, karena nilai 30 dBZ menghasilkan  intensitas  hujan  2,7  mm/jam.  Oleh  karena  itu  dalam  penelitian selanjutnya  perlu  dicari  hubungan  Z  dan  R  yang  sesuai  untuk  radar  ini  melalui kalibrasi nilai reflektivitas menggunakan data hasil pengukuran rain gauge . Kata kunci: Faktor Reflektivitas Radar, Radar Navigasi Laut, Intensitas Hujan

## 1  PENDAHULUAN
Saat ini Indonesia menempati urutan ketiga di dunia sebagai negara yang paling rawan dan paling sering  dilanda bencana banjir, setelah India dan China. Salah satu bencana banjir besar di Indonesia adalah banjir yang melanda Jakarta dan sekitarnya pada  pertengahan  Januari  2013  yang  menyebabkan  Jakarta  dinyatakan  dalam keadaan darurat. Banjir ini sebenarnya sudah dimulai sejak Desember 2012 dan baru mencapai puncaknya pada Januari 2013.
Oleh  karena  itu,  diperlukan  adanya  upaya  pendeteksian  dini  terhadap  faktor- faktor  penyebab  timbulnya  banjir  dan  tanah  longsor.  Salah  satu  upayanya  adalah pemantauan intensitas hujan yang terjadi di wilayah Indonesia secara terus menerus. Berbagai  teknologi  telah  dikembangkan  untuk  pemantauan  intensitas  hujan, diantaranya radar cuaca dan satelit. Teknologi satelit mampu melakukan pemantauan curah  hujan  dengan  cakupan  yang  sangat  luas,  akan  tetapi  memiliki  resolusi  yang rendah  dan  tidak  semua  daerah  terpantau  olehnya.  Teknologi  radar,  walaupun cakupannya  lebih  sempit  dibandingkan  teknologi  satelit,  mempunyai  resolusi  yang tinggi  dan  dapat  dipasang  di  daerah  manapun  yang  rawan  banjir  dan  tanah  longsor. Akan  tetapi  teknologi  radar  cuaca  yang  ada  saat  ini  masih  sangat  mahal,  untuk  itu diperlukan solusi alternatif teknologi radar cuaca yang murah dan handal.
Penelitian  ini  bermaksud  mencari  salah  satu  alternatif  teknologi  radar  cuaca yang  murah  dan  handal,  yaitu  dengan  menganalisis  kemampuan  radar  navigasi  laut Furuno 1932  Mark-2  yang  belum  menggunakan  teknik  doppler  dalam  pendeteksian targetnya  dan  harganya  jauh  lebih  murah  dibandingkan  radar  cuaca  doppler  untuk pemantauan intensitas hujan. Radar Furuno 1932 yang digunakan dalam penelitian ini adalah  milik  Pusat Sains dan Teknologi  Atmosfer  LAPAN.  Radar  ini merupakan  radar yang  dipakai  di  kapal  laut  untuk  mendeteksi  kapal  lain  dan  daratan  yang  ada disekitarnya.  Dibandingkan  dengan  radar  cuaca,  sistem  radar  jenis  ini  masih mempunyai  beberapa  kekurangan  yang  membuatnya  belum  mampu  secara  langsung memantau  intensitas  hujan.  Kekurangan  tersebut  antara  lain  sistem  tampilannya masih  menggunakan  monitor Cathode-Ray  Tube (CRT)  monokrom  dengan  8 level kuantisasi  warna  hijau  sehingga  apabila  diaplikasikan  di  daerah  daratan  sulit  untuk membedakan  antara  target  hujan,  daratan  dan  bangunan.  Selain  itu,  sistem penghilang clutter- nya berfungsi menghilangkan clutter gelombang laut dan hujan yang merupakan target dari radar cuaca sehingga target hujan tertutupi oleh target daratan atau bangunan.
Dalam penelitian ini dilakukan analisis kekurangan radar  navigasi laut Furuno 1932  Mark-2  untuk  pendeteksian  hujan  kemudian  melakukan  eksperimen  solusi masalah  tersebut  dan  selanjutnya  menganalisis  hasilnya  untuk  menentukan kemampuan  dan  kelayakannya  dalam  pendeteksian  hujan.  Dengan  diketahuinya kemampuan  radar  ini  dalam  pendeteksian  hujan  diharapkan  dapat  menjadi  solusi dalam pengembangan radar cuaca untuk peringatan dini banjir dan tanah longsor.

## 2  PRINSIP PENDETEKSIAN HUJAN OLEH RADAR
Radar  cuaca  tidak  mengukur  hujan  secara  langsung,  akan  tetapi  mengukur jumlah  energi  yang  dipantulkan  oleh  partikel-partikel  dalam  satu  volume  sampel. Faktor  kunci  yang  menghubungkan  antara  energi  yang  dipantulkan  dengan  curah hujan adalah faktor reflektivitas radar Z (mm 6 m -3 ).
Persamaan radar cuaca (2-1) menjelaskan hubungan antara daya yang diterima, konstanta  karakteristik  radar,  konstanta  karakteristik  target  dan  jarak  antara  radar dengan target (dalam Uijlenhoet, 2001). Dalam hal ini target adalah tetes hujan.
dimana r P daya rata-rata yang diterima dari butiran hujan pada jarak r (km), C adalah konstanta  karakteristik  hujan, 2 K adalah  koefisien  dari  konstanta  dielektrik  air  (~ 0,93)  dan Z (mm 6 m -3 )  adalah  faktor  reflektivitas  radar  yang  kemudian  disebut  secara singkat  dengan  reflektivitas  radar.  Semua  parameter  radar  terkandung  dalam C ,  dan semua  parameter  butiran  hujan  terkandung  dalam 2 K dan Z .  Sedangkan Z terkait dengan distribusi ukuran butiran hujan dalam volume sampel radar, seperti dijelaskan dalam persamaan (2-2) (dalam Uijlenhoet, 2001).
(2-2) Dimana
(mm -1 m -3 )  merupakan  distribusi  ukuran  butiran  hujan  yang menjelaskan  seberapa  banyak  butiran  hujan  dari  tiap  diameter yang  terkandung dalam  satu  satuan  volume,  misalnya  1m 3 .  Oleh  karena  itu,  meskipun merupakan faktor  reflektivitas  radar,  tetapi  sebenarnya  kuantitas  meteorologi  murni  yang independen terhadap parameter radar. Dalam prakteknya, nilai mempunyai kisaran orde yang besar sehingga digunakan skala logaritmik untuk mengekspresikannya. Nilai reflektivitas radar dalam logaritmik adalah 10 log dan diekspresikan dengan satuan dBZ. Persamaan (2-1) dapat digunakan untuk mendapatkan nilai berdasarkan daya yang diterima radar seperti dijelaskan dalam persamaan (2-3) (dalam Uijlenhoet, 2001).
2 2 K C r P Z r  (2-3)
Estimasi  nilai Z menggunakan  persamaan  ini  hanya  untuk  kondisi  sempurna,  yaitu jika kalibrasi radar sempurna, hamburan yang terjadi adalah hamburan Rayleigh dan tidak  terjadi  atenuasi.  Dalam  kenyataannya,  kondisi  ini  hampir  tidak  pernah  terjadi. Oleh  karena  itu  nilai  reflektvitas  radar  tersebut  seringkali  disebut  dengan  faktor reflektivitas  radar  efektif Z e (Uijlenhoet,  2001).  Namun  bagaimanapun,  pengukuran Z yang sempurna sekalipun belum mampu memberikan estimasi intensitas hujan R yang sempurna.
Jika  efek  dari  angin updraft dan downdraft ,  turbulensi  dan  interaksi  antar butiran  hujan  diabaikan,  curah  hujan  (stasioner) R (mm/jam)  akan  terkait  dengan distribusi ukuran butiran hujan N V (D) berdasarkan persamaan (2-4) (Uijlenhoet, 2001).
(2-4)
dimana v(D) merupakan  fungsi  hubungan  antara  kecepatan  jatuh  terminal  butiran hujan saat masih di udara v (ms -1 ) dengan diameter butiran hujan ekuivalen D (mm).
Hubungan  antara  faktor  reflektivitas  radar Z dengan  intensitas  hujan R ditunjukkan dalam persamaan (2-5) (dalam Uijlenhoet, 2001).
(2-5)
dimana a dan b adalah koefisien yang nilainya berbeda untuk tiap lokasi dan musim, tetapi  tidak  bergantung  pada  intensitas  hujan.  Kedua  koefisien  ini  lebih  merupakan karakter  meteorologis  dari  suatu  lokasi  atau  musim  tertentu  atau  lebih  spesifik  lagi tipe  curah  hujannya  (misalnya  stratiform,  konvektif,  atau  orografis).  Marshall  dan Palmer  (1948)  menemukan  hubungan Z dan R seperti  persamaan  (2-6)  yang  berhasil
diterapkan  di  berbagai  belahan  dunia  dengan  berbagai  tipe  curah  hujan  khususnya intensitas hujan 1 sampai 50 mm/jam.
(2-6)

## 3  RADAR NAVIGASI LAUT FURUNO 1932 MARK-2
Radar  navigasi  laut Furuno 1932  Mark-2  adalah  radar  yang  digunakan  pada kapal  laut  untuk  mendeteksi  kapal  lain,  daratan  maupun  benda  lain  di  sekitarnya. Dengan bantuan radar ini, seorang navigator kapal akan mendapatkan rute yang aman dan cepat bagi kapalnya, meskipun di malam hari, cuaca yang berkabut gelap, atau di pelabuhan  yang  padat  kapalnya.  Spesifikasi  radar  ini  ditunjukkan  dalam  Tabel  3-1 ( Furuno , 2013).
Tabel 3-1: SPESIFIKASI RADAR FURUNO 1932 MARK-2 Parameter Spesifikasi Frekuensi X Band (9410±30 MHz) Power Output 4 kW Jarak Maksimum 60 km Kecepatan rotasi antena 24 rpm Jenis antena 3.5 ft centre-fed waveguide slotted array Lebar berkas sinyal Vertikal: 27 o, Horisontal: 2,4 o Lebar pulsa sinyal 0.08µs/2100Hz, 0.3µs/1200Hz, 0.8µs/600Hz Jenis polarisasi Horisontal Frekuensi Intermediate 60 MHz. Bandwidth 25 MHz (0.08/0.3 µs), 3MHz (0.8µs) Teknik Doppler Tidak ada Sumber : Furuno , 2013
Sistem  radar  navigasi  laut  terdiri  dari  unit scanner dan  unit display. Unit scanner merupakan  sistem transceiver yang  tersusun  dari  antena,  Tx/Rx Switching , magnetron,  modulator, limiter , Microwave  Integrated  Circuit (MIC),  dan  IF  amp.  Blok diagram rangkaian dan peralatan yang terdapat dalam unit scanner ditunjukkan dalam Gambar  3-1.  Sedangkan  unit display radar  ini  tersusun  dari A/D converter , signal processor, control  section , D/A  converter dan  layar  CRT  seperti  ditunjukkan  dalam Gambar 3-2.
Gambar 3-1: Rangkaian dan peralatan penyusun unit scanner ( Furuno , 2013)
Gambar 3-2: Perangkat penyusun unit display . ( Furuno , 2013)

## 4  EKSPERIMEN DAN ANALISIS
4.1 Analisis Spesifikasi Radar Navigasi Laut Furuno 1932 Mark-2
Untuk  dapat  diaplikasikan  sebagai  radar  cuaca,  spesifikasi  radar  navigasi  laut Furuno 1932 Mark-2 harus mendukung untuk pendeteksian butiran hujan. Frekuensi pada  band  X  yang  dimiliki  radar  ini  sangat  mendukung  untuk  pendeteksian  butiran hujan  dengan  peka  hingga  butiran  yang  lebih  kecil  seperti  butiran  awan  hujan  dan salju. Akan tetapi, tidak adanya teknik Doppler membuat kemampuan ini tidak dapat dioptimalkan.
Dengan daya keluaran 4kW, radar ini mampu mendeteksi target bangunan atau daratan hingga 60km. Apabila digunakan untuk mendeteksi butiran hujan maka jarak maksimumnya akan turun. Umumnya radar cuaca band X yang mempunyai daya 4kW hanya  mampu  mendeteksi  butiran  hujan  hingga  30km,  misalnya Local  Area  Weather Radar (LAWR)  (Pedersen,  2004).  Kelemahan  lain  dari  daya  ini  adalah  apabila  terjadi hujan  yang  sangat  deras  di  lokasi  radar,  maka  pendeteksian  akan  mudah  menjadi kabur karena atenuasi.
Antena  yang  digunakan  dalam  radar  ini  tidak  dilengkapi  dengan  motor  untuk pergerakan elevasi sehingga hanya bisa digunakan untuk satu elevasi saja. Meskipun demikian, antena ini memiliki lebar berkas vertikal yang lebar yaitu 27 º . Untuk aplikasi pendeteksian  hujan,  lebar  berkas  vertikal  yang  dapat  digunakan  hanya  setengahnya yaitu 13,5 º yang masih jauh lebih besar dibandingkan lebar berkas radar cuaca yang hanya berkisar 4 º , sehingga mampu menjangkau elevasi yang lebar.
Namun  hal  ini  juga  menimbulkan  masalah  karena  sejumlah  kecil  tetes  hujan dalam volume sampel pada jarak yang sangat dekat, dimana volume berkasnya masih kecil, akan terpantau dengan baik, sedangkan sejumlah tetes hujan yang sama dalam volume  sampel  pada  jarak  yang  lebih  jauh  akan  menghasilkan  nilai  yang  sangat rendah karena terjadi integrasi beberapa volume. Hal ini diilustrasikan dalam Gambar 4-1  (DHI,  2012).  Untuk  mengatasi  masalah  ini  diperlukan  koreksi  volume  terhadap sinyal hasil pendeteksian. Selain itu semua, polarisasi horisontal yang dimiliki antena ini  memungkinkan  radar  untuk  mendeteksi  butiran  hujan  dengan  sangat  baik mengingat bentuk butiran hujan adalah lonjong dalam sisi horisontal.
Sistem  tampilan  unit display radar  ini  masih  menggunakan  monitor  CRT monokrom  dengan 8 level kuantisasi warna  hijau  sehingga  sangat  sulit  membedakan antara target hujan, daratan dan bangunan. Untuk itu perlu dibangun sistem tampilan yang  baru  dengan range warna  yang  lebar.  Selain  itu,  sistem  penghilang clutter- nya berfungsi menghilangkan clutter hujan dan meloloskan target daratan atau bangunan, sehingga  hujan  akan  tertutup  oleh  target  daratan  atau  bangunan.  Konsekuensinya, sistem  pendeteksian  faktor  reflektivitas  radar  tidak  dimiliki  oleh  radar  ini.  Hal  ini
berbeda  dengan  radar  cuaca  yang  sistem  penghilang clutter- nya  berfungsi menghilangkan clutter daratan atau bangunan dan meloloskan target hujan. Untuk itu perlu  dibangun  sistem  penghilang clutter baru  seperti  pada  radar  cuaca  yang dilengkapi dengan pendeteksian faktor reflektivitas radar.

## 4.2 Eksperimen Solusi Kelemahan
Untuk  dapat  menganalisis  kemampuan  radar  navigasi  laut  ini  dalam pendeteksian  butiran  hujan,  perlu  dilakukan  eksperimen  berupa  pengembangan perangkat  keras  dan  lunak  untuk  solusi  beberapa  kelemahan  berdasarkan  hasil analisis  sebelumnya.  Perangkat  keras  dan  lunak  yang  dikembangkan  antara  lain sistem  akuisisi  sinyal  radar  dan  sistem  pengolah  sinyal  hasil  akuisisi  untuk menggantikan peran unit display radar dalam mengolah data dan menampilkan hasil pendeteksian hujan.
Gambar 4-1: Ilustrasi masalah lebar berkas vertikal yang besar (DHI, 2012)

## 4.2.1 Sistem akuisisi sinyal radar
Sistem akuisisi sinyal radar yang dikembangkan berfungsi menyampling sinyal radar  yang  telah  dipantulkan  oleh  target  dan  diterima  oleh  sistem  penerima  radar. Sistem  akuisisi  ini  terdiri  dari  rangkaian  pengkondisi  sinyal  dan  rangkaian  ADC ADLink  PCI-9810  seperti  ditunjukkan  dalam  Gambar  4-2.  Rangkaian  pengkondisi sinyal  disini  terdiri  dari  rangkaian  pengkonversi  tegangan  berbasis  optoisolator  dan rangkaian low  pass  filter aktif anti  aliasing yang  berfungsi  mengkondisikan  sinyal keluaran display  unit radar  navigasi  laut Furuno 1932  Mark-2  agar  sesuai  dengan standar sinyal input ADC ADlink PCI-9810 sehingga dapat disampling dengan benar.
Jarak (km) Ket in gg ia n B ea m d a ri p er m uk a an (k m )
Sinyal radar yang akan diakuisisi diambil dari salah satu konektor dalam unit display radar.  Sinyal  tersebut  ada  empat,  yaitu  sinyal trigger ,  video, bearing ,  dan heading .  Sinyal trigger merupakan  sinyal  pulsa  dengan  tegangan  +12  V  yang menunjukkan adanya transmisi sinyal radar, sedangkan sinyal video merupakan sinyal pantul baseband dari  target  yang  diterima  oleh  radar  dengan  amplitudo  tegangan amplitudo  antara  0  sampai  -4  V.  Sinyal bearing juga  merupakan  sinyal  pulsa  +12  V yang  menandakan  sudut  arah  berkas  sinyal  antena  radar  sebanyak  450  pulsa  sinyal persatu  putaran  antena.  Sinyal heading merupakan  sinyal  pulsa  -12  V  yang menentukan titik arah putaran antena yang terjadi pada tepi turun sinyal. Bentuk sinyal trigger , video dan bearing ditunjukkan dalam Gambar 4-5.
Sinyal trigger,  bearing ,  dan heading merupakan  sinyal  pulsa  dengan  nilai amplitudo 0 dan +12 V. Karena ketiga sinyal ini akan disampling menggunakan ADC PCI-9810 yang mempunyai range input -5 V sampai +5 V, maka diperlukan rangkaian pengkonversi  tegangan  +12 V  menjadi  +5  V  (Li  dan  Zhuang, 2009).  Salah  satu  faktor yang  dipertimbangkan  dalam  desain  ini  adalah  faktor  isolasi  antara  rangkaian  radar Furuno dengan rangkaian baru untuk menghindari gangguan yang dapat menyebabkan kerusakan  pada  rangkaian  radar Furuno .  Oleh  karena  itu,  digunakan  rangkaian optoisolator sebagai  pengkonversi  tegangan.  Sinyal  video  sebelum  dihubungkan  ke masukan  ADC  perlu  difilter  terlebih  dahulu  untuk  menghilangkan noise dan menghindari fenomena aliasing pada hasil penyamplingan ADC (Li and Zhuang, 2009). Filter yang digunakan adalah high speed low pass filter aktif Sallen- key dengan fungsi transfer seperti  persamaan  (4-1)  dan  didesain  dengan  tipe Butterworth (Karki, 2000),  dimana adalah  penguatan  filter, adalah  nilai  resistor  dan adalah  nilai kapasitor  yang  dipakai.  Bentuk  realisasi  rangkaian  pengkondisi  sinyal  dan  ADC ADLink PCI-9810 (ADLink, 2012) ditunjukkan dalam Gambar 4-3.
Gambar 4-3: Rangkaian pengkondisi sinyal (kiri) dan ADC ADLink PCI-9810 (kanan)
  1 G 3 RCs s C R G ) s ( H 2 2 2     (4-1)

## 4.2.2  Sistem pengolah sinyal radar
Sistem  pengolah  sinyal  radar  yang  dibangun  menggunakan  perangkat  lunak Matlab  untuk  menghasilkan  data  reflektivitas  radar  dari  hujan  yang  terpantau  oleh radar.  Data  reflektivitas  tersebut  haruslah  mempunyai range  level warna  yang  lebar dan sudah terbebaskan dari ground clutter . Sistem pengolah sinyal radar ini terdiri dari beberapa  prosedur,  yaitu  ekstraksi  data  polar,  perataan  data  tiap  bin,  penghilangan ground  clutter menggunakan  metode clutter  map ,  pembuatan  data  reflektivitas  dalam koordinat  polar,  koreksi  atenuasi,  koreksi  volume,  konversi  data  reflektivitas  dari koordinat  polar  menjadi  kartesian,  serta  pembuatan  citra  reflektivitas  dan
penyimpanannya.  Blok  diagram  sistem  pengolah  sinyal  radar  ditunjukkan  dalam Gambar 4-4.
Ekstraksi data polar dilakukan untuk mendapatkan data r dan θ dari data hasil sampling.  Nilai r dalam  koordinat  polar  didapatkan  menggunakan  persamaan  (2-1), sedangkan θ didapatkan  dengan  menghitung  banyaknya  pulsa  trigger  dan  bearing. Dalam satu putaran antena radar terdapat 450 periode pulsa sinyal bearing sehingga setiap pulsa bearing memberikan penambahan 0,8 0 pada θ . Dalam setiap pulsa bearing terdapat  tiga  sampai  sepuluh  pulsa  trigger  tergantung  lebar  pulsa  sinyal  radar  yang digunakan,  misalkan  terdapat  tiga  pulsa  maka  setiap  pulsa  trigger  memberikan penambahan 0,267 0 pada θ , sebagaimana dapat diamati dalam Gambar (4-5).
Gambar 4-4: Blok diagram sistem pengolah sinyal radar
Perataan data tiap bin dilakukan karena radar hanya mampu mendeteksi satu  target  untuk  setiap bin .  Lebar  bin  sama  dengan  resolusi  radar  yang  ditentukan berdasarkan  persamaan  (2-1)  dengan  nilai ∆t adalah  lebar  pulsa  sinyal  radar.  Untuk lebar  pulsa  0,8  µs  maka  lebar  bin  atau  resolusi  radarnya  adalah  120m.  Dengan menggunakan  frekuensi  sampling  2,5  MHz  maka  jarak  samplingnya  adalah  60m, sehingga  dalam  setiap  bin  didapatkan  dua  data.  Data  tiap bin merupakan  nilai  rata- rata kedua data tersebut.
Data  setiap bin dalam  koordinat  polar  tersebut  kemudian  dihilangkan ground clutter- nya menggunakan metode clutter map , yaitu dengan mengurangkan sinyal video yang  mengandung clutter dan  hujan  dengan  sinyal  video  yang  hanya  mengandung clutter saja  untuk  setiap scanline (DHI,  2013  dan  Savina,  2011).  Hasil  proses clutter map yang dilakukan  ditunjukkan dalam  Gambar 4-6, memperlihatkan bahwa  metode clutter map telah  mampu  mereduksi ground  clutter .  Selanjutnya  data  yang  telah dihilangkan clutter nya digunakan untuk mendapatkan data reflektivitas menggunakan persamaan  (4-2)  dan  (4-3)  yang  dikemukakan  oleh  Pederson  (2004)  untuk pengembangan Local  Area  Weather Radar menggunakan  radar  navigasi  laut Furuno 1832  Mark-2  yang  hanya  berbeda  tipe  antena  dan  lebar  berkasnya  dengan  radar Furuno 1932 Mark-2. Nilai ADC count diperoleh dengan mengubah data koordinat polar yang  merupakan data 10 bit  menjadi data  8 bit.  Grafik persamaan (4-2)  ditunjukkan dalam  Gambar  4-7,  memperlihatkan  bahwa  nilai  maksimum  reflektivitas  yang  dapat dipantau mendekati 35 dBZ.
  67 , 0 ln 02 , 6    ADCcount dBZ (4-2)        10 10 dBZ Z (4-3)
(a) (b) (c)
Gambar 4-6: Hasil proses clutter map terhadap sinyal hasil sampling : (a) sinyal video berisi hujan dan clutter ,  (b)  sinyal  video  berisi clutter ,  (c)  sinyal  video  hasil  pengurangan  kedua  sinyal tersebut
0 50 100 150 200 250 300 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Sinyal video dengan target Data sampling A m p lit u d o s in y a l (V ) 0 50 100 150 200 250 300 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Sinyal video clutter Data sampling A m p lit u d o s in y a l (V ) 0 50 100 150 200 250 300 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Sinyal video hasil clutter map Data sampling A m p lit u d o s in y a l (V )
Gambar 4-7: Grafik reflektivitas terhadap ADC count . (Pederson, 2004)
Nilai  reflektivitas  Z  yang  didapatkan  kemudian  dikoreksi  untuk  kompensasi atenuasi sinyal radar menggunakan persamaan (4-4) (DHI, 2013). Nilai Z hasil koreksi atenuasi  kemudian  dikoreksi  kembali  untuk  kompensasi  terkait  lebar  berkas  vertikal yang  sangat  lebar  menggunakan  persamaan  (4-5)  (DHI,  2013).  Hasil  koreksi  atenuasi dan koreksi volume terhadap hasil pengukuran ditunjukkan dalam Tabel 4-1, terlihat bahwa seiring bertambahnya jarak, faktor koreksi atenuasi dan volume juga bertambah besar.
                 samples r i i r g r n C Z Z Z 1 1 0 , 1  (4-4)
Dimana  Z r merupakan  nilai  reflektivitas  hasil  koreksi  atenuasi  pada  jarak  r (mm 6 /m 3 ).  Z g,r adalah  nilai  reflektivitas  sebelum  koreksi  pada  jarak  r  (mm 6 /m 3 ). Jumlah sampel dalam satu scan-line disimbolkan dengan n samples .   dan C 1 merupakan konstanta empiris, yang nilai tipikalnya adalah 1,5 dan 200.
         3 2 exp 1 rC C Z Z r rv (4-5)
Pada persamaan 4-5, Z rv mengindikasikan reflektivitas hasil koreksi volume pada jarak  r  (mm 6 /m 3 ).  Untuk  reflektivitas  hasil  koreksi  atenuasi  pada  jarak  r  (mm 6 /m 3 ) disimbolkan  dengan  Z r .  Simbol  r  digunakan  untuk    jarak  target  (km),  sedangkan  C 2 dan C 3 merupakan konstanta empiris, nilai awalnya adalah 1 dan -0,03. Pembuatan  citra  reflektivitas  dilakukan  dengan  tahap pertama mengubah  data reflektivitas dari koordinat polar menjadi koordinat kartesian menggunakan persamaan (4-6)  dan  (4-7).  Data  dalam  koordinat  kartesian  tersebut  kemudian  dibuat grid -nya seluas 500x500, sesuai dengan jumlah data dalam setiap scanline sebanyak 500 untuk jarak  maksimum  30km.  Setelah grid dibuat  maka  data  siap  dibuat  citranya menggunakan  perintah imagesc dalam  Matlab.  Citra  yang  telah  dibuat  kemudian disimpan mengunakan perintah imwrite.
  90 sin    r x

 90 cos    r y (4-6) (4-7)

## Tabel 4-1: DATA KOREKSI ATENUASI DAN VOLUME HASIL PENGUKURAN
Jarak (m) Reflektivitas Awal (mm 6 /m 3 )
Faktor Koreksi Atenuasi Faktor Koreksi Volume Hasil koreksi (mm/m 3 ) 2040 8,0523 1,0002 1,0631 8,5625 3960 243,0817 1,0147 1,1261 277,7612 5400 308,8665 1,1149 1,1759 404,9183 7680 271,1238 1,302 1,2591 444,4674 9480 64,4249 1,351 1,329 115,6673 11880 95,7507 1,3936 1,4282 190,5708 14280 74,4805 1,4409 1,5348 164,7083

## 4.3 Hasil Pengujian dan Analisisnya
Pengujian  dan  pengukuran  dilakukan  di  kantor  Lapan  Bandung,  yaitu  di koordinat -6.894966° LS dan 107.586468° BT. Unit scanner radar Furuno 1932 yang di sebelahnya  terdapat  AWS  yang  memiliki rain  gauge berada  di  lantai  lima  (puncak gedung),  sedangkan  unit display beserta  sistem  akuisisi  dan  sistem  pengolah  sinyal radar  berada  di  lantai  dua,  seperti  ditunjukkan  dalam  Gambar  4-8.  Radar  tersebut digunakan untuk memantau target hujan yang bergerak mendekat ke arah radar.
Gambar 4-8: Foto  unit scanner radar  yang  dilengkapi rain  gauge (kiri)  dan  unit display beserta sistem akuisisi dan sistem pengolah sinyal radar (kanan)
Radar Furuno 1932  yang  telah  dilengkapi  sistem  akuisisi  dan  pengolah  sinyal radar  ini  digunakan  untuk  memantau  hujan  pada  tanggal  7  Januari  2013  pada  jam 13:00,  dan  hasilnya  berupa  citra  reflektivitas  yang  kemudian  dibandingkan  dengan tampilan plotter unit display radar. Untuk eksperimen ini, sampel yang diambil hanya untuk  sudut  pengamatan  antara . Hasil  pengujian  ini  ditunjukkan  dalam Gambar  4-9  memperlihatkan  bahwa  pergerakan  hujan  terdeteksi  dengan  baik  dan ground  clutter yang  berada  di  jarak  antar  0-3  km  dapat  tereduksi  dengan  baik.  Nilai reflektivitas  radar  dari  hujan  yang  berhasil  dideteksi  mempunyai  nilai  antara  15 sampai  30  dBZ.  Berdasarkan  data rain  gauge AWS  pada  Gambar  4-10  dapat  dilihat saat hujan yang bergerak tersebut telah sampai di lokasi radar yaitu pada pukul 14:00, intensitas  hujan  yang  terpantau  adalah  5,4  mm/jam  yang  merupakan  hujan  yang sangat deras.
Radar
AWS
Jam 13:30 Jam 13:30 Jam 13:35 Jam 13:35
Jam 13:40 Jam 13:40
Gambar 4-9: Perbandingan  data  reflektivitas  radar  hasil  dari  sistem  akuisisi  dan  pengolah  sinyal radar (kiri) dengan tampilan plotter unit display radar (kanan)
Berdasarkan hasil pengujian, nilai reflektivitas 30 dBZ hasil pemantauan radar merupakan  hasil  pendeteksian  terhadap  hujan  dengan  intensitas  5,4  mm/jam. Hubungan  antara Z dan R yang  terdeteksi  tidak  sesuai  dengan  persamaan  (2-6)  dari Marshall  Palmer  (1948),  karena  nilai  30  dBZ  apabila  dimasukkan  dalam  persamaan tersebut  dihasilkan  intensitas  hujan  2,7  mm/1jam.  Oleh  karena  itu  perlu  dicari hubungan Z dan R yang sesuai untuk radar ini.
Aplikasi  radar  ini  untuk  pemantauan  curah  hujan  dengan  lokasi  radar  berada kantor Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer LAPAN Bandung sangat bermanfaat untuk pendeteksian  dini  banjir  dan  tanah  longsor  karena  lokasi  rawan  bencana  tersebut  di daerah  Bandung  dan  sekitarnya,  yaitu  daerah  Banjaran,  Ciwidey  dan  Cililin  masuk dalam  jangkauan  maksimal  radar  sejauh  30  km.  Hal  ini  dapat  diamati  pada overlay nilai reflektivitas pada Google Map seperti ditunjukkan dalam Gambar 4-11.
Gambar 4-11: Overlay nilai reflektivitas pada Google Map
Berdasarkan  hasil  eksperimen  dan  pengujian  ini  dapat  diketahui  bahwa  radar Furuno 1932  Mark-2  dapat  dijadikan  solusi  yang  rendah  biaya  untuk  pengembangan radar  pemantau  intensitas  hujan.  Radar  ini  telah  mampu  menampilkan  nilai reflektivitas hujan hasil pendeteksian dengan range warna reflektivitas yang lebar dan bebas  dari ground  clutter sehingga  dapat  memudahkan  pengguna.  Kekurangan  yang masih ada terkait hubungan Z dan R dapat diatasi dengan kalibrasi nilai reflektivitas menggunakan data hasil pengukuran rain gauge yang representatif.

## 5  KESIMPULAN
Radar Furuno 1932 Mark-2 mempunyai dua bagian, yaitu unit scanner dan unit display .  Untuk  diaplikasikan  sebagai  radar  pendeteksi  intensitas  hujan,  spesifikasi unit scanner- nya telah memenuhi syarat, hanya membutuhkan koreksi volume untuk lebar  berkas  vertikalnya  yang  sangat  lebar.  Sedangkan  unit display- nya  belum memenuhi syarat, karena tampilan plotter- nya yang masih satu warna dengan 8 level degradasi  dan  sistem  penghilang clutter- nya  masih  menganggap  hujan  sebagai clutter bukan  sebagai  target  sehingga  dibutuhkan  sistem  akuisisi  dan  pengolah  sinyal  radar yang sesuai untuk pendeteksian hujan.
Berdasarkan  hasil  eksperimen  dan  pengujian  melalui  pengembangan  sistem akuisisi dan pengolah sinyal radar, dapat diketahui bahwa radar ini mampu digunakan untuk  mendeteksi  pergerakan  hujan  dengan  nilai  reflektivitas  yang  terpantau  antara 15-30  dBZ.  Hasil  pengukuran rain  gauge menunjukkan  pada  reflektivitas  30  dBZ tersebut  terpantau  hujan  dengan  intensitas  5,4  mm/jam.  Hubungan  antara Z dan R yang terdeteksi tidak sesuai dengan persamaan Marshall Palmer, karena nilai 30 dBZ menghasilkan intensitas hujan 2,7 mm/jam. Oleh karena itu perlu dicari hubungan Z dan R yang  sesuai  untuk  radar  ini  melalui  kalibrasi  nilai  reflektivitas  menggunakan data hasil pengukuran rain gauge yang representatif.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Ir.  Halimurrahman,  MT  dan  Prof. Chunaeni  Latief  atas  pemberian  kesempatan  penelitian,  dorongan,  masukan,  dan bantuannya.  Penulis  juga  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Dr.  Joko  Suryana  dan Prof. Tian-You Yu atas bimbingan, diskusi, dan masukannya.

## DAFTAR RUJUKAN
Adlink, 2012. PCI-9812/9812A/9810, ADlink Technology Inc. DHI, 2012. DHI – Local Area Weather Radar LAWR Documentation Version 3.2 . http:// radar.dhigroup.com/lawr/.
Furuno , 2013. Furuno Operator’s Manual Marine Radar Model 1832/1932/1942, Furuno Electric Co Ltd., Nishinomiya, Japan, http://www. Furuno usa.com. Li,  S.  and  Zhuang,  X.,  2009. Navigation  Radar  Signal  Acquisition  and  Measurement System, Proceeding  of  The  Ninth  International  Conference  on  Electronics Measurement and Instruments.
Karki,  J.,  2000. Active  Low  Pass  Filter  Design ,  Texas  Instruments  Corporated Application Report SLOA049A.
Mahafza,  BR.,  2009. Radar  Signal  Analysis  and  Processing  Using  Matlab ,  Taylor  and Francis Group LLC. Boca Raton. USA.
Marshall,  J.  S.  dan  Palmer,  W.  M.  K.,  1948. The  Distribution  of  Raindrops  wiith  Size. Journal of Meteorology. Vol 5, Hal 165 – 166.
Pedersen,  L.,  2004.  Scaling Properties  Of  Precipitation  -  Experimental  Study  Using Weather Radar And Rain Gauge , Tesis Pada Faculty of Engineering and Science Department of Civil Engineering Aalborg University, Aalborg, Denmark.
Savina, M., 2011. The Use of a Cost Effective X-Band Weather Radar in Alpine Region, A dissertation  for  degree  of  Doctor  of  Sciences,  Institute  of  Environmental Engineering ETH Zurich.
Uijlenhoet,  R.,  2001. Raindrop  Size  Distributions  and  Radar  Reflectivity-Rain  Rate Relationship  for  Radar  Hydrology ,  Hydrology  and  Earth  System  Sciences,  5(4), 615-627.