Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics                                                          Submitted : 2016-07-25 ISSN: 2527-6212, Vol. 1 No. 2, pp. 74-85                                                                               Accepted : 2016-08-15 © 2016 Pres Univ Press Publication, Indonesia

## Desain, Simulasi dan Analisis
Peningkatan Range Resolution Sistem
Radar FMCW
Mohamad Ansori 1,a*
1 Program Studi Magister Teknik, Universitas Brawijaya, Malang, Indonesia
a mansori91@gmail.com
Abstract .  Range  resolution  as  one  of  the  parameters  of  the  radar  system  becomes  very  important and need to be upgraded to provide accurate target distance information. Increased bandwidth can be done however is limited to devices for Direct  Digital Synthesizer (DDS) that are used and will enlarge  the  noise  and  power  consumption  of  system  Frequency  Modulated  Continuous  Wave (FMCW)  radar.    To  improve  range  resolution,  output  signal  and  bandwidth  linieritas  chirp  both plays  is  very  important  and  the  sampling  rate  of  the  engineering  efforts  for  improved  range resolution still experience barriers when based on peak detection.  So to improve range resolution alternatives that can do that is maintain linieritas or increase bandwidth and not just based on peak detection.  In  this  paper  are  discussed  improved  range  resolution  without  increasing  bandwidth using curve fitting method by way of comparing the output signal of the mixer and beat frequency shift signal mixer output to both match (match).  Error of measurement range resolution is affected by the phase errors due to the lack of frequency of linieran beat, so that needs to be done shifted frequency  curve  fitting  method  using  beat  against  the  sweep  of  raw  data  (output  ADC)  to  earn optimum  beat  frequency  (optimum  resolution  range).  Range  resolution  for  Radar  Demonstration Kit  (RDK)  using  curve  fittng  methods  obtained  results  an  increase  of  30%  and  the  shifting  of  the beat frequency of 3KHz.
Keywords. FMCW Radar, Range Resolution, Direct Digital Synthesizer, Curve Fitting.
Abstrak. Range  resolution sebagai  salah  satu  parameter  sistem  radar  menjadi  sangat  penting  dan perlu ditingkatkan untuk memberikan informasi jarak target  yang akurat.   Peningkatan bandwidth dapat  dilakukan namun  terbatas pada perangkat Direct  Digital  Synthesizer (DDS) yang digunakan dan  akan  memperbesar  noise  serta  konsumsi  daya  sistem  radar Frequency  Modulated  Continuous Wave  (FMCW) .    Untuk  meningkatkan range  resolution , linieritas dan bandwidth sinyal output chirp keduanya  berperan  sangat  penting    dan  upaya  rekayasa  laju  sampling  untuk  peningkatan range resolution masih mengalami hambatan bila didasarkan pada peak detection .   Sehingga untuk meningkatkan range  resolution beberapa  alternatif  yang  dapat  dilakukan  yaitu  menjaga  linieritas atau meningkatkan bandwidth dan bukan hanya didasarkan pada peak detection .   Pada makalah ini dibahas peningkatan range resolution tanpa meningkatkan bandwidth menggunakan metode kurva fitting dengan cara membandingkan sinyal output mixer dan menggeser frekuensi beat sinyal output mixer sampai keduanya cocok ( match ).   Kesalahan pengukuran range resolution dipengaruhi oleh kesalahan  fasa    akibat  ketidak  linieran  frekuensi beat ,  sehingga  perlu  dilakukan  penggeseran frekuensi beat menggunakan  metode  kurva fitting terhadap sweep  raw  data (output  ADC)  untuk memperoleh frekuensi beat optimum ( range resolution  optimum ). Range resolution untuk Radar Demonstration  Kit  (RDK)  menggunakan  metode kurva  fittng diperoleh  hasil  peningkatan  sebesar 30% dan pergeseran frekuensi beat 3KHz.
Kata kunci. Radar FMCW, Range Resolution, Direct Digital Synthesizer, Kurva Fitting.

## Latar Belakang
Radar  pulsa  banyak  digunakan  di  pelabuhan  udara,  laut  dan  instalasi  militer.  Radar  jenis  ini dapat menjangkau jarak yang sangat jauh ( puluhan sampai ratusan kilometer ) akan tetapi radar ini memerlukan  konsumsi  daya  yang  sangat  besar  ( 4KW ).  Seiring  dengan  perkembangan  teknologi piranti  keras  ( hardware )  untuk  frekuensi  radio  dan  gelombang  mikro  ( microwave) telah
dikembangkan sistem radar gelombang kontinyu berdaya rendah ( 10 Watt )  bermodulasi frekuensi yang disebut frequency modulated continuous wave (FMCW) [6] Radar  berbasis Direct  Digital  synthesizer (DDS) tipe  AD  9956  ini  menghasilkan  sinyal output chirp menggunakan program komputer, sehingga dapat diatur frekuensi sweep dan lebar bandnya. [7]  Pengaturan ini berfungsi untuk menentukan range resolution sistem radar, yaitu berkisar antara 4  m  sampai  dengan  125  m  tergantung  tipe  DDS  yang  digunakan.        Selain  beberapa  kelebihan tersebut, radar FMCW berbasis DDS memiliki kekurangan antara lain yaitu adanya kesalahan fasa pada  sinyal output  chirp yang  dapat  menurunkan range  resolution .        Berdasarkan  fakta  tersebut, maka range resolution sebagai salah satu parameter sistem radar menjadi sangat penting dan perlu ditingkatkan untuk memberikan informasi jarak target yang akurat.
Untuk  meningkatkan range  resolution , linieritas dan bandwidth sinyal output  chirp keduanya berperan sangat penting [3] dan upaya rekayasa laju sampling untuk peningkatan range resolution masih  mengalami  hambatan  bila  didasarkan  pada peak  detection [4].      Pada  tesis  ini  dibahas peningkatan range resolution dengan cara menjaga linieritas sinyal output chirp tanpa meningkatkan bandwidth.      Hal  ini  dilakukan  dengan  cara  membandingkan  antara  sinyal  output  mixer  hasil Transformasi Fourier yang mengandung frekuensi beat dan  sinyal chirp hasil Transformasi Fourier yang  dipancarkan  sebagai  referensi  kemudian  menggeser  frekuensi  beat  sinyal  output  mixer menggunakan  metode kurva fitting sampai keduanya cocok (match).
Kesalahan  dalam  pengukuran  range  resolution  dipengaruhi  oleh  kesalahan  fasa    akibat  ketidak linieran  frekuensi  beat,  sehingga  perlu  dilakukan  penggeseran  frekuensi  beat  terhadap  sweep  raw data  (output  ADC)  untuk  memperoleh  frekuensi  beat  optimum  (range  resolution  optimum). Simulasi digunakan sebagai alat pendukung desain dan analisis untuk pengolahan data mentah dan untuk memperoleh hasil pengukuran jarak yang akurat perlu dilakukan kalibrasi dan verifikasi.
Penelitian  lain  yaitu range  performance radar  FMCW  menggunakan  simulasi  MAS  ( Modified Adaptive  Sampling )  yang  diproses  dalam  domain  waktu  menggunakan numerical  fitting sinyal sampling  diskrit terhadap  sinyal  target  refferensinya  dan  selanjutnya  menyusun  kembali  deretan sampling  setiap  saat  sehingga  diperoleh  susunan  data set  sampling hasil  modifikasi.    Selain  itu adapula  modifikasi  sistem  radar  FMCW  yang  menggunakan  simulasi  matlab  simulink,  sehingga secara  praktis  dari  pengujian  tersebut  diperoleh range  resolution atas  pemodelan  yang  telah dirancang  sebelumnya.  Model  yang  dibuat  disesuaikan  dengan  blok  diagram  sistem  radar  FMCW terdiri  dari  3  (tiga)  bagian  utama  yaitu Transmitter termasuk sinyal  chirp hasil  modulasi,  kanal dengan  noise  AWGN  ( Additif  White  Gaussian  Noise )    dan Receiver yang  meliputi  sinyal  asli  dan sinyal delay kemudian dimasukkan dalam AND gate . Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan range resolution sistem penerimaan Radar FMCW menggunakan  metode  optimasi kurva  fitting ,  sehingga  diperoleh  frekuensi beat dan delay  time optimum.

## Dasar Teori

## Radar Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW)
Radar FMCW bekerja menggunakan prinsip Homodyne dimana Oscillator bekerja selain sebagai local  oscillator juga  untuk  frekuensi  transmitter.  Secara  umum  skema  diagram  konsep  FMCW seperti  terlihat  pada  Gambar  1.(a),  sinyal  CW  ( Continuous  Wave )  dimodulasi  frekuensi  untuk menghasilkan linier  chirp yang  dipancarkan  ke  target  melalui  antena  dan  sinyal  pantul  (e cho ) diterima oleh antena yang sama dimana kedua sinyal tersebut  dipisahkan oleh duplexer .  Sebagian sinyal yang dipancarkan dicampur didalam mixer dengan sinyal yang diterima untuk menghasilkan sinyal  sinkronisasi,  kemudian  dikuatkan  oleh amplifier dan  bentuk  sinyalnya  dapat  dilihat  pada spektrum analyzer .    Frekuensi yang dipancarkan mengalami kenaikan secara linier terhadap waktu demikian  juga  dengan  frekuensi  yang  diterima  sehingga  diperoleh  frekuensi beat dan  waktu tunda  setelah  Tp  detik  seperti  terlihat  pada  Gambar  1.(b).  Frekuensi beat adalah  selisih  antara frekuensi yang dipancarkan dan yang diterima.
Gambar 1. Skema diagram dan model konsep FMCW [3]
Gambar 2. Skema linier Up chirp dengan periode T, frekuensi deviasi B dan frekuensi tengah ƒc [5].
Pada  gambar  2,  frekuensi  sinyal  yang  dikirimkan  meningkat  secara  linier  dengan  waktu  ( Up chirp ) dengan perubahan frekuensi ( frekuensi deviasi ) sebesar B dan frekuensi tengah sebesar ƒc = 10  GHz,  sehingga  amplitudo  sinyalnya  konstan  dan  frekueansinya  berubah  secara  linier  selama periode T detik dari 9,950 GHz sampai dengan 10,050 GHz. Idealnya frekuensi yang diterima juga demikian  sehingga  diperoleh  frekuensi  beat  konstan.      Secara  matematis  sinyal  yang  dikirimkan dapat dinyatakan dalam domain waktu sebagai berikut: [5]
( ) ( ) (1)
Dimana α = B / T = 125 GHz/detik, merupakan laju sinyal chirp FM, B adalah Band width sinyal chirp  FM  dan  T  adalah  time  sweep  sedangkan adalah  frekuensi  tengah.      Untuk  periode pengulangan antara –T/2 < t < T/2, dapat dituliskan sebagai berikut:

## ( ) (     )
(2)
Dengan menganggap sinyal tersebut periodik dan fasanya koheren pada tiap-tiap intervalnya, maka waktu internal ( ) dalam pulsa ke-m dapat dinyatakan:
(3)
Chirp Transmitter Spectrum Analyzer Amplifier Mixer Coupler Antena Duplexer (a)
Dari persamaan (1) dan (2) diperoleh:
( ) ( ) (4)
Frekuensi merupakan turunan dari fasa ( Carson 1922 ) sehingga diperoleh:
( ) 𝜋 ( ) (5)
= B = 50 MHz (6)
Sinyal  yang  diterima  secara  matematis  merupakan  bentuk  perlambatan  ( delay )  dari  sinyal  yang dikirimkan dan dapat dinyatakan sebagai berikut:
( ) ( ( ) ( ) ) (7)
dimana = 2R/c merupakan delay atau waktu yang dibutuhkan oleh sinyal chirp mulai dari sinyal dikirim  sampai  dengan  diterima  kembali  dan  c  adalah  kecepatan  rambat  gelombang  =  3e8 meter/detik.

## Range FFT (Fast Fourier Transform).
Sebelum  dilakukan  proses  FFT  terhadap  sinyal  output ADC  (Analog  to  Digital  Converter) terdapat dua aspek penting yaitu sampling interval dan sampling rate criterion .  Pertama, Sampling interval ( )  ditentukan  untuk  menghindari  terjadinya sampling fly-back  transient dari  sweep sebelumnya, sehingga sinyal beat harus disampling pada periode interval:
(8)
Dimana, =  time  sweep  yaitu  waktu  yang  diperlukan  untuk  satu  periode  sweep  dari  frekuensi bawah ke frkuensi atas dan adalah delay maksimum dari echo target.
Kedua, sampling  rate  criterion ( )  yaitu  besarnya  frekuensi  sampling  minimal  untuk  mencegah terjadinya interferensi band width setelah dilakukan proses FFT. Bila  frekuensi beat maksimum = (   ) , maka frekuensi sampling minimumnya adalah:
(   ) (9)
dan jumlah sample setiap periode sweepnya yaitu:
(10) Bila  N  ≥ (   ) sample,  maka  diperoleh  sample  pada  domain  frekuensi  dari (   ) sampai  dengan (   ) dimana  N/2  merupakan  jumlah  sample  positif  dari (   ) . Bila  lebar  pulsa  mendekati  1/ dan
,  maka  diperoleh  lebar  pulsa  =  2.5  kHz  dan
untuk  B  =  10  MHz  maka  terdapat    4000  informasi  target  yang  dapat  diwakili.    Bila  N  point  FFT menghasilkan  N/2  frekuensi  diskrit  positif  dan  dengan  mengganti dengan ( ) dimana k = 0, ... , (N/2)-1,  maka informasi target adalah pulsa frekuensi beat tersampling.    Secara digital setiap  N/2  sample  akan  disimpanan  didalam  baris  matrik  sampai  dengan  M  baris  sehingga  akan terbentuk N/2 matrik kolom yang disebut dengan range bin.

## Direct Digital Synthesizer (DDS)
DDS  adalah  sebuah  teknik  pengolahan  data  digital  untuk  membangkitkan  sebuah  sinyal  output yang  bisa  diatur  frekuensi  dan  fasanya  berdasarkan  pada  sebuah  clock  referensi  yang  presisi  dan memiliki  frekuensi  tetap.  Komponen  DDS  yang  digunakan  dalam  tesis  ini  adalah  AD9956  dari Analog Devices . Untuk membangkitkan sinyal chirp tersebut dapat dilakukan dengan memprogram komponen  DDS  dengan  cara  memasukkan  beberapa  parameter  yaitu  frekuensi  bawah,  frekuensi atas,  kenaikan  frekuensi  ( RDFTW) ,  dan  seberapa  sering  kenaikan  frekuensi  ( RSRR )  yang  masing- masing dimasukkan dalam register PCR0, PCR1, RDFTW, dan RSRR. Jadi dengan memasukkan nilai RDFTW dan RSRR dapat diperoleh sinyal chirp dengan frekuensi ekskursi ( bandwidth ) seperti pada Tabel 1.
Tabel 1. Nilai-nilai RSRR dan RDFTW [7] RSRR RDFTW Frekuensi Ekskursi (BW = MHz) 1 4 1.539906 1 8 3.079812 1 16 6.159624 1 32 12.319248 1 64 24.638496 1 128 49.276992
Idealnya  sinyal output  chirp yang  dihasilkan  DDS  memiliki  fasa  konstan,  dan  frekuensi  beat yang merupakan fungsi jarak dapat menunjukkan ukuran yang akurat, namun kenyataannya masih terdapat kesalahan fasa sehingga timbul bayangan (ghost) pada representasi target .
Range Resolution dan Metode Curva Fitting
Range resolution adalah kemampuan radar untuk membedakan dua atau lebih target dalam range sel dan bearing ( sudut  azimut )  yang  sama  namun  memiliki  jarak  yang  berbeda-beda.      Pada penelitian  ini  bagaimana  metode kurva  fitting dapat  memberikan  resolusi  jarak  yang  tepat dibandingkan hasil pengukuran.
Sinyal output  mixer merupakan  fungsi  waktu  tunda  ( )  antara  sinyal  chirp  yang  dipancarkan dengan sinyal echo yang diterima, secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut [4]:
(t, ) = sinc( ) cos (2 )+ ∑ { (       )       ( ) (       )       ( ) } (11)
dimana:
=   dinamic range (BW) dalam modulasi FM
, R jarak target dan
c =   kecepatan gelombamg elektromagnetik dan adalah frekuensi deviasi akibat efek Doppler
Sehingga  dengan  beberapa  penyederhanaan, range  resolution dapat  ditingkatkan  menggunakan deretan pulsa kedua yaitu: ( Hao-Shien, 2008, hal 353 )
∑
|    (       )| ( ) (12)
Dari  sistem  radar  FMCW,  menunjukkan  adanya  korelasi  antara  frekuensi  beat  dan  jarak  dengan persamaan:[8]
(13) ( ) (14) dimana = 2R/c , sehingga
(15) R   = (16) = (17)
Dari  persamaan  (2-16)  menunjukkan  bahwa  pergeseran  frekuensi  beat  berarti  pergeseran  jarak dan  perubahan range  resolution .    Pada  simulasi  ini  digunakan raw  data  output  mixer kemudian diproses secara digital menggunakan FFT dan sinyal echo tersebut diplot pada range sel FFT point yang tersedia (N=512).  Jadi untuk range sel 1 (N=1) untuk frekuensi beat terendah, jarak terdekat dan range sel 512 (N=512) untuk frekuensi beat tertinggi dan jarak terjauKurva fitting merupakan proses pengolahan deretan sinyal diskrit dengan algoritma sebagai berikut [5]:
- Mengambil bagian positif output mixer tersampling berupa deretan pulsa (N point FFT)
- Levelling untuk menentukan magnitudo sinyal diskrit FFT
- Menentukan  level  puncak  ( Global  maximum )  dan  level  puncak  edua  ( Local  Maximum )  yang berdekatan menggunakan parameter frekuensi beat ( ) dan resolusi FFT.
Bila  pada  simulasi  digunakan =    1/T  =  100  kHz  dan  resolusi      FFT  =  2  kHz,  maka  global maksimum  terletak  pada  m  sampel  dan  lokal  maksimum  pada  (m  –  100k/2k)  atau  (m  –  50)  dan dengan  cara  yang  sama  diperoleh  lokal  maksimum  kedua  pada  (m  +  50).      Untuk  menghindari kompleksitas  yang  tinggi,  maka  pengecekan  lokal  maksimum  sebelah  kiri  terletak  pada    (m-52) sampai dengan (m-48) seperti pada Gambar 3. [4]
Magnitudo Global Max Lokal max m (m+48) – (m+52) (m-52) – (m-48) Gambar 3.  Lokal maksimum deteksi puncak
(a)                                (b)
Gambar 4.  Pergeseran Kurva Fitting
Pada  Gambar  4.  (a)  pola  puncaknya  tinggi  kanan  pendek  kiri  (HRLL)  maka  digeser  ke  kiri (- ) dan Gambar 2.6 (b) pola puncaknya tinggi kiri pendek kanan (HLLR) maka digeser ke kanan (+ ).
Magnitudo -1 Y2 Y1 1 -0.4           0                  0.6      1 + δ R Magnitudo 0,4 1 0 Y2 1 Y1 - δ R 1        -0,6

## Simulasi sistem radar FMCW.
Alat bantu analisis sistem radar FMCW menggunakan simulasi Matlab Simulink.  Desain model seperti    terlihat  pada  Gambar  5.    Secara  garis  besar  Gambar  5.  terdiri  dari  tiga  bagian,  pertama sinyal chirp input dengan parameter penyusun dan , secara grafis dapat dilihat pada scope 1 dan chirp spektrum merupakan tampilan sinyal chirp hasil Transformasi Fourier.
Gambar 5.  Desain model simulasi Matlab simulink sistem radar FMCW [2]
Kedua,  sinyal  chirp  hasil  modulasi  dengan  frekuensi  tengah  sehingga  diperoleh sinyal  chirp upconverted  spektrum hasil  Transformasi  Fourier.        Ketiga,  sinyal  chirp  output Band Pass  Filter (BPF)  yang dimodulasi dengan delay time ( ), sehingga diperoleh sinyal beat spektrum Low  Pass Filter hasil Transformasi Fourier.
Desain  simulasi  menggunakan  parameter  sistem  radar  FMCW  yang  ada  saat  ini  berupa bandwidth ( =  50  Mhz)  dan time  sweep =  664,93 Frekuensi  tengah  =  160  MHz,  sehingga digunakan  band  pass  filter  135  MHz  –  185  MHz.  Dan delay  time diatur  sesuai  dengan  jaraknya, untuk 4 NM diperoleh ( ) = 12,33 .

## Kerangka Konsep Penelitian
Pada  bab  ini  membahas  tentang  analisa  masalah  terkait  penelitian  yang  relevan,  metode penelitian sebelumnya dan studi pustaka, variabel penelitian dan solusi masalah.

## Analisa permasalahan.
Radar  pengawas  pantai  dalam  penggunaannya  sangat  membutuhkan    keakuratan    dalam penentuan  jarak  target  sehingga range  resolution menjadi  perhatian  dan  selalu  dijaga kemampuannya.      Radar  FMCW  berbasis  DDS  sangat  mudah  dan  fleksibel  untuk  dilakukan pemrograman serta berdaya rendah (10 Watt) namun dengan adanya error fasa akibat pembangkitan frekuensi  oleh  DDS  maka  akan  menurunkan  kemampuan  sistem  radar  tersebut.    Penelitian  terkait telah dikembangkan termasuk metode  yang digunakan,  yaitu dengan meningkatkan bandwidh dan modifikasi  laju sampling akan  tetapi  hal  ini  akan  menambah  noise  dan  memori.  Untuk  itu  perlu dikembangkan peningkatan range resolution tanpa meningkatkan bandwidth menggunakan metode kurva  fitting  dengan  beberapa  variabel  penelitian  antara  lain;  frekuensi  sampling,  bandwidth frekuensi, frekuensi beat yang merupakan fungsi jarak dan range resolution.

## Konsep Solusi
Untuk  menyelesaikan  permasalahan  peningkatan range  resolution dibutuhkan  kerangka  konsep penelitian sebagai acuan, dapat digambarkan sebagai berikut :

## Gambar 6.  Kerangka Konsep Penelitian
Penelitian  tentang  peningkatan range  resolution sistem  radar  FMCW  menggunakan  alat pendukung simulasi, memiliki keuntungan yaitu lebih mudah dimodifikasi, namun harus memenuhi syarat  kriteria  yang  diharapkan  sehingga  perlu  diverifikasi  dan  dikalibrasi  agar  diperoleh  simulasi dengan parameter input dan output mendekati sistem radar FMCW yang ada.  Untuk meningkatkan range resolution tanpa meningkatkan bandwidth dilakukan dengan menjaga linieritas sinyal output chirp menggunakan metode optimasi kurva fitting terhadap sinyal echo target ( sweep raw data ) dari output mixer yang diolah secara Digital Signal Processing (DSP).    Sebelum dilakukan optimasi, pengolahan  sinyal  dibagi  dalam  dua  tahap,  pertama pre  FFT  processing meliputi equalizing, smoothing dan enveloping dan kedua post FFT processing meliputi base line correction, dB scale, peak detection local and global. [7] Jadi sinyal echo target yang akan dioptimasi, diproses melalui dua tahap tersebut. Optimasi yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan metode kurva fitting yang dimasukkan kedalam simulasi untuk mendapatkan frekuensi beat atau delay time ( ) optimum dan prosedur operasionalnya adalah sebagai berikut:
-   Menghitung N point FFT dan range sel.
-   Menentukan level sinyal sesuai N poin FFT.
-   Menentukan range sel sinyal puncak dan puncak kedua.
-   Menentukan tipe kedua range sel  yang dicatat apakah kanan tinggi kiri rendah atau kiri tinggi kanan rendah dan tentukan arah pergeserannya.
-  Membandingkan dengan sinyal Sinc referensi  yang sebelumnya dinormalisasi terlebih dahulu, kemudian menggeser sinyal echo.
-   Menentukan pergeserannya kemudian menentukan nilai frekuensi beat dan range sel.

## Desain Simulasi
Perancangan  simulasi  bertujuan  agar  memiliki  sinyal  output  sesuai  dengan  karakteristik  sistem radar yang ada.    Parameter input sistem radar antara lain : frekuensi pembawa pertama, band width sinyal chirp dan frekuensi bawah, frekuensi atas, time sweep dan delay.  Khusus parameter delay ini erat hubungannya dengan frekuensi beat yang merupakan output dari perubahan parameter delay itu sendiri.
Simulasi  menggunakan  simulink  Matlab  dengan  beberapa  komponen  antara  lain  pembangkit sinyal  chirp  (chirp  signal)  ,  pembangkit  frekuensi  pembawa  (sine  wave),  Multiplayer  (product), pembangkit  delay  (delay  transport),  dan  filter  (BPF,LPF).      Sebagai  parameter  digunakan  vektor scope  dan  spectrum  analyzer  untuk  melihat  tampilan  sinyal  pada  tiap-tiap  cek  poin  yaitu  output
RADAR FMCW
PULSA SIMULASI HARD WARE FTDC OPTIMASI CURVA FITTING MAS OVER SAMPLING RANGE RESOLUSI AZIMUT RESOLUSI RANGE ACCURACY
chirp  untuk  melihat  bentuk  dan  besar  frekuensi  sinyal  chirp,  output  up  chirp  untuk  melihat  sinyal output  yang  dihasilkan  setelah  dimodulasi  oleh  frekuensi  pembawa  pertama  dan  vektor  scope terakhir pada titik output  Low Pass  Filter  (LPF)  untuk  melihat siyal  beat  yang dihasilkan.     Zero Order  Hold  untuk  merubah  sinyal  analog  menjadi  digital  dengan  frekuensi  sampling  tertentu kemudian  siyal  hasil  sampling  ditempatkan  dalam  Buffer  yang  berukuran  minimal  sama  dengan jumlah sampling.
Untuk  mengakomodir  kebutuhan  output  yang  diharapkan  dibuat  desain  simulasi  seperti  pada gambar 7. dan setup simulasi sebagai berikut:
Gambar 7.  Desain simulasi Matlab Simulink
- Pembangkit sinyal chirp : frekuensi bawah 135.361e6,frekuensi atas 184.638e6  dan time sweep 664,93e-6 detik.      .
- Pembangkit sinyal pembawa pertama : sine wave frekuensi 616 MHz.
- Zero Order Hold = 9e-9, Zero Order Hold1 = 3,76e-10, Zero Order Hold2 =  9e-9   ,Zero Order Hold3 = 9e-9 detik
- BPF = 3713,759e6 rad/detik s.d 4023,21e6 rad/detik
LPF = 6,28e6 rad/detik Delay = 100e-9 detik

## Hasil dan Pembahasan

## Implementasi
Implementasi  dilakukan  dengan  menggunakan  Radar  Demonstration  Kit  (RDK)  dengan spesifikasi sebagai berikut:
Frekuensi  sampling 20 KHz dan bandwidth  100 MHz, Frekuensi  beat  ( ) max = /2  = 10 KHz. Dari data tersebut diplot dalam range bin 512. Sehingga resolusi frekuensinya 20 Hz. Frekuensi beat ( ) max = (BW/T)/ ( ) max sehingga delay maksimum = 5 ns. Sedangkan jarak maksimum R  max  = ( ) max  .  C  =  750  m.  Pengukuran  dilakukan  menggunakan  target  berupa  plat berukuran 40x50 cm dengan jarak  yang bervariasi dari 10 m ,15  m, 20 m dan 25 m.  Pengukuran dilakukan seperti pada gambar 8.
Gambar 8. Pelaksanaan pengukuran jarak
Gambar 9. Raw data, range gate dan  jarak
Hasil  pengukuran  jarak  20  m  dengan  pengolahan  data  mentah  sehingga  diperoleh  gambar  seperti pada gambar 9. Adapun hasil simulasinya tampak pada gambar 10 dan gambar 11.

## Gambar 11. Sinyal Output Mixer simulasi

## Pembahasan
Berdasarkan  pada  algoritma  kurva  fitting  maka  dapat  ditentukan  parameter  yang  dapat  diolah dari Gambar 5.8 yaitu:
- N  poin  FFT  sebanyak  512  buah,  range  gate  512  buah  dengan  resolusi  frekuensi  sebesar  10 KHz/512 = 19,53 Hz.  Sesuai dengan ukuran jarak maka puncak sinyal echo terletak pada range gate 1 dengan nilai normalisasi = 0,765 dan puncak kedua pada gate 11 dengan nilai normalisasi =  0,6315.  Hal  tersebut  menunjukkan  bahwa  pola  yang  dibentuk  adalah  High  Left  Low  Right (HLLR) sehingga jaraknya ditambah kanan (+ ).
- Untuk  proses  Fitting  dilakukan  dengan  membagi  sinyal  sinc  ternormalisasi  sebanyak  dua  kali selisih gate sehingga terbentuk 20 angka sinc ternormalisasi.
- Setelah  fitting  diperoleh  gate  1  sinyal  echo  berhimpit  dengan  gate  7  sinyal  sinc  dan  gate  11 sinyal echo berhimpit dengan gate 16 sinyal sinc.
- Pergeseran dilakukan dengan mengurangi titik tengah sinc dengan sinc terdekat  yang berhimpit atau  (10-7)  =  3  satuan.  Hal  ini  menunjukkan  pergeseran  atau  koreksi  yang  dilakukan  sebesar 3/10  atau  30  %  sehingga  sinyal  echo  harus  digeser  30  %  ke  kanan  dan  frekuensi  beat  juga bergeser 30 % (3 KHz).   Bila dikonversi ke jarak menjadi  30% *30 m = 10 m dan peningkatan range resolution =10/512= 0.02 m menjadi 1,52m.
- Pengukuran jarak dalam  penelitian ini sebanyak 4 kali dan data  hasil perhitungan seperti  pada Tabel 1.
Tabel 1. Perhitungan jarak dan kurva fitting

## Journal of Mechanical Engineering and Mechatronics 2016
Hasil  simulasi  pada  gambar  10.  menunjukkan  sinyal  chirp  yang  dibentuk  tampak  spektrum dengan bandwidth 50 MHz, namun pada pergantian chirp satu ke chirp berikutnya. masih  tampak mengerucut  ,  ini  yang  disebut  efek  play  back,  yang  disebabkan  oleh  besarnya  time  sweep  yang digunakan  tidak  dikurangi  time  delay.    Gambar  11.  Menunjukkan  sinyal  output  mixer  simulasi berupa frekuensi beat  450 KHz dan delay 6 μs.   Frekuensi beat merupakan fungsi jarak, dimana frekuensi  beat  maksimum  berbanding  lurus  dengan  jarak  maksimum.    Sesuai  perancangan, frekuensi beat maksimum = 1,54 MHz, jarak maksimum 30 Km, dan delay maksimum = 20,47 μs . Sesuai perhitungan untuk delay = 6 μs diperoleh frekuensi beat = 451,4 KHz.

## Kesimpulan
Berdasarkan  data  hasil  penelitian  yang  telah  dianalisa  maka  dapat  ditarik  kesimpulan:  Dalam penelitian  ini  telah  dilakukan  desain,  simulasi  dan  analisis  perhitungan  jarak  dan  kecepatan  target serta simulasi sistem radar menggunakan simulink matlab dengan hasil sebagai berikut:
- Simulasi  sistem  radar  dapat  berfungsi  sebagai  alat  pendeteksi  jarak  target  terhadap  parameter sistem  radar  yang  diinputkan  dan  dapat  dilakukan  kalibrasi  sebelum  dilakukan  pengukuran dengan mengatur waktu sampling komponen zero order hold . - Penelitian  yang  telah  dilakukan  terbatas  pada  pengolahan  data  diluar  sistem  radar  ( non  real time ).
- Metode  optimasi  kurva fitting berfungsi  untuk  meningkatkan range  resolution sistem  Radar Demonstration Kit (RDK) sebesar 30% menjadi 1,52 m.

## Ucapan Terima Kasih
Kami  mengucapkan  banyak  terima  kasih  kepada  seluruh  fihak  terkait  dengan  penelitian  ini terutama  kepada  Kalemjiantek  Kodiklat  TNI  AD  yang  telah  memberikan  kesempatan  studi  S2  di Universitas Brawijaya dan Kepala Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi LIPI yang telah membantu peralatan dan data untuk bahan penelitian.

## Daftar Pustaka
[1]  Anuja  Chaudhari,  2015,  Frequency  Estimator  to  Improve  Short  Range  Accuracy  in  FMCW Radar.
[2]  Ashish  Kr.  Roy,  2014,  Transmitter  and  Receiver  Design  at  L-band  and  X-band  for  FMCW Radar Altimeter, The Journal of Instrumentation, Automation and Systems
[3]  Graham  M  Broker,  2005,  Understanding  Millimetre  Wave  FMCW  Radars,  International Conference on Sensing Technology, New Zealand
[4]  Hao  Hsien  Ko,  2008,  Range  Resolution    Improvement  for  FMCW  Radars,  Proceeding European Radar Conference
[5]  Kurt Peek, An Analysis of the Effect of Digital Phase Error on the Performance of a FMCW – Doppler Radar, Thesis Master of Science in Appled Physics
[6]  Mashury  Wahab,  2008,  Rancang    bangun  Radar  Pengawasan  Pantai  INDRA  II  ,  Prosiding seminar Radar Nasional, PPET LIPI
[7]  Purwoko Adhi, 2008, Pembangkitan Chirp untuk Radar FMCW menggunakan DDS, Prosiding Seminar Radar Nasional, PPET LIPI
[8]  W. Sediono, 2009, First Result of the Signal Processing of INDERA, International Research Centre for Telecommunication and Radar