## ANALISIS PERANGKAT LUNAK SIMULATOR BINTANG UNTUK PENGUJIAN STAR SENSOR

## (ANALYSIS SOFTWARE STAR SIMULATOR FOR STAR SENSOR TESTING)
Muh. Sulaiman Nur Ubay *)1 , M. Arif Saifudin **)
*) Peneliti Pusat Teknologi Satelit, LAPAN **) Perekayasa Pusat Teknologi Satelit, LAPAN
1 e-mail: sulaiman_itb@yahoo.com

## ABSTRACT
Star  sensor  is  a  sensor  that  is  mostly  used  in  satellite  attitude  determination because  of  a  high  degree  of  accuracy  and  speed  in  generating  data  satellite  attitude. Star sensor technology is continually developping to produce a better performance so as to  improve  the  performance  and  reliability  of  Attitude  Determination  and  Control System (ADCS) satellites. This paper outlines the design of a star simulator software for the  purpose  of  facilitating  the  testing  of  star  sensor  in  the  laboratory  without  being constrained by location and time. Testing is using performed using a real time data in the  form  of  a  panorama  image  obtainable  from  the  star  sensor.  The  program  is implemented  in  the  data  processing  unit  basing  on  certain  stars  pattern  recognition algorithms.  The  position  of  star  in  this  simulation  is  static  in  view  of  verifying  the reading consistency of star data. The designed star simulator has been showing a good performance,  as  in  terms  of  hardware  specifications  has  produced  star  images according to the needs of that pixel error < 80 milidegree. From the test results it can be seen  that  the  star  sensor  reading  stability  simulator  generates  stable  telemetry  data with the attitude that the error value  RA=0,  DE=0,  AZ=0. Keywords: Satellite Attitude, Star sensor, Star simulator

## ABSTRAK
Sensor  bintang  merupakan  sensor  yang  banyak  digunakan  dalam  determinasi sikap  satelit  ( attitude  determination )  karena  tingkat  akurasi  yang  tinggi  dalam menghasilkan data sikap satelit. Teknologi sensor bintang terus dikembangkan untuk menghasilkan  kinerja  yang  lebih  baik  sehingga  secara  khusus  akan  meningkatkan performa dan reliabilitas ADCS ( Attitude Determination and Control System ) satelit. Pada karya  tulis  ilmiah  ini  dilakukan  analisa  terhadap  perangkat  lunak  simulator  bintang untuk  pengujian  sensor  bintang  dengan  tujuan  agar  pengujian  sensor  bintang  dapat dilakukan tanpa terkendala oleh tempat dan waktu. Posisi bintang yang disimulasikan bersifat statis untuk menguji konsistensi pembacaan data bintang. Simulator bintang yang dibangun menunjukkan kinerja simulator bintang statik sudah cukup baik, dari sisi  spesifikasi  perangkat  keras  telah  menghasilkan  citra  bintang  sesuai  dengan kebutuhan yaitu eror piksel < 80 miliderajat. Dari hasil pengujian sensor bintang dapat dilihat  bahwa  reading  stability  simulator  menghasilkan  data  telemetri  yang  stabil dengan nilai error attitude yaitu  RA=0,  DE=0,  AZ=0. Kata kunci: Sikap satelit, Sensor bintang, Simulator bintang

## 1  PENDAHULUAN
Salah  satu  sub  sistem  satelit adalah Attitude  Determination  and
Control  System (ADCS)  dan  sensor bintang merupakan salah satu komponen ADCS untuk attitude determination atau
penentuan  sikap  satelit.  Sensor  bintang adalah komponen attitude  determination yang  mempunyai  akurasi  yang  tinggi. (Bak,  1999). Sensor  bintang  terdiri  dari kamera  dan  komputer onboard atau disebut  juga  dengan Data  Processing Unit (DPU)  yang  digunakan  untuk melakukan  pemrosesan  data  bintang. Pada  prinsipnya,  cara  kerja  sensor bintang  adalah  melakukan  perhitungan posisi  bintang  dari  sekumpulan  cahaya yang  ditangkap  oleh  sensor  kamera. Jika  posisi  bintang  diketahui  dalam referensi  inersial, maka  dapat  diketahui orientasi  sikap  satelit  (Saifudin  & Triharjanto,  2010).  Proses  perhitungan posisi bintang adalah proses mengidentifikasi  citra  pada  sensor dengan  katalog  bintang.  Ada  beberapa teknik  atau  algoritma  yang  dipakai untuk  identifikasi  bintang,  beberapa algoritma  ini  seperti  algoritma  berbasis geometri  seperti  algoritma  piramida (Mortari,  et  al.,  2004),  algoritma  berbasis kecerdasan  buatan  seperti  algoritma genetika  (Paladugu,  et  al.,  2003),  serta algoritma bit  match (Bao,  et  al.,  2005). Pada  sensor  bintang  yang  akan  diuji dengan  simulator  ini  menggunakan algoritma  yang  sederhana  yaitu  dengan menggunakan teknik segitiga. Teknik ini menggunakan prinsip dengan mengukur jarak  angular  dari  tiga  buah  bintang yang paling terang yang tercakup dalam Field  of  View (FOV).  Sensor  kemudian melakukan  identifikasi  bahwa  bintang- bintang  tersebut  cocok  dengan  pola bintang dalam katalog.
Permasalahan  yang  mendasari dilakukannya  penelitian  ini  adalah pertama,  bagaimana  menguji  sensor bintang.  Pada  kondisi  nyata,  sensor bintang  harus  diuji  pada  malam  hari dan  langsung  dihadapkan  pada  langit malam,  hal  ini  menjadikan  waktu pegujian  yang  terbatas  ditambah  lagi kondisi  cuaca  yang  belum  tentu mendukung.  Kedua,  jika  dilakukan pengujian  pada  kondisi  nyata,  FOV bintang yang di tangkap hanya terbatas pada bidang lokasi pengujian dan hal ini
menjadi batasan dalam menguji katalog bintang  yang  digunakan  dalam  sensor bintang. Ketiga, adanya resiko pengujian sensor  bintang  di  tempat  terbuka  jika dilakukan  terlalu  sering.  Adapun  ruang lingkup  penelitian  ini  adalah  simulator bintang  menampilkan  bintang  dalam kondisi statik, simulasi bintang digunakan secara spesifik untuk  sensor bintang  dengan  panjang  fokal  16  mm, serta  data  simulasi  berasal  dari  data hasil pengujian.
Pada  penulisan  makalah  ini, akan  di  bahas  mengenai  pembuatan perangkat  lunak  simulator  bintang dengan  tujuan  untuk  pengujian  sensor bintang.  Nilai  penting  pengujian  sensor bintang  adalah  menguji  kinerja  sensor bintang  dari  citra  bintang  yang  sudah diketahui attitude  pointing- nya  (Yang,  et al.,  2012).  Alat  simulasi  yang  akan dibuat akan membantu kegiatan pengujian sensor bintang.

## 2  METODOLOGI
Metode
dalam penelitian pembuatan  perangkat  lunak  simulator bintang  ini  dilakukan  melalui  tahapan: Desain ( hardware dan software ), pembuatan program, pengujian fungsional,  dan  pengujian  kinerja menggunakan  sensor  bintang  seperti ditunjukkan pada Gambar 2-1.
Pembuatan Program Uji Fungsional Pengujian Kinerja Simulator Dengan Star Sensor Desain · Software - Error piksel maksimum 80 miliderajat - Antarmuka (Graphical User Interface)
- Fungsi (Baca Data, Tampilkan Data, Set Parameter)
- Perangkat lunak yang digunakan
· Konfigurasi Hardware
- Fungsi masing-masing perangkat
- Tata letak dan kebutuhan perangkat
Gambar 2-1: Metodologi
rancang bangun perangkat lunak simulator bintang
2.1 Pembuatan Desain
Kebutuhan desain yaitu simulator  bisa  digunakan  kapan  pun (siang/malam). Fungsi
simulator
bintang  adalah  sebagai  alat  pengujian sensor  bintang.  Secara  garis  besar konsep  desain  terdiri  atas  desain
perangkat  keras  ( hardware )  dan  desain perangkat  lunak  ( software ).  Untuk perancangan  dan konfigurasi hardware ,
ditunjukkan pada Gambar 2-2.
Sedangkan  untuk  konfigurasi hardware aktualnya ditunjukkan pada Gambar 2-3.
Gambar 2-2: Rancangan konfigurasi hardware (Yang, et al., 2012)
Konfigurasi  lebih  ideal  adalah menambahkan collimator di  depan sensor  bintang  yang  berfungsi  untuk menyearahkan  cahaya  sehingga  FOV sensor  bintang  tidak  melebihi  batas layar monitor (Rufino, et al., 2013).
Fungsi dari masing-masing entitas yang merupakan hasil rancangan dalam  Gambar  2-2  adalah  sebagai berikut (Yang, et al., 2012):
· Sensor  bintang  menggunakan  kamera
CDD  dan Data  Processing  Unit (DPU)
menggunakan  mikrokontroller  Hitachi dengan katalog onboard untuk
pengenalan bintang. Spesifikasi sensor bintang  ditunjukkan  pada  Tabel  2-2. Pengaturan  FOV  dilakukan  dengan melihat  moda  video  dari  kamera dengan menggunakan antarmuka Cameralink dan  pengaturan  jarak dilakukan  secara  manual  dengan menggeser posisi sensor bintang.
· Sebuah  monitor  LED  resolusi  tinggi digunakan  sebagai  simulator  bintang. Salah  satu  aspek  spesifikasi  yang dipilih adalah monitor LED dipilih yang mempunyai  rasio  kontras  yang  tinggi.
Spesifikasi monitor LED yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 2-3. · Sensor bintang controller adalah komputer  dengan  perangkat  lunak yang  berfungsi  untuk  mengambil  data telemetri  dan  seting  parameter  pada sensor bintang.
· Star simulator controller
adalah
komputer  dengan  perangkat  lunak yang  berfungsi  untuk  membaca  data bintang, menampilkan simulasi bintang, dan setting parameter simulator .
· Ruangan  gelap  juga  digunakan  dalam konfigurasi  sebagai  simulasi  kondisi pada waktu malam hari.
Karena konfigurasi simulator tidak menggunakan
kolimator, maka
pengaturan  FOV  dilakukan  secara try and error dengan  mengatur  fokus  lensa dan  jarak  tripod  ke  monitor  LED. Konfigurasi yang tepat diperoleh dengan melihat  moda  video  dari  kamera  sensor bintang  pada  sensor  bintang controller .
Untuk desain perangkat lunak simulator bintang,  menggunakan  perangkat  lunak berbasis Graphical  User  Interface (GUI). Data  bintang  menggunakan  data  hasil pengujian sensor bintang satelit LAPAN- A2  berupa  daftar  30  piksel  yang  paling terang seperti ditunjukkan pada Tabel 2-1.
Tabel 2-1: DAFTAR  30  PIKSEL  YANG  PALING TERANG
y x m 858 938 4095 441 223 3479 967 621 2216 968 450 1835 612 579 993 560 609 898 50 1055 889 668 555 688 430 478 591 599 218 572 855 939 548 220 524 525 1025 797 472 973 229 450 623 439 441 480 282 434 779 136 423 604 1164 400 790 526 394 450 487 389 471 1057 388 889 432 377 219 857 374 198 1105 372 16 780 371 126 677 371 66 947 370 166 638 368 36 846 367 51 750 367
dengan, y : koordinat y pada sensor x : koordinat x pada sensor m: nilai kecerahan piksel

## Tabel 2-2: FORMAT DATA INPUT SIMULATOR BINTANG
y: posisi y bintang (baris pada sensor) x: posisi x bintang (kolom pada sensor) m: magnituda bintang 1 1 0 … … … 1040 1392 4095 Tabel 2-3: SPESIFIKASI SENSOR BINTANG Sensor CCD Dimensi 1392 x 1040 piksel Panjang fokal 16 mm FOV 23 º x 31 º Tabel 2-4: SPESIFIKASI LAYAR MONITOR LED *) Panel Size 27”, 16:9 format Resolusi (H x V) 1080 x 1920 Piksel Pitch 0.311 mm Brightness 250 cd/mm 2 Rasio Kontras 80000000:1 *) http://www.asus.com/Monitors_Projectors/MX279H/specifications/ 2.2 Pembuatan Program
Program dibuat dengan
menggunakan  bahasa  pemrograman Visual  Basic.NET  dan  OpenGL  sebagai Application  Programming  Interface (API) untuk  menampilkan  grafis  2D  citra bintang.

## 2.3 Uji Fungsional
Pada  proses  uji  fungsional, simulator  menampilkan  citra  bintang seperti  yang  ditampilkan  pada  Tabel  2-1. Untuk  menguji  akurasi  posisi  caranya adalah  dengan  membandingkan  data posisi  bintang  yang  diperoleh  dari telemetri  sensor  bintang  dengan  data input .
2.4 Pengujian Kinerja Simulator

## Dengan Sensor Bintang
Pada  tahap  ini,  simulator  diuji kinerjanya  dengan  mengambil  data telemetri  dari  sensor  bintang  dan melakukan  analisis  terhadap  data attitude RA, DE, dan AZ.

## 3 HASIL DAN ANALISIS
Citra piksel yang dihasilkan pada layar  monitor  LED  memberikan  tampilan yang  representatif  seperti  ditunjukkan pada  Gambar  3-1.  Terlihat  bahwa resolusi  1  piksel  pada  monitor  LED terbaca  oleh  kamera  sensor  bintang menjadi  9  piksel  dengan  piksel  paling terang  terdapat  di  tengah.  Hal  ini menandakan meskipun piksel pitch dari monitor  tidak  cukup  kecil  (piksel pitch monitor  dan  kamera),  yaitu  0,31  mm dibandingkan  dengan  ukuran  piksel sensor  CCD  pada  sensor  bintang,  yaitu 6,45  m  namun  resolusi  piksel  yang dihasilkan sudah memenuhi kebutuhan, yaitu error piksel  sebesar  3  piksel  x 20x10 -3 derajat  =  60  miliderajat.  Fokus kamera  sensor  bintang  juga  sudah optimal  (berdasarkan  analisis  koreksi perbedaan  piksel pitch monitor  dan kamera).
(a) (b)
Gambar 3-1: (a) Resolusi 1piksel pada layar simulator dan (b) Piksel yang dibaca oleh sensor bintang
Untuk simulasi kecerahan
bintang  ( magnitude ),  dapat  dilihat  pada Gambar  3-2  dan  Gambar  3-3.  Tanpa menggunakan  skala  kecerahan,  semua bintang tampak seragam atau mempunyai kecerahan  yang  sama  (Gambar  3-2). Setelah  dilakukan  skala  kecerahan, terlihat  bintang  dengan  nilai magnitude rendah  akan  tampak  terang  sedangkan bintang  dengan  nilai magnitude tinggi akan  tampak  redup  sehingga  lebih menggambarkan kecerahan bintang pada  kondisi  sebenarnya,  yaitu  kondisi bintang di langit (Gambar 3-3).
Pengujian dengan  sensor  bintang menggunakan algoritma
segitiga
menghasilkan  tiga  buah  bintang  yang berhasil
diidentifikasi seperti
ditunjukkan  pada  Gambar  3-4.  Proses identifikasi  dengan  katalog  bintang (Saifudin & Triharjanto,
2010)
menghasilkan  bintang  1,  2,  dan  3 diidentifikasi sebagai bintang dengan ID 56,  96,  dan  327  di  katalog.  Hasil pembacaan attitude dari  data  telemetri sensor  bintang  yang  berasal  dari  citra simulator  menghasilkan  data  yang cukup  stabil,  yaitu  nilai  RA,  DE  dan  AZ sama dengan nol seperti ditunjukkan pada Tabel 3-1.
Tabel 3-1: DATA HASIL PENGUJIAN Image no.
RA [deg]  DE [deg]  AZ [deg]
2067 38.99708  25.93487  26.92603 2072 38.99708  25.93487  26.92603 2077 38.99708  25.93487  26.92603 2082 38.99708  25.93487  26.92603 2087 38.99708  25.93487  26.92603 2092 38.99708  25.93487  26.92603 2093 38.99708  25.93487  26.92603 2093 38.99708  25.93487  26.92603 2093 38.99708  25.93487  26.92603 2095 38.99708  25.93487  26.92603 2100 38.99708  25.93487  26.92603 2105 38.99708  25.93487  26.92603 2110 38.99708  25.93487  26.92603 2115 38.99708  25.93487  26.92603 2120 38.99708  25.93487  26.92603 2125 38.99708  25.93487  26.92603 2130 38.99708  25.93487  26.92603 2135 38.99708  25.93487  26.92603 2140 38.99708  25.93487  26.92603 2145 38.99708  25.93487  26.92603 2146 38.99708  25.93487  26.92603 2146 38.99708  25.93487  26.92603 2146 38.99708  25.93487  26.92603 2147 38.99708  25.93487  26.92603 2152 38.99708  25.93487  26.92603 2157 38.99708  25.93487  26.92603 2162 38.99708  25.93487  26.92603 2167 38.99708  25.93487  26.92603 2172 38.99708  25.93487  26.92603 2178 38.99708  25.93487  26.92603
Gambar 3-2: Peta bintang dengan kondisi tanpa filter magnitude
Gambar 3-3: Peta bintang dengan kondisi filter magnitude
Gambar 3-4: Identifikasi bintang dari simulator menggunakan tiga buah bintang
Bintang 1 ID: 56 Bintang 2 ID: 96 Bintang 3 ID:327
Gambar 3-5: Software simulator sensor bintang

## 4 KESIMPULAN DAN SARAN
Kinerja  simulator  bintang  statik sudah  cukup  baik,  dari  sisi  spesifikasi perangkat  keras  telah  menghasilkan citra  bintang  sesuai  dengan  kebutuhan yaitu error piksel < 80 miliderajat. Skala kecerahan  ( magnitude )  bintang  juga telah  dapat  disimulasikan  dengan cukup  baik  mendekati  kecerahan bintang  sebenarnya.  Kondisi  ruangan yang gelap juga mendukung lingkungan pengujian.  Dari  hasil  pengujian  sensor bintang  dapat  dilihat  bahwa reading stability simulator  menghasilkan  data telemetri  yang  stabil  dengan  nilai error attitude yaitu  RA=0,  DE=0,  AZ=0. Dari  hasil  pengujian  yang  diperoleh tersebut,  maka  simulator  bintang tersebut dapat digunakan untuk pengujian  sensor  bintang  berikutnya. Kekurangan  dari  simulator  tersebut adalah  tidak  adanya collimator dan adjustable  stand yang  berfungsi  untuk mengatur  FOV  sensor  bintang  dengan layar monitor karena hanya menggunakan tripod.  Untuk  perbaikan  ke  depan  dari sisi perangkat lunak, pembuatan simulator bintang disempurnakan dengan menggunakan simulasi dinamis dan  data  simulasi  menggunakan  data dari katalog bintang.

## DAFTAR RUJUKAN
Bak,  T.,  1999. Spacecraft  Attitude Determination,
Denmark: Aalborg:  Denmark  University, Department of Control
Engineering.
Bao, H. L., Ying, C. Z., Hua, L. Y. & Shi, W. X., 2005. An Autonomous Star Pattern  Recognition  Algorithm Using  Bit  Match. Guangzhou, IEEE, pp. 4815-4823.
Bruccoleri,  C., Mortari,  D.,  Samaan, M. A.  &  Junkins,  J.  J.,  August  3-7,
2003. Toward Ground-Based
Autonomous  Telescope  Attitude Estimation  Using  Real-Time  Star Pattern Recognition. Big Sky, MT, AAS/AIAA, pp. 603-608. Larseen,  M.  F.,  August  2004. Analysis Techniques for Determining Upper
Atmosphere Motions from Sounding  Rocket  Chemical  Tracer Releases. Clemson, SC:
Department of Physics.
Mortari,  D.,  Samaan,  M.  A.,  Bruccoleri,
C.  &  Junkins,  J.  L.,  2004.  T he Pyramid Star Identification
Technique ,  NAVIGATION , 51(3), pp. 171-184.
Paladugu, L., Williams, B. G. & Schoen, M.  P.,  2003. Star  Pattern
Recognition for Attitude Determination using Genetic Algorithm, Utah, s.n.
Rufino,  G.  et  al.,  2013. Real-Time Hardware-in-the-Loop Test of Star Tracker  Algorithms , International Journal  of  Aeospace  Engineering,
Volume 2013.
Saifudin,  M.  A.  &  Triharjanto,  R.  H.,
2010. Algoritma  Pengenalan  Pola
Bintang  untuk  Deteksi  Posisi
Bintang  pada  Star  Sensor  Satelit Lapan , Jurnal Teknologi Dirgantara , 8(1), pp. 36-42.
Yang, J., Zhang, T., Song, J. & Song, L.,
2012. Laboratory  Test  System Design for Star Sensor Performance  Evaluation ,  Journal of  Computers , 7(4),  pp.  1056- 1063.