daftar isi - Institut Teknologi Bandung

Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Sistem Air Traffic Control (ATC)
Sistem Air Traffic Control (ATC) merupakan sistem kompleks yang
melibatkan sumber daya manusia, lembaga otoritas, manajemen, prosedur
operasi dan peralatan penunjang. Semua faktor di atas secara bersama
memiliki tujuan untuk mewujudkan lalu lintas udara yang aman, teratur dan
mengalir cepat. Dengan kata lain sistem ATC bertujuan untuk meningkatkan
penggunaan lalu lintas udara beserta level safety-nya, mengurangi tingkat
keterlambatan dan waktu holding, serta untuk penghematan bahan bakar
dengan memberikan rute yang sesuai, sehingga akan mengurangi biaya dan
meningkatkan kualitas suatu operasi penerbangan. [3]
Salah satu komponen utama pada peralatan sistem ATC yang disebutkan di
atas adalah sistem Radar. Pada saat ini pengawasan lalu lintas udara di ATC
dilakukan dengan menggunakan Radar & Display Processing System (RDPS)
dan Flight Data Processing System (FDPS). RDPS memproses hasil liputan
(coverage) Radar dalam bentuk plot. Data plot ini kemudian diolah oleh subsistem Radar Tracking untuk menghasilkan track atau lintasan terbang yang
pada prinsipnya terdiri dari posisi dan kecepatan, untuk ditampilkan oleh subsistem Graphical Unit Interface pada monitor kerja operator ATC. Track yang
dihasilkan juga diproses oleh sub-sistem peringatan tanda bahaya (Alerts and
Warning) untuk menolong operator ATC dalam mengantisipasi risiko bahaya,
seperti tabrakan antar pesawat, pesawat menabrak rintangan vertikal seperti
gunung, dan lain-lain.[11]
Pada umumnya bandara-bandara utama yang ada di Indonesia telah dilengkapi
dengan sistem ATC yang mempunyai sistem RDPS standar. Tetapi perlu
1
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
diketahui pula bahwa sistem yang dipakai adalah completely built-up system
(dibeli langsung dari luar negeri) yang selain berharga mahal juga mempunyai
tingkat ketergantungan tinggi terhadap perusahaan yang memproduksi sistem
tersebut yang notabene adalah perusahaan asing. Hal ini menyebabkan biaya
pemeliharaan dan pengembangan sistem ATC yang dimiliki menjadi mahal
dan hampir tidak terjangkau.
Hal-hal di atas menyebabkan P.T. Angkasa Pura II sebagai pihak
penyelenggara ATM (Air Traffic Management) dan pengelola bandara di
Indonesia, bekerja sama dengan Institut Teknologi Bandung sebagai institusi
pendidikan dan penelitian mulai mengembangkan suatu sistem ATC buatan
dalam negeri dengan dimulainya Proyek Pengembangan RDPS untuk wilayah
operasi bandara Polonia Medan dan sekitarnya.
Diharapkan setelah proyek ini berhasil dilaksanakan maka bandara-bandara
lain yang ada di Indonesia akan dapat memanfaatkan sistem ATC ini untuk
mengembangkan sistem ATC nya masing-masing. Hal ini sangat penting
artinya bagi perkembangan teknologi sistem Lalu Lintas Udara di Indonesia.
I.2. Sistem Radar Tracking
Pengawasan ruang udara sangat bergantung pada Radar yang tersedia. Radar
ini menghasilkan informasi berupa plot dari pesawat udara yang melintas di
wilayah coverage Radar tersebut. Untuk mengasosiasikan / memasangkan
plot-plot yang berkorespondensi dengan satu pesawat terbang yang sama pada
setiap putaran antenna diperlukan suatu proses tracking. Hasil dari proses
tracking tersebut adalah track atau lintasan terbang yang pada prinsipnya
terdiri dari posisi, ketinggian dan vector kecepatan dari plot tersebut.
Selanjutnya track atau lintasan terbang yang dihasilkan oleh proses tracking itu
akan diteruskan pada suatu tampilan sistem (display system) sehingga para
2
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
operator yang menggunakan sistem ATC dapat memonitor dan mengatur lalulintas udara yang ada dalam wilayah panduan mereka. Proses ini digambarkan
secara sederhana pada Gambar I.1.
RADAR
PROCESSING
SYSTEM
TX
(Tracking
R
Process)
Display
System
(GUI)
Gambar I.1 : Prinsip operasi sebuah sistem Radar
Secara singkat prinsip operasi pada Gambar I.1 dapat dijelaskan sebagai
berikut : pertama-tama Sistem Radar yang terdiri dari berbagai peralatan
elektronik (salah satunya adalah transceiver / TX ) mengirimkan suatu sinyal
kepada target atau obyek (pesawat terbang) yang berada di udara. Sinyal
tersebut kemudian akan dipantulkan dan/atau dikirim kembali oleh obyek tadi
kepada sistem Radar. Radar Head (antenna Radar) yang merupakan peralatan
receiver (RX) akan menangkap sinyal pantulan atau sinyal jawaban dari
obyek. Hasil tangkapan sinyal tersebut akan diproses dan diolah oleh Radar
Processing System untuk akhirnya ditampilkan pada suatu sistem tampilan
(GUI, Graphical User Interface) yang dapat dibaca dan dimanfaatkan oleh
operator Lalu Lintas Udara yang bertugas.
Sistem Radar Tracking yang sekarang digunakan pada Proyek Pengembangan
RDPS di bandara Polonia Medan saat ini masih merupakan pra-sistem yang
3
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
sebenarnya merupakan sistem awal yang dulu digunakan pada awal-awal
perkembangan sistem RDPS modern di dunia. Sistem yang sekarang
dikembangkan ini telah dapat mengubah format data yang dikeluarkan oleh
Radar Head menjadi format data yang dapat dibaca oleh sistem operasi dan
konfigurasi hardware komputer yang telah umum digunakan oleh masyarakat
sehingga dapat dilakukan pengembangan selanjutnya dengan lebih mudah.
Proyek RDPS dinilai telah berhasil menerapkan beberapa prinsip dasar yang
penting dalam suatu sistem Radar sehingga sistem tersebut dianggap dapat
menggantikan sistem yang lama. Akan tetapi, bila dilihat dari kebutuhan akan
kemampuan dan kehandalan yang umumnya harus dipunyai oleh sistem Radar
modern saat ini, sistem RDPS dirasa masih belum mencukupi. Hal ini
disebabkan karena masih ada beberapa kekurangan yang terdapat pada Sistem
RDPS di Medan. Antara lain adalah :
1. Akurasi sistem RDPS dalam hal tracking belum tinggi karena adanya
gangguan yang disebabkan oleh noise gangguan sinyal maupun noise
peralatan sistem RDPS sendiri.. Penanganan gangguan (noise) yang
dihasilkan oleh peralatan Radar masih dilakukan dengan cara manual,
yaitu dengan mengkalibrasi peralatan Radar secara terus menerus bila
terjadi kesalahan.
2. Sistem RDPS masih memakai metode mozaic dan pembobotan dalam
hal Multi Radar Tracking yang menimbulkan masalah-masalah seperti
ambiguitas dan konsistensi track (akan dijelaskan pada sub bab
berikutnya yaitu sub bab I.3).
Tesis ini merupakan pengembangan lebih lanjut dari sub-sistem Radar
Tracking yang ada di dalam Proyek tersebut di atas. Di dalam tesis ini akan
coba diaplikasikan suatu algoritma sistem yang nantinya dapat menunjang dan
memperbaiki proses pengolahan dan perhitungan data-data yang diperlukan
dalam suatu sistem pengawasan lalu lintas udara baik sipil maupun militer.
4
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
I.3. Sistem Multi Radar Tracking
Pada prinsipnya Multi Radar Tracking dipakai untuk suatu tujuan yaitu untuk
mendapatkan daerah coverage (cakupan) operasi ATC yang lebih luas. Hal ini
dilakukan dengan mengambil dan menampilkan data dari beberapa Radar di
wilayah lain sehingga didapatkan suatu tambahan wilayah cakupan operasi.
Sistem Radar di Indonesia yang ada saat ini sebenarnya telah menggunakan
sistem Multi Radar Tracking. Akan tetapi metode yang diterapkan pada sistem
tersebut mempunyai beberapa kekurangan. Metode yang banyak dipakai
dalam sistem Multi Radar Tracking yang lama adalah metode mozaic dan
pembobotan. Berikut ini adalah penjelasan dari metode tersebut.
Cara kerja metode ini adalah sebagai berikut : pertama-tama ditentukan suatu
wilayah-wilayah (mozaic) yang disesuaikan dengan daerah cakupan terbaik
suatu Radar. Data track yang keluar dari sebuah Radar dimana suatu target
berada di wilayah cakupan terbaik Radar tersebut akan mempunyai nilai bobot
yang lebih tinggi dari data track suatu target yang sama dari Radar yang lain.
Kemudian data dari banyak Radar tersebut dikumpulkan dalam suatu sistem
Radar dengan suatu sistem koordinat yang telah disamakan. Setelah itu, sistem
akan memilih data dari Radar mana yang mempunyai bobot yang lebih tinggi
untuk ditampilkan ke sistem display Radar. Namun perlu diketahui bahwa
karakteristik sistem setiap Radar adalah berbeda-beda. Hal ini menyebabkan
data yang dikeluarkan oleh setiap Radar terhadap suatu target tertentu yang
sama akan berbeda hasilnya.
Ilustrasi metode tersebut adalah sebagai berikut (lihat Gambar I.2): misal ada
suatu target pesawat udara (gambar pesawat udara) yang ditangkap oleh dua
Radar yang berbeda yaitu Radar M dan Radar N. Pesawat udara sebelumnya
sedang berada di wilayah cakupan terbaik Radar M, sehingga data track
pesawat udara yang keluar dari Radar M akan diberi nilai bobot yang paling
tinggi. Sedangkan data track pesawat udara dari Radar N akan diberi nilai
bobot yang lebih kecil. Berdasarkan nilai bobot tersebut maka sistem Display
5
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
akan menampilkan data track hanya yang berasal dari Radar M saja.
Sebaliknya, jika pesawat udara berada pada wilayah dimana data track dari
Radar N mempunyai nilai bobot yang paling tinggi maka data track yang akan
ditampilkan oleh sistem Display adalah data track dar Radar N saja.
Radar
Radar N
Radar M
Mozaic
Gambar I.2 : Ilustrasi metode mozaic pada Sistem Multi Radar
Jadi kelemahan dari sistem multi Radar tracking dengan metode ini adalah
ketika suatu target bergerak dari suatu wilayah liputan Radar dimana Radar
tersebut mempunyai nilai bobot yang lebih tinggi ke suatu wilayah liputan
dimana Radar tersebut mempunyai nilai bobot yang lebih rendah, maka posisi
dari target yang ditampilkan oleh sistem display akan berubah secara tiba-tiba
(tidak konsisten) karena pada hakikatnya data target yang ditampilkan dari dua
Radar yang berbeda mempunyai error yang berbeda pula.
6
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
Selain itu, pada sistem Radar yang menggunakan metode ini sering dijumpai
kejadian dimana ada beberapa track yang muncul bersamaan di posisi yang
berdekatan walaupun sebenarnya track-track itu adalah target yang sama
(masalah ambiguitas).
Oleh sebab itu di dalam tesis ini, selain meneliti tentang pengurangan noise
(filtering), akan dibahas juga bagaimana caranya untuk menggabungkan data
dari Radar yang berbeda dan bukan memilih salah satu data dari Radar tertentu
untuk ditampilkan pada GUI.
I.4. Perumusan Masalah dan Ruang Lingkup
Sistem Radar yang dipakai di banyak bandara di Indonesia saat ini sudah
tergolong tua. Pada sistem Radar tersebut timbul berbagai macam masalah
yang ingin diatasi melalui penelitian pada tesis ini. Masalah tersebut adalah
1) Penanganan gangguan (error noise) hasil pengukuran Radar (masalah
filtering). Bila pada suatu sistem Radar diterapkan filter yang baik
maka akan lebih mudah menangani noise yang ditimbulkan oleh
peralatan Radar. Pokok bahasan yang paling utama pada tesis ini
adalah mengenai aplikasi metode filtering yang merupakan penurunan
Filter Kalman pada algoritma sistem Radar tracking yang lama. Filter
Kalman adalah sebuah metode yang dapat mengurangi efek dari noise.
Dalam hal ini noise yang dimaksud adalah kesalahan hasil pengukuran
yang sering timbul akibat ketidak-akuratan suatu alat yang disebabkan
oleh beberapa macam hal seperti ketidak-akuratan dari sistem Radar
atau ketidakpastian dari gerak suatu target. Jadi masalah yang utama
adalah membuat suatu program komputasi yang dapat mengaplikasikan
algoritma Filter Kalman di dalam suatu skenario keadaan yang
akhirnya dapat diperoleh posisi dan kecepatan sebuah target dengan
akurasi yang lebih baik dalam waktu nyata.
7
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
2) Masalah penggabungan data dari beberapa Radar yang berbeda
(masalah multi Radar tracking). Pada tesis ini juga akan dianalisa dan
disimulasikan algoritma proses dari Multi Radar Tracking untuk
keperluan navigasi udara yang lebih baik. Suatu sistem tracking dapat
memberikan hasil yang lebih baik bila menggunakan data dari
beberapa sensor (beberapa radar). Suatu pendekatan di dalam target
tracking dengan multi radar adalah melakukan tracking single sensor
lebih dulu dan kemudian menggabungkannya (fuse) dengan track dari
sensor (radar) yang lain sehingga dihasilkan suatu “track system”.
Metode ini disebut dengan Track Fusion. Cara kerja metode tersebut
dapat dilihat pada Gambar I.3 di bawah yang menggambarkan proses
penggabungan track yang terdiri dari proses asosiasi dan korelasi track
yang telah diproses terlebih dahulu pada masing-masing Radar.
Estimated track
Radar M
Radar M
Radar N
Estimated track
Radar N
Gambar I.3 : Metode Track Fusion
Pada Gambar di atas, pertama kali masing-masing Radar (Radar M dan
Radar
N)
meng-estimasi
hasil
tangkapan
mereka
sehingga
menghasilkan track hasil estimasi yang berbedaa sesuai dengan
karakteristik sistem masing-masing (blok ”tracking”). Setelah itu kedua
8
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
track hasil estimasi itu dikorelasikan dan digabungkan pada suatu
sistem Multi Radar yang akhirnya menghasilkan satu track yang
disebut ”track sistem”.
Singkatnya, Multi Radar Tracking berfungsi untuk meng-update tracks
yang selalu diinisiasi di lingkungan single Radar. Untuk mencapai
tujuan tersebut diperlukan pemilihan metode yang tepat dalam hal
penentuan track secara cepat dan efisien serta memiliki ketelitian dan
kehandalan yang tinggi. Bila metode penggabungan track di atas
diterapkan, maka diharapkan masalah konsistensi dan ambiguitas track
yang telah dijelaskan pada sub bab sebelumnya dapat teratasi dan
sistem Radar dapat menampilkan hasil yang lebih baik dari
sebelumnya.
Akhirnya metode-metode yang telah disebutkan di atas (Filter Kalman dan
Track Fusion) akan diimplementasikan pada sebuah sistem yang menyerupai
keadaan nyata (terdapat batasan-batasan yang ditetapkan) dengan cara mensimulasi-kan proses Single Radar Tracking dan Multi Radar Tracking pada
program Simulink dari Matlab versi 7. Performance simulasi tersebut
selanjutnya akan diuji coba dengan memakai data yang disimulasikan sendiri.
I.5. Tujuan
Tujuan utama dari penelitian dan tesis ini adalah
1) Mempelajari, menganalisa dan mendesain algoritma filtering yang
disebut Filter Kalman. Diharapkan setelah memakai algoritma ini,
sistem Radar dapat menghasilkan estimasi track yang mempunyai
noise lebih kecil.
9
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
2) Mempelajari, menganalisa dan mendesain algoritma penggabungan
track hasil estimasi di dalam sistem Multi Radar Tracking. Diharapkan
setelah algoritma ini diimplementasikan maka masalah ketidakkonsisten-an dan ambiguitas track dapat dihilangkan.
3) Mensimulasikan algoritma filtering dan Multi Radar Tracking pada
skenario target tracking yang secara hipotesis dapat menggambarkan
situasi yang nyata. Sehingga hasil tesis ini dapat dipelajari dan
dikembangkan lebih lanjut untuk nantinya diterapkan secara nyata pada
sistem RDPS di bandar-bandara di Indonesia.
I.6. Sistematika Tesis
Tesis ini terdiri dari lima bab utama. Bab I yang berjudul Pendahuluan,
sebagian besar berisi penjelasan mengenai penggunaan Sistem ATC dan Radar
Tracking di bandara-bandara Indonesia pada umumnya. Di dalam Bab I ini
juga menjelaskan Latar Belakang, Perumusan Masalah, dan Tujuan dari
pembuatan Tesis ini.
Bab II berisi penjelasan singkat mengenai dasar matematika dan teori yang
mendasari proses tracking, filtering dan fusion (penggabungan) dari data
Radar. Diawali dengan sedikit pemaparan tentang proses Radar tracking dan
dilanjutkan dengan penjelasan metode estimasi. Pada awal penjelasan metode
estimasi (II.3) akan disajikan tentang bagaimana metode estimasi berperan
penting dalam proses tracking target. Selanjutnya akan dijelaskan secara
singkat tentang sejarah Filter Kalman dan bagaimana cara kerja algoritma
Filter Kalman. Akhir bab ini diisi dengan pembahasan dasar algoritma dan
arsitektur penggabungan data (fusion). Bab ini ditutup dengan ringkasan yang
merangkum keseluruhan isi Bab II.
10
Bab I Pendahuluan______________________________________________________________
Bab III berisi penjelasan mengenai bagaimana desain Filter Kalman dan
algoritma penggabungan data dari beberapa Radar yang akan dipakai agar
mampu memberikan hasil yang lebih baik sesuai dengan yang diharapkan. Bab
ini juga diakhiri dengan ringkasan yang merangkum keseluruhan isi Bab III.
Pada Bab IV metode yang telah didesain sebelumnya akan diuji dengan
beberapa kasus lintasan track. Masing-masing kasus akan dilengkapi dengan
gambar-gambar hasil simulasi kasus yang bersangkutan. Hasil simulasi juga
dilengkapi beberapa analisa yang berkaitan dengan kinerja model yang dibuat.
Ringkasan bab ini menutup keseluruhan Bab IV.
Akhirnya pada Bab V akan dijelaskan kesimpulan dari hasil penelitian ini dan
saran untuk kerja penelitian selanjutnya.
11