Radio Altimeter Sederhana untuk Pendaratan Pesawat Kecil

Gambar Pesawat kecil

Altimeter adalah sebuah perangkat dalam pada pesawat yang menunjukkan ketinggian (Altitude) pesawat terbang terhadap permukaan yang tetap (biasanya terhadap level kedalaman laut atau dpl). Altitude dapat dicari dengan mengukur tekanan atmosfir. Semakin tinggi altitude semakin rendah tekanan udara. Ketika barometer dilengkapi dengan kalibrasi nonlinear sehingga dapat menunjukan ketinggian, Alat tersebut dinamakan barometric.

Sebuah altimeter dapat dijabarkan dalam fungsi:

z = cT log(P₀/P)

Dimana :

z : ketinggian

T : temperatur dalam Kelvin

c : konstanta yang tergantung terhadap percepatan gravitasi dan massa molar udara

P₀ : tekanan atmosfir awal

P  : tekanan atmosfir pada ketinggian berada

Sedangkan c = R/gM

R : konstanta gas

g : percepatan akibat gravitasi

M : Massa molar gas (udara)

Pada tulisan ini, saya akan membahas referensi rancangan Matjaž Vidmar, S53MV sebagai referensi.

Oke ... dari referensi beliau, Rancangan ini tidak menggunakan barometer sebagai dasarnya melainkan menggunakan radio..

Kok bisa....?

Pada prinsipnya radio, sinyal yang terpancarkan radio ke permukaan sebuah benda akan terpantul. Dengan memanfaatkan prinsip itulah dapat dibuat radio altimeter. Untuk menambah kejelasan, dibawah ini saya tampilkan gambarnya.

Gambar 1 – Prinsip kerja radio altimeter

Agar dapat digunakan secara tepat, antena penerima dari radio altimeter seharunya hanya dapat menerima sinyal patulan dari landasan dan tidak menerima sinyal yang datang langsung dari antena pemancar. Antena radio altimeter harus terpisah jauh untuk menghindari sinyal crosstalk yang tidak diinginkan antara kedua antena tersebut.

Dikarenakan rata-rata radio altimeter penerbangan menggunakan sistem radar frekuensi-termodulasi. Pembawa frekuensi pemancar tersapu terus dalam rentang frekuensi tertentu. Oleh karena itu sinyal yang diterima tertunda, sehingga dapat menerima frekuensi berbeda dari pemancar. Jika tingkat perubahan dari frekuensi pemancar konstan, penundaan dan karena ketinggian yang berbanding lurus dengan perbedaan frekuensi yang diukur antara pemancar dan penerima.

Desain dari FM radio altimeter konvensional ditunjukkan pada gambar 2. Gelombang yang terbentuk adalah segitiga dan titik puncak atas dan bawah biasanya digunakan untuk pengukuran ketinggian untuk mengimbangi pergeseran Doppler karena kecepatan vertikal pesawat. Frekuensi yang terbentang biasanya antara 50Hz dan 300Hz. Semakin tinggi batas dikenakan oleh thermal noise penerima, sedangkan batas bawah adalah kemampuan altimeter radio untuk menghilangkan pergeseran Doppler dalam kasus turun atau naik pesawat.

Gambar 2 – Design FM radio altimeter konvensional

Kebanyakan radio altimeter penerbangan beroperasi di pita frekuensi 4.2-4.4GHz. Frekuensi 4.3GHz adalah kompromi antara bandwidth yang tersedia (akurasi pengukuran) dan kekasaran permukaan landasan pacu atau target yang mencerminkan lainnya.

Rentang daya pemancar dari 10mW (+ 10dBm) hingga 500mW (+ 27dBm). Directivity dari kedua mengirim dan menerima antena terbatas pada sekitar 10dBi untuk memungkinkan pengoperasian altimeter radio di moderat pitch dan Bank sudut pesawat.

Radio penerima adalah desain homodyne yang menggunakan mixer untuk mendapatkan perbedaan antara mengirim dan menerima frekuensi. Beat Frekuensi biasanya kurang dari 1MHz. Bagian dari pemancar juga digunakan sebagai osilator lokal untuk penerima. Beberapa desain radio-altimeter hanya dapat menggunakan crosstalk antara mengirim dan menerima antena untuk digunakan pada sinyal LO di terima mixer.

Sinyal beat disaring terlebih dahulu, kemudian diperkuat dan terbatas. Sebuah frekuensi counter drive indikator ketinggian dan berbagai alarm ketinggian jika diperlukan.

Akurasi dan resolusi dari radio altimeter dibatasi oleh bandwidth RF yang tersedia seperti yang ditunjukkan pada gambar 4. Untuk menyapu frekuensi yang diberikan, elektronik menghasilkan frekuensi beat tertentu dengan sejumlah transisi yang dapat dihitung. Sebagai perubahan ketinggian diukur, pola beat bergeser dan hasil kontra benar-benar membuat beberapa osilasi antara dua nilai yang berdekatan.

Gambar 3 – Akurasi dan resolusi dari radio altimeter

Ada berbagai cara untuk meningkatkan akurasi dan resolusi dari altimeter radio. Solusi yang disarankan dan dijelaskan dalam artikel ini dengan menggunakan sistem quadrature. Kenapa menggunakan quadrature? Karena sinyal quadrature dapat meningkatkan akurasi dan resolusi yang ditingkatkan oleh dua kanal sinyal yang dihasilkan dari sistem tersebut. Dan yang paling penting, sistem quadrature dapat mengubah sinyal yang diterima menjadi informasi yang kita butuhkan.

Desain Radio Altimeter

Radio altimeter yang  akurat dengan dual-channel (quadrature) pada penerima homodyne dapat dikembangkan dan dibangun. Aplikasi utama dari altimeter radio ini adalah untuk membantu pilot saat pendaratan pesawat kecil. Diagram blok dari desain baru ini disajikan pada gambar 4 .

Gambar 4 – Blok diagram dari Radio altimeter pendaratan

Ok... Untuk desain sistem secara keseluruhan baik (material yang dibutuhkan) dapat dilihat pada.

http://lea.hamradio.si/~s53mv/radalt/radalt.html

Dari hasil percobaan Matjaž Vidmar, S53MV. Hasilnya adalah sangat memuaskan, Sinyal yang dihasilkan pada Radio altimeter adalah seperti gambar 5

Gambar 5 – Suara yang dihasilkan pada Radio altimeter.

Dengan tambahan Voice synthesizer, suara beep – beep dan seterusnya dapat dirubah menjadi sebuah kata yang bisa menunjukan secara jelas berapa letak ketinggian pesawat terhadap tanah secara akurat.