On Radio

by barracobarner

Kita kenal RE 319 satpam cgd dg mslh spt terrain, path, obstracles, atmospheric conditions, dll. nah baca path loss kita peroleh brp hal spt RRD: reflection, refraction dan diffraction (gimana dg deflection :). Dikatakan bhw reflection dari obstacles, refraction dari atmospheric layers, dan diffraction dari earth’s bulge and irregular terrain. Path loss dimana gak disibukkan oleh RRD ini disebut FSPL.

ada yg namanya path loss exponent (plex) dilambangkan n dengan nilai 2 utk propagasi di free space, 4 utk lossy environments, dan lingkungan yg banyak gedung dll bernilai 4-6, sedangkan pd tunnel yg berperan sbg waveguide punya plex < 2.
Rumus utk path loss adlh L = 10*n log (jarak tx ke rx) + C dimana C = konstanta yg mengakomodasi system losses atau hardware imperfections. maka dari itu kita sering lihat bentuk 20 log (jarak).

Supaya rada panjang dikit, mending masukin prop model di sini bukan di on freq.

kita sebut saja o-a prop model

ada sejumlah yg dikembangkan dg tujuan: spesifikasikan acoustic field di berbagai kanal ocean. exact tapi general itu dipengen, bs digunakan utk o-a env yg kompleks. tp krn realitasnya itu kompleks water column, dan terutama geo-acoustic structure dari botto, gak ada yg ideal. hirari asumsi dan approx hasilkan a variety of models: interrelated, hybrid, limited.

sementara sbg bonus cari triangulasi utk rf: utk cell phone, tracking cell phone, ping&tring cell phone.
mari kita bahas sedikit. istilah utk mobile phone tracking adlh gsm localization (wah arti yg berbeda dari programming tuh), bs terjadi lewat: multilateration (ada juga trilateration) dari sinyal radio atr (bbrp) menara BTS dan cell phone, atau GPS.
utk bs temukan hp menggunakan multilateration dari sinyal radio, hp nya hrs keluarkan setidaknya sinyal roaming utk kontak menara terdekat, gak perlu active call. gsm itu berbasis pd kekuatan sinyal ke antena menara terdekat.
bgm teknologinya dilakukan? mengukur power level dan pattern antena dan konsep bhw powered hp itu selalu berkomunikasi scr wireless ke BTS terdekat.
sistem akan perkirakan sektor dimana hp kirim sinyal dan perkirakan jarak. perkiraan selanutnya bs dilakukan lewat interpolating sinyal2 di antara antena BTS yg saling berdekatan. resolusinya bs smp 50m di urban areas dimana trafik mobile dan kepadatan menara (BTS) cukup tinggi. daerah perdesaan jarak antar BTS nya bs lebih jauh, jadi presisi juga kurang.
misal utk ngeroutekan panggilan ke hp, cell tower akan dengarkan sinyal dari hp pemanggil dan negosiasi tower mana yg paling mampu berkomunikasi dg hp tujuan. dg berpindahnya lokasi hp pemanggil, tower memonitor dan akan me-roam-kan ke tower terdekat yg bersesuaian. dg mengukur ‘relative signal strength’ dari bbrp antena ini, lokasi umum hp akan bs ditentukan. cara lain adlh menggunakan antenna pattern yg dukung angular determination dan phase discrimination.
jk di atas adlh teknik menggunakan pengukuran kekuatan sinyal hp yg melakukan panggilan, jg bs ditentukan dari roaming procedure utk hp yg melakukan handover dari satu BTS ke lainnya.

jd kita lihat: limitation model, suitability utk tipe problemnya dan availability.

model: ray-trace, normal mode, fast field programmes terutama SAFARI, finite element model, parabolic equation codes tmsk PAREQ, IFD(N) dan IFD(W); bbrp time domain codes. semuanya 2D, giving the field in range & depth…ada jg yg dikembangkan 3D codes, stochastic processes di o, juga a 3D, finite element code yg masukkan shear hrs dikemabnkan katanya. ini agar bs hitung 3D sound field over bathymetric feats spt seamounts, ridges & trenches, yg gak diperhitungkan di model2 sblmnya.

intensity dan phase (field) dari sumber akustik bs menggunakan wave equation atau helm holtz eq (reduced wave eq). tp ini susah diterapkan krn kompleksitas o-a-e: kec sound itu non-uniform in deth and/or range, kasih kesempatan utk channeling, focusing, shadowing effects. sea surface itu gak smooth tapi rough & time dependent…jadi o-f itu biasanya kompleks: rough boundary wihch may be inclined to the horizontal, bottom bs jadi elastic meidum, bs dukung shear, implying inter alia the presence of interface waves (rayleigh & scholte) along the ocean/bottom boundary.
mempersulit masalah: berbagai ocean processes tmsk internal waves & small-scale turbulence, hasilkan fluktuasi kecil di sound speed (0.05% di upper layers) dan ini sebabkan significant acoustic fluctuations over long transmission paths

walau lingkungan kompleks, suara digunakan di undersea apps krn ocean itu transparent to acousitc waes tapi opaque (hampir) thd semua EM radiasi. contoh app under-water principle: active & passive detection of ships & subs, seismic profiling, echo-sounding, high-res imaging, comms, acoustic tomography (ingat tomo ingat apa ya).
low-freq, long range sound transmissions lewat samudera dimungkinakna dan diproposed sbg cara monitor long-term global change…dan suara yg dihasilkan scr alami di permukaan laut dipertimbangkan sbg dasar remote-sensing methods utk perkirakaa kondisi cuaca, tmsk rainfall rates, over the ocean.
ada range yg tinggi utk acoustic freq: < 1hz  ke > 1 mhz.
ini adlh bw > 6 decades (10+6 gitu loh), dibanding 1 octave utk visible region dari EM spectr

utk perkirakan sound fields (intensity & phase) di o ada berbagai cara, tp gak ada one size fits all, juga o-a prop model yg ada biasanya sgt sophisticated dan lama utk disimulasikan di komp. dan belum mungkin hasilkan yg general model…

model2 yg ada masih 2D hasya berikan sound field: range & depth. dg model ini, sekali jalan di plane H atau V, ya terus saja di situ, gak ada gerakan z-index nya. di deep ocean masih bs diterima krn variasi s-o-s di H gak banyak, negligible, jadi 2D model mencukupi utk acoustic environment.
tp dg adanya oceanic fronts & eddies (gambar; penjelasan arus, gyres, eddies) yg adlh biasa di north atlantic, edge dari gulf stream, sekitar iceland-faeroes ridge, 2D model akan gagal memperhitungkan convergence atau divergence dari acoustic field di H. H field dicoupled ke V field, model tsb akan tdk realiable.

mslh lebih serius utk 2D model: shallow water problems, acoustic wavelength setara dg water depth loh di sini. keberadaan a sloping bottom, obliquely incident rays direfleksikan dari bottom into diff V plane: twisted in : efek disebut horizontal refraction (walau dia itu reflection).
H refraction itu pengaruhi kemunculan a sharply defined acoustic shadow di blkg a onical seamount misalnya.
jg utk pronounced shadow zones in H di o overlying the continental slope.
3D numerical prop mod lg dikembangkan tp hampir semua berbasis parabolic eq yg adlh perkiraan thd wave eq, yg adlh… gak mampu atasi the shadow zones, caustics & interference effects yg dihasilkan oleh horizontal refraction.

model intermediate 3D yg ada: 21/2D dan Nx2D models, yg sebetulnya 2D codes hasilkan field in range & depth tp diaplikasikan over a large number N of bearing angles. 21/2D masukkan azimuthal variations in bottom topography& sound speed profile…tp dg asumsi negligible curvature dari ray pats in H. di deep ocean biasanya ini cukpu asalkan sound speed variations di H krn eddies & fronts gak signifikan, tp di shallower waters overlying a sloping bottom, dimana horizontal refractions bs pronounced, kuat, 21/2D gagal.
selain numerical modeling jg ada analytical solutions ke wave eq.
contoh pekeris solution utk sound field dari a point source in a shallow water channel overlying a fast fluid sediment.
solusi spt ini punya keuntungan kasih insight ke struktur fisik dari sound fields in the ocean, tp kurang aplikasi umumnya dibanding numerical codes.
analytical model hanya bs utk idealized channels yg kriteria utamanya misalnya field hrs separable, baik dlm koordinat cartesian, silindrikal maupun spherical. dg constraint ini: sejumlah analytical model muncul, bbrp di antaranya bahkan truly 3D krn masukkan efek dari horizontal refraction…yakni…mrk kasih ke field: gak hanya range & depth juga azimuth. dg demikian analytical model jd melengkapi model numerical: 2D dan 21/2D.

mslh yg berulang adlh saat bikin prediksi akurat pd sound field di o: deskripsi yg cukup utk acoustic env gak ada utk ngefeed into the model. misal low freq sound bs mausk eep into the ocean bottom & dan refracted back ke water column some distance away. bottom bisa/dan biasanya-adlh stratified, jk gak ada a priori info pd s-o-s & struktur density: prop model yg sempurna kalipun gak bs kasih representative picure dari field di kanal.
gak ada solusi utk ini, paling bikin DB berisi essnetial geo-acoustic params utk tiap situs of interest di world’s oceans. ini immense task: koleksi dan kolasi vast amounts of info, international collab. etc

acoustic input data utk bbrp ocean channels ada biasanya berupa archival (atau contemporary) BT (bathy thermo graph), geological surveys dari bottom, seismic records dsb, tp biasanya gak lengkap, shg hasilkan kurang yakin dlm hal urusan prakiraan gunakan acoustic model.
bukannya forecast, skrg model msh digunakan sbg hindcast, krn propagasi experiment dulu baru model dilihat apakah cocok atau tidak. kita masukkan ke model kita acoustic params dari kanal shg best fit to the data.
salah satu app dari o-a model adlh solusi dari inverse problems dimana bbrp/all o-a params characterizing a channel (s-os- profile di water column dan compressinoal & shear speed structures in the bottom) ditentukan dari pengukuran sound field pd bbrp titik di kanal.

bbrp jenis solusi utk sound field di ocean berkembang 30+ th: ray tracing kasih gambar jelas dari field (jelas dan sedap dipandang); normal mode techniques adlh alternatif dari rays; copuled-mode models dikemabgnkan, akurat tp computationally intensive; parabolic-eq adlh approx ke wave eq yg tlh disolved gunakan explicit+implicit finite difference schemes; green’s function solutions (fast field programs) eksak, tp terbatas pd horizontally stratified media; finite element methods jg ada dan eksak tp computationally demanding & perlu dikembangkan lagi.

semua model di atas deterministik, dia abaikan efek dari sound field of fluctuations in the s-o-s profile muncul dari small-scale turbulence, internal waves, dll.

o-a-e

properti fisik dari ocean yg pengaruhi propagasi acoustic waves adlh s-o-s atau kita sebut c atau sos saja. nilai nominal nya 1500 m/s in temperate and equatorial oceans. jk kenal air density ternyata di o, density variations jg pengaruhi acoustic propagation, tp kecil sekali sepanjang oceanic water column.
kapan density vars ini signifikan? di sediment layers below o….
sos di o itu fungsi dari 3 vars: temperature, salinity (dlm parts per thousand o/oo dong bukan %), dan pressure (atau depth dlm meter), berbanding lurus semua…

useful rules of thumb: sos naik 4 m/s per degree, 1.5 m/s per 100m depth inrement; dan 1 m/s utk kenaikan 1% salinitas.

variasi sos with depth di o disebut ss/sos profile. (kita sebut ss utk veri non-o dan sos utk hal gak perlu, tapi kita gunakan ss utk ngomong profile). ssp jadinya. ssp ini gak dipengaruhi range, dimana o itu katanya horizontally stratified. bbrp model o-a numerical memasukkan horizontal stratification, keuntugnannya dari sisi komputasi: solusi utk field terpisah ke range dan depth compos…ini sederhanakan perhitungan dari field…sangat teramat banget

horizontal stratification gak berlaku through oceanic fronts & eddies, nor shallow water of non-uniform depth. env spt itu range-dependent…shg acoustic fieldnya hrs dilihat scr 3D.
mesoscale eddies (dia = bbrp ratus km) sering tjd di north atlan o, dibentuk oleh meanders dari gulf stream. dan eddies yg lebih kecil (dia dlm orde 10km) di arctic ocean dihasilkan dari berbagai mekanisme kompleks tmsk geostrophic flow over the iceland-faeroes ridge dan an unusual shear current structure in the vicinity of scoresby sund, greenland…

biasanya o eddies gak punya fitur permukaan yg namapk, walau keberadaannya bs keliatan dari altimetry data, expendable bathy thermo graph XBT porfiles dan thermistor chain measurements.
jk ice cover ada, in the marginal ice zone MIZ off the east coast of greenland, ice floes bs berperan sbg a tracer memperlihatkan struktur melingkar dari eddy atau system of eddies.

sos di o tunjukkan small departures (1%an) dari 1500 m/s tp efek dari sound propagation di o besar. di deep o, profile berperan sbg acoustic waveguide, mendukugn propagasi to long ranges with little attenuation.
3D effects itu signifikan di f & e, teruama acoustic divergence (cold core eddies) & convergence (warm core eddies) di H.
idealnya acoustic prop model tunggal bs handle semua kondisi di atas, tp krn 2D ya gimana lagi.

kita bikin berbagai profile: temperature profile, salinity profile, snd-spd profile misalnya utk pasifik utara.
plotnya adlh x-y dg x=temp,sal,ss dan y = depth, jadi gunakan kuadran 4. semakin dalam misalnya temp makin mendekati 0, salinity exp mendekati 35 (dari 33) <- hampir independen thd kedalaman, ss rada aneh dari 1500 m/s lalu sempet berkurang ke 1480-an di kedalaman 500-1000 dan lalu naik lagi smp 1530+an saat mendekati 5km. bs dibilang ss itu dipengaruhi tmp dan pressure, slainity gak ada efek (kecuali dibawah bongkahan es di lautan kutub dan di daerah es-tua-rine of coastal seas). deep o yg suhu makin rendah disebut the (main) thermocline. di bawah themoclien temp itu stabil dan mulai independen thd kedalaman. pressure itu bertambah linearly with depth, net effect nya bikin snd-spd minimum at a depth atr 500-1500m.

sound rays itu bengkok ke arah daerah dg lower snd-spd, minimum di profile berperan sbg acoustic waveguide disebut jg deep sound channel DCS, dimana energi dari sumber dekat nilai minimum bs terjebak, shg propagasi punya loss yg rendah smp bbrp ribu km. ini mungkin yg akibatkan kec suara jd lebih tinggi di deep o. minimum di profile biasa disebut channel axis atau SOFAR channel axis. pd tiap latitude, minimum ini menyempit di pasifik dibanding atlantik smp bbrp ratus m.
DCS gak dipengaruhi keadaan perm, terutama solar heating dan wind-induced mixing. segara di bawah perm smp bbrp ratus m, snd-spd profile sensitif thd pengaruh perm, menunjukkan diurnal dan seasonal variations.
atlantik utara waktu musim dingin: efek dari angin yg kuat adlh bikin layer perm yg bersuhu sama (isothermal). snd sped di layer tsb naik scr linear dg kedalaman, hasilkan surface duct yg berperan sbg acoustic waveguide.
waktu musim panas: efek dari solar heating adlh bikin layer perm air hangat…kadang disebut juga secondary atau seasonal thermocline. layer ini adlh downward refracting layer dimana gak dukung long range acoustic propagation tp sebabkan deep acoustic shadow.

snd-spd profile biasanya punya 2 minima gara2 keadaan perm, ini bs tjd misal stlh lewatnya badai saat solar heating hasilkan seasonal thermocline di atas well-mixed, deep isothermal layer.
profile dg double minimum yg permanen dikarenakan masuknya mediterranean water ke atlantik ditemukan di bay of biscay…di sini shallo dan deep minima biasaya pd kedalaman 500 dan 1500m.

snd-spd:
0-200 : surface duct dg 0-100 = seasonal thermocline (wkt sumer)
200-1000 m: main thermocline
1000-5000m: isothermal deep water
5km-…: bottom
profile akan berbeda misalnay di atlantik utara wkt winter dan summer, winter: mixed layer to a depth of 200m (gak ada seasonal thermo), summer: gara2 solar heating hasilkan seasonal thermocline

kita kenal bentuk sin, cos…misal utk sin: kita lihat di gunung dulu baru lautan…gampangnya, gunung dimulai dari phase ph+0 dan akhir di ph+180, lautan dimulai dari ph+180 ke ph+360. kita lihat ‘minima’ di ph+270, dan ita lihat maxima di ph+90. o-a prop model punya 2 minima dimana ‘wave’ dimulai dengan ph+90 dan lanjut ke ph+270, lalu naik lagi ke ph+0 dan ph+90 utk turun lagi ke ph+270, abis itu selalu naik. kt perkenalkan lagi utk gunung dan lautan: kecuraman baik naik maupun turun. jk kita bikin ph+0 ke ph+90 ‘pendek’ artinya: terjal, curam, dll kita lambangkan ph0+90/. dan ph+90 ke ph+180 yg ‘pendek’ akan kita lambangkan ph90+180\ (terjal). bgm jk dia ‘panjang’ misal dari ph+270 ke ph+360 ke ph+90 naik teruuus…spt s-o-s profile setelah 2 minima? ph270+90_/ !

di arctic gak ada DCS, SOFAR channel axis pelan-pelan makin de’et pd latitudes yg makin tinggi…ke utara. suhu minimum di permukaan -2 C dan ss 1440 m/s.

 

Advertisements