Citra Radar: Penginderaan Jauh Sistem Aktif, Bisa Menembus Awan

Salah satu jenis citra penginderaan jauh yang unik dan lebih jarang dimanfaatkan dibanding jenis citra yang lainnya adalah citra radar.

Citra radar adalah salah satu jenis citra penginderaan jauh sistem aktif yang direkam menggunakan sistem RADAR (Radio Detection and Ranging). Sistem ini bekerja dengan menggunakan sensor berupa antena memancarkan dan menangkap kembali sinyal gelombang mikro  dengan panjang 1-1000 mm. Citra ini memiliki keunggulan utama mampu menembus awan dan gangguan atmosfer lainnya. Citra radar banyak dimanfaatkan dalam bidang meteorologi melalui citra radar cuaca seperti yang digunakan oleh BMKG, dan untuk keperluan dibidang lainnya.

Jika kamu sedang belajar mengenai apa itu citra radar berikut cara kerja, pemanfaatan, karakteristik dan interpretasinya, kamu membaca artikel yang tepat.

Lanjut baca untuk mendapatkan penjelasan selengkapnya!

Apa itu Citra RADAR?

Citra radar merupakan hasil penginderaan jauh sistem aktif. Penginderaan jauh sistem aktif menggunakan sensor aktif, yaitu sensor yang menggunakan energi gelombang yang dipancarkan dari sensor.

Sistem ini mempunyai beberapa keunggulan jika dibandingkan dengan sistem lain, diantaranya adalah kemampuan merekam dalam berbagai kondisi waktu dan cuaca, yang disebabkan oleh sifat perekamannya yang aktif, dan juga kemampuan menunjukkan bentuk atau topografi dengan lebih jelas.

Dalam hal ini, sistem radar memanfaatkan gelombang mikro dengan panjang antara 1 mm – 1m, sehingga radar termasuk dalam jenis penginderaan jauh gelombang mikro. Pada julat gelombang ini terdapat beberapa gelombang yang sering digunakan dalam penginderaan jauh sistem radar berdasarkan panjang gelombangnya, yaitu gelombang Ka, Ku, X, C, L, S, dan P. Semakin panjang gelombang maka semakin baik atau semakin jauh daya tembusnya.

Citra radar adalah salah satu jenis citra penginderaan jauh yang unik dan lebih jarang dimanfaatkan jika dibandingkan dengan citra lainnya seperti citra multispektral maupun citra foto udara.

Cara Kerja Sistem Radar

Pada bagian ini kita akan menjawab pertanyaan: bagaimana citra radar didapatkan?

Prinsip dasarnya sederhana:

Sensor memancarkan sinyal gelombang mikro ke target dan mendeteksi pancaran balik dari objek yang menjadi target. Kekuatan sinyal hamburan balik (backscattered signal) diukur untuk membedakan objek yang berbeda, sedangkan jeda waktu antara sinyal yang dipancarkan dan kembali diterima menunjukkan jarak ke target.

Sistem radar menggunakan panjang gelombang mikro yang berkisar antara 1 mm hingga 1 m. Berikut penjelasan lengkapnya

Sistem radar dibagi menjadi dua:

• Imaging radar
• Non imaging radar

Metode imaging radar membuat pencitraan dari informasi yang diterima. Aplikasinya antara lain pada radar cuaca dan radar untuk citra penginderaan jauh.

Metode non imaging radar membuat hasil pengukurannya tersedia sebagai nilai numerik murni. Aplikasinya termasuk pada altimeter radar dan speedometer.

Pemanfaatan Citra Radar

Sistem radar sendiri telah banyak memberikan fungsi dan bermanfaat bagi manusia, seperti:

• Radar cuaca (weather radar) digunakan untuk melacak curah hujan, seperti hujan dan salju. Ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi fenomena cuaca lainnya, seperti badai dan tornado. Contohnya antara lain radar cuaca yang digunakan oleh Badan Meteorologi dan Geofisika (BMKG). Kita bisa melihat citra radar cuaca secara live misal pada alamat Windy dan AccuWeather.
• Radar kontrol lalu lintas udara (aircraft radar)  digunakan untuk melacak pesawat dan memastikan bahwa mereka menjaga jarak aman satu sama lain.
• Radar penembus tanah (ground-penetrating radar) digunakan untuk memetakan kondisi bawah permukaan bumi.
• Radar militer digunakan untuk berbagai tujuan, seperti melacak pesawat musuh dan misil.
• Radar berbasis ruang angkasa (space radar) digunakan untuk melacak objek yang mengorbit di sekitar bumi, seperti satelit dan puing-puing ruang angkasa.
• Sensor radar untuk pencitraan penginderaan jauh

Dalam bidang penginderaan jauh, citra radar dimanfaatkan dalam berbagai bidang aplikasi antara lain:

• Klasifikasi tutupan lahan
• Identifikasi fase pertumbuhan tanaman padi
• Pemetaan sawah
• Pemetaan sebaran tumpahan minyak (oil spill)
• Monitoring kapal di laut
• Pemantauan deforestasi
• Pemantauan area banjir menggunakan dua perekaman yang berbeda
• Pemantauan kejadian longsor dan pemantaian gunung api aktif

Contoh Citra Radar

Ada banyak citra radar yang sudah diproduksi baik oleh pemerintah maupun pihak swasta. Berikut adalah beberapa contohnya:

• Sentinel-1
• ERS-1 and 2
• ENVISAT
• ALOS PALSAR
• TerraSAR-X
• COSMO-SkyMed
• RADARSAT1
• RADARSAT2
• RISAT1

Kelebihan dan Kelemahan

Beberapa kelebihan dari citra radar dibandingkan dengan jenis penginderaan jauh lainnya adalah:

• Mampu menembus awan dan gangguan cuaca lainnya. Dengan ini, radar dapat diandalkan untuk daerah tropis di mana tutupan awan sangat sering terjadi.
• Mampu melakukan perekaman pada malam hari.
• Dapat merekam kondisi atmosfer, sehingga banyak dimanfaatkan untuk pengamatan kondisi cuaca.
• Mampu menunjukkan kondisi di bawah permukaan pada kondisi tertentu, yaitu pada daerah yang gersang atau sangat gersang
• Dapat menangkap informasi yang tidak terekam oleh jenis citra lainnya. Informasi ini meliputi kondisi atmosfer, serta beberapa fenomena dibawah permukaan tanah. Hal ini dikarenakan radar menggunakan gelombang mikro dengan banyak mengukur hamburan, bukan pantulan seperti sistem penginderaan jauh lainnya.

Sedangkan beberapa kelemahan atau keterbatasannya adalah:

• Relatif lebih sulit diinterpretasi karena tidak memperlihatkan apa yang dilihat oleh mata manusia
• Terdapat banyak distorsi geometrik yang dapat membuat kesalahan interpretasi
• Interaksi antara objek dengan gelombang mikro berbeda dibandingkan pada gelombang tampak atau inframerah, sehingga interpretasi terhadap rona citra lebih rumit.
• Panduan dan tutorial pemanfaatan yang masih belum banyak tersedia.

Karakteristik Citra Radar

Ada banyak karakteristik yang membedakan citra radar dengan jenis citra yang lain. Berikut ini adalah beberapa di antaranya.

Polarisasi

Polarisasi adalah pengarahan vektor elektrik pada gelombang elektromagnetik menurut satu bidang datar. Pada gelombang elektromagnetik yang tidak dipolarisasi maka vektor elektriknya mengarah secara acak.

Dalam melakukan polarisasi umunya terdapat empat kombinasi dasar yaitu

• HH : Horizontal Transmit, Horizontal Receive
• HV : Horizontal Transmit, Vertical Receive
• VH : Vertical Transmit, Horizontal Receive
• VV : Vertical Transmit, Vertical Receive

Maksud dari polarisasi HH dan VV itu sendiri yaitu disebut polarisasi sejajar, maksudnya misalnya pada HH yaitu bahwa gelombang yang ditransmisikan yaitu gelombang horisontal dan dikembalikan oleh gelombang horosontal juga begitu juga VV yaitu gelombang yang ditransmisikan yaitu gelombang vertikal dan dikembalikan oleh gelombang vertikal.

Pada HV maka menjadi sebaliknya. HV ini disebut juga polarisasi silang. Karena pantulan pada polarisasi silang lebih lemah dari pantulan polarisasi sejajar, maka penerima polarisasi silang sering diperkuat.

Keempat kombinasi dasar tersebut nantinya akan dilakukan proses-proses analisis polametric berupa anhancement Gaussian, Adaptive filter, transformasi Slant to Ground, dan analisa tekstur.

Distorsi pada Citra Radar

Topografi menyebabkan empat efek pada citra radar, yaitu :

• pantulan sudut,
• bayangan radar,
• efek rebah kedalam (layover)
• pemendekan lereng depan (foreshoretening).

Pantulan sudut terjadi pada topografi yang lerengnya terjal. Pancaran pulsa radar yang mengenai permukaan datar sebagai pemantul cermin, dipentulkan dengan kuat menjauhi antena.

Bayangan radar terjadi apabila pancaran pulsa radar mengenai bukit atau obyek tinggi lainnya.

Efek rebah ke dalam (layover) terjadi pada obyek vertikal atau obyek lain dengan beda tinggi nyata antara puncak dan dasarnya. Radar layover akan terjadi apabila obyek tinggi di permukaan sangat dekat dengan pesawat sehingga gelombang yang dipantulkan lebih dhulu diterima.

Sedangkan pada pemendekan lereng depan (fore shortening) terjadi bila lereng depan lebih landai dari garis tegak lurus terhadap arah pengamatan. Foreshortening adalah pemendekkan bayangan dari kemiringan obyek di permukaan bumi pada citra akibat gerakan pesawat.

Distorsi lain yang terdapat pada citra radar adalah distoris radiometrik, di antaranya adalah munculnya speckle, yaitu gangguan berupa bintik-bintik pada citra. Hal ini bisa direduksi melalui pemfilteran citra.

Interpretasi Citra Radar

Dalam melakukan interpretasi citra radar, penafsir paling tidak mengetahui hal-hal berikut :

• Asas penginderaan jauh sistem radar
• Sifat-sifat objek yang terekam
• Pengetahuan tentang daerah yang dikaji

Pada dasarnya sifat objek dipengaruhi oleh :

• Relief
• Sifat khas dielektrik

Relief

Jumlah energi yang dihamburkan kembali ke sensor tergantung pada beberapa hal, tetapi khususnya pada konstanta material yang bersangkutan, kekasaran permukaan sebagai fungsi dari panjang gelombang yang digunakan, dan kemiringan relatif dari permukaan terhadap sinar RADAR.

Karena pengaruh kemiringan relatif dari permukaan, faktor terakhir sering mendominasi, topografi merupakan faktor yang sangat mempengaruhi kenampakan suatu obyek yang di deteksi dengan menggunakan citra RADAR.

Pergeseran relief dalam citra bersifat satu dimensional dan tegak lurus terhadap jalur terbang. Meskipun demikian, berbeda dengan citra penyiam, arah pergeseran letak oleh relief bersifat terbalik. Hal ini disebabkan karena citra radar menayangkan jangkauan atau jarak dari kenampakan medan terhadap antena.

Beberapa bentuk lahan struktural misalnya adalah kelurusan dan patahan dapat dengan mudah dikenali, demikian pula untuk pengaliran (drainage pattern). Berdasarkan beberapa pola yang dapat dikenali tersebut, citra radar dapat digunakan untuk interpretasi berbagai tema, seperti geologi dan geomorfologi.

Sifat khas dielektrik

Sifat khas dielektrik kenampakan medan bekerja sangat erat dengan sifat khas geometrik untuk menentukan intensitas hasil balik radar.

Satuan ukuran bagi khas dielektrik objek adalah tetapan dielektrik kompleks. Parameter ini merupakan suatu indikasi bagi daya pantul dan konduktivitas hantar berbagai material. Pada daerah spektrum gelombang mikro, sebagian besar material ilmiah mempunyai tetapan dielektrik dalam julat antara 3 hingga 8 bila kering.

Sebaliknya air mempunyai tetapan dielektrik sekitar 80. Jadi kelembaban di tanah maupun tumbuhan dapat banyak memiliki daya pantul radar.

Rona pada citra radar

Citra radar dibuat berdasarkan pantulan balik sinyal gelombang mikro setelah mengenai objek, dan ditayangkan oleh antena. Intensitas balik inilah yang selanjutnya tercermin pada gelap terangnya (rona) kenampakan citra.

Secara keseluruhan ada banyak faktor yang berpengaruh terhadap rona atau pantulan balik pulsa radar, yaitu

• panjang gelombang,
• polarisasi,
• sudut jauh,
• kekasaran permukaan,
• kompleks dielektrik,
• volume hamburan, dan
• arah penyiaman.

Beberapa faktor tambahan yang juga berpengaruh terhadap rona adalah pantulan ganda dan pantulan sudut.

Pada citra radar, air jernih secara umum memiliki rona yang gelap. Hal ini terjadi karena air adalah permukaan yang halus dan oleh karena itu sinyal radar dipantulkan dan karena radar menggunakan perekaman ke samping (side looking), maka sinyal yang dipantulkan ini menjauh dari radar.

Jika ada permukaan kasar pada air, misal gelombang, kita masih akan mendapatkan sedikit kenampakannya karena ada sedikit hamburan balik (backscattered) yang kembali ke sensor.

Jika ada vegetasi di permukaan air, maka permukaan air+vegetasi ini akan menghasilkan rona yang cerah.

Near range dan Far range

Sebelumnya, kita perlu memahami terlebih dahulu istilah Slant range dan Ground Range.

Slant Range, merupakan jarak yang diukur di sepanjang garis antara antena sensor dan objek target.

Ground range adalah jarak antara objek ke daerah di tanah yang tegak lurus dengan posisi wahana. Ground range merupakan slant range yang diproyeksikan ke permukaan bumi.

Lihat gambar ini untuk lebih jelasnya:

Perekaman secara miring (side looking) pada sistem radar membuat adanya distorsi pada citra radar yang dihasilkan.

Near range merupakan sisi dari citra radar yang lebih dekat dengan wahana dan sensor ketika perekaman. Far range merupakan sisi sebaliknya.

Bayangan yang dihasilkan radar dari suatu obyek yang memiliki tinggi sama akan terlihat besar di daerah far range dibanding daerah near range.

Pemrosesan Digital Citra Radar

Secara umum, pemrosesan digital citra radar dilakukan dengan tujuan memeperjelas kenampakan atau meningkatkan kualitas citra, antara lain dengan proses penajaman dan perentangan kontras, serta dengan penggabungan citra (image fusion).

Penajaman Citra

Hal yang penting ketika melakukan analisis citra radar maupun citra pada umumnya, adalah pembacaan terhadap header citra.

Pembacaan header citra dilakukan untuk mengetahui keterangan riwayat citra dari awal perekaman hingga pemrosesan yang dilakukan.

Header citra memberikan informasi antara lain informasi mengenai julat gelombang yang digunakan, proyeksi, posisi dan sudut matahari, sudut perekaman satelit, dan juga informasi penting lain pada saat perekaman dan pemrosesan. Meta data tersebut penting sebagai dasar untuk menginterpretasikan dan mengolah citra tersebut.

Proses penajaman yang dapat dilakukan pada citra radar antara lain adalah perentangan kontras square root, dan pemfilteran frost. Perentangan kontras dilakukan dengan mempertajam rona suatu keanampakan dengan kenampakan disekitarnya. Pemfilteran dilakukan dengan menghilangkan bercak atau noda dalam citra, sehingga citra akan nampak lebih jelas.

Selain itu, akibat banyaknya pantulan (back scatter) yang terhambur dan diterima sensor pada saat perekaman , dalam citra radar sering terdapat gangguan-gangguan berupa bercak-bercak. Untuk mengurangi hal ini maka dapat dilakukan proses filtering. Proses ini merupakan proses untuk mengurangi atau menghilangkan bercak atau gangguan lainnya.

Citra radar menunjukkan atau menampakkan tampilan topografi, sehingga dengan penajaman dilakukan proses penajaman tepi, sehingga perbedaan tiap relief topografi akan diperjelas.

Fusi Citra Radar

Setiap citra memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing seperti dalam hal resolusi spasial maupun resolusi spektralnya. Untuk mendapatkan sebuah citra baru yang memiliki kelebihan maksimal dapat dilakukan penggabungan citra (image fusion) . Hal ini merupakan penggabungan dua jenis citra, sehingga penggabungannya menghasilkan citra yang lebih baik.

Misalnya adalah penggabungan citra  Radar ERS dan Landsat TM. Citra ERS mempunyai resolusi spasial yang lebih tinggi, sedangkan citra Landsat TM mempunyai tingkat resolusi spektral yang lebih tinggi.        

Dalam proses penggabungan tersebut, hal yang harus diperhatikan adalah sistem koordinat yang digunakan masing-masing citra. Citra yang akan digabung harus menggunakan sistem koordinat  yang sama. Untuk memudahkan penyamaan koordinat, dapat digunakan titik ikat pada masing-masing citra.

Hasil penggabungan menunjukkan bahwa citra yang baru mempunyai resolusi spasial sama baiknya dengan citra ERS dan resolusi spektral yang sama dengan citra Landsat TM. Penampakan topografi pun menjadi lebih jelas dengan penutup lahan yang dibedakan dengan warna seperti pada citra Landsat TM.

Analisis Polarimetrik

Analisis polarimetrik diawali dengan melakukan seintesis data citra radar, kemudian membuat polarisasi dasarnya. Polarisasi yang dilakukan diantaranya polarisasi HH, VV, HV,VH.

Setiap jenis polarisasi tersebut secara prinsip nantinya akan menghasilkan penampakan pada obyek dengan rona yang berbeda.

Pemvisualisasian citra hasil polarisasi dilakukan dengan perentangan citra untuk memperoleh ketajaman dan pembedaan karakteristik obyek yang lebih baik.

Apa itu Syntetic Aperture Radar (SAR)

Sebelum membahas SAR, kita perlu mengetahui dulu apa itu Real Aperture Radar (RAR)

RAR mentransmisikan sinyal gelombang radio dengan sudut sempit dalam arah jangkauan di sudut kanan ke arah penerbangan (disebut arah azimuth) dan menerima hamburan balik dari target yang akan diubah menjadi gambar radar dari sinyal yang diterima.

Dibandingkan dengan RAR, Synthetic Aperture Radar (SAR) secara sintetis meningkatkan ukuran antena atau aperture untuk meningkatkan resolusi azimuth melalui teknik kompresi pulsa yang sama seperti yang diadopsi untuk arah jangkauan.

 Syntetic Apperture Radar (SAR) adalah salah satu sistem radar yang dikembangkan untuk melengkapi kekurangan dari Real Aperture Radar (RAR).  SAR menggunakan cara side looking radar system  dan dapat memproduksi citra penginderaan jauh dengan resolusi yang tinggi.

Bagaimana Citra Radar Menembus Awan dan Gangguan Cuaca Lainnya?

Citra radar seperti SAR menggunakan panjang gelombang yang lebih panjang daripada gelombang tampak sehingga dapat menembus awan dan beberapa objek lainnya.

Awan pada dasarnya merupakan kumpulan dari uap air di atmosfer. Penggunaan panjang gelombang radio pada sistem radar ini dapat menembus uap air.

Penutup

Citra radar merupakan hasil penginderaan jauh sistem aktif yang belum banyak dimanfaatkan, jika dibandingkan dengan citra multispektral atau foto udara.

Melalui artikel ini, kita belajar mengenai citra radar meliputi:

• apa itu citra radar
• cara kerja
• karakteristik citra
• proses interpretasi dan pengolahan digitalnya.

Semoga artikel ini bermanfaat.