Miehittämättömät ilma-alukset, niiden kehitys sekä käyttö viimeaikaisissa sodissa

Nykyaikaisten miehittämättömien ilma-alusten kaltaisia lentolaitteita on ollut sotilaallisessa käytössä noin neljän vuosikymmenen ajan. Laajempaan käyttöön ne ovat tulleet kuitenkin vasta 1990-luvulla, varsinkin Yhdysvaltojen johtamissa sotilaallisissa operaatioissa. Tämä työ on laadullinen eli kvalitatiivinen tutkimus, jossa käytetään tiedonkeruumenetelmänä asiakirja- ja tekstianalyysia. Tutkimusongelmana on: mikä merkitys miehittämättömillä ilma-aluksilla on nykyaikaisissa sotatoimissa? Tutkimusongelmaa on lähdetty ratkaisemaan tutkimalla Yhdysvaltojen merkittävimpien miehittämättömien ilma-alus eli UAV (Unman-ned Aerial Vehicle) -järjestelmien käyttöä viimeaikaisissa sodissa. Tutkimuksen lähdeaineisto koostuu julkaistuista teoksista, artikkeleista ja oppaista, Yhdys-valtojen puolustusministeriön raporteista, Naton ilmapuolustusseminaarissa ja kadettien ope-tuksessa luennoilla tehdyistä muistiinpanoista sekä asiantuntijahaastattelusta. Tutkimusta lähestytään taktiikan näkökulmasta. Miehittämättömät ilma-alukset ovat jo nykyään tehokas voimavara huolimatta niiden vähäi-sestä määrästä. Niiden käyttö on erittäin hyödyllistä ainakin korkean riskin alueiden tieduste-lussa. Maalin löytymisen ja tunnistamisen jälkeen kykenee UAV, laser-osoittimella varustet-tuna, valaisemaan maalin korkealla lentävälle pommikoneelle. Näin valaisija saadaan lähelle kohdetta saattamatta ihmistä vaaraan ja sillä voidaan suorittaa reaaliaikainen tuhotiedustelu sekä välitön jälkitiedustelu. Mikäli UAV on aseistettu, sillä voidaan suorittaa jo kokonaisia tuhoamistehtäviä. Se tiedus-telee, paikantaa, valaisee, ampuu, suorittaa tuhotiedustelun sekä jälkitiedustelun. Ohjuksilla tai ohjautuvilla ammuksilla aseistettuna UAV kykenee tuhoamaan pistemäisiä maaleja ilman suurta tuhovaikutuksen hajontaa ja sivullisten kohteiden ei toivottua tuhoutumista. Erityisen suuri hyöty aseistetusta miehittämättömästä ilma-aluksesta on yksittäisten liikkuvien maalien tuhoamisessa. UAV´n paikannettua yllättävä ja liikkuva maali se voidaan tuhota heti tunnis-tuksen jälkeen, eikä se ehdi paeta miehitetyn koneen paikalle saapumisen aikana.

Miehittämätön taisteluilma-alus UCAV : teknologiakatsaus

Miehittämättömien ilma-alusten käyttö taistelukentällä yleistyy jatkuvasti ja niiden rooli taistelussa on laajentumassa tiedustelusta taisteluun. Jatkuva aseteknologian kallistuminen ja ilmaoperaatioiden luonteen muuttuminen saattavat lisätä miehittämättömien ilma-alusten käyttöä merkittävästi. Miehittämättömät taisteluilma-alukset (UCAV = Unmanned Combat Aerial Vehicle) ovat monen maan suunnitelmissa mukana kun tulevaisuuden ilmataisteluiden suorittajia mietitään. Tämän tutkielman tutkimusmenetelmänä on kirjallisuustutkimus, ja tarkoituksena perehtyä laajasti aiheeseen liittyvään kirjallisuuteen. Tutkielmassa UCAV:ien teknisistä ominaisuuksista perehdytään pääsääntöisesti niihin, jotka poikkeavat miehitetyistä taisteluilma-aluksista. Suurimpana erona miehitettyihin ilmaaluksiin on miehittämättömien taisteluilma-alusten osittainen tai kokonaan autonominen toiminta ja kauko-ohjaus. Tutkimuksen tekohetkellä ei millään maalla ole operatiivisessa käytössä varsinaisia UCAV:eja. Kaikki tässä tutkielmassa mainitut UCAV:it ovat projekteja, joiden tarkoitus on tutkia erilaisia teknisiä ratkaisuja aikanaan valmistettaviin ilma-aluksiin. Johtopäätöksissä arvioidaan UCAV:ien käyttöönoton aikataulua ja niitä tehtäviä, mihin miehittämättömiä taisteluilma-aluksia voitaisiin käyttää.

UAV:n käyttö operaation Iraqi Freedom aikana John Wardenin kehäteorian näkökulmasta

UAV:t (Unmanned Aerial Vehicle, miehittämätön ilma-alus) ovat maasta ohjattavia tiedustelu-, valvonta- ja pommikoneita. Vuonna 2003 alkanut operaatio Iraqi Freedom toimi erinomaisena testikenttänä Yhdysvaltojen miehittämättömille ilma-aluksille. Tutkielman näkökulma rakentuu yhdysvaltalaisen ilmasodankäynnin teoreetikon John Wardenin kehäteorian ympärille, jonka avulla pyritään havainnoimaan UAV:iden suorittamia lentotehtäviä operaation aikana. Tämä tutkielma on laadullinen eli kvalitatiivinen tutkimus. Tutkimusmenetelmänä käytetään tapaustutkimusta. Sen avulla pyritään löytämään selityksiä tutkittavalle ilmiölle arkistolähteistä sekä muusta kirjallisuudesta. John Wardenin kehäteoria koostuu viidestä sisäkkäin olevasta kehästä, jotka rakentuvat eriarvoisista kohteista. UAV:t suorittivat operaation aikana tiedustelu- ja pommituslentoja jokaisella kehällä. Pääpaino oli sisimmällä kehällä, jossa UAV:illa tiedusteltiin Irakin johtamisjärjestelmän kohteita sekä suoritettiin pommituksia tutkakeskuksiin. Omia joukkoja tuettiin UAV:iden avulla siten, että ne tiedustelivat kulkureittejä sekä paikansivat vihollisen tykistö- ja ilmatorjuntakeskittymiä. Havainnot kohteista lähetettiin miehitetyille pommikoneille, jotka suorittivat sitten vaaditut ilmaiskut. Miehittämättömät ilma-alukset kykenivät toimimaan operaation aikana kaikilla teoriamallin kehillä vihollisen ilmatorjunnasta huolimatta. UAV:iden tiedustelutietojen avulla iskettiin täsmällisesti Irakin avainkohteita vastaan. Iskut johtivat lopulta vihollisorganisaation toiminnan lamaantumiseen. UAV on erittäin tehokas ja käytännöllinen ilma-ase, jota tullaan käyttämään enenevässä määrin tulevaisuuden ilmasodankäynnissä.

Länsimaisten SAR/GMTI-tutkien suorituskyky

SAR/GMTI-tutka (Synthetic Aperture Radar/Ground Moving Target Indicator) tuottaa tiedustelutietoa johtamisen, tiedustelun, valvonnan ja maalinosoituksen tueksi. SAR/GMTI -tutka on luotettava tiedusteluväline tutkataajuusalueella tapahtuvan tiedustelutiedon tuottamisen ansiosta, jolloin tutkan käyttö ja tiedustelutiedon tuottaminen onnistuvat huonoissakin sääolosuhteissa. SAR/GMTI-tutkien käyttö on yleistynyt sotilaskäytössä viimeisen kahdenkymmenen vuoden aikana ja niillä on ollut suuri merkitys kaikissa suuremmissa konflikteissa kylmän sodan loppumisen jälkeen. SAR-tutka käyttää lavettina liikkuvaa alustaa, useimmiten lentokonetta, muodostaakseen virtuaalisen antenniryhmän ja signaaliprosessoinnin avulla, jolloin vastaanottimeen palautuvat kaiut sijoitetaan kohdilleen ja muodostetaan SAR-kuvaa. Tarkimmillaan nykyisten SARtutkien resoluutio on muutaman kymmenen senttimetrin luokkaa ja mittausetäisyydet suurimmillaan satoja kilometrejä. GMTI-tutka havaitsee liikkuvat kohteet, kun liikkuvista kohteista palautuvat kaiuilla on eri taajuus kuin ympäröivästä maastosta palautuvilla kaiuilla ja kohteet pystytään erottelemaan välkkeen seasta. GMTI-tutkan toiminta perustuu doppler-ilmiöön. SAR-tutkaa pystytään useimmiten käyttämään GMTI-moodissa. Sotilaskäytössä olevat GMTI-tutkat pystyvät havaitsemaan keskimäärin noin henkilöauton kokoisen maalin, joka liikkuu noin 5 km/h nopeudella. SAR/GMTI-tutkia on käytetty menestyksellisesti molemmissa Irakin sodissa Yhdysvaltojen toimesta, kun tasainen aavikko ei aiheuttanut juurikaan ongelmia alueen valvontaan ilmasta käsin. Sen sijaan haasteita SAR/GMTI-tutkille ovat aiheuttaneet operaatiot Balkanilla ja Afganistanissa korkean vuoriston, peitteisen maaston ja kohteiden hankalan tunnistettavuuden takia. Suoraan taistelun tukemiseen liittyen GMTI-tutkat ovat olleet hyödyllisiä, kun valvontakoneilta saadut tiedot liikkuvista vihollisosastoista on voitu lähettää datalinkkien kautta lähestulkoon reaaliajassa. SAR-tutkat ovat olleet hyödyllisiä ennen taisteluiden alkua tiedustelutiedon keräämisessä ja vaikeakulkuisessa maastossa SAR-tutkia on käytetty esimerkiksi taisteluvaikutuksen jälkiarviointiin. SAR/GMTI-tutkien suorituskyky kehittyy jatkuvasti laitteiden resoluution ja koon pienentyessä. Datalinkeillä voidaan välittää tietoa alajohtoportaille ja SAR/GMTI-tutkia on voitu sijoittaa esimerkiksi UAV-lennokkeihin (Unmanned Aerial Vehicle), joilla on voitu suorittaa tarkempaa aluevalvontaa kuin mitä isomman kokoluokan valvontakoneilla voitaisiin toteuttaa.

Ilmajohtojen laserkeilaus Suomessa 2014

Tässä kandidaatintyössä on tarkoituksena selvittää ilmajohtojen lentokuvauksen käyttömahdollisuuksia sähköverkkoyhtiöiden toiminnassa. Ilmajohtojen lentokuvaus on Suomessa ja koko maailmassa vielä varsin vähän hyödynnetty keino esimerkiksi sähköverkkojen huolto- ja kunnossapito tarkastuksissa. Lentokuvauksella tarkoitetaan vielä nykyään vuonna 2014 yleensä helikopterista tehtävää johtokadun 3D-kuvausta ja laserkeilausta. Tulevaisuudessa se voi kuitenkin olla mahdollista tehdä myös muista lentävistä aluksista. Työssä on erityisesti keskitytty lentokuvauksessa tehtävään laserkeilukseen ja 3D-kuvaus on jätetty pienemmälle huomiolle. Lisäksi työssä selvitetään lentokuvauksen taloudellista kannattavuutta sähköverkkoyhtiöille sekä pohditaan lentokuvauksen tulevaisuuden näkymiä.

Remote sensing for three-dimensional modelling of hydromorphology

Successful management of rivers requires an understanding of the fluvial processes that govern them. This, in turn cannot be achieved without a means of quantifying their geomorphology and hydrology and the spatio-temporal interactions between them, that is, their hydromorphology. For a long time, it has been laborious and time-consuming to measure river topography, especially in the submerged part of the channel. The measurement of the flow field has been challenging as well, and hence, such measurements have long been sparse in natural environments. Technological advancements in the field of remote sensing in the recent years have opened up new possibilities for capturing synoptic information on river environments. This thesis presents new developments in fluvial remote sensing of both topography and water flow. A set of close-range remote sensing methods is employed to eventually construct a high-resolution unified empirical hydromorphological model, that is, river channel and floodplain topography and three-dimensional areal flow field. Empirical as well as hydraulic theory-based optical remote sensing methods are tested and evaluated using normal colour aerial photographs and sonar calibration and reference measurements on a rocky-bed sub-Arctic river. The empirical optical bathymetry model is developed further by the introduction of a deep-water radiance parameter estimation algorithm that extends the field of application of the model to shallow streams. The effect of this parameter on the model is also assessed in a study of a sandy-bed sub-Arctic river using close-range high-resolution aerial photography, presenting one of the first examples of fluvial bathymetry modelling from unmanned aerial vehicles (UAV). Further close-range remote sensing methods are added to complete the topography integrating the river bed with the floodplain to create a seamless high-resolution topography. Boat- cart- and backpack-based mobile laser scanning (MLS) are used to measure the topography of the dry part of the channel at a high resolution and accuracy. Multitemporal MLS is evaluated along with UAV-based photogrammetry against terrestrial laser scanning reference data and merged with UAV-based bathymetry to create a two-year series of seamless digital terrain models. These allow the evaluation of the methodology for conducting high-resolution change analysis of the entire channel. The remote sensing based model of hydromorphology is completed by a new methodology for mapping the flow field in 3D. An acoustic Doppler current profiler (ADCP) is deployed on a remote-controlled boat with a survey-grade global navigation satellite system (GNSS) receiver, allowing the positioning of the areally sampled 3D flow vectors in 3D space as a point cloud and its interpolation into a 3D matrix allows a quantitative volumetric flow analysis. Multitemporal areal 3D flow field data show the evolution of the flow field during a snow-melt flood event. The combination of the underwater and dry topography with the flow field yields a compete model of river hydromorphology at the reach scale.

UAV:n soveltuvuus CAS-toimintaan

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten monikäyttöinen UAV (Unmanned Aerial Vehicle) soveltuisi CAS-tehtäviin. UAV-laitteita käytetään moniin eri tehtäviin niin siviili- kuin sotilasmaailmassakin, ja niiden kehittämiseen käytetään maailmanlaajuisesti vuosi vuodelta enemmän resursseja. Kokemusta niiden käytöstä teknisesti yhtä vahvaa vihollista vastaan ei juurikaan ole, minkä vuoksi tässä tutkimuksessa painotetaan toimimista vihollisen maajoukkojen välittömässä läheisyydessä ja lähdetään siitä oletuksesta, että vihollisella on liikkuvaa ilmatorjuntaa mukana. Tämä on ratkaiseva ero UAV:eiden tähänastiseen ilmasta maahan -vaikuttamiseen nähden. Tutkimusta varten on kerätty julkisista lähteistä tietoa nykyaikaisten järjestelmien ominai-suuksista ja suorituskyvystä, minkä jälkeen niitä on tarkasteltu yleisten taktisten periaatteiden näkökulmasta. Yleisiin taktisiin periaatteisiin liittyvä teoria perustuu Mika Huttusen kirjoittamaan MPKK:n Taktiikan laitoksen julkaisuun Monimutkainen taktiikka. Eri järjestelmien ominaisuuksia tarkastelemalla on selvitetty, onko jollain niistä kannattavaa tai edes mahdollista toteuttaa tutkitun kaltaista tehtävää. Tutkimuksessa havaittiin, että ainakin esimerkkijärjestelmissä on muutamia puutteita, joiden vuoksi ne eivät ole tällä hetkellä järkeviä vaihtoehtoja CAS-toimintaan. Tulevaisuudessa tekniikan kehittyessä on kuitenkin täysin mahdollista, että perinteisen maataistelukoneen sijasta UAV:ta aletaan hyödyntää lähitulituen antamisessa.

Potential of kite aerial photography for peatland investigations with examples from Estonia

Tiivistelmä: Leijailmakuvausmenetelmän käyttömahdollisuudet soiden kartoituksessa - esimerkkejä Viron soilta

Patterns in Estonian bogs as depicted in color kite aerial photographs

Tiivistelmä: Viron soiden pinnanmuodot värillisten leijailmakuvien valossa

Change detection in boreal forests using bi-temporal aerial photographs

[Abstract]

Individual tree measurements by means of digital aerial photogrammetry

University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Resource Management

Geometrically accurate time series of archived aerial images and airborne lidar data in a forest environment

Abstract