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.

Aseistettujen UAV:iden käyttö Afganistanin sodassa

Nykyajan sodankäynnissä jatkuvan tilannekuvan ylläpitäminen, kaukovaikuttaminen ja täsmäiskut ovat nousseet tärkeisiin rooleihin. Perinteisten lentokoneiden rinnalle taistelukentille ovat tulleet miehittämättömät ilma-alukset, joiden käyttö on lisääntynyt valtavasti 2000-luvun puolella. Tutkimuksessa tarkastellaan Afganistanin sodassa käytettyjä miehittämättömiä ilma-aluksia ja niiden käyttöperiaatteita. Tutkielma on laadullinen eli kvalitatiivisin menetelmin tehty tutkimus, jonka menetelmät painottuvat asiakirja- ja tekstianalyysiin. Päätutkimuskysymyksenä on ”Mitä taktisia elementtejä UCAV tuo taisteluun?”. Tutkimuksessa esitellään UAV yleisesti sekä Afganistanin sodassa käytetyt mallit. Tutkielma jakautuu lukuihin, joista ensimmäisessä esitellään UAV:ta teknisesti ja toisessa luvussa tarkastellaan UAV:iden käyttöä Afganistanissa. Kolmannessa pääluvussa tarkastellaan UAV:iden etuja ja heikkouksia lentokoneisiin verrattuna. Johtopäätöksissä saadut tulokset tiivistetään vastauksiksi tutkimuskysymyksiin. Tutkielman ajankohtaisuutta korostaa UAV-operaatioiden lisääntyminen sodissa jatkuvasti ja niiden lentotuntimäärien huomattava kasvu verrattuna lentokoneisiin. Myös Suomen Puolustusvoimat on päättänyt hankkia lisää tiedusteluun sopivia kevyitä UAV:ita.

Mini-UAV:n käyttö lentotukikohdan valvonnassa

Mini-UAV on miehittämätön pienoisilma-alus, joka tarjoaa käyttäjälleen mahdollisuuden reaaliaikaiseen tilannekuvaan, laajojen vastuualueiden valvontakykyyn ja iskun jälkeiseen tiedusteluun. Pienen kokonsa puolesta järjestelmä kulkee joukkojen mukana valvontatehtä-vällä ja se on helppo lähettää suorittamaan tehtävää laukaisukatapultilta tai kädestä. Mini-UAV:n modulaarinen rakenne mahdollistaa vaurioituneiden osien nopean huollon sekä pa-rantaa taistelunkestävyyttä. Sensorit luovat valvonta- ja tiedustelukyvyn rungon, sillä lennokki itsessään on vain lavetti, joka kuljettaa sensorit valvottavan kohteen ylle. Videokameralla varustetut päiväsensorit pystyvät havaitsemaan kohteen ja seuraamaan sitä reaaliajassa. Yösensoreissa käytettävät valonvahvistimet mahdollistavat operoinnin hämärällä ja yöaikana. Sensoreissa voidaan hyödyntää myös lämpökameraa, joka mahdollistaa kohteiden havaitsemisen peitteisestä maastosta. Lentotukikohdan toimintaympäristö luo laajuudellaan ja peitteisyydellään haasteita valvon-taa suorittaville toimijoille. Laajaa ja vaikeakulkuista aluetta ei pystytä valvomaan aukot-tomasti, vaan pyritään estämään vapaa kulku alueella. Erikoisjoukkouhka luo lentotukikoh-dalle haasteita, jotka tulee kiistää tehokkaalla valvonnalla. Lentotukikohdan kriittisten koh-teiden maalittamisen perusteella iskut toteutetaan ilmalavetin toimittamana asekuormana tai risteilyohjuksin. Toimintaympäristö luo haasteita mini-UAV:n toiminnalle. Peitteinen maasto hankaloittaa valvontaa ja mahdollistaa erikoisjoukkojen oman toiminnan salaamisen. Kesän ja talven ai-kana vallitsevat huonon lentosään olosuhteet rajoittavat lennokilla suoritettavaa tiedustelua. Iskun jälkeisessä tiedustelussa lennokki tarjoaa mahdollisuuden nopeaan tilannekuvan muodostamiseen. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta mini-UAV:n olevan tehokas valvontatyökalu lento-tukikohdan valvontaa suorittaville toimijoille. Toimintaympäristön tuomat haasteet tulee ottaa huomioon valvonnan suunnittelussa ja organisoinnissa, jolloin heikkoudet voidaan minimoida.

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.

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.

Miehittämättömien ilma-alusten käyttömahdollisuudet ilmasta maahan -aseiden tarvitseman maalitiedon hankinnassa ilmatorjunnan suojaamassa ympäristössä

Vuoden 2004 iskukykytutkimus esittää lentotiedustelujärjestelmän hankkimista tukemaan HN-kalustoon perustuvaa ilmasta maahan -järjestelmää. Tässä tutkimustyössä on tutkittu kolmen erilaisen miehittämättömän ilma-aluksen käyttömahdollisuuksia ilmasta maahan -aseiden tarvitseman maalitiedon hankkimisessa. Tutkimuksessa mukana olleet ilmasta maahan -aseet olivat JDAM (Joint Direct Attack Munition), AGM-154 JSOW (Joint Standoff Weapon) ja toistaiseksi epävarman hankintansa vuoksi vähäisemmässä määrin AGM-158 JASSM (Joint Air to Surface Standoff Weapon). Miehittämättömiksi ilmaaluksiksi valittiin Predator-koneen kolme eri kehitysversiota, MQ-1 Predator A, MQ-9 Reaper (Predator B) ja Avenger (Predator C). Tutkimuksen pääasiallinen tutkimusmenetelmä on ollut laadullinen kirjallisuusselvitys julkisia lähteitä käyttäen. Suoritusarvoista johdettuihin päätelmiin on käytetty soveltuvin osin määrällisiä tutkimusmenetelmiä. Lähestymistapa tutkimukseen on ollut hermeneuttinen. Alakysymysten osalta kyseessä on ollut deskriptiivinen tutkimus ja tavoitteena on ollut löytää avainasiat miehittämättömien ilma-alusten käytön kannalta. Tutkimusraportin ensimmäinen luku on johdanto. Toisessa luvussa on selvitetty toimintaympäristön yleiset piirteet ja kolmannessa luvussa ilmasta maahan -aseiden ominaisuudet. Neljäs luku käsittelee tutkimuksessa olleiden miehittämättömien ilma-alusten ominaisuuksia maalitiedon hankkimismahdollisuuksien kannalta. Tutkimustyön johtopäätökset on kirjattu viidenteen lukuun. Tulosten perusteella perinteisten, ilman häiveominaisuuksia rakennettujen miehittämättömien ilma-alusten ei ole mahdollista hankkia kaikkea ilmasta maahan -aseiden tarvitsemaa maalitietoa. Lähialueen ilmatorjunnan vaikutuksen väistämiseksi häiveominaisuudet ja jonkin asteinen tunkeutumiskyky ovat välttämättömät erityisesti pitkän kantaman ilmasta maahan -aseiden tarvitseman maalitiedon hankkimisessa.

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.

Miehittämättömän ilma-aluksen hyödyt ja haitat ilmatiedustelussa operaatio Enduring Freedomissa

Tämän tutkielman tarkoituksena on kirjallisuuskatsauksen keinoin luoda käsitys miehittämättömän ilma-aluksen ilmatiedustelukäytön hyödyistä ja haitoista operaatio Enduring Freedomissa. Tutkielmassa pohditaan lisäksi UAV:iden tulevaisuuden näkymiä ja kehityssuuntia ilmatiedustelun kannalta. Tämä tutkielma sisältää kvalitatiivisen tutkimuksen piirteitä ja tutkimusmetodina käytetään narratiivista kirjallisuuskatsausta. Tutkielman pääluvuissa tutustutaan UAV-konseptiin sekä tutkitaan UAV:n hyötyjä ja haittoja ilmatiedustelussa operaatio Enduring Freedomissa. Tutkielmassa on pyritty tutustumaan aihealueeseen kokonaisvaltaisesti ja sen pohjalta luomaan teoreettinen kokonaisuus tutkimuskysymyksiin vastaten. Operaatio Enduring Freedom alkoi 7.10.2001, kun Yhdysvaltain johtama liittouma hyökkäsi Afganistaniin vastauksena 11.9.2001 tehtyihin terrori-iskuihin. Operaation tavoitteena oli tuhota terroristien koulutusleirit ja infrastruktuuri Afganistanin alueella, pidättää al-Qaidan johto sekä lopettaa terrorismitoiminta Afganistanissa. Yhdysvaltain ilmavoimat on käyttänyt operaation alusta alkaen ilmatiedustelussa pääasiassa kahta UAVtyyppiä, jotka ovat RQ/MQ-1 Predator ja RQ-4 Global Hawk. Tutkielmassa perehdytään näiden kahden UAV:n hyötyihin ja haittoihin. Vertailupohjana käytetään miehitettyjä ilma-aluksia. Tutkielmassa käytettyjen lähteiden perusteella voidaan todeta, että miehittämättömillä ilma-aluksilla on etuja, joita ei voi saavuttaa miehitettyjä ilma-aluksia käyttäen. Hyödyt on jaettu tässä tutkielmassa rakenteellisiin, kustannuksellisiin ja tehtäväkohtaisiin hyötyihin. UAVkäytön merkittävin haitta lienee maa-aseman ja ilma-aluksen välisen datalinkin aiheuttamat haasteet ja rajoitteet. Lisäksi miehittämättömän ilma-aluksen haavoittuvuus ilmatorjuntatulten ja ilmasta ilmaan -ohjusten vaikutuspiirissä on vielä tällä hetkellä haaste. Tutkielmassa käsitellyt hyödyt ja haitat on todettu operaatio Enduring Freedomin kaltaisessa epäsymmetrisessä toimintaympäristössä, joten niiden soveltuvuutta symmetriseen toimintaympäristöön ei ole juurikaan arvioitu. Miehittämättömien ilma-alusten kehitystä todennäköisesti jatketaan tulevaisuudessa, ja kehityksen painopiste tullee olemaan monikäyttöisten UAV:iden kehityksessä. UAV:t tullee tulevaisuudessa korvaamaan miehitetyt ilma-alukset ilmatiedustelun ja ilmasta maahan -toiminnan osalta.

Miehittämättömän taisteluilma-aluksen maataistelukyky

Miehittämättömien taisteluilma-alusten käyttö on yleistynyt taistelukentällä ja niiden rooli on muuttunut pelkästä tiedonkerääjästä aktiiviseen tulenkäyttöön. Kustannustehokkuus sekä UCAV:ien kyky toteuttaa vaarallisia tehtäviä riskeeraamatta ihmishenkiä on syy niiden aktiivisen käyttöön. Ase sekä sensoritekniikan kehitys on mahdollistanut UCAV:ien roolin kasvattamista, jolloin tunnistamistehtäviin tulenkäyttöä varten ei enää välttämättä tarvitse käyttää miehitettyä kalustoa. Miehittämättömät taisteluilma-alusjärjestelmät kykenevät tiedustelu sekä tulenkäyttöoperaatioihin jo täysin itsenäisesti tai ne voivat toimia kolmannen osapuolen kanssa. Tämä tutkielma on kirjallisuustutkimus jonka tarkoituksena on perehtyä kahden erityyppisen miehittämättömän taisteluilma-aluksen maataistelukykyyn erilaisten esimerkkien avulla. Esimerkit on valittu selkeästi kahdesta eri UCAV-kategoriasta, joista toinen edustaa tiedusteluun suunniteltua rynnäkkökykyistä taktista lennokkia ja toinen lentotukialukselta parvikokonaisuudessa toimivaa melkein itsenäistä järjestelmää. Ensimmäinen asialuku käsittelee alusten maataistelukykyä ja esittelee niiden asejärjestelmiä sekä sensoreita. Toinen asialuku keskittyy miehittämättömään taisteluilma-alusjärjestelmään. Johtopäätöksissä on summattu asialuvuissa esille tulleet tekijät jotka mahdollistavat UCAV:ien maataistelukyvyn ja jotka toisaalta rajoittavat sitä. Johtopäätöksissä on avattu myös alan tulevaisuudennäkymiä.

Kaupallisten komponenttien käyttö taktisen tiedustelulennokin rakentamisessa

Miehittämättömät lavetit nähdään tärkeänä ja nopeasti kehittyvänä taistelukentän elementtinä. Sotilaallisista lähtökohdista suunnitellut miehittämättömät lennokkijärjestelmät ovat arvokkaita, ja puolustusteknologian hinta on edelleen ollut kasvussa. Kaupallisen teknologian hinta sen sijaan on laskenut samalla kun suorituskyky on noussut. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on ollut selvittää, minkälaisia kaupallisesti saatavilla olevia miehittämättömässä lennokkijärjestelmässä käytettäviä komponentteja on olemassa. Tutkimuskysymykset alakysymyksineen ovat: · Minkälaisia taktisen tiedustelulennokin rakentamisessa hyödynnettävissä olevia komponentteja markkinoilla on? o Minkälaisia ovat taktisen tiedustelulennokin rakentamiseen hyödynnettäväksi soveltuvat komponentit? · Mikä on kaupallisista komponenteista kootun lennokin teoreettinen suorituskyky verrattuna olemassa olevien sotilaallisten järjestelmien suorituskykyihin? o Mikä on sotilaallisen lennokkijärjestelmän suorituskyky? Työn mahdollistamiseksi on selvitetty tärkeimpiä vaatimuksia komponenteille sekä valmiille järjestelmille tekstianalyysillä aiemman tutkimuksen pohjalta. Vaatimuksiksi osoittautuivat noin tunnin toiminta-aika, lennokin noin 60 kilometrin tuntivauhti, noin kymmenen kilometrin toimintasäde sekä kyky tuottaa yksinkertaista, mieluiten paikkatiedollista kuvamateriaalia. Myös valaistusolosuhteista ja ulkolämpötiloista aiheutuvia vaatimuksia tutkittiin. Itse komponenttien kartoitus on toteutettu lennokkiharrastajille tarkoitettuihin nettisivuihin tutustumalla. Kerätyn aineiston luotettavuuden arvioimiseksi toteutettiin koelento, jossa mitattiin kaupallisen lennokkikokoonpanon massa ja sillä saavutettavaa lentoaikaa, -matkaa ja - vauhtia. Samalla tutkijalle on syntynyt käsitys siitä, mitä toimivan lennokkijärjestelmän rakentaminen kaupallisista komponenteista vaatii ilman aikaisempaa tietoa aiheesta. Tutkimuksessa käsitellään vain kiinteäsiipisen, taktiseen tiedusteluun soveltuvan lennokin välttämättömiä komponentteja. Maa-aseman komponentit on rajattu työn ulkopuolelle tiedustelutiedon vastaanottamiseen tarkoitettua videovastaanotinta lukuun ottamatta. Johtopäätöksinä todetaan, että markkinoilla on teoriassa taktisen tiedustelulennokin vaatimuksia vaihtelevasti täyttävän lennokin rakentamiseen vaadittavat COTS-komponentit, mutta käytännössä niiden hyödyntäminen autonomiseen toimintaan kykenevän lennokin rakentamisessa saattaa aiheuttaa arvaamattomia ongelmia, ja esimerkiksi elektronista taistelunkestävyyttä ei pystytty toteamaan. Tutkija sai laskeutumisen jälkeen analysoitavaa videokuvaa COTS-komponenteista kootulla lennokilla, mutta koelennon aikainen tihkusade aiheutti sen, että videokuva ei ollut tiedustelutarkoitukseen käyttökelpoista.

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.

Miehittämättömien ilma-alusten tekninen kehitys 1990-luvulta nykypäivään

Tutkielman päätutkimuskysymys on, miten miehittämättömät ilma-alukset ovat teknisesti kehittyneet 1990-luvulta nykypäivään. Työssä keskitytään Yhdysvaltain asevoimien käyttämiin miehittämättömiin ilma-aluksiin, koska Yhdysvallat ovat edelläkävijä niiden kehittämisessä ja valmistamisessa. Tutkittavat miehittämättömät ilma-alukset ovat Pioneer, Predator, Hunter, Global Hawk ja Shadow. Tutkielman alatutkimuskysymykset ovat, mitä teknisiä muutoksia eri miehittämättömien ilma-alusten versioiden välillä on tapahtunut ja miten miehittämättömien ilma-alusten tekninen kehitys on vaikuttanut niiden suorituskykyyn. Tutkimusmenetelmänä työssä käytetään laadullista aineistoanalyysia eli kirjallisuustutkimusta. Lähdeaineistona hyödynnetään kirjallisuutta, vanhoja tutkielmia, lehtiä, julkaisuja sekä internetlähteitä, mitkä liittyvät miehittämättömiin ilma-aluksiin. Tutkimukseen käytetty materiaali on suurimmaksi osaksi sähköisessä muodossa, koska aihe on niin tuore ja kehittyy edelleen. Tutkielman tuloksena voidaan havaita, että miehittämättömien ilma-alusten tekninen kehitys on ollut nopeaa viime vuosien aikana ja jatkuu edelleen. Niihin on tehty paljon rakenteellisia muutoksia sekä koneiden runkoihin on tuotu uudempia ja tehokkaampia sensorijärjestelmiä. Myös aseistusta on kehitetty osassa koneista. Teknisellä kehityksellä on ollut vaikutusta miehittämättömien ilma-alusten suorituskykyyn etenkin taisteluun tarkoitetuilla koneilla. Melkein kaikissa miehittämättömissä ilma-aluksissa on kyetty kasvattamaan koneen maksiminopeutta ja toimintakorkeutta. Muutoksia on myös tapahtunut joidenkin koneiden toiminta-ajassa. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että suurimmat teknisen kehityksen kohteet miehittämättömissä ilma-aluksissa ovat olleet rakenteellisten muutosten ansiosta uusien sensorijärjestelmien tuonti koneisiin sekä niiden aseistaminen. Tekninen kehitys jatkuu edelleen miehittämättömissä ilma-aluksissa ja niillä pyritään yhä enemmän korvaamaan miehitettyjä ilmaaluksia ja niiden tehtäviä. Tällä voidaan välttää inhimillisiä virheitä sekä käyttää ilmaaluksia yhä vaarallisemmissa tehtävissä.

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.