Sadevälkkeen mallinnus ilmavalvontatutkajärjestelmää varten

Tutkat muodostavat Suomen rauhanajan ilmavalvonnan rungon. Ilmatilassa on lentokoneiden lisäksi paljon muitakin kohteita, jotka ilmavalvontatutka havaitsee. Naita ei toivottuja kaikuja kutsutaan välkkeeksi. Sadevälke on tilavuusvälkettä. Tämän työn tarkoituksena on löytää menetelmä tai malli, jolla voitaisiin mallintaa sadevälkkeen vaikutus ilmavalvontatutkassa. Toisaalta myös sadevälkkeen suodatus on työn keskeinen tavoite. Käytettyjä suodatusmenetelmiä olivat adaptiivinen suodatus ja doppler-suodatus. Suodinpankkiin eli doppler-suodatukseen lisättiin vielä CFAR Työn tuloksena voi todeta, että sadevälkkeen suodatus onnistui hyvin mutta itse sadevälkkeen mallintamista tulee kehittää edelleen. Työssä käytetyt menetelmät on esitetty algoritmimuodossa. Mittausaineiston keräys suoritettiin keskivalvontatutkalla ja SP-testerillä. Varsinaiset suodatuskokeet ja mallin testaus tehtiin Matlab-ohjelmistolla.

Sensoriteknologia rakennetun alueen taistelussa

Nykyajan sodankäynti painottuu yhä enemmän taisteluun informaatiosta. Informaation perusteella muodostetaan tilannekuva, jonka avulla päätökset tehdään. Informaation hankinnassa on sensoriteknologia keskeisessä asemassa. Kaupunkien merkityksen korostumisen seurauksena pääosa nykyajan taisteluista tullaan käymään ainakin osittain rakennetulla alueella. Sensorien toiminnan kannalta rakennettu alue on aivan erilainen ympäristö kuin esimerkiksi metsämaasto. Esimerkiksi lyhyet tähystysetäisyydet erityisesti sisätiloissa, rajoitettu näkyvyys, erilaisista materiaaleista valmistetut rakennukset ja pinnat sekä valoisuuden vaihtelu sisätiloissa asettavat uusia vaatimuksia sensorien suorituskyvylle. Tutkimuksessa tarkastellaan uhkamallina Yhteiskunnan turvallisuusstrategian mukaista strategista iskua, jonka osakohteina voivat olla esimerkiksi sähkön jakelun valvomot ja materiaalin varastotilat. Näiden kohteiden lisäksi tarkastellaan ulkotiloja yleisesti. Tutkimus on kirjallisuustutkimus ja sen tarkastelutapa on tekninen. Tutkimuksen ensimmäisen osan tarkoituksena on selvittää eri sensoreiden suorituskyky ja kehityksen tulevaisuudennäkymiä. Tutkimuksen toisessa osassa tarkastellaan eri sensorijärjestelmien sopivuutta tilannekuvan hankkimiseen ja ylläpitoon rakennetulla alueella kahta esimerkkitapausta soveltaen. Tavoitteena on selvittää rakennetun alueen asettamat reunaehdot eri sensorijärjestelmille. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että yksittäiseen teknologiaan perustuva sensori ei ole suorituskykyinen rakennetulla alueella. Eri teknologiat soveltuvat eri olosuhteisiin ja monien nykyisten järjestelmien suorituskyky rakennetulla alueella on hyvin rajoittunut. Tutkimuksen perusteella tulevaisuudessa korostuvat erityisesti optronisten sensorien integrointi yhteen laitteeseen, liikuteltavat sensorit sekä langattomat sensoriverkot. Sensoriteknologia rakennetulla alueella vaatii runsaasti lisätutkimusta esimerkiksi sensorin lavetin merkityksestä ja taistelunkestävyydestä sekä taktisten miehittämättömien ilmaalusten käytöstä sisä- ja ulkotiloissa.

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.

Tutkien käyttö pääkaupunkiseudun ilmatorjunnan osana jatkosodassa

Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, mikä merkitys oli puolustusvoimien ensimmäisellä ja ainoalla taistelussa käytetyllä tutkajärjestelmällä sen ajan ilmatorjunnalle ja ilmasuojelulle. Keskeisin syy tämän aiheen valitsemiseen on se, että se liittyy kirjoittajan sekä nykyiseen, että varusmiespalveluksen aikaiseen aselajiin. Tutkielman näkökulma on sotataidollinen. Työ on ajankohtainen, sillä tutkielman valmistuessa on kulunut 70 vuotta Saksassa järjestetystä tutkakoulutuksesta ja ensimmäisen tutkakaluston saapumisesta Suomeen. Aiheesta ei ole aikaisemmin tehty kattavaa tutkimusta Maanpuolustuskorkeakoulussa. Tutkimus on tehty täysin ilmatorjunnan ja ilmasuojelun viitekehyksessä. Tutkimuksen painopiste on tutkien hyödyntämisessä Ilmatorjuntarykmentti 1:n raskaiden patteristojen eli suuntapatteristojen tulenkäytössä. Suuntapatteristot pystyivät parhaiten hyödyntämään tutkien mittausarvoja. Tutkimuksen pääkysymys on: ”Mikä oli tutkien merkitys pääkaupunkiseudun puolustuksen onnistumiselle?” Tutkielman lähtökohtana on kvalitatiivinen eli laadullinen tutkimus. Tutkielmassa käsitellään yksilöiden töitä, tutkimuksia ja lausuntoja. Vastaajat ovat tunnettuja ja otantamenetelmä harkinnanvarainen. Tutkielma on luonteeltaan kuvaileva ja aineistolähtöinen. Lähdemateriaalin pääpaino on aihealuetta käsittelevässä kirjallisuudessa ja tutkielmissa. Eräs tutkielman päälähteistä, Ari Suontlahden diplomityö, perustuu pääosin arkistotutkimukseen. Työ käsittelee kattavasti yleisellä tasolla pääkaupunkiseudun puolustusjärjestelyjä maavoimien, merivoimien ja ilmapuolustuksen näkökulmasta. Työssä ei kuitenkaan käsitellä ilmatorjuntaa kovin yksityiskohtaisesti. Lähteenä on käytetty myös artikkeleita. Artikkeleista keskeisimmät ovat Ilmatorjuntaupseeri-lehdessä julkaistut artikkelit. Artikkelit käsittelevät pääsääntöisesti Saksassa tapahtunutta tutkakoulutusta. Tutkielmaa varten on haastateltu entistä ilmatorjunnan tarkastajaa, eversti evp. Ahti Lappia. Lappi on kokenut sotahistoriantutkija. Hän on julkaissut useita ilmapuolustuksen historiaa käsitteleviä teoksia. Ahti Lapin ja eversti evp. Perttu Peitsaran teos ”Salainen Ase Ilmapuolustuksessa – Tutkat toisessa maailmansodassa” julkaistiin joulukuussa 2012, eli hieman ennen tutkielman valmistumista. Teos käsittelee tutkielman kannalta keskeisiä aiheita hyvin yksityiskohtaisesti. Teosta on käytetty tutkimuksessa täydentämään puuttuvia tietoja, todentamaan joitakin yksityiskohtia sekä tukemaan johtopäätöksiä. Ennen tutkien saapumista pääkaupunkiseudun ilmatorjunta ei kyennyt toimimaan tehokkaasti pimeällä. Maalin tulosuunta voitiin selvittää karkeasti kuulosuuntimella mittaamalla, mutta etäisyystiedon saaminen edellytti visuaalista näköyhteyttä kohteeseen. Pimeällä maali tuli saada ensin valaistua valonheittimellä, jotta etäisyys kohteeseen saatiin mitattua stereoetäisyysmittarilla. Maalin lentokorkeuden määrittäminen kuulosuuntimilla oli myös hyvin summittaista. Sulkuammunta oli pimeällä käytännössä ainoa vaihtoehto. Sulkujen määrittäminen oli kuitenkin melko epätarkkaa ja perustui kuulosuuntimien, aisti-ilmavalvonnan ja valonheittimien antamaan maalitietoon. Myös ennakkovaroituksen saaminen niin ilmatorjunnalle kuin siviiliväestöllekin perustui pääsääntöisesti edellä mainittuihin menetelmiin. Ennakkovaroitus voitiin saada myös radiotiedustelun toimesta. Tulenjohtotutkien avulla sulkujen määrittäminen tehostui huomattavasti. Pommikoneosastoista saatiin tarkkaa ja reaaliaikaista maalitietoa (myös korkeustieto) vuorokaudenajasta ja säästä riippumatta. Tulenjohtotutkilla varustettujen johtopattereiden pääampumamenetelmä oli seuranta-ammunta. Johtopatterit ampuivat myös eniten kaikista yksiköistä. Johtopatterien ampuma kranaattimäärä helmikuun suurpommituksissa oli lähes puolet kaikista ammutuista kranaateista. Johtopattereiden mittaamat arvot saatiin välitettyä suuntapatteristojen kaikille raskaille pattereille, jolloin tuli oli riittävän tarkkaa riippumatta kaluston nykyaikaisuudesta. Malsi-laitteiden saapumisen jälkeen vieruspatterit kykenivät myös seuranta-ammuntaan pimeällä. Kevyet jaokset eivät kyenneet osallistumaan yhtä tehokkaasti pääkaupunkiseudun ilmatorjuntaan kuin raskaat patterit, johtuen vihollisosastojen lentokorkeuksista. Pienikaliiperisilla ilmatorjunta- aseilla kyettiin kuitenkin rajoitetusti osallistumaan sulkuammuntaan ja tulittamaan syöksyviä koneita. Valvontatutkat antoivat tehokkaan ennakkovaroituksen pääkaupunkiseudun ilmatorjuntajoukoille ja siviiliväestölle. Raijoilla kyettiin tarvittaessa määrittämään vihollisosastojen koko jopa koneen tarkkuudella, mikä helpotti sulkutulen keskittämistä uhkaavimpaan suuntaan. Tämä ei kuitenkaan ollut perustoimintamenetelmä. Yhteistyö Viron rannikolla sijaitsevien saksalaisten ilmavalvontajoukkojen kanssa oli sujuvaa. Torjuntakeskuksen ja Ilmavalvontaaluekeskuksen sijoittaminen samoihin tiloihin nopeutti ja selkeytti toimintaa huomattavasti. Saksaan koulutukseen lähetettyjen suomalaisten tekninen osaaminen oli hyvällä tasolla. Koulutukseen lähtijät valittiin siviilikoulutustaustan ja saksan kielen osaamisen perusteella. ”Osasto Pesosen” oppilaiden kiitettävä opintomenestys Saksassa on varmasti edesauttanut tutkien käytön nopeata sisäistämistä ja tutkien integroimista osaksi patteristoja. Tutkien merkitys ilmatorjunnan suorituskyvyn kasvulle ja torjuntataisteluiden onnistumiselle on ilmeinen. Valvonta- ja tulenjohtotutkien merkitys ennakkovaroituksen saamiselle ja tulenjohdon tehokkuudelle on hyvin suuri. Tämä näkyi myös helmikuun suurpommitusten jälkeisenä aktiivisena hankinta-, koulutus- ja kehittämistoimintana tutkien osalta. Suorituskyvyn kehitykseen vaikutti kuitenkin monta eri tekijää, joita ei voi sivuuttaa täysin vähäpätöisinä. Esimerkiksi elektron-ammusten käyttö, everstiluutnantti Jokipaltion ja Torjuntakeskuksen johtamistoiminta, 1. Ilmatorjuntarykmentin organisaatiomuutokset sekä tykkikaluston määrän lisääntyminen ja nykyaikaistuminen vaikuttivat myös ilmatorjunnan suorituskyvyn kasvuun. On myös huomioitava, että ADD ei suurpommitusten aikana häirinnyt suomalaisten tutkia järjestelmällisesti. Länsiliittoutuneiden mallin mukaan toteutettu tutkahäirintä olisi todennäköisesti laskenut pääkaupunkiseudun ilmatorjunnan suorituskykyä radikaalisti, aivan kuten tapahtui Saksassakin.