Tilannekuvan muodostaminen seuraavan sukupolven hävittäjässä

Tutkielmassa on tarkasteltu tilannekuvan muodostamista 5. sukupolven hävittäjässä. Tarkastelu on tehty kirjallisuusselvityksenä, jota on tuettu analysoimalla ja laskemalla suorituskykyarvoja muutamissa esimerkkitilanteissa. Tarkastelussa on keskitytty radiotaajuisten sensoreiden ja lentokoneiden keskinäisen verkottamisen suomien mahdollisuuksien arviointiin. Käytettävissä oleva sensoritekniikka tulee parantumaan huomattavasti nykyisiin 4. sukupolven hävittäjiin verrattuna. Aktiivisen, elektronisesti keilaavan tutkan ohella koneissa tullee olemaan tutkavaroittimen rinnalla ESM-järjestelmä, joka on liki välttämätön modernien uhkasignaalien havaitsemiseksi riittävän etäältä. Verkottamalla hävittäjien ESM-järjestelmät keskenään, voidaan saavuttaa paikannustarkkuus, joka riittää ilmataisteluohjusten ja ilmasta/maahan-ohjusten laukaisuun. Tehokkaan verkottamisen mahdollistaa suurikapasiteettinen datalinkki, jonka havainnointi on äärimmäisen vaikeaa eikä se näin paljasta hävittäjää signaalillaan. Vaikka 5. sukupolven hävittäjästä puhuttaessa huomiota kiinnitetään ensisijaisesti sen häiveominaisuuksiin, tapahtuu myös tilannekuvaan vaikuttavissa järjestelmissä sellaista kehitystä, joka mahdollistaa täysin uusia toimintoja. Näin tulevaisuuden hävittäjäryhmä kykenee tarvittaessa tuottamaan tilannekuvan yksin, kun siihen aiemmin vaadittiin koko ilmapuolustusjärjestelmän tuki

WRM200-säätutkan toiminta, huolto ja kalibrointi.

Suomen Ilmatieteen laitos mittaa säähavaintoja usean sadan sääaseman ja kahdeksan tutkan avulla koko Suomea varten. Säätiedon käyttäjinä ovat kansalaiset, lentoliikenne, puolustusvoimat, tutkimuslaitokset sekä muiden maiden ilmatieteen laitokset, joiden kanssa tehdään yhteistyötä tutkimuksen parissa. Yksityiset yritykset ja julkinen sektori ovat usein riippuvaisia sääennustuksista, esimerkiksi maatalous ja energiatuotanto. Suomen kahdeksasta säätutkasta, kuusi edustaa uudempaa kaksoispolarisaatio-teknologiaa. Edelliset yksipolarisaatio-tutkat olivat saksalaisvalmisteisia Gematronik Meteor 360 -mallisia laitteita. Tutkat ehtivät palvella yli 15 vuotta ja edustavat nyt jo vanhentunutta teknologiaa. Vanhat Meteor -tutkat päivitettiin uusiin Vaisalan WRM200 -kaksoispolarisaatiotutkiin vuosina 2009 - 2013 ja päivittämistä jatketaan kunnes kaikki kahdeksan tutkaa on saatu vaihdettua. Insinöörityössä selvitettiin Ilmatieteen Laitoksen käyttämän Vaisala WRM200 -säätutkan toiminta ja sen huolto- ja kalibrointitehtävät. Tutkan toimintaa verrattiin edelliseen poistumassa olevaan Meteor 360 AC -säätutkaan. Säätutkien päätoimilaitteiden toiminta selvitettiin ja perustoiminnot selitettiin. Työssä osallistuttiin Ilmatieteen Laitoksen huoltohenkilöiden kanssa säätutkan huoltoihin ja asennuksiin. Tiedot kerättiin useista Vaisalan ja Gematronikin dokumenteista, erillisistä julkaisuista ja huoltohenkilöiden haastatteluista. Säätutkien uudistamisprojekteihin osallistumalla ja siitä opittua tietoa hyväksikäyttämällä työn teon yhteydessä luotiin uudet ohjeistukset ja tarkistuslistat. Lopputyöhön kerätyt tiedot ja luodut ohjeistukset helpottavat tulevia huoltohenkilöitä työssään. Uudet henkilöt saavat työn avulla tarvittavan perustiedon säätutkasta sekä tarvittavan ohjeistuksen mahdollisia huoltotehtäviä varten. Lopputyön avulla huoltohenkilöstö pystyy huoltamaan ja kalibroimaan uuden säätutkan oikealla tavalla ja varmistumaan kaikkien toimenpiteiden ja tehtävien läpikäynnistä.Finnish Meteorological Institute (FMI) measures weather, with the help of over a few hundred weather stations and eight weather radars, for the whole of Finland. Users of weather information are citizens, aviation, military forces, research facilities and other countries' meteorological departments, with which FMI has been doing co-operative research. Private enterprises and the public sector, e.g. agricultural- and energy production sectors, are also quite often dependent on weather forecasts. Six out of Finland’s eight weather radars represent newer double-polarization technology. Older, single-polarization radars, Gematronik Meteor 360’s, are made and modeled in Germany. The radars functioned well for 15 years, but now represent outdated technology. The old Meteor -radars were updated to Vaisala's WRM200 -double-polarization radars during the years 2009 - 2013. And updating will continue until the remaining two radars are updated. Vaisala WRM200 - weather radars’ functions, maintenance and calibrational tasks were reported in this thesis. The functions of the radar were compared to the outdated Meteor 360 -radar. The main functional devices and their functions were researched and the basic functions were explained. The writer took part in maintaining and installing the weather radar together with FMI's maintenance personnel for this thesis. The information was collected from several Vaisala’s and Gematronik's manuals and documents, different publications and interviewing the maintenance personnel. By participating in the renewal projects of the weather radars and using the information learned from them the instruction manual and checklists were created. The information collected to the thesis and instructions created will help the future maintenance personnel in their work. The new personnel will get required knowledge of the weather radar and the instructions needed for the possible maintenance work. With the help of this thesis the maintenance personnel can maintain and calibrate the new weather radar the right way and make sure that all operations and tasks are made and taken care of

Tutkakohteiden vertailu- ja visualisointityökalu

Tutkat ovat pysytelleet pitkään visusti valtioiden viranomaiskäytössä. Kuitenkin kiihtyneesti kasvanut laskentateho, sekä tutkien pienentynyt koko ja halventunut hinta tuovat tutkia nyt myös siviilimarkkinoille. Laskentatehon kasvu on mahdollistanut myös hahmontunnistuksen yleistymisen. Hahmontunnistusta käytetään yleisesti kameroissa. Se perustuu usein valtavaan mittausaineistoon, jota hyödynnetään koneoppimismenetelmien opettamiseen. Myös tutkien tuottamalla datalla voidaan erotella erilaisia kohteita toisistaan. Tutkien tapauksessa koneoppimismenetelmät eivät kuitenkaan vielä ole yleisesti käytössä johtuen tutkan tuottaman vasteen monimuotoisuudesta ja kattavan data-aineiston keräämisen työläydestä ja kustannuksista. Hahmontunnistus, josta puhutaan yleisesti tutkien tapauksessa automaattisena kohteentunnistamisena, voidaan toteuttaa vertaamalla mittaustuloksia simuloiduista kohteista koottuun kohdekirjastoon. Tässä työssä esitellään työkalu, joka vertailee tutkan mittaustuloksia kohdekirjastosta löytyviin kappaleisiin ja tuottaa visualisointeja, joita ihmisen on helppo tulkita

Taistelukoneiden, niiden laitteiden ja aseistuksen tekninen kehitys

Artikkelin perusteissa todetaan, että "Nykyaikaiseen sodankäyntiin tarkoitetut aseet ja asejärjestelmät kehittyvät nopealla ja yhä kiihtyvällä vauhdilla. Rynnäkkökoneet kykenevät päätehtävänsä, lentotulituen lisäksi toimimaan myös ilmassa olevia kohteita vastaan. Lähes kaikissa taistelukoneissa on monipuolinen ja tehokas omasuojavarustus, useissa mahdollisuus myös ilmatankkauksiin. Artikkelin tavoitteena on selvittää "nykyisellä taistelukentällä käytettävien lentokoneiden teknisten järjestelmien rakenne ja suorituskyky yleisesti." Tarkastelun ulkopuolelle jätetään ydinaseet sekä biologiset ja kemialliset aseet. Lisäksi kirjoittaja toteaa, että artikkelissa ei käsitellä uhkakuvia, taistelukentän olosuhteita tai taktiikkaa."Taistelukentällä ymmärretään ilmatilaa, jossa lentokoneet käyttävät aseitaan toisiaan tai maassa olevia kohteita vastaan. Taistelukoneella käsitetään tässä kirjoituksessa taistelukentällä toimivaa hävittäjää, rynnäkkö-, tiedustelu-, pommi- tai erikoiskonetta tai muuta sotilaskonetta. Sotilashelikoptereita ei käsitellä." Toisessa luvussa tarkastelussa ovat lentokoneen aerodynamiikka ja runko sekä seuraavassa luvussa lyhyesti lentokonevoimalaitteet. Lentokonejärjestelmistä käsitellään tietojärjestelmiä, avioniikkaa, näyttölaitteita ja viestijärjestelmiä. Asejärjestelmistä tarkastelussa ovat yleisten perusteiden lisäksi tulenjohtolaitteet, lentokonetykit ja - raketit, lentopommit sekä ohjukset. Lisäksi lyhyesti esitellään omasuojajärjestelmää. Artikkelin loppuosassa käsitellään lentotiedustelua, elektronisia tiedustelu- ja häirintäjärjestelmiä, häivetekniikkaa, tukeutumisjärjestelmiä ja lentosimulaattoreja. Viimeisessä luvussa käsitellään tulevaisuudennäkymiä ja todetaan muun muassa, että "Tulevaisuuden taistelukoneet tullaan yhä enenevässä määrin suunnittelemaan monitoimikoneiksi ja samalla aerodynaamisesti epävakaiksi.

Katsaus puolustusvoimien sähköteknilliseen toimialaan

Johdannon mukaan sähköteknillinen toimiala sai alkunsa keväällä 1943 maahamme saatujen ilmapuolustuksemme suorituskykyä lisäävien tutkakalustojen myötä. Kirjoittajien mukaan sähkötekniikasta ei ole tullut omaa aselajiaan, koska siitä on muodostunut kaikkia puolustushaaroja ja aselajeja palveleva monipuolinen työväline. Artikkelin on katsaus sähköteknilliseen toimialaan. "Taustana on tutkatekniikka, joka kuitenkin oheislaitteiden kehittymisen ja elektroniikan uusien aluevaltausten myötä on laajentunut teknillisesti erittäin monipuoliseksi kokonaisuudeksi." Katsauksessa käsitellään sähköteknillisen alan historiaa Suomessa, nykyisiä toiminnan muotoja sekä arvioita tulevan teknologian kehityksen asettamista vaateista. Johdannon mukaan historiikki on laitesidonnaista. Perustana on suhteellisen hyvä arkisto- ja tietomateriaali. Sähköteknillisen toiminnan nykytilan kuvaus rajoittuu osin turvallisuusnäkökohtien johdosta yleisesitykseen, menemättä kalustojärjestelmien tai laitteiden yksityiskohtaiseen selostamiseen. Organisaation esittelyn tavoitteena "on antaa lukijalle kuva sähköteknillisestä toimialasta puolustushaarojen ja aselajien kehittyvänä elektroniikka-alan palvelujen toimittajana." Seuraavan noin kymmenvuotiskauden kehitysnäkymille on artikkelissa asetettu merkittävä painoarvo

Roikkuvan sateen tunnistaminen säätutkamittauksista

Tutkielman tavoitteena on kehittää menetelmiä eli algoritmeja roikkuvan sateen tunnistamiseksi säätutkamittauksista. Roikkuvan sateen määritellään olevan ‘meteorologisista kohteista peräisin olevia sateen havaintoja, jotka eivät vastaa maan pinnalle asti päätyvää sadetta pystysuoran ilmapilarin kohdalla’. Määritelmä kattaa sekä pilvet että haihtuvan sateen. Algoritmikehitystä varten tutkielmassa käytetään havaintoja kymmenestä käsin valitusta tapauksesta vuosien 2011-2013 ajalta Suomesta. Tapauksiin tiedetään liittyvän roikkuvaa sadetta. Havaintolähteinä käytetään säätutkia, automaattisia säähavaintoasemia ja tiesääasemia. Tutkielmassa kehitettäviä algoritmeja on kolme: 1) tutkaheijastavuustekijän pystysuuntaista profiilia tarkasteleva algoritmi, 2) säätutkan ja sademittareiden havaintoja yhdistävä algoritmi ja 3) ehtofunktioalgoritmi, joka tarkastelee yksittäisen havainnon korkeutta ja tutkaheijastavuustekijän voimakkuutta. Algoritmit luokittelevat säätutkan havaintoja yhteen korkeintaan viidestä eri luokituksesta. Mahdollisten luokitusten määrä riippuu algoritmista. Algoritmien toimintaa tarkasteltiin vertaamalla eri algoritmien antamia luokituksia toisiinsa. Vertailun perusteella algoritmien todettiin olevan melko hyvin yksimielisiä tutkielman puitteissa. Yksimielisyys heikkeni, kun etäisyys säätutkasta oli riittävän suuri (yli 120 km). Vertailussa havaittiin myös, että tietyissä tilanteissa kaikki algoritmit eivät pysty luokittelemaan havaintoa sateeksi tai roikkuvaksi sateeksi. Tämän ristiriitaisuuden todettiin johtuvan algoritmien luokittelusäännöissä käytetyistä ehdoista. Tutkielman tulokset ovat kuitenkin rohkaisevia ja algoritmeja suositellaan otettavaksi käyttöön vähintään puolioperatiivisesti. Lisäksi tutkielmassa annetaan ehdotuksia jatkotutkimusta varten

Numerical modelling of the backscattering of dual-polarization weather radar

Polarimetriset säätutkat ovat tulossa lähiaikoina operatiiviseen käyttöön Suomessa ja muualla maailmassa. Polarimetriset säätutkat tuovat lisää informaatiota ilmakehän hydrometeorien mittaukseen ja mahdollistavat siten perinteisiä säätutkia tarkemman sateen vesimäärän arvioinnin ja sateen olomuotojen luokittelun. Polarimetristen säätutkien parempaa hyödyntämistä varten tarvitaan lisää tietoa erilaisten hydrometeorien sirontaominaisuuksista . Tässä työssä tehtiin modifioitua DDA- eli diskreettidipoliapproksimaatiolaskentaa ja nollannen asteen säteilynkuljetusteoriaa käyttävä sirontamallinnusohjelma. Ohjelma kykenee laskemaan yksittäisen partikkelin eteenpäin ja takaisinsirontaparametrit eri polarisaatioille ja samoista kappaleista käyttäjän antamalla tiheydellä muodostuvan kerroksen sironta- ja vaimennusominaisuudet. Ohjelman toiminta validoitiin vertaamalla pallomaisten kappaleiden mallinnustuloksia analyyttisiin, ja siten tarkasti oikean tuloksen antaviin Mie-sirontatuloksiin. Ohjelmaa käytettiin sulavan lumi-, räntä- ja vesisateen etenemisvaimennuksen mallintamiseen. Ohjelmalla tutkittiin miten etenemisvaimennus muuttuu partikkelin sisältämän vesimäärän kasvaessa ja kuinka veden sijoittuminen eri puolille kappaletta vaikuttaa eri polarisaatioilla tapahtuvaan vaimennukseen. Sulamista mallinnettiin yksinkertaisella mallilla, jossa on neljä sulamisvaihetta. Vaimennusmallinnuksen tuloksista havaittiin, miten HH- ja VV-polarisaatioiden ero kasvaa voimakkaasti, kun partikkelin alaosaan kertyy nestemäistä vettä tai kun partikkelin muoto muuttuu litteämmäksi. Pallosymmetristä tilannetta kuvaavassa toisen sulamisvaiheen partikkelissa havaittiin oletuksen vastaisesti myös jonkin verran eroa polarisaatioiden vaimennustuloksissa. Ongelman oletettiin johtuvan tavasta, jolla partikkelit luotiin, eikä varsinaisesta mallinnusohjelmasta, joka vaikuttaa muuten toimivan oletetusti.Polarimetric weather radars will be in operational use in the near future. Polarimetric weather radars provide more information in the measurement of the atmospheric hydrometeors when compared to traditional weather radars. Hence more accurate estimates of the rain water content and precipitation types can be attained. In order to make better use of the features of polarimetric weather radars more information on the scattering properties of hydrometeors is needed. In this thesis a program, that models scattering using modified DDA calculation and the zeroeth degree radiative transfer theory, was made. The program is able to calculate forward and backscattering parameters of a single particle and scattering and attenuation properties for a layer consisting of those particles with a specified numerical density. The results from program for spherical particles were validated by comparing them to Mie scattering results, which are analytical, and therefore, true results for the scattering situation. The program was used to model attenuation due to hydrometeors in the melting layer. It was studied how the propagation attenuation changes when the water volume fraction in the particles increases and how differential accumulation of the water affects the attenuation in different polarization components. Melting of the particle was modeled with a simple model with four phases of melting. The results of the attenuation modeling suggest, that the difference between HH and VV polarizations increases strongly when more water accumulates in the bottom of the particle and when the particle changes to a flatter shape. The second phase of the melting was spherically symmetric but contrary, to the initial assumption, differences between attenuation results for different polarizations were noticed. The problem was assumed to be caused by the way the particles were generated and not by the program which otherwise seems to be working properly

Laatuvihannesten hyvät viljelymenetelmät : tutkimusohjelman loppuseminaari

Vo