tulevaisuuden radiotaajuiset sensoritekniikat...suorituskyvyn optimointi, spektrin tehokas käyttö...

Puolustusvoimien tutkimuslaitosTiedolla tulevaisuuteen

Tulevaisuuden radiotaajuisetsensoritekniikat

MATINEn turvallisuusmatinea"DIGITAALISUUS MULLISTAA MAANPUOLUSTUSTA "

8.5.2018

TkT Jukka RuoskanenPVTUTKL

TkT Jukka RuoskanenTutkimusalajohtajaRadiotaajuiset sensorijärjestelmät

Perinteinen valvontasensori

16.5.2018 2

Kuva: SotamuseoWikimedia Commons


Nykyään…

Yksipaikkapulssitutka on hyvin tunnettu tutkakonsepti ja se suoriutuutehtävästään rauhan aikanaSotilaskäytössä yksipaikkapulssitutkan dominoiva asema kuitenkinheikkenee, koska

kriisitilanteessa vastustajan tilannetietoisuutta halutaan heikentää, jatiedetään, että

nykymuotoinen valvontatutka voidaan havaita kaukaavoimakastehoista tutkaa vastaan voidaan helposti kohdentaavastatoimia (havaitaan, tunnistetaan, häiritään, väistetään, tuhotaan)

→ Tutkan käytettävyys kriisitilanteessa vaarantuu

16.5.2018 3


kaikkina vuodenaikoina, ym.

ToimintaympäristötietoisuusTaistelunkestoMaalittamiskyky

Matalalla, korkealla,urbaanissa ympäristössä,kaikkina vuodenaikoina, ym.

Tulevaisuuden vaatimuksia

• Maaliympäristön muutosten ja taistelunkestävyydenhaasteisiin voidaan yrittää vastata esim.– sensorin adaptiivisuutta lisäämällä– diversiteettejä hyödyntämällä– liikkuvuutta lisäämällä– datan tarkoituksenmukaisella ja oikea-aikaisella

hyödyntämisellä (sanottakoon tätä datafuusioksi)à AI,koneoppimisen algoritmit etc. johtavat kohti kognitiivisiatoiminnallisuuksia (tyvestä puuhun)

– erilaisia sensoriratkaisuja koko tilavuuden kattamiseksi(korkeussuunnan haasteet, katvealueet)

16.5.2018 4


Tulevaisuuden vaatimuksia

• Sensorien tulisi kyetä useisiin toiminnallisuuksiin– tutkamittaus, signaalitiedustelu, tietoliikenne, datan prosessointi

etc.• Sensorien tulisi kyetä mukautumaan ketterästi

– tehtävän, tilanteen, sääolosuhteiden etc. mukaisesti• Kannettavien tai pienille alustoille asennettavien sensorien

datansiirto on mimimoitava (tiedusteltavuus, kaistavaatimukset)• On mahduttava operoimaan spektrissä muiden toimijoiden

seassa– Adaptiivinen spektrin käyttö– Tutka-aaltomuoto voidaan hajauttaa ajassa, tilassa, taajuudessa

(ei häiritä muita + LPI + mahd. resoluution parannukset)

16.5.2018 5


Tutkan aaltomuodon muokkaus

• Signaalitiedustelun vaikeuttamiseksipienennetään tutkan lähetteen huipputehoa

• Luovutaan voimakkaasta keskitetystäenergiapaketista ja valitaan sellainenlähetysaaltomuoto, joka hajauttaalähetyksessä käytettävän energian; palaavaenergia voidaan jälleen tiivistäävastaanottimessa

• Tutkan kantama pysyy ennallaan, koskasen lähettämä kokonaisenergia säilyy

• Miten tämä voidaan toteuttaa:– Jaetaan teho usealle taajuudelle ts.

kasvatetaan kaistanleveyttä(häiriönsietoisuus, etäisyyserottelu)

– Kasvatetaan pulssisuhdetta, jolloin tehojakaantuu aika-akselilla (nopeuserottelu)

– Teho voidaan jakaa vielä kahdenpolarisaation kesken (lisää informaatiotamaalien luokitteluun)

16.5.2018 6

Kuvat: Risto Korhonen


Passiivinen tutka, Liftari

16.5.2018 7

John W. Franklin



• Ei omaa lähetintäà tilannekuva ratkaistaan ulkopuolisten lähettimiensignaaleiden avulla

• Passiivisen tutkan etuja aktiiviseen tutkaan nähden:– Monipaikkaisuus: valaisu- ja katselukulmien monipuolisuus hyödyllistä

häivemaaleja vastaan– Tietoliikenteen ja yleisradiolähetteiden taajuusalueella perinteisten tutkien

korkeammille taajuuksille suunniteltu häivemaalien pintakäsittely jamuotoilu eivät toimi optimaalisesti

– Vastaanottimien paikantaminen ja niihin vaikuttaminen on vaikeaa– Tutkajärjestelmä ei vaadi taajuuslupia– Vastaanottimet eivät aiheuta häiriöitä (vapausasteita sijoittamiselle)– Ei kuluja lähettimen hankinnasta / ylläpidosta

• Käyttökustannukset alhaisemmat

16.5.2018 8



Haasteita:• Tarvitsee hyvän referenssisignaalin

à Toisaalta voimakas referenssisignaali myös häiritseehavaitsemista

• Tietoliikenne- ja yleisradiolähetteet eivät ole optimaalisiatutkakäytössäà FM:lla spektrin kaistanleveys vaihteleeà etäisyysresoluutio

vaihteleeà 4G LTE-signaalin monikäsitteisyysfunktiossa valemaaleja

aiheuttavia piikkejäà Signaalien ajallinen saatavuus ei ole taattuà Toistimia samalla taajuudella samalla maantieteellisellä alueellaà Onko siviili-infrastruktuuri turvassa kriisin aikana… ?

• Tutkat eivät ole aina päällä eivätkä valaise haluttua aluetta• Maalin paikan ja tilavektorin ratkaiseminen vaatii intensiivistä

laskentaa

16.5.2018 9


MIMO-tutka

• MIMO -konseptia hyödyntävä sensoriverkkotarjoaa potentiaalisen vaihtoehdontaistelunkestäväksi ratkaisuksi tilannekuvantuottajana.

• Aaltomuotojen optimointi eri tilanteisiin:– keilanmuodostus, häirinnän väistö,

suorituskyvyn optimointi, spektrin tehokaskäyttö

• Hyvät LPI-ominaisuudet – vastaanottimet jokatapauksessa vaikeasti paikannettavissa

• Diversiteettietu muodostuu paitsiaaltomuotojen optimoinnista, myös lähettimienja vastaanottimien optimaalisesta sijoittelustasekä polarisaatiotilojen hyödyntämisestä

• Tutkaverkon resursseja voidaan kohdentaatarpeen mukaisesti

16.5.2018 10

Kuvat: Visa Koivunen


MIMO-tutka• Tutkatekniikassa pääosa

suorituskyvyn maksimoinnistaon perinteisesti liittynytvastaanottimen optimointiin japaranteluunà paradigman muutos on se,

että nyt keskeisetsuorituskyvyn parantelutoimetliittyvät lähettimen optimointiin

à Vastaanottimet muodostavattilannekuvan spektristä jalähettimen signaalin kanavantilasta – näitä tietojakäytetään lähettimentoiminnan optimointiin

16.5.2018 11

Khawar et. al.


Tulevat suorituskyvyt

• Radiotaajuisten lähettimien ja vastaanottimien kehitys on johtanut jajohtaa edelleen pienentyviin laitekokonaisuuksiin ja tehonkulutuksenvähentymiseenà Tutkasensoreita voidaan integroida kaikillealustoille ja jokaisen yksittäisen toimijan varusteisiin ja/taikannettavaksi (myös hinnan puolesta)

• Softaradioista tulee yhä ketterämpiä ja nopeampia JA suurtendatamäärien käsittelytaito ja laskentakyvyn kasvu mahdollistavatentistä kehittyneempien sensorisuorituskykyjen käyttöönottamisenàaiemmin vain harvojen käytössä olleet teknologiat ovat nyt kaikkiensaatavilla

• Antenniteknologian kehitys tukee useisiin yhtäaikaisiin tehtäviinkykenevien järjestelmien esiinmarssia

• Tilannetietoisuus paranee merkittävästi, kun huima määrä sensoreitatuottaa dataa

• Tiedonsiirtokapasiteetti ja tehon tuottamiskyky kehittyvät, muttajatkuvasti ollaan "riittävän" rajamailla

16.5.2018 12

TkT Jukka RuoskanenTutkimusalajohtajaRadiotaajuiset sensorijärjestelmät 16.5.2018 13

TkT Jukka RuoskanenTutkimusalajohtajaRadiotaajuiset sensorijärjestelmät 16.5.2018 14

tulevaisuuden radiotaajuiset sensoritekniikat...suorituskyvyn optimointi, spektrin tehokas käyttö...

Documents