İnsansız Hava Sistemleri

İHA sistemleri, üzerlerinde bulunan gelişmiş sensörler, optik sistemler, TV ve kızılötesi kameralarla aldıkları görüntü ve istihbarat bilgilerini gerçek zamanlı olarak komuta merkezine ileterek komutanın durumsal farkındalığını artırır ve muharebe sahası taktik resmini ayrıntılı bir şekilde ortaya koymasına yardımcı olurlar.

Ercan Caner, Sun Savunma Net, 04 Aralık 2023

NATO’nun ‘Sivil Hava Sahasında Uçuşa Elverişlilik’ standardı STANAG-4671 rehber alınarak tasarlanıp, üretilmiş ‘Taktik İnsansız Hava Aracı Sistemi – KARAYEL SU

İHA sistemleri günümüz muharebelerinin bütün spektrumunda askerî harekâtı (Kara-Hava-Deniz) desteklemek maksadıyla etkin olarak kullanılmaktadırlar. İHA sistemleri çoğunlukla keşif, gözlem ve istihbarat toplama maksatlı kullanılmak üzere geliştirilmiş olmalarına rağmen, günümüzde özellikle yer birliklerine destek sağlamak maksadıyla muharebe görevlerinde de kullanılmaktadırlar. İHA sistemleri ayrıca muharebe hasar kıymetlendirmesi, askerî konvoyların korunması ve özellikle Irak ve Afganistan’da olduğu gibi el yapımı patlayıcı düzenekleri yol kenarlarına yerleştirerek dost unsurlara büyük kayıplar verdiren düşman unsurların tespit ve imhasında da çok etkin olarak kullanılmaktadırlar.

Özellikle bilgi teknolojisinde son yıllarda yaşanan büyük gelişmeler ile maliyetlerin önemli oranda düşmesi insansız hava araçlarının istihbarat, keşif ve gözlem görevlerinde kullanılmasını iyice artırmıştır. İHA sistemlerinin istihbarat, gözlem ve keşif görevlerinde kullanılmasının sağladığı birçok avantajlar vardır.

İHA sistemlerinin insanlı hava araçlarına nazaran daha ucuzdur ve birim uçuş saati başına maliyetleri düşüktür. Pilot yorgunluğu olmadığından uzun süre havada kalabilirler ve özellikle tehlikeli/kirletilmiş bölgelerde ve uzun süreli sıkıcı görevlerde (DDD: Dangerous-Dull-Dirty), pilotların ölüm, yaralanma ve düşman tarafından ele geçirilme riski olmadan, etkin bir şekilde kullanılabilirler.

Karmaşık muharebe ortamında karar vericilerin en büyük ihtiyacı durumsal farkındalık ve düşmanı tespit edilmeden belirleyerek taktik resmi ortaya koymak ve düşmanı etkisiz hale getirmek maksadıyla gerekli harekât planlarını geliştirmektir. İHA sistemleri, üzerlerinde bulunan gelişmiş sensörler, optik sistemler, TV ve kızılötesi kameralarla aldıkları görüntü ve istihbarat bilgilerini gerçek zamanlı olarak komuta merkezine ileterek komutanın durumsal farkındalığını artırır ve muharebe sahası taktik resmini ayrıntılı bir şekilde ortaya koymasına yardımcı olurlar.

TUSAŞ tarafından tasarlanan ve geliştirilen ANKA-S üzerinde; ISR görevlerine yönelik olarak; yüksek çözünürlüklü EO/IR/LD/LRF kameraları, SAR/GMTI-ISAR Radar, geniş alan gözetleme kamerası bulunmaktadır. Kaynak: TUSAŞ

İHA sistemleri; düşman, arazi, düşmanın tertiplenmesi ve altyapısı hakkında güncel veri toplamanın yanı sıra sağladığı gerçek zamanlı verilerle komutan ve karar vericilerin gerçekçi planlar yapmalarını ve gelişen durumlara süratle uyum göstererek harekât planlarını güncellemelerini de kolaylaştırılar.

Mevcut İHA Sistem Teknolojileri

İnsansız hava aracı platformları, sadece görüş alanı (line-of-sight) içinde kullanılabilen küçük (veya nano) elle fırlatılan platformlardan, belirli  bir coğrafi alanda dolaşabilen ve/veya uzun süreler belirli bir hedefi izleyebilen uzun menzilli yüksek irtifa platformlarına kadar çeşitlilik göstermektedir.

NATO Müşterek İstihbarat, Gözlem ve Keşif (ISR) İmkân ve Kabiliyetleri. Kaynak: NATO Allied Command Transformation

İnsansız platformlarda kullanılan sensörler; görsel, kızılötesi (IR-Infrared), radyo frekans (RF) ve diğer sinyal ölçüm türlerini içerebilir ve gözlem güncelleme hızı da tek bir görüntüden yüksek hızlı bir hareketli resme kadar değişkenlik gösterir.

İnsansız platformlar üzerindeki PED (Processing, Explotation & Dissemination–İşleme, Kullanma & Dağıtım) sistemleri, sensörler tarafından toplanan çok miktardaki veriyi kullanilabilir istihbarata dönüştürmek ve ihtiyaç duyan kullanıcılara iletmek maksadıyla çeşitli metodolojiler kullanmaktadır.

Her ISR görevi için, muhtemelen en yüksek kalitede veri ve en işe yarayacak istihbaratın sağlanması için en uygun insansız hava platformu, sensör ve PED kombinazyonunun belirlenmesi ve optimizasyonu gerekmektedir.

İHA Sensörleri

Muharebe sahasında sensörlerin çok geniş bir sahaya dağıtılmasında, aktif ve pasif sensörlerin kullanılması açısından ve hassas konumlama için çok büyük avantajları bulunmaktadır. Çoklu ve birbirleri ile iş birliği içerisinde hareket eden araçlar düşman hedeflerinin yerlerini üç köşe teşkil yöntemiyle hassas olarak belirleyebilirler. Örneğin çok geniş bir alana yayılan sensörler sinyal yayan düşman silah sistemlerinin yerlerini Doppler etkisinden kaynaklanan zaman ve frekans farklılıklarını karşılaştırarak tespit edebilirler. Aktif hedef tespitinde de muharebe sahasında geniş bir alana yayılan sensörler, radar yayın sinyallerini algılayarak ve yer tespitlerini yaparak daha gizli bir şekilde ve hassas olarak çoklu statik radarlar gibi kullanılabilirler.

Elektro Optik Video Kameralar – İHA-ISR görevlerinde ana veri toplama araçları olara kullanılan elektro-optik kameralar, gün ışığında hareketsiz ve hareketli görüntüleri kaydetmek maksadıyla kullanılan sensörlerdir. Tam hareketli video görüntüleri, muharebe sahasının başka sistemlerle elde edilmesi mümkün olmayan yakın görünümünü sağlar. Yüksek değerli hedefler gerçek zamanlı olarak izlenebilir, komutanların askerlerin hayatlarını tehlikeye atmadan güvenli bir mesafeden karar verebilmelerini ve vazifelerini icra etmelerini sağlarlar.

Kızılötesi (IR-Infrared) Görüntüleme Sensörleri – Düşük ışık koşulları veya karanlıkta tam hareketli veya hareketsiz görüntüleri tespit etmek maksadıyla; IR spektrumunda görülebilen görüntüleri kaydedebilen kızılötesi sensörler kullanılır.

Sentetik Aralıklı Radar (SAR-Synthetic Aperture Radar) Görüntü Sensörleri – Sentetik aralıklı radarlar, görüş seviyesi EP kameralar veya IR sensör kullanımına engel olduğunda, gün ışığı, gece ve tüm hava koşullarında fotoğraf benzeri görüntüler sağlayabilen sensörlerdir. Gerçek aralıklı radarlara oranla SAR görüntü sensörlerinde, anten boyutu veya aralığı sentetik olarak artırılarak görüntü çözünürlüğü artırılabilmektedir. SAR sensörler günün saati veya atmosferik koşullardan etkilenmediğinden, elektro-optik kameralar ile diğer optik görüntü kabiliyetlerini tamamlarlar.

Çok Bantlı (MSI) ve Hiperspektral (HSI) Görüntü Sensörleri – İHA-ISR görevlerinde elektro-optik ve kızılötesi sensörleri tamamlamak maksadıyla MSI ve HSI sensörler de kullanılmaktadır. MSI ve HSI teknolojisindeki gelişmeler; arazi analizi, yüksek çözünürlüklü harita görüntüleri ve İHA’lardan üç boyutlu topografik modellerin üretilmesini mümkün hale getirmiştir.

Hareketli Hedef Göstergesi (MTI-Moving Target Indicator) – MTI, sadece hareket halindeki hedefleri gösteren bir radar görüntüsüdür. MTI ile sabit nesnelerden gelen sinyaller dönüş sinyalinden çıkarıldığından yalnızca süzülen hareketli hedefler görüntülenebilmektedir.

Işık Tespit ve Mesafe Tayini (LIDAR-Light Detection & Ranging) – LIDAR, özellikle patlayıcıların tespiti ve hava tahmininde kullanılmaktadır. Örneğin bir DOPPLER LIDAR; bulut yoğunluğu, rüzgâr hızı ve gerçek zamanlı dikey rüzgâr profilleri gibi veriler sağlar. İlave olarak, çok bantlı bir LIDAR kullanılarak, kimyasal, ve bitolojik ajanlarıyla ilişkili kimyasal atıklar da tespit edilebilir.

Lazer Radar (LADAR) – LADAR, üçboyutlu görüntüleme sağlar ve ağaçlar, yapraklar ve kamuflaj gibi doğal ve suni örtülerin ötesinin görüntülenmesine imkân sağlar. Araçlar, hava savunma sistemleri ve patlayıcılar gibi başka yöntemlerle tespit edilmeleri mümkün olmayan hedefleri güvenilir bir şekilde tanımlayan sanal resimler üretebilir.

Kimyasal, Biyolojik, Radyolojik, Nükleer ve Patlayıcıların (CBRNE) Tespiti – Kompakt ve aktif çok bantlı kimyasal sensörler kullanılarak CBRNE ile kirletilmiş alanlar uzaktan tespit edilebilir.

Sinyal İstihbaratı (SIGINT) Sensörleri – Sinyal istihbarat sensörleri, iletişim ve diğer elektronik sistemlerden gelen sinyalleri algılayarak ve yorumlayarak düşman imkân kabiliyetleri, düşman durumu ve niyeti hakkında komutanlara durumsal farkındalık ve istihbarat bilgileri sağlar. İletişimin doğal olarak gizli olması gerektiğinden SIGINT verileri genellikle İHA sistemini işleten birimden fiziksel olarak ayrı ve güvenli bir tesiste işlenmektedir.

PED (Processing, Explotation and Dissemination) Sistemleri

İnsansız hava araçları günümüzde, çoğunlukla uydular vasıtası ile olmak üzere, sağlam ve güvenilir iletişim ağlarına bağımlıdırlar. Bu iletişim ağları düşman tarafından karıştırılma ve tahrip edilmeye karşı oldukça hassastırlar Modern hava araçlarının işletilmesinde gereken bant genişliğinin çoğu, hava aracının kontrolünden ziyade toplanan bilginin transfer edilmesi maksadıyla kullanılmaktadır. İnsansız hava araçlarının kontrolü maksadıyla ihtiyaç duyulan bant genişliği, bilgi transferi için gereken bant genişliğinin çok azıdır. İnsansız hava araçlarının kontrolü için gereken bant genişliği yaklaşık olarak 0.1 megabit/saniyedir. Bunun aksine radar ve elektro-optik sensörler tarafından toplanan bilgilerin transferi için gereken bant genişliği 1 megabit/saniyeye, tam hareketli bir video transferi için 10 megabit/saniyeye, hiperspektral imajlar kullanan çok gelişmiş bilgi transferi için ise 100 megabit/saniyeye kadar çıkabilmektedir.

İstihbarat süreci ve operasyonları. Kaynak: Defense Systems Information Analysis Center

Sensör teknolojilerindeki son gelişmeler sayesinde, İHA sistemleri artık hareketsiz görüntü ve video kameralar, radarlar, SIGINT, elektro-optik sensörler ve diğer türdeki gözetleme ve keşif donanımları ile çok miktarda veri toplayabilmektedir. Ortaya çıkan devasa miktardaki veri; işleme, kullanılabilir bilgi türetme ve üst düzey liderler ve komutanlara bu bilgileri iletmede yeni sorunlar ortaya çıkarmıştır.

Yakın zamana kadar, PED süreçleri, verilerin İHA platformu üzerinde depolanması ve görev sonunda incelenmek üzere indirilmesini ya da operasyon esnasında verilerin bir iletişim kanalı vasıtasıyla indirilmesi, yerdeki sistemler üzerinde birleştirilmesi ve analiz edilmesini gerektirmektedir. Her iki yöntemde de zorluklar bulunmaktadır.

İstihbarat Döngüsü. Kaynak: Joint Publication 2.0

Harekât alanında devriye görevi icra eden insansız araçların sürü halinde kullanılması ve çok büyük miktarda veri toplanması, bu veriler işleme tabi tutulup kullanılmadıkça bir anlam ifade etmeyecektir, bu nedenle ‘‘Big Data’’nın işlenmesinde otomasyon hayati önemi haizdir. Bunun da ötesinde, elde edilen verilerin gönderilmesi çok büyük bant genişliği gerektirdiğinden, verilerin mümkün olabildiğince fazla oranda, hava aracı üzerinde işlenmesi gerekmektedir.

Örneğin; Saniyede 10 frame gönderen bir video görüntüsünün çok büyük bant genişliği gerektirmesi veri işlemenin hava aracı üzerinde yapılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu çaptaki verinin işlenme sorununa çare, geniş saha sensör kullanımı ve ‘Big Data’dan vazgeçmek değil daha iyi otomasyon çözümleri geliştirmektir.

Günümüzde insansız platform ve araçlar için en büyük personel yükü, sürekli gözlem görevlerinde elde edilen bilginin işleme tabi tutulması ihtiyacından kaynaklanmaktadır. Sensörlerin işletilmesi ve elde edilen bilgilerin analiz edilmesi için gereken insan gücü, Predator ve Reaper modeli insansız hava araçlarını işleten operatör sayısından daha fazladır. Sürdürülebilir bir tempo ile 24/7 bir yörünge üzerinde icra edilen havadan keşif ve gözlem görevi için gerekli olan pilot sayısı on iken, sensörlerin işletilmesi ve elde edilen bilgilerin analizi için ilave 10 sensör operatörü, 10 görev kontrol elemanı ve toplamda yaklaşık olarak elde edilen verilerin analiz ve işlemi için 80 kişi gerekmektedir.

Sınır gözlem görevi için tasarlanmış bir İHA’da sensörlerin sensör ve füzyon entegrasyonu. Kaynak: BORDER UAS

ISR görevlerinde elde edilen verilerin İHA platformu üzerinde depolanması SWaP (Paylaşılan Kablosuz Erişim Protokolü) tahditlerine bağlıdır ve İHA platformu üzerindeki depolama kapasitesine ulaşıldığında görev süresi kısalmaktadır. Bunun yanı sıra, operatörlerin zaman açısından kritik verileri incelemeleri için İHA platformunun üsse dönmesi gerekli olması gecikmelere ve kritik istihbarat bilgilerinin elde edilememesine neden olmaktadır.

ISR görevi esnasında anlık veri transferi her ne kadar yerdeki uzmanların verilere çok daha hızlı erişmesini sağlasa da, bu yöntem çok daha fazla güç ve yeterli bir bant genişliği gerektirmektedir. Bant genişliği sınırlamaları ve iletişimdeki kesintiler büyük veri dosyalarının çok yavaş indirilmesine, iletişim bağlantısının kopmasına ve veri toplama ile analiz arasında potansiyel yanlışlar yaratabilecek gecikme süresinin artmasına neden olabilmektedir. Bir diğer sorun ise devasa miktardaki verilerden elde edilecek faydalı bilgiler ve istihbaratın özümsenmesidir.

Gerçek Zamanlı PED

Geçmişte SIGINT görevleri, hava araçları üzerinde bilgi işlem için gerekli sistemleri yerleştirmek için gereken hacim olmaması ve ağırlık ve güç problemleri nedeniyle yer tabanlı sistemlere bağımlıydı. Ancak minyatür ve yüksek transistör sayılarına sahip merkezi  bilgi işlemciler; tek bir pakette daha fazla sayıda işlem çekirdeği, genişletilmiş bellek ve bir dizi ilaç ve işlevsellik sunarak verilerin hava aracı üzerinde işlenmesini sağlamıştır.

 General Atomics firması imali Lynx çok modlu radar sistemi. Kaynak General Atomics

Hava aracı üzerine takılı, gerçek zamanlı ve çok sensörlü PED sistemine bir örnek; General Atomics tarafından geliştirilen ve bir radar sensöründe gelişmiş ISR imkân ve kabiliyetlerini geliştiren Lynx çok modlu radar sistemidir. Lynx çok modlu radar sistemi ABD Hava Kuvvetleri tarafından Reaper ve Predator platformlarında ve ABD Ordusu tarafından da Gray Eagle İHA platformunda ISR görevlerini icra etmek maksadıyla kullanılmaktadır. Lynx, Sandia National Laboratory tarafından geliştirilen, faz geçmişi verilerinin sürekli olarak toplanması ve işlenmesini sağlayan ve gece-gündüz kötü hava koşullarında dahi yavaş hareket eden hedeflerin gözlemlenmesine olanak sağlayan VideoSAR teknolojisini kullanmaktadır.