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在資源受限的斷開環境中使用安全云服務并對數據進行控制面臨著獨特的挑戰。為應對這些挑戰，本論文介紹了一種戰術邊緣平臺即服務（PaaS）解決方案，該解決方案采用聲明式交付方法，適用于潛艇綜合浮動網絡企業服務（CANES）操作系統。該 PaaS 從美國國防部的 Big Bang 核心元素中改編而來，用于實現以潛艇為重點的成果。本論文以潛艇團隊的 "藍色項目 "計劃為案例，對在不同的潛艇兼容基線上運行容器化應用程序以及應用名為 ZARF 的聲明式軟件交付方法原型進行了可行性研究。我們展示了使用 ZARF 將 "藍色項目 "PaaS 及其軟件打包并自動部署到潛艇 CANES 基礎設施的可行性。這項研究最終在當前和未來的潛艇硬件和軟件基線上成功進行了集成測試。論文記錄了研究的執行情況、經驗教訓以及對海軍在空中封閉環境中開發安全軟件和聲明式部署的前進道路的建議。

作為戰備的一個關鍵原則，重要的是要知道--目前的跟蹤和對未來各種時間框架的預測--衡量和了解單位水平的熟練程度和個人職業的熟練程度。作為一個例子，最近在試圖評估水面艦艇軍官的熟練程度時特別強調了這一點。這項研究致力于開發一種知識管理（KM）方法來進行這種測量和理解，尋求實現當前的跟蹤和未來的預測。知識管理方法將被開發出來，以提高質量設計的特點，如直觀的操作、自然的數據輸入、敏捷性和全球覆蓋率。

海軍水面作戰部隊（SWO）群體提供了一種重要的、復雜的能力，以應對世界各地日益動態和不可預測的威脅。在水面作戰群體中的有效表現需要一套獨特的技能和能力，這些技能和能力的核心是在海上艦艇上的生活和工作。這種技能和能力一般都會以可預測的方式增長（特別是通過培訓和經驗），海軍執行既定的資格認證程序，以幫助確保其人員在負責船上的關鍵工作之前就已經熟練掌握。

然而，與任何人類的努力一樣，不同的人擁有不同的動機水平，每個人學習新技能的速度也各不相同。此外，鑒于世界各地的水面作戰行動的持續高節奏，加上SWO的培訓時間縮短，SWO的海員技能和類似的關鍵技能有很大一部分是在航行中學習的（特別是通過在職培訓[OJT]、指導[UI]、個人資格標準[PQS]）。因此，我們很難事先知道船上每個人的熟練程度，或者推而廣之，船公司和船員在開航前的準備程度。此外，并不是所有的船舶（即使是同級別的）都有相同的配置和操作，所以在一艘船上的OJT和經驗不一定能100%轉移到另一艘船上。正如最近的綜合審查（艦隊司令部，2017年）所指出的，諸如此類的因素可能會導致有問題的航海技術，無效的溝通，甚至是可避免的海上碰撞事故。

作為戰備的一個關鍵原則，重要的是要知道--跟蹤目前的情況和預測未來的各種時間框架--衡量和了解單位水平的熟練程度和個人職業的熟練程度。本研究致力于開發一種知識管理（KM）方法來進行這種測量和理解，力求實現當前的跟蹤和未來的預測。知識管理方法的開發將提高質量設計的特點，如直觀的操作、自然的數據輸入、敏捷性和全球覆蓋。

當按照這些思路來處理一個項目時，重要的是保持對知識的動態和人類本質的關注（Nissen，2014）。知識是不斷運動的（例如，當個人學習和練習個人技能時，當團隊學習和練習共同工作時，當船員遇到并與他人分享經驗時）。這尤其涉及到各種豐富的、基于經驗的、隱性的知識，這些知識是有效的航海、艦橋溝通、戰術行動和船上領導所需要的。因此，除了在每個時間點保持靜態理解外，還必須識別、測量、跟蹤和預測知識的流動（即知識流）。

知識也是無形的，不可見的，而且對量化有抵觸，這使得測量成為一個持續的挑戰。事實上，我們主要是通過人們（以及團體和整個組織）的行動和表現，來深入了解促成這種行動和表現的基本知識。此外，知識并不代表一個單一的概念：不同種類的知識（例如，隱性的、顯性的、個人的、團體的、創造的、應用的）具有質量上不同的屬性和行為，因此對行動和績效的影響也不同（Nissen，2006）。

在這項研究中，我們將知識流理論（KFT；例如，見Nissen，2014）、分析、可視化和測量（例如，見Nissen，2017；Nissen，2019）方面的技術水平--除了最近關于SWO社區的研究（例如，見Nissen & Tick，2018）--用于衡量和跟蹤SWO的能力和準備情況。我們也很謙虛，理解與SWO社區專家合作的重要性，以挖掘詳細和相關的洞察力和經驗。因此，這項工作結合了關于知識動態和測量的一些最佳思維，以及對水面戰能力和準備狀態的一些最佳理解，以創建一個綜合的、實用的、專注于水面戰的努力。

這導致了四個主要的研究問題：

問題1：什么是有助于個人和單位準備狀態的關鍵因素？

問題2：如何測量、跟蹤和預測這些關鍵因素？

問題3: 什么樣的準備狀態知識和信息是需要直觀而可靠的評估的？

問題4：什么樣的架構可以支持測量和理解的知識管理方法，實現當前的跟蹤和未來的預測，并提高質量設計的特點，如直觀的操作、自然的數據輸入、敏捷性和全球覆蓋？

這些研究問題是通過下面概述的四步法進行的。其結果增加了我們對識別、測量、跟蹤和預測水面戰熟練程度和準備情況的理解和能力。然而，顯然在一項研究中能完成的只有這么多，而本研究也不例外。然而，我們需要從某個地方開始，并開始制定哪怕是一個初步的方法和一套概念、構造和結果，作為一個隱喻的基礎，我們和其他研究人員可以在此基礎上進行研究。

聯合全域指揮與控制（JADC2）是將知識和信息迅速轉化為決策和行動的藝術和科學。它試圖通過所有的通信環境，在所有的戰爭領域整合所有的服務。本報告所描述的研究從海軍的角度出發，實現JADC2的概念化。一個比較性的案例研究被用來分析一個以海上為重點的聯合特遣部隊（JTF）的指揮和控制（C2），該部隊涉及跨軍種的綜合火力和灰區行動。主要結果強調了衛星通信對聯合特遣部隊整合的重要性，并闡明了在拒絕、降級、間歇或有限（DDIL）通信環境下出現的關鍵通信鏈接矩陣。這個DDIL通信矩陣可作為JADC2的優先需求集。建議的中心是確定這些要求的優先次序；闡明和傳播在DDIL環境中可以理解和實施的明確的指揮意圖；練習任務指揮、戰斗節奏擴張和邊緣C2；記住人仍然是JADC2中最重要的因素；以及發展JADC2成功所需的新知識、教育、培訓和實踐。

背景

JADC2試圖解決所有領域和部門的C2的許多挑戰，但它需要周到的概念化，特別是從海軍的角度。一個比較性的案例研究被用來分析一個以海上為重點的聯合特遣部隊的C2，該部隊涉及綜合火力和灰區行動。基準案例代表了地理上分布的航母打擊群（CSG）、水面行動群（SAG）、空軍（AF）聯隊和海軍陸戰隊遠征部隊（MEF），通過常規的C2，以充分的通信能力聯合行動。對比案例描述了這個沒有衛星通信的聯合特遣部隊。

對這些案例的比較分析暴露了許多C2方面的挑戰，并有助于概念化JADC2如何必須支持作戰和戰術層面的戰爭，沿著通信能力的連續體。這一分析還提供了對C2要素的洞察力，這些要素遠遠超出了技術的范圍；特別是組成聯合特遣部隊的人員、流程和組織，以及必須流動的知識、信息和數據，使他們相互聯系。

該分析使我們能夠應用代表最新技術水平的理論，并將代表知識管理、組織和C2實踐水平的工具和技術應用于聯合特遣隊的組織和行動。這也使我們能夠從對聯合特遣部隊行動的分析中獲得新的知識，從而有可能轉化為增強和完善海軍C2組織和方法。

關鍵發現與結論

主要結論強調了衛星通信對于實現聯合特遣部隊整合的重要性。這尤其適用于地理上分散的服務，尋求以綜合方式進行互操作。此外，通過對DDIL環境的分析，出現了一個關鍵通信鏈路的矩陣。這個DDIL通信矩陣可以作為JADC2的優先需求集。

海軍、空軍和海軍陸戰隊在CSG和SAG、AF翼和MEF內的戰術行動在DDIL環境中并沒有像他們尋求跨軍種綜合火力和行動的聯合和作戰對應方那樣受到很大影響。細節仍然超出本文件的分類水平。

此外，優先考慮的JADC2需求集涉及的不僅僅是技術。事實上，所有組織級別的指揮官都需要表達和傳播明確的指揮意圖，這些意圖在DDIL環境中可以被理解和執行，而各級下屬必須能夠理解并將這種意圖轉化為所需的行動。這需要實踐： 各級組織的指揮官和各級單位都需要在任務指揮和戰斗節奏擴張下進行長時間的操作練習，就像綜合潛艇作戰那樣。此外，這些指揮官和單位需要通過非常低的帶寬DDIL通信模式來練習綜合行動，這就闡明了邊緣C2的一個令人信服的案例。

最后，人仍然是JADC2中最重要的因素。在DDIL環境中，地理上分散的聯合行動可能與大多數軍事人員遇到的各種教育、培訓和經驗大相徑庭。這為額外的教育、培訓和經驗提供了一個使用案例，以發展和完善有效戰斗所需的必要技能和能力。

此外，這種行動可以促使人們重新思考標準操作程序（SOP）；技術、戰術和程序（TTP）；作戰命令（OPORD）；以及類似的明確知識。關鍵是要預測、發展和完善那種豐富的、基于經驗的隱性知識，這種知識需要滲透到從甲板到指揮部的所有組織層面。這種隱性知識--一旦獲得和完善--可以指導對SOPs、TTPs、OPORD和類似文件的有效反思。

像海軍研究生院（NPS）這樣的海軍教育機構是按照這些思路進行反思的一個重要場所，戰術訓練小組也是如此： 海軍研究生院可以開發和教授適當的知識，而戰術訓練小組可以將其轉化為有效的程序和實踐。這可能代表了我們研究者最重要的發現：新的知識、教育、培訓和實踐是JADC2成功的必要條件。

相應地提出了五項建議： 1）使用溝通矩陣來確定本研究中出現的JADC2要求的優先次序。2) 教導和指導組織領導者闡明和傳播明確的指揮意圖，這些意圖可以在DDIL環境中長期被理解和執行。3）通過任務指揮、戰斗節奏擴張和邊緣C2，學習并實踐海軍和聯合行動。4）記住，人仍然是JADC2中最重要的因素。5）通過沿著這些方向繼續學習，以及通過新的教育和培訓課程的開發，發展JADC2成功所需的新知識、教育、培訓和實踐。

進一步研究建議

有五個建議供進一步研究。

1）通信矩陣指出了有效聯合特遣部隊（JTF）的知識和信息在服務、單位、平臺和地理邊界之間流動所需的關鍵通信環節；它顯示了哪些環節受到被拒絕的、退化的、間歇的或有限的（DDIL）通信影響最嚴重。這為更深入地研究每個環節提供了機會--從相關人員、流程、組織和技術方面。

2）教導和訓練領導者表達和傳播明確的指揮意圖，使其能夠在DDIL環境下長期理解和執行，應該從聯合特遣部隊的戰斗節奏的擴張開始。DDIL可能需要聯合特遣部隊指揮官減少接收知識和信息的頻率，而在指揮和指導下級指揮官和部隊的機會之間，間隔時間也相應延長。訓練和實踐將是必不可少的。這就為開發相應的課程和演習提供了機會。

3）任務指揮可能被理解得相對較好，但仍不清楚在艦隊和各軍種中的實踐頻率和持久性如何。在知識和信息交流不那么頻繁的情況下，聯合特遣部隊和大多數下屬指揮部都會遇到戰斗節奏緊張的問題，而不同層次的指揮部可能會遵循不同的節奏。對于只習慣于24小時節奏的指揮部和部隊來說，這可能需要大量的調整和練習。這就為制定相應的課程和演習提供了機會。

另外，邊緣C2不太可能被很好地理解，然而對于指揮官和部隊來說，通過極低帶寬的DDIL通信模式來整合行動是至關重要的。C2領域已經積累了超過20年的關于邊緣C2的研究，但令人驚訝的是，很少有相應的知識能夠進入海軍的理論和訓練。這為開發相應的課程和演習提供了機會。

4）像JADC2這樣的項目很容易淪為技術工作的組合，這也是慣例。然而，JADC2在實現 "感知-決策-行動 "循環的自動化之前，還有很長的路要走（如果有的話）。這尤其適用于后兩個步驟：決策者和其他人必須對情況有所了解，而戰士和其他人則發起并執行相關行動。循環變得越快--快速循環代表了JADC2的明確期望，DDIL限制變得越差--嚴峻的環境代表了JADC2的明確期望，循環的每一步都變得更有挑戰性。這為進一步研究提供了機會。

5）這些進一步研究的建議都指出了知識差距。有些差距（如2和3）是相對明確的，可以通過開發更多的教育和培訓課程，以及相應的練習和實踐來填補，而其他差距（特別是1和4）則不太明確，需要進一步研究。

這項研究的目的是開發和評估一個通用本體和概念數據模型（CDM），該模型是為支持海軍領域而創建的，適用于海軍陸戰隊系統司令部（MCSC）和使用《2030年部隊設計》（Congressional Research Service Insight, 2022）作為總體指導的陸地領域。通用本體和CDM的開發是探索性研究的一部分，它考慮了系統數據實體、屬性和關系。這項研究工作確定了一個通用本體，并定義了一個CDM，從多個角度代表感興趣的系統，并允許從整體上探索系統。這是實現基于模型的系統工程（MBSE）環境的基礎。一個簡明的本體允許系統實體被還原到其原子水平，然后通過建立CDM（即數據模式）允許定義系統的虛擬表示。本體和CDM確定了必須開發接口以交換數據的領域，并確定組織、建模語言、表現框架和工具之間的數據邊界。研究方法考慮了設計一個通用本體的重要性，該本體全面地代表了整個生命周期的系統，分析了本體內定義的實體之間的關系，考慮了本體作為權威真理來源的基礎，最后，設計了一個建模計劃，描述了從基于文檔的系統工程過渡到真正基于MBSE的土地領域的建議路徑。總而言之，本體論和CDM的開發是為了定義整個系統在其生命周期中的實體和關系。這些產品利用代表美國海軍陸戰隊陸域的《2030部隊設計》的任務線進行了驗證。利用這個本體和CDM以及衍生的建模計劃，MCSC可以開始從基于文件的系統工程過渡到真正的基于MBSE的陸地領域。

自主和半自主系統在一個系統的框架內運行，利用其自身的感知、認知、分析和執行行動的能力來實現其目標。無人系統對美國國防部（DoD）的采購程序提出了重大挑戰，該程序是為開發和部署人在環型能力而建立的。本論文的目的是對通過軍事采購程序開發半自主和自主系統的挑戰進行分析，以確定增加項目成功的可能性所需的最佳做法和趨勢。

分析的第二個目標是比較和對比具有自主能力的系統的測試和評估方法。測試和評估過程的目的是使決策者能夠管理技術風險，并在做出實戰決定之前評估能力的強大和成熟程度。自主系統需要嚴格的測試/制造策略，對大多數項目來說，這將導致成本超支和進度違反。此外，試圖跟上快速變化的技術步伐超過了美國防部使用尖端技術的成熟系統的能力。

圖12。DoDI 5000.02自適應采購框架。

本頂點工程探討了系統理論事故模型和過程（STAMP）框架和系統理論過程分析（STPA）方法的適用性，以指導考慮 "海獵號（Sea Hunter）"無人艇未來改型所帶來的系統安全問題。作者從功能層次的高層次角度分析了海獵號的航行任務行為，討論了如何利用基本的STAMP/STPA來確定海獵號這樣的復雜系統的安全隱患和安全隱患休閑因素的具體步驟。利用STAMP/STPA方法，作者提供了一個功能層次的例子，說明在海獵號上的轉向系統的不同層次上涉及的潛在系統安全隱患。這個頂點討論了STAMP/STPA如何用于識別系統級的危險，識別不安全的控制行為，以及識別例子中的損失情況。美國海軍需要確保其評估能力可用于充分識別和評估自主武器系統（AWS）的安全隱患、安全隱患因果因素、安全控制和安全風險。AWS被定義為可以獨立選擇和攻擊目標的武器。STAMP/STPA是一種很有前途的安全分析方法；建議進一步檢查其在AWS背景下的適用性和效用。如果有益的話，這個工具集可以幫助美國海軍加速發展完全自主的技術。

這項研究是由本世紀以來自主系統的增加以及測試和評估其性能的挑戰性所驅動。對當前文獻的回顧顯示，提出了驗證自主系統的方法，但很少有實施。它暴露了當前驗證和確認方法中的一些差距，并提出了填補這些差距的目標。通過使用建模、軟件循環（SITL）和飛行測試，這項研究驗證了無人駕駛航空系統（UAS）的自主蜂群算法，并驗證了測試框架的一個典范。

在兩天的飛行測試中產生的13組三飛行器群數據提供了一個基線算法分析。在這些測試中，飛行器分離距離平均偏離理想狀態5.61米，分離距離違規率<6.39%。蜂群在最佳情況下實現了0.27米的平均偏差和0.43%的違規率。在5赫茲的更新率下，飛行器之間的平均數據包損失為4.94%，最佳通信滯后< 0.04秒。

通過定性和定量分析的搭配所創建的多方位經驗分析提供了對飛行器行為的完整理解。該分析還確定了算法和測試框架的各種改進領域。這項研究的結果形成了一個基線測試連續體，可用于對自主系統的正式驗證的各種后續調查。

菲律賓需要一種全面的海洋態勢感知（MDA）能力來應對日益增加的國家和非國家海洋威脅。菲律賓軍事現代化計劃的目標之一是通過菲律賓海軍海上態勢感知系統（PNMSAS）提高海上態勢感知。本研究的主要目的是了解PNMSAS的現狀、差距，以及海上特種作戰部隊在提高菲律賓海上態勢感知方面的潛在作用。這項定性研究利用了從政府文件和關鍵信息者訪談中收集到的數據，以及從公開文獻中獲得的信息。迄今為止，菲律賓海軍已經采取了若干舉措。這些舉措包括建立新的海岸觀察站和升級現有的觀察站，以及采購新的海軍平臺，以加強對海洋形勢的認識的信息收集。然而，菲律賓受到資源匱乏和已獲得的陸基和移動傳感器的長期交付的阻礙，因此需要尋找一個成本效益高的信息收集系統，而不僅僅是依賴昂貴的技術。本論文研究了海上特種作戰部隊作為低成本/低技術解決方案的潛在作用，它將增強現有的舉措并提高菲律賓海軍的海洋領域感知能力。

目標姿態估計和目標點選擇在直接能量武器系統中至關重要，因為它使系統能夠指向目標的特定和戰略區域。然而，這是一項具有挑戰性的任務，因為需要一個專門的姿態傳感器。在新出現的深度學習能力的激勵下，本工作提出了一個深度學習模型，以歐拉角的方式估計目標航天器的姿態。深度學習模型的數據是通過實驗從三維無人機模型中產生的，其中包括大氣背景和湍流等效應。目標姿態來自于二維關鍵點的訓練、驗證和預測。有了關鍵點檢測模型，就有可能檢測到圖像中的興趣點，這使我們能夠估計有關目標的姿勢、角度和尺寸。利用弱透視直接線性變換算法，可以從三維到二維的對應關系中確定三維物體相對于攝像機的姿勢。此外，從這種對應關系中，可以確定目標上的瞄準點，模仿激光跟蹤。這項工作評估了這些方法及其在模擬真實世界環境中實驗產生的數據的準確性。

太空一直是一個需要高度自主的領域。所需的自主性帶來的挑戰使其難以在短時間內完成復雜的任務和操作。隨著越來越多地使用多Agent系統來增強空中領域的傳統能力和展示新能力，在軌道上和近距離多Agent操作的發展需求從未如此強烈。本文提出了一個分布式的、合作的多Agent優化控制框架，為在近距離操作環境中執行多Agent任務相關的分配和控制問題提供解決方案。然而，所開發的框架可以應用于各種領域，如空中、太空和海上。所提出的解決方案利用第二價格拍賣分配算法來優化每個衛星的任務，同時實施模型預測控制來優化控制Agent，同時遵守安全和任務約束。該解決方案與直接正交配位法進行了比較，并包括了對調整參數的研究。結果表明，所提出的技術允許用戶用模型預測控制來優化超越相位的控制，并以三個調諧參數實現編隊交會。與傳統的多相MPC相比，這更好地接近了配位技術中的相變。