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本研究圍繞兩種40°后緣對齊基準構型的無人作戰飛行器（UCAV）平面布局展開。第一種構型采用中等前/后緣后掠角（Λ=40°），第二種則為高后掠構型（前緣Λ=60°，后緣Λ=40°）。研究目標包括：預測兩種飛翼布局氣動性能（尤其最大升力特性）；通過在飛翼外側段設置前緣與弦向縫翼控制流動，分析粘性流場演化以優化操縱面效能。

第一部分采用無粘渦格法（VLM）、歐拉方程及粘性CFD雷諾平均納維-斯托克斯方程（RANS）方法進行驗證。計算結果與風洞實驗數據吻合良好：VLM預測升力與俯仰力矩隨迎角呈線性變化，但誘導阻力預測顯著偏低；RANS與歐拉方程結果與實驗高度一致。

第二部分提出一種弦向縫翼創新優化設計方案，應用于高后掠UCAV構型以提升后緣操縱面升力。增強操縱面氣流可顯著改善中高迎角下的飛行器橫向控制能力。研究識別弦向縫腔四維優化參數：位置、寬度、長度及縫腔軌跡與自由流夾角（相對于飛行器后緣測量）。通過CFD優化結果與基準構型及實驗數據對比，證實弦向縫翼構型可提升操縱面質量流量，進而提高升力。前緣縫翼方案雖能改善低迎角流控效果，但對中高迎角高后掠UCAV構型效能有限。

當代無人作戰飛行器（UCAV）技術驗證機的氣動與隱身設計特征

當前無人作戰飛行器（UCAV）技術驗證機普遍采用飛翼式邊緣對齊構型以降低雷達散射截面積（RCS）。對于設計巡航于高亞音速馬赫數的飛行器而言，此類布局的翼面后掠角在氣動性能上并非最優選擇（Schütte, Hummel & Hitzel, 2012；Barnard & Philpott, 2010）。此類構型的大后掠前緣在中高迎角下易誘發分離渦流，雖能增強升力生成，但會導致翼面外側段產生顯著的橫向流動（Gudmundsson, 2014a；Shevell, 1989；Barnard & Philpott, 2010；Bertin, 2002；Kerstin, Andreas & Martin, 2012；Frink, Tormalm & Schmidt, 2012；Kermode, 2012）。翼面外側段的橫向流動分離成為制約前緣渦流高升力效能開發的關鍵因素，同時還會對中高迎角下的飛行器穩定性與控制能力產生負面影響，并在迎角接近失速時引發機鼻上仰力矩（Gudmundsson, 2014a；Barnard & Philpott, 2010；Shevell, 1989；Robert et al., 2007）。為解決這些問題，本研究首次在飛翼構型上應用前緣縫翼與弦向縫腔創新設計，通過最大化操縱面升力實現流動控制。需指出，前緣縫翼雖曾用于低后掠翼提升升力，但據文獻考證尚未被應用于高后掠飛翼構型的操縱面性能優化；弦向縫腔在飛翼構型被動流動控制中的應用亦屬研究空白，構成該研究的創新維度。

未來UCAV需兼具高機動性與低可探測性以確保在敵對防空環境中生存。圖1.1展示了不同隱身設計的現代飛翼UCAV構型，其幾何特征主要基于隱身需求進行優化（Barnard & Philpott, 2010；Bertin, 2002）。由圖可見，飛翼構型前/后緣設計與現役飛行器存在顯著差異，且因缺乏傳統穩定面及相關操縱面，在純粹形態下面臨固有穩定性與控制難題（Schütte et al., 2012；Lee, 2014；Kermode, 2012；Barnard & Philpott, 2010）。受雷達散射截面積（RCS）特征與重量限制，前/后緣需以40°至60°的共面角對齊，形成介于純三角翼、菱形翼與Lambda翼間的氣動布局（Tianyuan & Xiongqing, 2009；Schütte et al., 2012）。

后掠翼無人機的氣動挑戰與流動控制創新方案

后掠翼飛行器具備高速低阻的優良特性，且能通過前緣渦流效應在高攻角下持續產生升力。前緣渦流作為后掠翼氣動布局的核心要素，為高攻角飛行控制提供升力支撐（J.D. Anderson, 2010；Houghton & Carpenter, 2003；Wilson & Lovell, 1947；Hummel & Srinivasan, 1967）。然而，隨著攻角增大，前緣渦流會逐漸分離并向翼面外側段遷移，這種遷移強度隨攻角提升而加劇（Frink et al., 2012；Kerstin et al., 2012；Barnard & Philpott, 2010）。由此導致的后緣操縱面分離流環境嚴重削弱滾轉控制效能，使得前緣渦流生成的高升力無法有效轉化為中高攻角下的飛行器橫向控制力。此外，當攻角接近失速時，飛行器還會經歷劇烈的機鼻上仰力矩（Gudmundsson, 2014a；Kermode, 2012）。

現有研究聚焦前緣襟翼、導流板、鴨翼與翼刀等被動流動控制技術以緩解上述問題（Buchholz & Tso, 2000；D. F. Anderson, 2000；Kermode, 2012；Gudmundsson, 2014b）。但這些技術受制于雷達散射截面積（RCS）約束，無法應用于典型飛翼構型——前緣襟翼、導流板與垂直翼刀會顯著惡化隱身特征（Schütte et al., 2012；Barnard & Philpott, 2010）。為此，本研究首次在飛翼構型上采用前緣縫翼與橫向縫槽替代方案，通過優化中高攻角下操縱面升力實現流動控制。平滑增強的操縱面氣流可維持飛行器在中高攻角下的有效滾轉控制（Shevell, 1989）。需特別指出，所研究縫槽與機翼表面齊平，相較于傳統流動控制技術對RCS特征的影響微乎其微。

基于高低精度CFD技術的無人機氣動性能研究及縫槽優化設計

本研究聚焦兩大核心目標：其一，通過高、低精度計算流體力學（CFD）技術，深化對兩種低可探測性無人作戰飛行器（UCAV）流場特性的認知，并精準預測其高升力性能。飛行器的高升力性能直接影響重量與穩定性，因此精確預測至關重要。其二，探究機翼弦向縫槽能否提升高攻角下控制面偏轉時的升力系數，利用前緣與弦向縫槽抑制翼面外側段橫向流動發展，最終開發一種通過縫槽優化控制面性能的創新設計。

為實現第一目標，研究在低速風洞中測量氣動力/力矩隨攻角變化規律，并將結果與自主開發及商業CFD軟件（基于歐拉方程、雷諾平均納維-斯托克斯方程（RANS））以及低精度渦格法（VLM）進行對比。評估飛行器縱向與橫向穩定性，揭示導致非線性特性的流場成因。通過無粘與粘性流場計算研究，解析高升力特性預測能力，并分析UCAV構型外側段粘性流動演化。采用流線可視化技術呈現后掠翼上表面流場特征，開展網格細化研究以考察分辨率對計算結果的影響，同時對湍流模型、邊界條件及求解器進行參數研究，探究不同計算策略對飛翼構型解算的影響。

為實現第二目標，針對帶縫槽機翼開展流動控制計算研究，將結果與基準構型對比并通過實驗驗證。選擇前緣與弦向縫槽方案因其與翼面齊平，預期對雷達散射截面積（RCS）影響極小。采用數值優化方法開發弦向縫槽創新設計，應用于高后掠UCAV構型以最大化后緣控制面效能。通過測量優化構型后緣法向質量流量并與基準構型對比，證實優化設計的有效性。

論文架構與章節概要

本論文第二章涵蓋無人作戰飛行器（UCAV）飛翼構型的背景與文獻綜述，包括飛翼基礎氣動原理概述、現行流動控制技術及其雷達散射截面積（RCS）特征限制分析。同時探討現代UCAV作戰定位，以及解決飛翼氣動問題的計算空氣動力學方法體系，闡述非線性與線性計算理論框架，并簡介數值優化及其算法。最后對后掠翼相關研究進行批判性綜述與歷史成果總結。

第三章闡述研究采用的方法論，詳細描述用于分析基準UCAV構型的實驗與計算手段，并列出實驗與計算研究的關鍵參數。

第四章深入對比分析中等后掠與高后掠基準UCAV構型，探究線性與非線性方法預測飛翼高升力特性與渦結構的能力，結合表面流線可視化技術解析飛翼外側段粘性流動演化規律。

第五章重點研究中等前緣后掠構型的預測與穩定性，通過計算與實驗對比評估UCAV俯仰與偏航特性，并基于雷諾平均納維-斯托克斯方程（RANS）計算對比控制面偏轉構型與基準構型，量化后緣控制面效能。

第六章聚焦前緣與弦向縫槽的被動流動控制研究，將帶縫槽構型的計算結果與基準構型及實驗數據對比驗證，同時通過計算分析論證弦向縫槽對控制面偏轉升力的提升作用。

第七章提出基于數值優化方法的弦向縫槽創新設計方案，計算優化構型后緣質量流量并與基準構型對比，通過實驗驗證優化結果的可靠性。

第八章總結研究成果并提出未來研究方向。

本論文探討了用于水下無線光學網絡（UWONs）的可重新配置無人潛航器（UUVs）集群在不同規模上的基本問題。在集群規模上，提出了制導、導航和控制（GNC）系統，以實現永久性的 UWON。在無人潛航器的尺度上，我們提出開發一種具有高帶寬無線通信功能的便攜式混合無人潛航器。最后，我們研究了自由空間光學（FSO）系統規模的指向、獲取和跟蹤（PAT）系統，以實現自由空間激光通信。本論文首先報告了使用兩艘 UUV 進行水下激光束中繼的演示，以說明 UWONs 的 UUV 集群概念。具體而言，對兩艘潛艇模型進行了改裝、定位和控制，以便將來自水箱底部激光指示器的激光束反射到所需位置。在論文的第二部分，我們將分散模型預測控制（Decentralized Model Predictive Control）與圖論相結合，展示了一種制導系統，該系統能夠引導無人潛航器，通過重新配置連續的子網，使無人潛航器始終處于與相鄰子網的通信范圍內，從而在無人潛航器網絡中持續存在一條路徑，無限期地轉發光信號。制導系統構成了一個分層控制方案的高層模塊，其底層是一個自適應反饋線性化控制器（AFLC）和一個擴展卡爾曼濾波器（EKF）。在論文的第三部分，我們介紹了一種便攜式混合 UUV，該 UUV 配備了一個 LED 調制解調器，該調制解調器安裝在一個方位傾斜系統上，可在波浪槽中實現 7 米范圍內的 3.5Mbps 全雙工無線通信，盡管 UUV 仍在運動。利用環中軟件（SITL）模擬器對 UUV 的混合功能進行了模擬，結果表明 UUV 自動駕駛儀中采用的 AFLC 和 EKF 性能良好。最后，論文的第四部分研究了兩種不同配置的 PAT 系統。第一種配置可實現完整的 PAT 功能，但需要對光學機械組件進行精確對準和校準；第二種配置僅可實現跟蹤功能，但制造要求較低。

本論文旨在研究飛行員在不同模擬環境中的表現與認知、情緒、疲勞和生理的關系。本論文拓寬了對飛行員在作戰環境中非技術技能發展的理解并擴大了其可能性。論文在低保真和高保真兩種環境下對這些現象進行了研究。在研究 I 中，使用低保真模擬對商業飛行員的動態決策進行了調查。接下來，在研究二、三和四中，使用高仿真環境，重點調查了軍事背景下長時間飛行任務中的認知、情緒及其生理關聯。

研究 I 表明，低保真模擬有助于了解商業飛行員動態決策中的認知過程。使用此類模擬可幫助飛行員識別可用于不明確問題的有用信息，這對成功的決策過程至關重要。飛行員決策能力的培養可以通過使用低保真模擬來補充。這可能有利于整個決策過程，包括診斷、判斷、選擇、反饋提示和執行。

研究二、研究三和研究四表明，在評估個人心理方面的情況時，需要高保真環境，這就要求對自然環境有較高的再現水平。長時間單人駕駛飛機執行任務時，應考慮到飛行員在執行任務約 7 小時后可能會出現持續注意力下降、積極情緒減少和消極情緒增加的情況。然而，在 11 小時的飛行任務中，更復雜的認知任務的表現可能不會下降。心率變異性與情緒評級之間的關聯可能表明生理喚醒水平。這可能有助于評估飛行員在這種情況下的整體心理狀態。對飛行員在這種環境下的心理狀態進行全面評估，可能有助于飛行員做好準備，并有助于制定長時間飛行任務的計劃。

綜上所述，本論文的結論表明，適當使用低保真和高保真模擬可促進飛行員認識到適應環境變化的必要性。這促進了作為安全基本要素的應變能力。

該項目通過模擬各種無人機的能力并評估其貢獻，研究了使用無人機系統完成超視距任務的效用。我創建了任務的 Excel 概率模型，以確定優化的武器裝載量和蜂群配置，其中假定電子對抗（ECM）無人機因其領先編隊位置和較大的雷達信號，與敵方交戰的概率最高。ExtendSim 模擬為研究增加了時間元素。模型和模擬都顯示，空對空和攻擊武器的最大裝載量，即每種作用四種武器，能以最低的無人機傷亡概率獲得最高的成功概率。空對空和打擊武器最大裝載量的成功概率和無人機傷亡概率分別為 98% 和 3%。成本比較分析評估了用無人機取代有人駕駛平臺的經濟可行性。分析結果表明，除了發揮 ECM 作用的無人機平臺外，其他所有無人機平臺的單元成本和每飛行小時成本均低于載人平臺。不過，使用 ECM 無人機消除了飛行機組人員傷亡的可能性。

海軍空戰中心武器處正在開發一種用于超視距瞄準（OTH-T）和打擊（OTH-S）的自動輔助決策系統，稱為戰備接戰管理（BREM）系統。BREM 系統目前正處于研發階段，其設想是通過基于博弈論和人工智能評估不同的 OTH 行動方案，為軍事決策者提供決策輔助。BREM 項目已開發出一個 OTH 目標定位和打擊游戲原型，用于評估基于復雜的 "真實世界 "沖突的各種挑戰、行動和結果。

BREM 游戲的初始范圍包括空射 OTH 智能武器和類似的敵對威脅。本項目的主要興趣領域是擴大 BREM 的范圍，使其包括無人駕駛飛行器（UAV）的使用。無人平臺可增強許多現有能力，如攜帶攻擊性導彈有效載荷和電子戰吊艙，以及提供 OTH 傳感器監視和防御能力，從而有可能重新定義戰斗空間。多架無人機以蜂群方式運行，可以混合使用具有特殊有效載荷的無人機，進一步塑造作戰空間。

研究工作從制定作戰概念（CONOPS）開始。作戰概念包括無人機系統如何為 OTH 任務提供能力的基本互動、策略和配置。結合 BREM，目標是在使用最少資源的情況下實現最高的任務成功率。為此，需要將行動方案、可用資源和威脅數據等輸入到決策矩陣中。此時，決策矩陣就像系統的大腦，自主生成優化的攻擊計劃。該計劃包括任務所需的無人機數量、哪種類型的無人機最有效、每個單元的載荷配置以及執行任務的策略。

建立這一功能是架構分析的起點。美國防部架構框架（DoDAF）2.02 被用作捕捉整體架構的指南。UGN 團隊能夠捕捉并說明 OTH 任務的許多因素：有形資產、外部系統的交互、功能流、內部系統、內部通信和功能分配。從這些 DoDAF 模型中獲得的深入知識促進了建模和仿真參數的開發。

建模和模擬工作的目標是量化 OTH 攻擊任務中各種因素的有效性。建模重點關注兩個關鍵概率：打擊 OTH 目標的概率和蜂群無人機被擊中的概率。這兩個概率都受無人機選擇、無人機性能和敵方熟練程度等因素的影響。模擬使 UGN 小組能夠通過建模來加強收集到的數據。雖然使用了相同的性能參數，但模擬能更好地再現實戰場景（即不瞄準被擊落的目標）。通過建模和模擬，發現攻擊型無人機是成功攻擊 OTH 目標的關鍵無人機平臺。此外，失去攻擊型無人機對 OTH 攻擊任務的成功概率影響最大。

該 UGN 小組相信，建模和仿真工作的結果有助于開展進一步的分析，從而在 OTH 任務中釋放出新的能力。Excel 應用程序和 ExtendSim 模型將是支持 BREM 開發的近期交付成果。這些數據提供了足夠的基線，但 UGN 小組建議使用真實世界中無人機有效性和可靠性的概率來重復蜂群規模分析。

本文研究了混合動力飛艇的潛在用途和最佳組合，以支持與重大戰爭行動有關的大型貨物運輸，包括戰略、戰術和最后一英里距離。主要目標是確定混合動力飛艇是否能發揮輔助作用，而不是將其視為 C-17 環球霸王 III 飛機和大型中速滾裝船（LMSR）等傳統戰略運輸工具或 C-130 大力神等戰術運輸工具的替代品。第二個重點是確定混合動力飛艇的最佳規模和數量，以便在與常規資產相結合時支持大型貨物運輸。最后一個重點是確定混合動力飛艇是有人駕駛、無人駕駛還是自主駕駛。

分析結果表明，利用混合動力飛艇組成的復合機隊可以使用快速分析工具軟件成功建模。建模確定，利用傳統固定翼飛機、混合動力飛艇和水面艦艇的組合來運輸大量貨物是可行的。

這項研究模擬了使用混合機隊將一支斯崔克旅戰斗隊從華盛頓州路易斯堡運送到菲律賓達沃國際機場的情況。SBCT 部署的最佳組合是 81 架 C-17、50 架 C-5、60 艘 120 噸混合動力飛艇和 60 艘 30 噸混合動力飛艇。該機隊可在 5 天內完成 TPFDD 的部署，耗資 1.397 億美元。使用 62 架 C-17、8 架 C-5、40 艘 120 噸混合動力飛艇和 1 艘 LMSR 艦艇的組合，可在 17 天內部署 SBCT，費用為 7030 萬美元。

分析表明，混合動力飛艇應采用遙控駕駛或自主控制，以降低大型機隊的人員需求。

本論文研究如何將無人水面航行器整合到分布式海上作戰的戰斗序列中。目的是設計一種成本效益高、作戰效率高的無人系統，能夠在 2030-2035 年期間為 DMO 概念做出貢獻。本論文確定了在常規航母打擊群、遠征打擊群和/或水面行動群中既具有作戰影響力又具有成本效益的 USV 任務集和組合，以及無人系統是否有可能取代或補充當前有人系統的一些任務集。主要發現是，在以下兩個任務領域，無人潛航器可以極大地補充有人資產：（1）情報、監視和偵察任務集，以及（2）反導彈防御任務集。次要發現是，要達到本論文中描述的效果衡量標準，必須投資 5 億美元建造約 10 個 USV 平臺，并執行上述任務集。作者對美國海軍的建議是采用標準化的 USV 設計，重點關注 AMD 和 ISR 任務包。其次，投資約 5 億美元建造 10 艘這樣的平臺，并將其集成到目前的 CSG、ESG 或 SAG 之一，這將是過渡到在未來艦隊中實施 USV 的墊腳石。

論文總結

本論文通過開發系統架構和相關離散事件模擬，研究如何將無人水面航行器（USV）融入分布式海上作戰（DMO）概念。目的是研究 DMO 概念中無人水面兵力的潛在任務領域，然后構建標準化 USV 的功能和物理架構。作者采用了與瀕海戰斗艦（LCS）類似的概念，為已確定的任務領域提供可安裝在標準化 USV 上的外部任務模塊包。結構定義完成后，使用離散事件仿真軟件開發了一個模型。該模型的場景被定義為在 2030-2035 年期間與近鄰對手的艦隊對艦隊交戰。在整個模擬過程中，使用了有效性衡量標準來分析擬議 USV 提供的作戰影響。在完成模型分析后，作者最后分析了擬議 USV 平臺的成本與其對艦隊對艦隊交戰結果的總體作戰影響。

A. DMO 和 USV 概述

2017 年，海軍作戰發展司令部創造了 "分布式海上作戰 "一詞，該詞源自 ADM Rowden（2017 年）的 "分布式致命性"（DL）。DMO 更多地以全方位的艦隊為中心的戰斗力來看待分布式兵力，而不是 DL 定義中描述的小兵力組合。DMO 概念的最高目標是讓指揮官有更多的選擇或傳感器/平臺/武器組合，并有足夠的時間超越對手。DMO 考慮到了資源、信息和技術與組織各級關鍵決策者的融合。當美國海軍將一個系統視為一個分布式網絡時，這就很好地概括了 DMO 的概念。分布式網絡具有跨所有作戰領域的所有可用平臺的集成能力，將增強美國海軍的進攻和防御能力。本論文的重點是設計和采購這種分布式網絡中的無人水面飛行器，這不僅將為載人資產提供一種具有成本效益的替代方案，而且由于人工干預有限，還將提供一種更低的風險管理場景。

無人系統有可能成為美國海軍未來兵力結構中的關鍵兵力倍增器。海軍作戰部長理查德森（ADM Richardson，2016 年）在其海軍戰略愿景中列出了四條關鍵的 "努力方向"。其中一條是 "加強海上海軍力量"，鼓勵探索 "替代艦隊設計，包括動能和非動能有效載荷以及有人和無人系統"（6）。本論文介紹了無人水面運載工具的基本原理，包括目前可用的等級、類別和任務類型。論文還論述了無人水面飛行器在未來艦隊兵力建設中對 DMO 概念的潛在貢獻，以及對無人水面飛行器未來研發至關重要的關鍵使能技術。

為撰寫本論文，通過建模和仿真分析了三種可供選擇的 USV 及其三種適用的任務包。所選擇的調查平臺是 USV ISR 任務平臺、USV 水面戰任務平臺和 USV 反導彈防御任務平臺，因為它們被認為與 DMO 最為相關。作者指出，按照本論文的規定，這三種備選方案在當前市場上并不容易獲得，但提出功能和物理架構的目的是使未來工作的發展具有可行性，并符合美國海軍有關無人系統的愿景和目標。

表 1 總結了作者利用建模和仿真分析的三種備選 USV，并注釋了其適用的級別類型和有效載荷。

B. 模型定義

為便于分析備選 USV，作者開發了一個模擬模型。為確保在現實場景和作戰環境中分析 DMO 概念，重點放在了南海沿岸沖突上。該模型分為四個主要階段：威脅產生階段、發現階段、目標定位階段和交戰階段。模型中采用了表 1 所示的三種備選 USV。USV AMD 分成兩個獨特的平臺： 這些配置分別用于防御空中平臺和來襲導彈。所有可供選擇的 USV 都為友軍戰斗序列帶來了額外的反制措施，包括箔條、主動和被動誘餌、照明彈以及紅外和可視煙霧。如表 1 所示，攜帶導彈的 USV 還攜帶了特定的有效載荷，為友軍的分布式資源庫提供了額外的軍械。USV ISR 具有其他 USV 備選方案所不具備的能力。該平臺的能力是在對方目標定位和交戰階段增加的，使每一枚潛在的友軍導彈都能在更大范圍內擊中來襲的對方平臺或導彈。

C. 作戰效能分析

數據分析顯示，就多種不同的效能衡量標準（MOEs）而言，一些概念化 USV 不僅在統計上有意義，而且在作戰上也有意義。在分析 USV 如何為 DMO 概念做出貢獻時，有三項效果衡量指標值得關注，它們是 (1) MOE #2：幸存的兵力；(2) MOE #4：10 海里內對方導彈的百分比；(3) MOE #6：防御措施成功率（注意，編號慣例與論文全文一致）。在整個分析過程中，對作戰影響最大的備選 USV 是 USV ISR 平臺、USV AMD AIR 平臺和 USV AMD MISSILE 平臺，而 USV SUW 平臺被證明對作戰沒有影響。分析結果并無定論：在 DMO 概念的范圍內，無人水面航行器在兩個主要任務集中補充有人海軍資產最為有效：(1) 情報、監視和偵察任務集，以及 (2) 反導彈防御任務集（防空和反導彈防御）。這就為 USV 的實施設想了更多的防御態勢方法，即在縱深防御分層戰略中反擊對方平臺或導彈。

D. 成本分析

為了加強作戰效能分析，作者選擇使用參數方法來推導成本模型，預測本論文中描述的備選 USV 的成本。作者確定了 40 個具有歷史采購成本的平臺，并研究了它們的設計規格，以便采用參數方法。生成了等值線圖，以便于對多種投資場景下的運行效果和成本進行權衡分析。分析表明，至少需要投資 5 億美元，才能購置約 10 艘有能力的 USV，從而實現顯著的作戰效能。追加投資 1.000 億美元（總計 1.5 億美元）后，USV 總數有可能增加到 35 艘，與基線投資場景相比，友軍 10 海里范圍內對方導彈的比例提高了 31.2%（MOE #4），成功反制的比例提高了 9.9%（MOE #6）。

E. 結論

與美國海軍 CSG、ESG 和 SAG 的常規兵力結構相比，將 USV 納入 DMO 提供了一種既經濟又有效的作戰命令。事實證明，情報、監視和偵察任務以及反導彈防御任務在本摘要 C 部分所注釋的規定有效性措施方面具有最大的統計意義和作戰影響。以下要點解釋了 USV 在作戰影響方面最值得關注的三項指標：

• MOE2：對方兵力存活率。USV ISR 平臺的存在與否對這一 MOE 有重大影響。如果 USV ISR 平臺存在，預計對方兵力存活率最多可降低約 5.9%。

• MOE 4：10 NM 范圍內對方導彈的百分比。模型中 USV AMD MISSILE 和 USV AMD AIR 平臺的數量對該 MOE 有很大影響。如果 USV AMD 平臺的組成正確，預計到達 10 海里的對方導彈數量最多可減少約 8.5%。

• MOE6：防御措施成功。模型中 USV AMD MISSILE 和 USV AMD AIR 平臺的數量對該 MOE 有重大影響。如果 USV AMD 平臺的構成正確，預計防御措施成功率最多可提高約 4%。

就本摘要 D 部分所述的成本效益而言，值得投資的 USV 只有 USV ISR、USV AMD AIR 和 USV AMD MISSILE 平臺。對于具體的作戰概念和固定的戰斗序列，筆者認為，在戰斗序列中實施 USV 的特定組合是一種具有成本效益的方法，可實現所需的有效性措施。

計算機視覺與現有艦載飛機傳感器的集成為利用通常被忽視或丟棄的數據提供了機會。每天，旨在幫助機組人員導航或瞄準目標的傳感器都會收集數千小時的圖像，這些圖像可用于情報收集。在不影響飛機任務和機組人員程序的情況下，計算機視覺可作為附加功能安裝。

本論文提出了將計算機視覺集成到海軍戰術飛機上的基本概念（CONOPS）。論文探討了樣本飛機的能力，以檢驗基于航空計算機視覺的可行性。監視、持續觀察和目標識別（SPOTR）系統的程序和演示能力被用作 CONOPS 的起點。征求了主題專家對 CONOPS 草案的初步意見和反饋。基本工程流程被用作制定 CONOPS 的框架。

在飛機上增加計算機視覺功能的時間相對較短，而且成本較低，這使得 SPOTR 等系統成為為作戰人員提供新能力的可行選擇。

鑒于對手軍事能力的威脅和擴散的增加，這項研究試圖開發合理準確和可計算的模型，以最佳方式操縱航空器攔截巡航導彈攻擊。該研究利用數學編程對問題進行建模，并以代表（時間）差分方程系統的約束條件為依據。研究首先比較了六個模型，這些模型對速度和加速度約束有不同的表述，同時分析了靜止目標的情況。多航空器、多固定目標交戰問題與箱體約束條件（MAMSTEP-BC）模型產生了卓越的整體性能，并通過替代數學編程模型的增強進行了進一步分析，以便在利用有效的機動序列方面創建可行的飛行輪廓。最后，對MAMSTEP-BC模型進行了修改，以操縱飛機來對付移動目標。

在優化交戰所需時間時，該模型被證明對多架航空器和多個目標有效。MAMSTEP-BC通過考慮航空器和飛行員的局限性，能夠保持高水平的顆粒度，同時設法為靜止和移動的目標快速生成最佳解決方案。

本論文的其余部分組織如下。第二章討論了與國防、飛行器路由問題和涉及差分方程的數學編程公式有關的文獻，以操縱或路由實體。下面的研究分三個不同階段進行。第三章介紹了第一階段所研究的工作，該階段開發并測試了操縱多架航空器來對付靜止目標的替代模型。在第四章中提出，第二階段的研究探討了替代的數學編程模型的增強，以創建研究第一階段的可行的飛行輪廓。在第五章中，介紹了第三階段研究的工作，其中開發和測試了一個最終模型，以操縱多架航空器來對付移動目標。第六章以工作的主要成果對論文進行了總結，并介紹了未來關于時空網絡路由模型主題的可能研究途徑。

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。

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。