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模擬作戰需要了解友軍和敵軍在既定友軍目標和可信敵軍目標方面的進展情況。在美國防部（DoD），這些目標的結構是分層的，從國家戰略層面一直到戰術層面。軍事評估旨在回答兩個主要問題： 1）是否創造了所期望的效果？對模擬作戰評估方法的研究很少。一些主要的評估應用領域是教育和游戲，它們為模擬軍事作戰評估提供了有益的借鑒。本研究從美國防部政策和這些領域的研究中總結出模擬作戰評估方法的幾個理想特征。在根據這些特征建立價值層次結構之后，本論文提供并評估了幾種可用于模擬作戰的候選方法--貝葉斯企業分析模型（BEAM）中現有的 "戰斗力與戰斗脆弱性 "方法、貝葉斯網絡、價值思維和線性規劃。每種替代方案的評估都是通過其在小型作戰模擬中的應用來進行的。然后，從 "價值思維 "和 "線性規劃 "中創造出一種替代方案，其評估結果優于其他四種方案。論文最后對線性規劃進行了總結，并提出了未來研究的想法。

與真實戰爭類似，作戰模擬需要了解友軍和敵軍的進展情況。這種知識將潛在的模擬停止條件擴展到時間之外，并允許分析與時間、資金和資產態勢相關的進展情況。雖然記錄資產的損毀和消耗品的使用情況可能會提供有價值的分析結果，但指揮官通常更關心的是一個更廣泛的問題，即這一場景是贏了還是輸了？要回答這個問題，模擬必須包含一定的勝負定義。要做到這一點，最簡單的辦法就是完成既定目標。戰斗模擬必須能夠評估作戰環境，并報告實現或未實現這些目標的進展情況。從具體的目標（如摧毀敵方所有港口）到較為抽象的目標（如實現海軍優勢），模擬中的單一作戰評估方法應具有足夠的通用性，以便在面對多種不同的勝負定義時，為勝負問題提供答案。本論文提供了這樣一種方法，可用于模擬戰爭的戰役級戰斗評估。

評估的一個直接定義是 "使用數據來證明既定目標和目的是否真正實現的過程"（1，第 554 頁）。在國防領域，美國參謀長聯席會議（JCS）將評估定義為 "在軍事行動中衡量運用聯合部隊能力的整體有效性的持續過程"（2）。一般來說，評估是一個用于持續或不斷反饋的詞，旨在改進一個過程。在更正式的場合，評估分為兩類：總結性評估和形成性評估。總結性評估，或有些人稱之為評價，是對表現進行事后審查。總結性評估的例子包括簡單的評分和與基準的比較，以及從過程產出中獲取比較結果的統計或其他分析方法。終結性評估的 "外部"（3，第 19 頁）特征自然會導致其結果的呈現是遙遠的和/或靜態的。終結性評估的一些例子包括年度人事審查和評估、學生考試和業務指標報告。相反，形成性評估關注的是持續的學習過程，目的是在特定過程中提供反饋（4）。在教育領域，形成性評估包括學生與評估者之間的合作，以 "積極創造[學生的]最佳表現"（5，第 242 頁）。形成性評估在本質上是互動的，它的目的是在一個過程結束之前提高學生的表現，利用數據（或經驗）為被評估方提供定制化的幫助。因此，形成性評估還可能包括進度跟蹤或報告。本論文重點關注戰役級模擬戰爭背景下的形成性評估方法。我們對 "如何在計算模擬中進行戰役級戰斗評估 "這一問題提出了建議。

模擬戰爭中的評估方法，尤其是用于軍事訓練或分析的模擬戰爭，應模仿實際決策者對戰爭努力的評估。在實際作戰環境中，軍事下屬和分析人員會準備一份評估報告，供指揮官了解態勢。指揮官利用評估結果為操縱作戰環境提供進一步指導。當我們在模擬作戰中模擬戰爭努力時，評估部分實際上應是下級/分析員評估與指揮官反饋相結合的模型。在第 3.1 節中，我們將這一概念納入了作戰模擬評估方法的價值層次中。此外，我們還提出了一個必要的特點，即評估方法應簡單易懂，便于向指揮官和其他決策者介紹。將評估結果歸納為不同類別（如勝利或失敗）對簡單交流非常有用，第 3.1 節將對此進行更詳細的討論。

作為聯合部隊行動的權威資料，美國聯合司令部的 "聯合出版物 3-0"(2)提供了模仿決策類型的見解。聯合司令部最關心的是 "行動評估"，即 "衡量完成任務、創造條件或效果以及實現目標的進展情況 "的過程（2，第 II-9 頁）。聯合司令部聲稱，行動評估應 "從任務式指揮分析開始，由指揮員和參謀人員考慮衡量什么和如何衡量"（2，第 II-9 頁）。對于實戰中使用的計算模型而言，這一步將發生在模型運行之前，分析人員將在運行過程中設定初步目標和任何初始參數。此外，本定義中的 "目標 "是指指導行動方案的目標。目標可以是一個短語，如國防部的國家戰略目標，也可以是單項軍事任務的目標。無論如何，模擬戰爭評估方法中的目標決定了代理指揮官的注意力在哪里，以及他們建議的行動方向。

圖 1 提供了不同層次的戰爭與相應目標之間的嵌套關系。在軍事應用中，圖 1 中紫色箭頭所示的評估框架通常被稱為 "從戰略到任務 "框架（6；7；8）。在該框架中，目標之下是可評估的效果。效果 "是 "行動的結果、成果或后果"（2，第 GL-9 頁）。任務 "被視為軍事行動的最小單元，小到摧毀敵方資產，大到運送物資。有些任務本身就是目標，有些任務支持相應的目標，沒有中間影響。然而，如圖 1 所示，上級目標為下級目標提供依據，而下級目標又指導各級軍事行動。同時，評估是用于提供自下而上反饋的機制。在提供反饋時，評估應回答兩個關鍵問題： 1）"我們是否在[作戰環境]中創造了我們所期望的效果或條件？"和 2）"我們是否按標準完成了任務？(2，第 II-11 頁）。

這兩個核心評估問題的重點自然而然地將模擬戰爭的作戰評估引向形成性領域。盡管分析人員傳統上使用總結性評估方法對這些問題進行追溯性回答，但如果將形成性評估與回答這兩個關鍵問題的意圖結合起來，則可實現被動的模擬作戰環境。利用形成性評估方法，模擬環境（或指揮官）可收到與特定目標相關的作戰環境狀態的實時更新。與進行事后分析相比，形成性評估更接近于實時戰爭工作，即評估對友軍造成的戰損，以及任務匯報和關于敵方單元的情報報告。因此，本論文側重于形成性評估方法。

本論文的其余部分致力于將聯合司令部的作戰評估要求綜合為一個連貫的結構，以便在作戰建模模擬環境中有效部署評估方法。Gallagher 等人（9）利用分辨率定義了不同層次的作戰：系統/工程、交戰、任務、戰役、國防企業和整個政府。聯合司令部的條令規定，每個層次的戰斗分辨率都要分層評估。本論文并不試圖將評估范圍縮小到任何特定的交戰決議；相反，我們提出了一般結果，試圖盡可能廣泛地應用于國防部的各種應用。本研究的重點是回答兩個研究問題：

研究問題

1. 程序化/計算機化模擬的作戰評估方法需要具備哪些特征？

2. 如何在程序化戰爭模擬中進行戰斗評估？

下一章將通過其他主要應用領域介紹評估方法。根據第二章的經驗教訓和聯合司令部的評估指南，我們在第三章構建了一個價值層次。在第四章中，我們介紹了幾種可供選擇的評估方法，并在小型作戰模擬中對其機制進行了研究。然后，我們在第五章對這些替代評估方法在模擬戰爭中的應用進行評估。第五章最后提出了模擬作戰評估方法的建議。我們在第六章中提出了一些結束語和進一步研究的建議。

探測無人機系統（UAS）非常復雜。在多個領域（空中、陸地和海洋）整合和共享雷達信息是一個難題。目前有關無人機系統探測的研究主要集中在探測地面兵力和國家關鍵基礎設施上空的無人機系統，但當無人機系統開始挑戰港口或公海上的軍艦時會發生什么？在多機構危機事件中，如何通過無線方式收集和共享信息？探測到的無人機傳感器數據能否通過無線網格網絡（WMN）與其他機構共享？研究表明，在一次小規模的多機構危機響應演習中，可以將 SAAB 的 G1X 雷達系統的模擬數據與戰術突擊套件（TAK）態勢感知應用程序集成在一起。該技術運行完美；但是，注意到，必須進一步檢查和改進反無人機系統戰術技術和程序（TTP）、國際無人機系統法律法規以及提示和自動化，以適應當今的戰斗和機構間響應。此外，發現在演習期間，手機信號無法有效覆蓋舊金山灣。為了縮小這一差距，使用 Persistent Systems 公司的 MPU-5 無線電設備成功擴展了 WMN，從而在非網絡環境中創造了更廣泛的維護網絡功能的能力。

目前和即將出臺的美國軍事概念強調，需要整合和同步所有領域的效果，以實現跨領域的協同作用。本論文研究了三個案例，以確定軍隊在同行競爭者之間的大規模戰斗中同步使用空中力量和陸地力量的有效性和手段。由于美國和英國在第二次世界大戰和 "沙漠風暴 "中的經驗已經在美國學術界得到了很好的研究，研究的重點是第二次世界大戰期間的德國和蘇聯，以及1973年阿以戰爭中的以色列國防軍。對于每個案例研究，作者都介紹了支撐所研究軍隊行為的作戰條令、戰役背景、關于整體有效性的結論，以及對所使用的指揮和控制機制的深入討論。最后一章提出了美國在為多域或全域作戰開發系統和觀念時應考慮的六個明顯的教訓。

結論與建議

在分析了這些歷史上有爭議的環境中用于整合空中力量和陸地力量的結構和方法后，不同的例子之間的相似程度是驚人的。雖然每個系統都有長處和短處--有些比其他系統更重要--但它們都在幾個基本概念下運作。在很大程度上，這些原則在現存的美國聯合部隊系統中也很普遍。美國軍隊應該從這項研究中得出的結論是漸進式的變化，更多的是采用更有利于大規模作戰行動和MDO的思維方式。在歷史先例中，有六條與空中力量和陸地力量整合有關的基本原則是可以確認的：

(1) 信任是任何C2系統的先決條件；

(2) 對共同作戰目標的理解對信任至關重要；

(3) 作戰和戰術C2結構是成功整合的根源；

(4) 在大規模作戰中，空中力量應被視為機動部隊；

(5) 空中力量和陸地力量是相互促進和相互支持的；

（6）有爭議的空中環境需要良好整合的跨領域戰術推進器（護航、SEAD等）來執行反陸地或任何其他任務。

雖然本論文從空地角度提出了這些原則，但它們似乎適用于整合所有領域。為了便于閱讀和確保理解，下面的表十列出了這些原則

克里斯-福塞爾（斯坦利-麥克里斯特爾在領導聯合特種作戰司令部期間的親密助手之一）強調，有四個關鍵因素促使一個大型組織能夠以小團隊的速度和效率運作：信任、共同目標、對形勢的共同理解以及授權執行。福塞爾的因素與上述原則清單之間有許多相似之處，這一事實支持了它們的有效性。有很多 當前美國的理論在很多方面促進了這些原則。但是，由于21世紀的行動，許多軍官的心態并不總是遵循歷史所建議的戒律或聯合學說所規定的意圖。因此，美國陸軍在空地一體化方面最大的發展重點是培訓、領導力和教育。在深入研究這些原則之前，有必要對這些原則所要實現的目標進行簡短的討論。

美國陸軍和美國空軍都認識到當代和未來作戰環境的日益復雜性。美國陸軍解決這一問題的核心理念是MDO（在訓練與理論司令部小冊子525-3-1《2028年多域作戰中的美國陸軍》中討論）。美國空軍的中心思想是作戰敏捷性（在其2015年9月的未來作戰概念中提出）。在這兩種情況下，各種信條和層面都描述了美國空軍在沖突期間實現戰略目標的手段：在所有領域向對手提出多種困境，共同努力匯聚到作戰目標上，從而取得戰略勝利。為了實現這一總體概念，各領域之間的有效整合是至關重要的。

行動整合應該通過根據歷史經驗開發的系統來實現，在這些歷史經驗中，空中和陸地機動在有爭議的環境中被有效整合。有效的整合是一個系統，在這個系統中，每個領域的部隊都有最大的行動自由，可以行使主動權，從而在特定的環境中建立最快速的節奏。在明確的聯合目標指導下，通過相互支持和扶持的領域部隊在每個領域創造的快速節奏，大大增加了美國聯合部隊的成功幾率。關于這一概念的說明，請參見下面的圖26。

為了便于討論，下面的表8列出了每項原則以及作者認為美國司法部應該調查改進的領域。如前所述，這些需要改進的領域大多不涉及條令、組織或材料等。相反，它們主要集中在心態和觀念上，這些問題主要應通過培訓、領導和教育來解決。這些概念建立在一個核心思想上，即在每個領域運作的人都相互信任，為一個共同的目標而努力。

太空部隊是自空軍成立以來美國防部生態系統的最新成員。基于空間的技術，包括政府和商業技術的出現，創造了發展一個專注于空間領域的新軍種的需要。然而，為了充分運作，太空部隊主要由以前的空軍組織組成，并面臨著建立一個新的事業同時提供基于空間的能力的挑戰。作為一個事業，太空部隊由一系列復雜的組織組成，負責為不同的利益相關者提供天基能力。此外，建立太空部隊的政治考慮對于決定其長期成功至關重要。使用系統思維使事業架構師能夠以整體的方式解決這些考慮。

此外，在設計像太空部隊這樣的新事業時，復雜性是另一個重要的考慮因素。事業的組織、互動和拓撲結構都對整體的復雜性有所貢獻。使用組織復雜性方法，可以比較不同事業架構的相對復雜性。盡管復雜性應該被最小化，但在比較事業的替代方案時，會出現重要的權衡。增加組織規模和實體之間的相互作用可以提高事業的能力，但也可以提高其復雜性。

這篇論文應用ARIES方法為太空部隊生成和評估不同的事業架構選擇。通過研究和利益相關者訪談，挑戰和機遇都得到了解決，以發展一個專注于提供價值的未來事業。為了補充評估，事業的復雜性提供了對不同替代方案的影響的更徹底的理解。因此，建議的架構側重于整個事業范圍內的天基能力的整合。一個更加一體化的太空部隊可以提供更好的認同感和長期價值交付所需的專業知識。盡管沒有為太空部隊創造新的價值途徑，但提供額外的整合能力可以使基于太空的能力得到更有效的利用，并降低整體事業的復雜性。雖然只是作為評估的眾多標準之一，但其中使用的復雜性方法為未來的事業復雜性研究提供了一個基礎。

引言

1.1 研究動機

在過去的五年里，作為美國陸軍空間作戰軍官，作者在美國防部空間事業的幾個組織中工作。這些任務包括指揮一個天基紅外導彈預警分隊，在SMDC操作中心擔任小組長，以及作為一個陸軍空間支持小組的成員。在每個任務中，作者不僅與陸軍合作，而且還與空軍和海軍合作。現有的系統對整個美國防部信息的及時傳遞至關重要。根據作者的經驗，有些系統運行良好，有些則不然。這讓作者想知道該事業如何能夠得到改善。作者不是唯一有這種想法的人，幾年前，美國防部開始了自空軍成立以來最大的架構變革，成立了太空部隊。

2019年12月，當《國防授權法》簽署成為法律時，美國太空部隊成立了。太空部隊將是武裝部隊的一個新的第六分支，專注于在最新的作戰領域創建太空專業人士[1]。即使在批準之后，人們對是否有必要建立一支太空部隊也有很多疑慮。猶豫源于這樣的想法，即太空部隊將看起來與其他軍種完全一樣。雖然不是沒有可能，但這是一個創建一個不同于其他軍種的新軍事結構的機會。

美國防部創建的最后一個軍種是空軍。二戰中航空的使用表明了飛機在戰爭中的重要性。然而，在戰爭期間，空軍是陸軍的一部分。空中領域的出現和飛機技術的快速發展導致了1947年空軍的成立。陸軍和空軍之間的分界線很容易確定。地面部隊是陸軍的一部分，而空軍是空軍的一部分。然而，即使在這兩個軍種之間，也有例外情況。僅舉一例，陸軍仍然控制著大多數旋轉翼飛機。盡管如此，這兩個軍種之間的區別還是比較明顯的。然而，天基資產并沒有同樣明確的關系。

衛星通信和定位、導航和定時等能力貫穿于所有作戰領域。此外，像GPS這樣的服務對于設備的運行是必不可少的。因此，像空軍那樣對新服務采用曲高和寡的做法是不合適的。盡管太空部隊已經發展了近四年，但對于最終的美國防部太空事業應該如何定義仍有很多爭論。

本論文使用事業架構和組織復雜性的原則來分析不同的太空部隊事業。本論文的范圍是高層次的，涉及美國防部內部能力的調整，不包括培訓要求或確切的人員配置。值得注意的是，本論文不包括或參考機密信息，盡管這些信息對于做出最明智的建議是必需的。盡管沒有包括這些信息，這篇論文顯示了系統思考的重要性及其在軍事事業中的應用。本文所使用的工具可以用額外的信息進行復制，以幫助軍事領導人做出更明智的決定。

1.2 研究方法和范圍

總的來說，本論文的范圍是應用ARIES（ARchitecting Innovative Enterprise Strategy）和類似的框架方面，為太空部隊開發不同的事業架構備選方案，評估這些備選方案，并提出建議。論文將包括對系統架構的重要性的簡要歷史分析，通過以前的美國防部重組。文獻回顧的重點是事業分類和框架，以及理解和評估組織復雜性。與利益相關者進行的訪談被用來開發不同的事業架構和評估組織的復雜性。每個架構都被全面評估，考慮到組織和有效性的多種屬性。最終，分析提供了不同的架構選擇，并根據包括資金、可行性和事業復雜性在內的標準提出建議。

1.3 研究目標

本論文的主要研究目標是開發一個事業架構，最有效地管理太空部隊所提供的天基能力的實施，同時堅持美國防部和太空部隊的戰略。具體目標包括

• 通過ARIES框架分析當前的太空部隊事業

• 使用組織復雜性方法分析事業的復雜性

• 構建不同的太空部隊事業替代方案

• 對空軍的未來進行SWOT分析和整體展望

• 比較美國防部內不同架構實施的可行性

1.4 論文結構

第1章：簡介

第1章討論了研究目標、范圍和進行研究的動機。

第2章：背景

第2章討論了空軍和太空部隊的簡要歷史。背景描述了過去的軍事服務是如何發展的，以及為什么使用系統架構學適合于發展太空部隊事業。

第3章：文獻回顧

第3章首先定義了太空部隊的系統類型，以及在發展事業時使用的啟發式方法。具有政治性的事業也被描述了，同時還有它們自己的啟發式方法。對ARIES過程的概述描述了所使用的整體事業架構框架，對復雜性的研究描述了事業復雜性方法的基礎。

第4章：事業復雜度方法論

第4章描述了用于計算事業復雜性的方法。以組織復雜性為基礎，事業復雜性方法論關注交互、組織和拓撲的復雜性。

第5章：構建空間事業

第5章討論了航天部隊事業的現狀和替代架構的發展。使用ARIES過程的前五個步驟，分析了當前的太空部隊及其復雜性。利用各種小插曲開發了對未來的整體看法，描述了替代架構及其復雜性，并進行了SWOT分析。

第6章：架構評估

第6章討論了評價標準和它們各自的指標。每一個架構都使用這些標準進行評估，并進行普氏分析，將備選架構與現有的空軍事業進行比較。

第7章：架構選擇

第7章討論了從架構評估中選擇的空軍架構，以及其他考慮因素。對所選架構的未來驗證提供了關于所選架構在未來不確定情況下如何執行的額外見解。

第8章：結論和未來工作

第8章討論了適用于空軍和一般事業的總體論文結果。研究目標與進行研究的局限性一起被回顧。最后，未來的工作討論了空軍的進一步研究以及在所有類型的事業架構中使用復雜性。

為了使多域作戰的概念取得成功，聯合部隊之間需要有一種共同的語言，而且這一概念決不能以犧牲在現有領域的機動性或通過創造一個新的領域來放棄單一領域的主導地位。并非所有的問題都需要一個僵化的理論來克服，多領域作戰需要模糊性，以最大限度地發揮其潛力。如果不這樣做，就有可能使概念僵化，使概念的效用受挫。

在美國陸軍和聯合部隊中，最近出現了實施多域解決方案以克服新出現的戰略和戰術挑戰的勢頭。應對這些挑戰的首要機制是制定理論，讓各部門承認并提供跨領域的效果以支持彼此。迄今為止，這一努力遇到了挑戰，因為聯合部隊有定義方面的挑戰，并且最終必須默許在零和資源環境中以犧牲自己的能力為代價來發展支持其他部門的能力。這項任務在最好的情況下是具有挑戰性的，在最壞的情況下是無法實現的。此外，產生一個解決方案本質上增加了與執行有關的復雜性。然而，重大的理論改革是沒有必要的，多領域合作的有利影響最好通過內在的模糊性來體現。

為多域作戰提供一個激烈的理論解決方案既無法實現，也沒有必要。允許思想上的模糊性提供了機會，使各部門能夠保持主要領域的主導地位，這對于多領域合作和跨領域的成功來說是必要的。它還允許制定與特定情況相關的解決方案，利用創造力，而沒有在零和資源環境中進行資源競爭的風險。各部門之間的同步性可以通過更加集中和一致的語言來克服，并通過使用現有的基礎設施來實施變革而不產生重大動蕩，使美國的軍事優勢保持不變，并能夠確保美國持續的全球力量投射。

美國陸軍認識到對手在戰略上正在整合信息作戰（IO）、網絡空間作戰和新興技術，挑戰美國在所有領域的機動自由，從而帶來了持續的威脅。因此，美國陸軍正在為向多領域作戰的理論轉變做準備，這將增加信息在戰爭中的作用。在此過程中，美國陸軍在設計和實踐中面臨著信息輸入方面的挑戰和差異。目前美國陸軍的信息輸入學說、術語和整體結構是不充分的，沒有促進概念上的共同理解。這導致了戰術單位在信息環境中的系統表現不佳，以及在戰略和計劃中對信息交流的次優整合。同樣地，美國陸軍的信息產業從業者群體也面臨著身份危機，這降低了該行業的凝聚力、影響力和有效運作的整體能力。為了克服這些挑戰，首先需要對美國陸軍IO的設計和實踐進行嚴格審查，以揭示差異的范圍。然后，社會網絡分析和社會認同理論的應用揭示了在IO培訓、教育和組織方面的潛在解決方案，這將使美國陸軍在信息環境中變得更具競爭力。這項投資將提高陸軍在當前和未來沖突中無縫整合和執行信息戰的能力。

在過去的十年中，空軍和空中機動性司令部（AMC）進行了大量的研究、活動計劃、愿景和范圍文件、作戰概念和路線圖，指出需要改進機動性空軍（MAF）的態勢感知（SA）能力和全球安全指揮與控制（C2）通信。最近，聯合作戰部門正在開發聯合全域指揮和控制，而空軍已經發布了描述敏捷戰斗力（ACE）和相關任務類型指令（MTO）的條令。空軍和聯合作戰部門都在努力解決的基本問題是任務保證。這項研究采用了AMC全球安全指揮與控制-空對地通信能力評估中的機載信息交換要求（IER）綜合清單，并試圖在任務保障方面對其進行描述和優先排序。一個IER框架被提出來，以幫助告知通信差距，并描述在MTO執行期間需要什么類型的決定。任務規劃人員可以根據預期的環境，根據潛在的通信退化情況，建立分支和序列來執行指揮官的意圖。這特別有助于根據飛機指揮官可能需要執行的決定類型進行風險指導。SA數據 "類別中的通信要求是最關鍵的，因為MAF飛機必須與其他飛機協同執行ACE行動。因此，任務保證，如任務基本功能的執行，與SA信息交流最密切相關。

在過去的二十年里，美國防部經歷了對無人機系統（UAS）的需求和依賴，以執行廣泛的軍事應用，包括情報、監視和偵察以及打擊和攻擊任務等。隨著無人機系統技術的成熟和能力的擴大，特別是在增加自主性的情況下執行行動的能力方面，采購專業人員和行動決策者必須確定如何最好地將先進的能力納入現有和新興的任務領域。為此，美國防部已經發布了多個無人系統綜合路線圖（USIRs），目的是建立一個 "未來25年的技術愿景"。此外，每個軍種都發布了類似的路線圖，強調自主系統不斷發展的作用（美國陸軍，2010年）、（美國海軍陸戰隊，2015年）、（美國空軍AF/A2CU，2016年）、（USIR，2011年）。然而，這些路線圖并沒有提供實際應用，說明如何能夠或應該將自主性納入旨在完成未來國防部任務領域的無人機系統平臺。因此，本研究以上述出版物的概念為基礎，從自主性的角度來描述無人機系統的能力，因為它們可能在未來的美國空軍軍事任務中實施。

這項研究采用了德爾菲法來預測未來20年的無人機系統任務領域，特別是在增加無人機系統自主執行此類任務的能力方面。德爾菲技術已被應用于許多類似領域，但在預測技術發展如何影響軍事行動方面取得了明顯的成功（Linstone & Turoff, 2002）。德爾菲技術使用的主題專家（SME）來自美國空軍社區的專業人員，他們負責無人機系統技術的日常操作、采購和研究。該研究使用了兩輪問題，以深入了解無人機系統社區認為最重要和可能被納入軍事任務領域的未來能力，以及不同的無人機系統社區如何看待自主性為軍事任務帶來的挑戰和機遇。

這篇論文試圖研究能夠改善復雜軍事戰術環境中決策的人工智能（AI）技術。戰術環境在威脅、事件的節奏、突發或意外事件的因素、戰斗空間意識的限制以及潛在的致命后果方面可能變得非常復雜。這種類型的環境對戰術作戰人員來說是一個極具挑戰性的決策空間。戰術決策任務在識別決策選項、權衡眾多選項的相對價值、計算選項的預測成功率以及在極短的時間內執行這些任務方面迅速超越了人類的認知能力。海軍已經確定需要開發自動戰斗管理輔助工具（ABMA）來支持人類決策者。這個概念是讓ABMA處理大量的數據來發展戰斗空間知識和意識，并確定戰爭資源和行動方案的優先次序。人工智能方法的最新發展表明，它有望成為ABMAs支持戰術決策的重要推動者。本論文研究人工智能的方法，目的是確定在戰術決策領域的具體應用。

論文組織

本論文分為五章。第一章概述了本課題的背景，描述了本論文所探討的問題，本論文的目的，以及研究的方法和范圍。第二章對論文中討論的定義和概念進行了全面的背景回顧，包括自動戰斗管理輔助工具、決策復雜性和人工智能及自主系統的概念。第三章描述了用于協調數據采集和理解檢索數據要求的研究方法。第四章提供了分析的結果，并探討了從分析結果中得出的潛在好處和局限。本論文的最后一章包含最后的結論和對未來工作的建議。

目前，人工智能（AI）為改造許多軍事行動領域提供了巨大的機會，包括作戰、指揮與控制（C2）、后勤、安全和維護，以提高其整體作戰效率。空中和導彈防御（AMD）是一個特別復雜的任務領域，人工智能的應用至關重要。空中導彈防御任務指的是保衛國土、保護區、地面基地、地面部隊或艦艇免受敵對的空中或導彈威脅。AMD的威脅包括敵對的飛機、無人駕駛飛行器（UAV）或機載導彈。AMD行動的復雜性源于威脅的嚴重性、威脅的意外性、對形勢認識的不確定性以及事件的快速發展，因為作戰人員必須迅速評估形勢，制定適當的行動方案，并最好地利用他們的戰爭資產來應對。美國國防部（U.S. DOD）正在研究使用AI系統（或AI-enabled AMD[AI-AMD]系統）作為AMD作戰人員的自動決策輔助工具，以大大減少他們的認知負荷（Jones等人，2020），使AMD決策更快、更好。

人工智能的一個關鍵方面已經聚集了大量的研究興趣，那就是信任。信任是有效團隊的一個基本原則。它同時適用于人類和人機團隊。信任使團隊成員能夠很好地合作，是有效團隊表現的基礎（Lee and See 2004）。與人工智能系統的成功合作將需要人類對人工智能系統有一個校準的信任和依賴程度（泰勒等人，2016）。

隨著更先進和更快的空中和導彈威脅彈藥的發展和投入使用，操作人員更需要在AMD行動中迅速作出監測。不及時的決策和反應將導致災難性的后果。因此，人工智能是一個可能的解決方案，通過自動決策輔助工具加快和加強決策過程。這些AMD自動戰斗管理輔助工具可以幫助戰術操作人員應對更快的決策周期、大量的數據以及需要觀察的幾個系統或屏幕（Galdorisi 2019）。然而，為了有效地利用人工智能能力的潛力，需要操作員的高度信任。操作員對系統的信任程度低，可能會導致人工智能-AMD系統利用不足，受到不適當的監控，或者根本不使用（Floyd, Drinkwater, and Aha 2016）。這些問題中的任何一個都可能導致操作者的工作量不必要的增加，或者任務失敗的可能性。

論文對信任的定義、人機交互（HMI）的概念、信任因素以及包括AMD殺傷鏈模型、威脅場景、架構、模型和功能在內的概念模型進行了廣泛的回顧。有了這樣的認識，論文提出了人工智能-AMD系統的信任框架，對人機交互和人工智能-AMD系統信任因素的描述。論文最后提出了在人類操作者和AI-AMD系統之間實現校準信任的策略。

信任框架始于對系統背景的分析。圖1顯示了AI-AMD指揮與控制（C2）系統（包括AI-AMD操作員和決策輔助工具）及其他與之互動的子系統的背景圖，這些子系統有助于操作員和AI-AMD決策輔助工具之間信任的發展。背景圖使我們能夠研究各系統之間的相互作用，以及它們對AI-AMD操作員和決策輔助工具之間信任動態的影響。

圖1. AI-AMD系統框架圖。

這篇論文將信任定義為操作者的態度，即AI-AMD決策輔助工具將有助于實現操作者的目標，即在一個以不確定性和脆弱性為特征的作戰環境中迅速摧毀來襲威脅的任務。這種信任的定義表明，它是對操作者相信或感知AI-AMD決策輔助工具的一種情感評估。為了積極地影響信任，操作者必須親自看到并感受到AI-AMD決策輔助行動的優勢。AI-AMD行動涉及很多不確定因素，以及天氣、電磁干擾和地形等環境因素以及不斷變化的威脅的性質所帶來的脆弱性。操作員將預期AI-AMD決策輔助系統按照 "合同 "執行，以處理這些不確定性和脆弱性。這些合同將是人工智能-AMD決策輔助工具應該執行的感知功能或任務，以及執行這些功能或任務的理想表現。

圖2說明了操作員和AI-AMD決策輔助工具之間的信任框架。y軸代表人類對AI-AMD決策輔助系統的信任程度，x軸代表AI-AMD決策輔助系統的能力。綠色的45°虛線表示最佳的信任水平或校準的信任線，其中的信任與AI-AMD的能力相對應，導致正確的利用（Lee and See 2004）。過度信任由最佳信任水平線以上的區域表示，此時的信任超過了系統能力，導致誤用。低于理想信任水平線的區域表示不信任，這時的信任沒有達到系統能力，導致濫用。假設存在一些默認的信任水平（如黃框所示），目標是制定一個策略，以提高AI-AMD輔助決策能力的信任。在使用該系統時，可能會發生違反信任的情況，從而降低操作員的信任。因此，信任修復行動必須被納入，以保持信任在最佳水平。

圖2. 人類操作員和AI-AMD決策輔助工具之間的信任。

基于功能分配的操作員和AI-AMD決策輔助工具之間的人機交互研究表明，操作員和AI-AMD決策輔助工具應該被設計成在大多數殺戮鏈功能中作為一個 "團隊"運作。這引導論文研究了單獨和集體考慮人類和決策輔助的信任因素。對操作員和人工智能-AMD決策之間的人機交互的研究還顯示，操作員的角色已經從手動控制器變成了監督控制器。因此，一個值得信賴的決策輔助工具是很重要的，因為操作者會期望系統的表現符合預期，以幫助操作者更好地履行他的角色。另外，為了進一步幫助減輕操作者的認知工作量，信息的外部表示、決策輔助工具的建議必須易于閱讀和理解。

關于信任因素，本論文提出了一個 "由外而內 "的框架，如圖3所示。論文首先考慮了與操作環境相關的因素，這些因素描述了AMD操作系統的背景。第二，它研究了與組織環境相關的因素，操作人員和人工智能-AMD系統得到了培訓和發展。第三，論文研究了操作人員和人工智能-AMD決策輔助工具之間的交互，以提出與操作人員、人工智能-AMD、單獨和集體相關的因素。

圖3. 建議的信任因素

圖4顯示了擬議的戰略銜接圖，以實現操作者和AI-AMD輔助決策之間的校準信任。對信任定義、人機界面和信任因素的審查表明，該戰略應關注三個關鍵領域：（1）人類對自動化技術和AI-AMD決策輔助系統的集體和個人感知；（2）增強操作員和AI-AMD決策輔助系統的團隊活力；（3）AI-AMD決策輔助系統的可信度，重點是系統開發。該戰略利用DOTMLPF-P框架提出了三個關鍵原則和五個支持原則。首先，軍事作戰人員需要被告知自動化技術的真正能力和局限性，特別是AI-AMD輔助決策。第二，操作員的培訓要求必須增加，以應對新的工作范圍和不斷變化的威脅。第三，必須在人工智能-AMD決策輔助系統的開發中加入新的要求，以提高系統的可感知的可信度。這三個關鍵原則得到了DOTMLPF-P框架其他方面的支持，如組織、領導、人員、設施和政策。

圖4. 實現操作員和人工智能-AMD決策輔助工具之間校準信任的戰略銜接圖