當代軍事組織必須以更快的速度和更高的精度采取行動，在反叛亂（COIN）環境中戰勝對手并避免不準確的情況。此外，這是一個有問題的任務，因為COIN的復雜性和絕大多數叛亂分子擁有在熟悉環境中行動的優勢。

在叛亂和COIN戰爭中，選擇暴力的方式來實現叛亂派別的政治抱負。敵方利用各種威脅，如使用常規武器、非正規戰術、恐怖主義和犯罪行為，以同時和適應性地實現其政治目標。

反叛分子要想獲得成功，就必須把重點放在叛亂分子網絡上，但如果可能的話，必須在不對非戰斗人員造成傷害的情況下做到這一點。促進迅速和準確地瞄準叛亂分子網絡并可能減少附帶損害的一個解決方案是研究在COIN中使用人工智能（AI）增強系統來增強高價值目標（HVT）定位的潛力。

為了評估上述理論，本論文將依次研究查找、修復、完成、利用、分析和傳播（F3EAD）目標定位過程的六個不同步驟，以確定哪一部分或哪幾部分可能受益于人工智能作為一種力量倍增器對結果的貢獻。此外，在研究F3EAD過程的過程中，本論文將評估周期中的哪個階段有可能造成最嚴重的附帶損害。

• 自1993年以來，ISI一直從事國防領域的工作，并為陸上、空中和海上應用提供交鑰匙的高質量操作和培訓系統。

• 專門從事以下方面的規范、設計、開發、集成、安裝、測試和后續支持。

• 戰術數據鏈接（北約和美國，即鏈接11 A/B，鏈接16，IJMS，JREAP，ATDL-1，鏈接22）。

  • 國家和定制的戰術數據鏈路解決方案

  • 戰術數據鏈規劃和設計工具

  • 任務和戰術C2/C3系統

  • C2/C3系統的培訓、測試和模擬

  • 監視和偵查應用

• 開發過程和質量保證已通過ISO 9001:2008認證

• 按照符合美國防部MIL-STD-498和IEEE12207標準的程序開發和整合硬件和軟件。

• 系統基于最新的COTS組件，符合苛刻的軍事、工業和環境標準。

分析型兵棋技術挑戰

• 兵棋準備

  • 準備兵棋推演場景和人員配置的準備時間長
  • 往往只有有限的部件重復使用

• 兵棋執行

  • 對進行大多數游戲的人工支持功能進行大量投資
  • 手動移動單位
  • 為玩家生成情報和狀態報告信息
  • 開展裁決活動，并記錄損耗結果

• 兵棋推演后

  • 詳細的兵棋推演分析，沒有重復的機會或操作、情況和環境的修改是一個真正的挑戰。

聯合分析系統（JAS）——全球戰役模型

JAS是一個全球性的完全集成的 "單引擎 "模擬，包含了從計劃到裁決的許多內部子模型。

它以智能體為基礎，以事件為階梯，以數據為驅動，對大多數功能都是隨機的。

它是一個完整的多領域模型，具有平衡的空中、陸地、海上、太空和C4ISR，包括C2、EW、欺騙和網絡。此外，還完全集成了后勤和運輸、人類軟因素、TBM/TBMD和WMD。

從歷史上，美國作戰測試與評估主任（DOT&E）網絡評估計劃（CAP）已經證明了其對美國防部的獨特價值，它收集了國防部網絡紅隊（模仿對手）和國防部網絡防御者之間的網絡沖突的地面真實戰術數據。這些評估通常在作戰司令部或軍種一級演習期間進行，也是國防部高級官員之間戰略互動的特征。然而，由于必須確保指揮官的訓練目標得到實現，并且由于法律或風險因素禁止國防部網絡紅隊在商業、民用和社會媒體網絡和應用程序上進行破壞性活動，因此對行動層面的決策審查得不太徹底。

DOT&E指示IDA開發一個網絡兵棋，使美國防部組織能夠探索有關網絡空間部隊雇傭和網絡安全態勢的作戰級決策。IDA設計的兵棋推演，即“網絡演習、行動和戰斗：一款知識型兵棋（CMOCKW）”，真實地模擬了作戰網絡沖突的性質，有一個動態的對方部隊（OPFOR）有機會 "贏"，一個雙盲的方法，通過向每一方透露有限的信息來復制網絡的不確定性，一個部隊對部隊的方法，使用分配給友好和敵人單位和網絡的能力值來促進半隱藏的、隨機的裁決，以及一個不現實地限制對方部隊的 "手套 "方法。

CMOCKW可以根據需要在SECRET或更高的機密級別上進行計劃和執行，在一小時的游戲回合中模擬一周的 "真實場景時間"，可以根據 "客戶 "所需的決策和網絡空間地形進行定制和擴展，并且在計劃、教學和執行方面相對簡單和 "輕便"。

IDA于2021年4月開始開發CMOCKW，并已進行了四次游戲測試，參與者來自CAP和其他國防部合作伙伴。在DOT&E的熱情支持下，IDA于2022年7月27日在連接美國2022年戰爭游戲會議上介紹了CMOCKW的概況。

描述

未來的美陸軍部隊將需要進行跨域機動（CDM），并且有時需要半獨立地進行部署，同時通信和 GPS 等基礎設施會被中斷或拒絕。機器人和自主系統將在擴大協作決策中機動部隊的作戰范圍、態勢感知和有效性方面發揮關鍵作用。

DEVCOM ARL 專注于發展對作戰人員概念的基本理解和可能的藝術，通過研究，極大地提高基于空中和地面的自主車輛感知、學習、推理、通信、導航和物理能力，以增強和增加在復雜和有爭議的環境中的機動自由。

可擴展、自適應和彈性自主 (SARA) 協作研究聯盟 (CRA) 專注于開發和實驗加速自主移動性和可操作性、可擴展異構和協作行為以及人類智能體團隊的新興研究，以實現自適應和彈性智能系統可以對環境進行推理，在分布式和協作的異構團隊中工作，并做出適時決策，以在復雜和有爭議的環境中實現自主機動。

未來的 MDO 概念：

• 需要機動以滲透并在復雜和有爭議的地區開展行動。
• 嚴重依賴RAS。

正在探索的RAS是為了：

• 在所有陸軍相關環境中運行。
• 提供更好的態勢感知。
• 增加作戰人員的距離。
• 增加對敵方的覆蓋和困境。
• 實現更快的決策。
• 以尚未想象到的方式擴展機動性。

RAS將被要求：

• 評估場景并創建和分享本地和共同世界模型。
• 以戰斗的規模和速度協調各梯隊、團隊、分隊和單個系統（包括人類）的行動、決策和機動。
• 適應環境和敵方行動中的巨大干擾和變化，并具有復原力。

摘要

為了支持加拿大皇家空軍（RCAF）領導的遙控飛機系統（RPAS）項目，加拿大國防研究與發展部（DRDC）-多倫多研究中心（TRC）在2016年開發了一個綜合地面控制站實驗和演練的試驗平臺，以研究中隊級無人機系統（UAS）作戰單元的關鍵作戰概念。測量操作員的決策性能是分析、設計和評估人機交互（HMI）和智能自適應系統（IAS）概念的一個特別重點。在這份參考文件中，我們對直接和間接的性能測量（MoPs）進行了全面的審查，在無人機系統和人機協作的概念開發和實驗（CD&E）方面。

對國防和安全的意義

本參考文件提供了適合于無人機系統模擬器實驗和人類與自主系統互動的MoPs總結和描述。它為其使用提供了科學證據，并為其應用提供了指導，以可靠地評估和評價軍事環境中涉及無人機系統和廣義上的人類自主協作的作戰概念。

1 引言

1.1 概述

本參考文件對無人機系統（UAS）和人機協作的概念開發和實驗（CD&E）中使用的直接和間接性能測量標準（MoPs）進行了審查。直接性能測量標準，或基于結果的測量標準，包括決策準確性、決策效率、決策質量和操作者任務績效的決策一致性。間接的，或與過程相關的測量，指的是培訓效果、態勢感知、操作員的工作量、人機信任、可用性、團隊合作和操作員反饋。在加拿大國防研究與發展部（DRDC）--多倫多研究中心（TRC），這兩種類型的措施都已成功地適應于無人機系統地面控制站（GCS）模擬器的使用。

1.2 背景

為了支持加拿大皇家空軍（RCAF）領導的遙控飛機系統（原聯合無人機監視和目標獲取系統項目），DRDC多倫多研究中心在2015年開發了一個綜合地面控制站實驗和演練的試驗平臺，以研究中隊級無人機系統作戰單元的關鍵作戰概念。這些概念包括GCS功能要求、適航認證、人類系統集成（HSI）、機組配置和操作員培訓要求。

位于DRDC TRC的TIGER是一個GCS模擬器，用于遠程駕駛中高度長壽命（MALE）無人機（UAV）（Hou，2015）。該模擬器包括飛行器操作員（AVO）和有效載荷操作員（PO）工作站，以及另外四個可重新配置的工作站，用于圖像分析員和報告員（IMA-A和IMA-R），以及電子戰分析員和報告員（EW-A和EW-R）。駕駛和傳感器操作可由操作員進行，或根據編程腳本自主進行。該平臺允許在組件的位置（工作空間安排）、訓練或測試重點（團隊、部分團隊或個人）、環境視角（空中飛越、空中監視或地面觀察）以及用于信息處理、利用和傳播（PED）的指揮和控制（C2）單元方面有相當大的靈活性。TIGER可以是一個獨立的GCS和/或支持網絡中心戰的分布式演習。表1描述了每個操作員的角色和職責，相關的工作站布局在圖1中說明。

當前無人機系統任務的復雜性和無人機系統技術能力的不斷提高，對操作人員提出了重大的認知要求。Arrabito等人（2010年）提供了一份關于一系列認知風險的綜合報告，這些風險導致了許多與無人機系統有關的事件和事故，如操作人員的疲勞、工作量和情景意識（SA）的喪失。

表1：TIGER中無人機系統操作員的角色和責任

圖1：TIGER中的UAS地面控制站布局。

本參考文件概述了根據NATO STANREC 4685《無人機系統人類系統集成指南》（Hou & Geesman, 2022）和人因設計標準HF-STD-004（聯邦航空管理局，2009），使用無人機模擬器進行作戰概念開發和測試的實驗要求。這些研究強調了進行實驗、調查和演示（包括動態模擬和軟件原型）的重要性，以確定和解決人類工程問題，并評估操作員的認知負荷。測量操作員的決策表現是分析、設計和評估人機交互（HMI）和智能自適應系統（IAS）概念的一個特別重點（Hou, Banbury, & Burns, 2014）。這是一個不小的挑戰，因為 "正確 "決策的概念，特別是在不確定的條件下，是高度主觀和依賴環境的（Hou等人，2014；Banbury, Pelletier, Baker, Tremblay, & Proulx, R，2014b）。因此，一套定量和定性的MoPs被用來描述個人和集體的決策表現。本研究報告確定并總結了用于評估操作者決策過程的 MoPs，以及衡量其結果的 MoPs，并概述了在 DRDC TRC 的三項 TIGER 研究中所采用的措施。

執行摘要

美國國防科學委員會博弈、演習、建模和模擬（GEMS）工作組的任務是審查國防部使用GEMS工具的現狀，并提出改進GEMS工具的建議，以充分發揮其在國防部企業中從行政到作戰的潛力。GEMS工具和能力為測試新想法和概念、設計新系統并制作原型、模擬軍事行動、進行地緣政治分析以及提供培訓以提高作戰人員的準備和表現提供了具有成本效益的創新方法。工作隊認為，在當今與大國競爭回歸有關的高度競爭和動態戰略環境中，這種能力越來越重要，技術進步使全球環境監測系統的能力比過去更加強大和有用。

雖然美國防部有一些GEMS的卓越和創新，但特別工作組注意到，國防部缺乏必要的整合、資源和人才來獲得GEMS的全部利益。尤其缺乏的是將GEMS的洞察力有效地整合到高級領導對國防需求和采購項目的決策中的機制。

鑒于GEMS工具的廣泛性以及它們的不同適用性，特別工作組選擇將重點放在五個廣泛的應用領域（數字工程、訓練、實驗和演習、行動建模和分析以及戰略博弈），如圖ExS-1所示，以及它們之間的相互依賴關系。

圖ExS-1：GEMS應用領域

任務組在這五個應用領域以及兩個交叉主題領域提出了建議：基于技術的推動因素和GEMS治理。

數字工程：美國防部正在努力推進數字工程（DE）。例如，各軍種內部一直在推動使用數字工程來考慮新的系統概念；但廣泛采用數字工程仍然是一項正在進行的工作。特別工作組注意到，已經采用嚴格的數字工程的組織獲得了可衡量的好處，并強烈建議在整個企業中加速采用數字工程。此外，這種能力為國防部全面利用GEMS工具和有效地大規模生產作戰能力提供了必要的基礎。特別工作組認為，國防部全面采用DE并不要求對采購過程進行實質性的改變；然而，它將需要一些調整，特別是國防部的評估和審查過程，以便在虛擬測試中獲得DE的全部附加值。另外，虛擬測試依賴于嚴格的紀律，在所有工程活動中使用經過驗證的工具和來自權威代表的數據。這意味著國防部的工程師必須熟練掌握DE的方法、紀律、工具和技術。扶持和支持這支隊伍將需要國防部投資于必要的信息基礎設施，特別是在一系列工程任務中實現更大的自動化。

培訓：各軍事部門的培訓能力長期以來一直受益于GEMS工具和創新的使用，這些工具和創新幫助刺激了幾十年前開始的培訓革命，對美國的軍事優勢做出了重大貢獻。特別工作組注意到，在模擬、建模、虛擬現實（VR）和人工智能（AI）的推動下，軍事部門的第二次訓練革命正在進行中，但它注意到聯合部隊的訓練需要大幅改進。雖然作戰司令部（CCMD）努力保持聯合訓練，但現實情況是，大多數CCMD演習是由對特定場景最負責的軍事部門領導的--因此訓練具有特定軍種的味道。為了讓潛在的對手面臨多種困境，并使他們的計劃變得復雜，聯合部隊必須進行訓練，以便在所有領域內進行協作和同時作戰。為此，特別工作組建議集中精力激勵各軍事部門使其訓練更加聯合--更加代表 "我們將如何作戰"，確保各軍事部門之間必要的網絡連接以支持聯合訓練，并建立強大的全領域聯合訓練能力。工作隊還建議不斷努力加強其分布式訓練能力，確定具體的模擬訓練，在主要的訓練中心提供高質量的訓練，但可以從家庭駐地進行操作。與其他GEMS能力一樣，實現這種聯合和全域訓練的能力將需要持續的行政級別領導和多年的充足資源。

實驗和演習：美國防戰略（NDS）委員會報告呼吁 "通過實驗、演習和訓練驗證新的作戰概念以實現戰略優勢"。特別工作組贊同這一呼吁，并得出結論，國防部必須在聯合軍事部門/合作伙伴層面重振基于概念的實驗，以應對同行競爭對手帶來的長期挑戰。特別工作組注意到，聯合概念實驗在國防部已經成為一門失傳的藝術。特別工作組建議重振這種能力，采用一種基于運動的方法，更迅速地提供新的作戰方式和新的能力來應對當前和新出現的作戰挑戰。特別工作組建議采用運動式方法，產生一個反饋循環，反復完善概念和能力，在這個過程中盡早剔除失敗，同時將完善的概念和能力反饋給下一階段的實驗。特別工作組進一步建議，將聯合作戰問題和想法注入正在進行的軍種實驗中；國防部應在軍事部門之外贊助聯合概念實驗；并為軍種和CCMD（特別是美國印太司令部（USINDOPACOM）和美國歐洲司令部（USEUCOM））的實驗運動和演習提供額外支持。

行動建模和分析：國防部目前的行動模型被用來為投資決策提供信息，特別是在各軍事部門之間；然而，這些模型在關鍵領域存在不足。特別是，它們沒有有效地解決國防部所處的多領域安全環境的復雜性，而且它們沒有能力提供快速分析以告知決策者。特別工作組還發現，國防部領導層對行動建模的支持和信心不一。因此，特別工作組的建議側重于發展補充性戰役分析，更加強調及時、簡單、定性/定量的模型，同時也投資于下一代行動建模能力，利用包括人工智能和機器學習領域的技術進步。需要提高這些能力，以灌輸對這些工具的有用性的信心，為投資決策提供信息。工作隊還建議在發展基于情景規劃的聯合作戰概念（CONOPS）方面做出更有力的努力，以推動戰役建模和分析，并為資源分配提供依據。

戰略博弈：美國在冷戰期間很好地利用了戰略博弈技術--在一個長期的分析區間內進行 "移動-反移動 "評估。最近的努力集中在眼前的威脅上（例如，恐怖主義），戰略博弈已經成為分析當今更大和更長期挑戰的一個很少使用的工具。現在，美國面臨著先進的大國對手，其技術能力和經濟實力可以與我們匹敵。為了應對這些挑戰，國防部需要重振其戰略博弈。工具的好壞只取決于使用它們的參與者。有效的戰略博弈將需要高層領導認真參與博弈本身。特別工作組建議利用新的技術和分析發展來重建戰略博弈能力，以更好地了解地緣政治的變化、對手的目標以及對手在大國競爭時代對美國行動和舉措的潛在反應。特別工作組指出，在開發新的博弈工具方面存在利用技術進步的機會--包括社會、金融和通信網絡的算法分析、因子樹、定量建模和分布式博弈技術，以更有效地支持戰略博弈。特別工作組還承認，與大國對手的有效競爭將需要一個整體的政府方法，國防部應率先將戰略博弈擴展到美國政府的相關部門。

基于技術的促進因素：雖然GEMS工具受益于許多領域的技術進步（如不斷提高的計算能力、人工智能/機器學習），但特別工作組重點關注兩個相關技術--游戲引擎和合成環境。商業化的游戲引擎可以加速GEMS工具的開發，強大的合成環境可以提高數字模型的效用。特別工作組注意到，國防部的一些組織已經在使用這些技術，但主要是以臨時的方式使用。因此，建議的重點是：建立一個基礎設施，以實現和激勵重復使用，從而在降低成本的同時加快進展；確保承包商在產品采購（或重大升級）期間建立的符合要求的合成環境可供整個部門重復使用。采用更好的數據分析方法來生成大規模的事后報告，將有助于從游戲、實驗和演習以及原型設計中獲得最大價值。

GEMS管理：特別工作組注意到，雖然工業界的成功案例表明，需要持續的、自上而下的領導和管理來實現變革，并實現GEMS工具的潛在效益，但國防部的管理結構并沒有促進整個企業的做法。鑒于整個國防部顯然需要進行文化和技術變革，必須建立一個更加協調的管理結構。這一領域的建議集中在促進GEMS互操作性和可重復使用性的行動上，以及建立一個由高級領導人領導的治理結構，并為指導國防部的建模和仿真（M&S）企業提供適當的權力和資源。

本報告中的大多數建議是文化和技術轉型的起點，如果美國防部要從GEMS工具中獲得全部利益，就必須進行這種轉型。雖然特別工作組對已經開展的GEMS行動表示贊賞，但結論是，如果美國防部要充分利用GEMS在上述應用領域潛在的改變博弈規則的力量，全企業的努力是必不可少的。

在這個大國競爭的新時代，美國防部（和美國政府）面臨著復雜的選擇，需要有分析性的選擇；對決策速度和敏捷性的需求從未如此迫切。在這方面，特別工作組的結論是，國防部必須大幅提高其全球環境監測系統的能力，以跟上其競爭對手的步伐并有效地應對威脅--今天和未來幾年。要做到這一點，需要整個企業的文化變革和技術變革。在美國今天所處的高度競爭和動態的國家安全環境中，需要一個強大的GEMS工具箱來為國防部的決策提供信息。然而，如果國防部要實現GEMS的潛力，該部的高層領導必須負責提供愿景、支持和持續的資源，以實現所需的變革。本報告為國防部提供了一個路線圖，以充分利用GEMS工具，實現更好的決策、更智能的演習和實驗，并最終實現更強大的軍事力量。

為了支持未來的多域作戰分析，美國DEVCOM分析中心（DAC）正在探索如何在陸軍的作戰模擬中體現天基情報、監視和偵察（ISR）資產的貢獻。DAC正在使用基于能力的戰術分析庫和模擬框架（FRACTALS）作為方法開發的試驗基礎。用于預測衛星軌道路徑簡化一般擾動的4種算法已經被納入FRACTALS。本報告的重點是來自商業衛星群的圖像產品，其分辨率為1米或更低。報告介紹了預測分辨率與傳感器特性、傾斜范圍（包括地球曲率）和觀察角度的關系的方法。還討論了在不同分辨率下可以感知的例子。

在2021年建模與仿真（M&S）論壇期間，空間情報、監視和偵察（ISR）建模被確定為當前/近期的建模差距。美國陸軍作戰能力發展司令部（DEVCOM）分析中心（DAC）提交了一份陸軍M&S企業能力差距白皮書（Harclerode, 2021），描述了幫助填補這一差距的行動方案。陸軍建模和仿真辦公室已經資助DAC開發方法，以代表商業、國家和軍事空間和低地球軌道資產的性能及其對聯合作戰的影響，并在基于能力的戰術分析庫和模擬框架（FRACTALS）內進行測試實施。

FRACTALS是DAC開發的一個仿真框架，它提供了通用的結構 "構件"，用于模擬、仿真和評估ISR系統在戰術級任務和工作中的性能。FRACTALS作為DAC開發的各種ISR性能方法的測試平臺，將文件或數據被納入部隊的模擬中。FRACTALS還作為DAC的一個分析工具，在戰術環境中對ISR系統進行性能分析比較。

這項工作需要在一定程度上體現衛星飛行器（高度、軌跡和運動學）、傳感器有效載荷（光電[EO]、紅外、合成孔徑雷達和信號情報）、網絡、控制系統、地面站（時間線、通信、處理、利用和傳播）、終端用戶以及連接它們的過程和行為。本報告描述了DAC為支持這一工作所做的一些基礎工作，重點是可見光波段相機圖像。

• 美國防部副部長（DSD）Kathleen Hicks于2022年3月14日簽署了國防部JADC2實施計劃。

• 實施計劃有5條工作路線和多個子任務。

• 美國國防信息系統局（DISA）是JADC2工作中多個子任務的牽頭單位或共同牽頭單位。

  • 多個數據相關活動

  • 全球部隊管理能力的現代化

  • 電磁波譜企業架構和電磁戰管理（EMBM）。

  • 零信任

  • 身份認證和訪問管理（ICAM）參考設計

  • 分布式和共享的開發環境

  • 網絡現代化和傳輸能力

  • 多個任務伙伴環境倡議