隨著洛克希德-馬丁公司的F-35 "閃電 "II戰斗機在西方部隊的引進，世界各國空軍正在發展第五代戰斗機能力。F-35 引入了先進技術，包括傳感器融合、隱形和先進的網絡能力。為了以最佳方式利用新能力，空軍需要調整其組織的許多要素，包括技術、文化和空戰方法。一些空軍將這種轉變稱為向 "第五代空軍 "的轉變。

在戰爭史上，雖然使用電磁頻譜（EMS）--"整個電磁輻射范圍"--相對較新，但其使用已迅速改變了戰爭方式。軍事上使用電磁頻譜的一個后果是電子戰（EW）的興起，其重點是啟用和反擊電磁頻譜的使用。幾千年來，由于通信的局限性，有效控制長距離和大部隊的陸軍受到限制，因為成功地進行通信是贏得戰爭的關鍵。隨著陸軍規模越來越大，控制難度越來越高，人們越來越需要更好的通信手段。雖然鴿子、聲音、燈光和煙霧信號都被用來在較遠的距離上快速傳遞信息，但這些方法都受到限制，指揮官不可能在地平線外向成群的士兵即時傳達命令。隨著電報的發明和應用，以及隨后無線技術的出現，軍事通信開始在遠距離上迅速傳播。這些事件使通信變得越來越高效。我們現在所說的電子戰，其最初的實施形式是針對遠程通信的反制措施，這一點也不足為奇。隨著超視距通信的發展，陸軍不僅可以擴大規模，而且變得更加機動，能夠更快地從更遠的地方對敵人做出反應。這導致戰術越來越復雜。自遠距離通信開始以來，軍方一直在尋找攔截和影響通信的方法，以發揮自己的優勢。

軍事力量一直在尋求超越對手的方法，有時，技術在提供優勢方面發揮了重要作用。著名理論家克勞塞維茨認為，戰爭有兩個不同的要素：性質和特點。戰爭的性質是不變的，包括使用暴力，戰爭是政策的延續；這兩個要素在沖突中肯定會表現出來。但戰爭的性質是不斷變化的，它總是在適應和被適應技術、社會、文化以及涉及戰爭領域的許多其他領域所發生的變化。在戰爭中利用 EMS，特別是其遠距離即時投射信息的能力，無疑改變了戰爭的性質。

科學和商業化的出現使 EW 特別容易受到技術快速變化和改進的影響。這些變化在大規模沖突和全球戰爭中尤為明顯。盡管電子戰在戰爭中相對新穎，但它在反開發方面已有很長的歷史。最近的歷史表明，在 EMS 戰役中獲勝會帶來巨大優勢。然而，在倡導電子戰影響戰爭的新方法時，應該有一些細微差別，因為它的優勢可能很大，但不是絕對的。一些沖突表明，僅靠技術無法贏得戰爭。與技術進步相比，人民的戰斗意志等其他因素對戰爭結果的影響更大。由于使用 EMS 已變得至關重要，它可以進一步影響戰爭和沖突的進程。

與戰爭本身一樣，電子戰也不是一成不變的藝術。隨著技術創新和新技術的應用，電子戰不斷發展，其應用范圍和指導理論也在不斷擴大。現在，電子戰包含了 "在整個作戰環境中保護友軍行動和阻止敵方在 EMS 內行動所必需的 "各種措施。在大多數國家，電子戰理論目前使用三個獨立的類別來表示電子戰系統的不同應用方式：電子攻擊（EA）、電子防護（EP）和電子戰支援（ES）。雖然各國對它們的解釋不同，但處理方法相似。

盡管有相似之處，但空中力量并沒有全球公認的定義。一個國家如何定義取決于其空軍的能力。近來界定空中力量的一個趨勢是，軍方現在將范圍擴大到太空甚至網絡空間。美國目前將空中力量定義為 "通過控制和利用空中、太空和網絡空間來投射軍事力量或影響力，以實現戰略、作戰或戰術目標的能力"。相比之下，澳大利亞的定義僅限于 "一個國家通過在空域、通過空域和從空域投射軍事力量來宣示其意志的能力"。最后，經翻譯后，荷蘭對空中力量的定義是 "通過和在地球表面以上的三維空間內實現或幫助實現政治和軍事目標的能力"。由于像美國這樣的軍隊為太空和網絡空間投入了大量資源，因此將太空和網絡空間納入其空中力量定義是現實的。然而，對于許多規模較小的空軍來說，太空和網絡空間是目前往往資源不足的資產。許多國家的空中力量定義中還沒有太空和網絡空間這兩個術語，盡管這種情況在不久的將來可能會改變。然而，這并不意味著這些空軍無視太空和網絡空間。本文后面將詳細介紹空中力量、太空和網絡空間之間以及與電子戰之間的關系。

空中力量和電子戰一直以來都是互惠互利的，以至于空中力量和電子戰的變化往往是相對應的：當空中力量出現井噴式增長時，電子戰幾乎總是緊隨其后。因此，領導層對空中力量的抵制本身就轉化為對機載電子戰的抵制。空軍使用機載電子戰主要是為了使空中力量更好地發揮效果，并為聯合作戰資產提供支持。

要理解機載電子戰及其任務，就不能不考慮當前和歷史上空中力量發展的動向。隨著當前技術的進步導致傳感器小型化、通信范圍擴大、電子戰系統普及，空中力量與電子戰的互惠互利更加明顯。此外，與第五代飛機配套的許多技術在某種程度上都與 EMS 有關，因此與電子戰的關系也比過去更加密切。本文重點討論第五代空中力量與電子戰之間日益增強的互動。

本書的意義

本文是澳大利亞皇家空軍（RAAF）和荷蘭皇家空軍（RNLAF）合作的成果，它們都是現代化的空軍。同時，他們也在為自己的庫存增添第五代戰斗機--F-35 "閃電 II"。兩支空軍都在研究如何調整部隊設計，以最大限度地利用第五代能力；第五代系統在很大程度上依賴于 EMS。將第五代系統引入空軍會在許多層面上影響電子戰。本文通過考慮過去和現在空中力量與電子戰的發展，并研究未來第 5 代系統的重點發展，探討這種適應對電子戰的影響。重要的是，第五代能力不僅與技術有關，還需要努力調整程序、戰術、基礎設施、人員、文化和許多其他要素，以最佳方式將組織轉變為第五代空軍。

所有中小型空軍在向第五代空軍轉型并相應調整部隊設計時，都可能會經歷與皇家空軍和皇家海軍陸戰隊類似的過程。盡管本文是 RAAF 和 RNLAF 合作的成果，但對其他計劃向第五代空軍過渡的中小型空軍也有借鑒意義。

概要

本文探討了空中力量和電子戰的幾個方面，隨著向第五代空中力量的過渡，這些方面正在或應該發生變化。要了解電子戰發生的變化，就必須了解空中力量及其與 EMS 和 EW 的關系。第 2 章概述了空中力量和電子戰的起源、依賴、變化和動機。

這段歷史有助于了解當前和未來的發展對機載電子戰的影響。第 3 章介紹了當今空中力量的作用和特點。第 4 章探討了當今電子戰及其在空中力量中的作用，最后介紹了目前影響兩者的變化。第 5 章探討了什么是第五代空軍，以及這對空中力量和電子戰的影響。第 6 章探討電子戰如何與第五代空中力量相互作用。第 7 章探討了與電子戰發展密切相關的其他一些主題，如太空和網絡空間。本文最后就第五代空中力量中的電子戰提出了建議。

美國空軍作為一個單元，在越戰之后改變了其訓練理念，以滿足當時作戰的需要。越戰后，美國空軍改變了訓練理念，以滿足當時的作戰需要。美國空軍必須將當前的實時 戰區決策的教育和培訓更新為 "識別引導決策"（RPDM (RPDM) 模式，并有意識地在需要快速決策的情況下對其人員進行培訓。決策。本文將探討未來作戰的要求，以及如何針對未來模糊戰爭進行訓練。未來模糊戰爭的訓練。

未來戰爭的特點要求作戰人員能夠迅速做出復雜、高風險的決策，以取得必要的戰術、作戰和戰略效果。未來戰爭的模糊性和速度只會增加，雖然技術會提供幫助，但人類的思維過程必須跟上沖突的步伐，無論沖突發生在軍事行動范圍內的哪個地方。作戰人員很可能沒有時間或思維能力在行動中執行檢查表或其他冗長的思維過程。自然決策和 RPDM 依賴于自然思維過程，利用成熟的直覺和經驗來協助快速決策。

作戰人員必須有意識地利用訓練場景和人員進行 RPDM 訓練，以建立直覺。這些場景應該是動態的，每次執行訓練任務時都會出現一系列不同的變數，以便積累經驗，供人員在其他訓練活動和作戰任務中借鑒。匯報也是培訓的一個重要部分，它能讓人員了解他們在任務中做出決定的原因，以及依賴直覺和經驗的風險，從而能夠識別他們的直覺何時會誤入歧途。慎重決策培訓是必要的，使用 RPDM 將為作戰人員提供執行未來沖突任務的能力。

冷戰期間，美國國防部（Department of Defense，DoD）領導了全球研發工作，并在這一過程中創造了包括互聯網、精確武器和全球定位系統在內的現今常見技術。然而，從那時起，美國防部一直在努力吸收新的先進技術，因為兵力開發轉型或實施新的抵消戰略的舉措未能實質性地改變美軍的設計或能力開發流程。在很大程度上，美國防部在采用方面的困難是由于技術創新的中心從政府轉移到了私營部門，使軍隊日益成為技術的客戶而不是創造者。人工智能（AI）和無人系統就是這種情況，它們已經顛覆了現代戰爭的長期方法。因此，整合這些新技術（其中許多是商業衍生技術）的挑戰為國防部如何改革其流程和組織以促進創新提供了一個很好的案例研究。為此，本研究評估了美國軍方如何才能更及時地開發、部署和集成相關的無人系統，并以美國海軍為例說明了所建議的方法。

美國海軍和國防部將需要人工智能無人飛行器所能提供的作戰優勢。面對像大國，美軍不可能繼續依靠其歷史優勢來威懾和擊敗侵略。相反，美國國防部將需要通過部署一支可預測性更低、適應性更強、復原力更強的部隊，來應對大國的系統摧毀戰戰略。無人系統可以通過釋放美國軍人的作戰創新能力來實現這一目標，美國軍人可以像今天在烏克蘭的軍人一樣，利用無人系統來增加他們可以使用的戰術和效果鏈的種類，這可以破壞大國的計劃和概念，并使美軍有能力維持持久的沖突。

無人系統提供復原力和適應性的能力取決于規模。小規模的群體無法同時應對多個任務線或影響鏈，也就缺乏支持長期作戰的能力。無人系統可以通過放棄強大的自衛功能和專注于少數功能來降低成本和復雜性，從而實現規模化。這些限制要求無人系統與其他無人系統和有人平臺組合成系統簇（SoS），這可能會加劇美軍長期以來在各軍種之間和各軍種內部整合部隊的困難。因此，要實現無人系統的優勢，國防部將建立整合新任務線程和 SoS 的常規流程。否則，美軍各軍種將只能在現有的使用案例中部署單獨的無人系統來取代有人平臺。

美國各軍種已在嘗試通過實驗、快速采購、數字互操作性和聯合全域指揮與控制（JADC2）等舉措來提高其集成 SoS 的能力。然而，正如本報告為美國海軍所描述的那樣，這些工作往往側重于長期服務目標，而非近期作戰問題，并使用自上而下的系統工程流程來指導未來能力的需求。這種傳統方法假定美軍有足夠的時間開發新系統，并且與對手相比保持著巨大的技術優勢，但在美中競爭的背景下，這兩種情況都不可能持久。

為了更快地將非裝備系統納入部隊并獲得由此產生的作戰優勢，美國防部需要改變傳統的采購方法，調整美軍戰術或任務主線，使其能夠整合當今可用的非裝備系統。這種自下而上的 "任務集成 "方法與美國防部占主導地位的系統工程方法形成鮮明對比，反映了商業制造或分銷領域出現的最佳實踐，在這些領域，吸收機器人技術最快、最有效的方法是調整組織的工作流程，而不是開發在現有工作流程中取代人類的機器人。

針對美國防部目前的流程并實施任務集成，本研究建議進行以下改革：

1.正式確定任務集成流程，該流程將履行SoS 開發功能，以解決作戰指揮官的近期作戰問題。

各軍種和國防部長辦公室（OSD）應履行六項職能，以便更快地部署新的 SoS，這些 SoS 幾乎普遍包含無人系統：

• 問題定義--與作戰指揮官一起確定并闡明其關鍵作戰問題
• 解決方案開發和實驗--評估使用新概念和實地或現有技術解決作戰問題的方法
• 材料采購--獲得試驗和初步部署原型 SoS 所需的系統和工具
• 數字集成--將 SoS 元素組合到軍事背景下有用的任務線程中
• 資源配置和需求--為任務集成活動提供資金，驗證成功原型實驗的結果，以便進行采購
• 運行改進--在實地評估原型 SoS，以驗證需求并逐步完善系統

雖然任務集成將是新的無人系統投入實戰的主要途徑，但各軍種應繼續其系統工程和需求生成過程，以滿足對有人平臺和其他資本投資的預計長期需求。

2.設立一個創新辦公室，作為 SoS 開發的資源贊助者和任務整合過程的管理者。

創新辦公室需要多個撥款類別的資金，并有能力與適當的軍種或聯合參謀部辦公室共同驗證需求。短期內，國防部可通過重組現有的軍種或國防部組織及其相關資金來創建創新辦公室。從長遠來看，美國國防部應在廣泛的計劃要素（PE）項目中為創新辦公室分配資金，就像在國防范圍內的研發中使用的資金或組合預算編制模式所建議的資金一樣，以便使有前途的 SoS 能夠迅速過渡到采購和實戰階段。

3.在服務項目執行辦公室（PEOs）和 OSD 設立 DevOps 項目經理（PM）職位。

DevOps 項目經理將通過承包各種服務和采購，或將資金轉移到其他政府部門以支持分析和實驗，幫助同步和加速任務集成過程。各軍種應在每個負責非機組人員系統的 PEO 內設立 DevOps PM，以支持任務集成工作，而 OSD 則應在負責研究與工程的副部長辦公室（OUSD R&E）或負責采購與維護的副部長辦公室（OUSD A&S）內為聯合任務線程設立 PM 角色。

DevOps 項目管理角色的設立將標志著文化的重大轉變，因為它將采購專業人員帶入了實驗和需求流程。然而，當現有技術能夠滿足當前和近期的軍事需求時，當更快地引入新能力對獲得作戰優勢至關重要時，將實驗和采購聯系起來是合適的。

4.在服務 PEO 和 OSD 中創建生態系統 PM 角色。在新型武器、任務系統和車輛中，軟件日益成為軍事能力和優勢的源泉。

軟件也是當今軍隊整合的機制，就像過去幾代人通過條令和程序進行整合一樣。國防部應在每個采購 PEO 中設立項目管理人員，負責管理 SoS 軟件環境的開發和維護。

生態系統項目管理人員將擁有連接車輛、任務系統、指揮與控制（C2）軟件的政府接口，并監督新系統與生態系統的集成。生態系統項目管理公司的建立將使政府能夠管理和監督供應商的軟件開發工作，包括維護指揮、控制和通信（C3）環境的軟件工廠，以及新系統供應商展示其與生態系統進行數字集成的能力的執行平臺，而不是將更多的軟件開發工作交給政府。

結論

在主導地位不再是既定事實的環境中，美軍將回歸作戰創新。從歷史上看，美軍在獲得隨機應變和發揮創造力的工具和流程后，一直表現出色。通過任務集成實現有效創新所需的許多要素已經到位。要加速實現無人系統的優勢，就需要更好地協調和執行這些活動，以解決當今的作戰問題。如果海軍和國防部不能做到這一點，他們可能會錯失最佳時機，無法在與大國等同行對手的競爭中獲得持久優勢。

為了在分布式行動中取得成功，本文建議美空軍特別調查辦公室（OSI）反情報（CI）兵力必須盡量減少 "冷啟動"，在危機或沖突前的競爭階段建立必要的關系；加強與將要支持的作戰部隊的聯系；并為自己接受分布式作戰模式。

由于反介入/區域拒止（A2/AD）作戰，特別是遠程精確火力的發展和擴散，空軍已經認識到其目前以庇護所為基礎的作戰結構是無法生存的。也就是說，依賴潛在敵對武器交戰區（WEZ）內的主要作戰基地（MOB）將極易受到遠程精確火力的攻擊，并有可能在危機或沖突期間無法產生戰斗空中力量。2018 年《國防戰略》強調需要動態兵力部署（DFE），以可擴展的方式優先發揮美國的作戰優勢。動態兵力部署通過美國兵力提供作戰不可預測性，改變對手的計算，迫使對手陷入不利境地。敏捷作戰部署（ACE）概念是美國空軍解決方案的一部分。ACE 是一種作戰演習計劃，旨在遠離主要作戰基地生成作戰空中力量。特別調查辦公室（OSI）目前的設置是為了向兵力保護提供反情報（CI）支持，同時在敵對和允許的環境下在作戰基地開展反威脅行動，并在這方面有很好的實踐經驗。為了向未來的 ACE 戰斗行動提供有效的 CI 支持，OSI 必須采取一種跨越競爭連續性的方法，在競爭階段建立威脅圖景和關系，并在危機和沖突場景中迅速執行 CI 行動。

OSI的分布式作戰（ACE）方法必須包括在潛在部署地點建立關系、線人網絡和實地情報情況；擴大參與單位一級的ACE演習；探索與部署的作戰單位建立直接支持關系的可能性；接受OSI的分布式行動；擴大OSI代理任務的范圍。

該項目為與使用無人系統支持分布式海戰（DMO）有關的作戰概念和系統設計決策提供信息。研究通過系統地改變仿真模型中的系統設計特征和作戰活動，支持對無人系統（UVC）進行能力級分析。分析結果表明，UVC 可提高各種無人系統的作戰可用性（Ao）和使用時間（TOS），因為它可隨時進入維護、加油和重新武裝設施，而無需長時間前往岸基設施或分布式支援艦艇。在比較使用 UVC 的配置與在自適應兵力包 (AFP) 中分配無人系統支持的配置時，單個無人系統的 Ao 提高了 6% 到 31%。仿真模型分析確定了 UVC 架構，其中包括至少 8 個無人機發射回收站、至少 3 個船舷托架和至少 5 個甲板井托架，以最大限度地提高 Ao。

在支持分布式海上作戰（DMO）時，無人系統有可能發揮兵力倍增器的作用，在提高殺傷力的同時降低有人系統的風險。然而，無人系統到岸基維護、加油和重新武裝設施的轉運時間減少了可用于支持執行 DMO 的自適應兵力包（AFP）的總體駐扎時間（TOS）。本項目研究了無人水面艦艇 (USV)、無人水下航行器 (UUV) 和無人機 (UAV) 在美國海軍現有艦艇上的集成問題，該艦艇已被重新改裝為無人載具 (UVC)。在本報告中，"UxV "一詞用于描述無人系統這一類別。

如 Van Bossuyt 等人（2019 年）所述，項目團隊采用了系統定義、系統建模和系統分析的通用系統工程流程序列。在系統定義過程中，項目團隊重點開發了作戰概念（CONOPS），并定義了 UVC 的系統要求。系統建模活動的重點是構建 UVC 的離散事件仿真模型。在系統分析階段，團隊利用所開發的模型來評估 UVC 的各種設計參數對每種無人系統類型的運行可用性（Ao）的影響。

A. 系統定義

在系統定義階段，從自上而下和自下而上的角度開發和考慮了 UVC 要求。從自上而下的角度來看，團隊分析并確定了滿足總體任務有效性目標所需的能力，而與任何現有的候選平臺無關。從自下而上的角度來看，團隊評估了一艘登陸直升機船塢（LHD）艦，以確定該平臺可實現的最大 UVC 能力。通過查閱文獻和分析利益相關者的需求，項目團隊確定了 UVC 的以下關鍵能力：指揮與控制 (C2)、UxV 發射、UxV 維護和 UxV 回收。根據設想，UVC 將包括著陸甲板無人機發射和回收站、無人機維護/布防/燃料艙、用于大型 USV/UUV 操作的船舷艙或站，以及用于小型 USV/UUV 操作的井甲板艙。

B. 系統建模

項目構想將 UVC 視為針對地面和岸上敵對兵力實施 DMO 的 AFP 的一部分。UVC 的作用是支持 UxV 對敵方岸基導彈基地進行偵察和打擊。在打擊階段之前、期間和之后，UxV 提供全天候的情報、監視和偵察（ISR）、目標定位和戰損評估服務。UVC 的總體目標是通過消除到岸基支持設施的較長運輸時間來增加 UxV 的全時服務時間。為實現這一總體目標，研究小組選擇 "航程 "和 "持續停留時間 "作為性能指標（MOP），并選擇 "UxV 任務時間"、"UxV 停機時間 "和 "維護灣利用率 "作為效果指標（MOE）。

設計并開發了一個離散事件仿真模型，用于分析 UVC 設計參數對 MOP 和 MOE 的影響。該模型是通過 ExtendSim10 建模程序開發的。該模型包括 UxV 發射和回收、UxV 維護活動以及 UxV 重新武裝和加油活動。UxV 的發射時間表和總模擬運行時間是根據擬議的 UVC CONOPS 制定的。目前，該模型并未考慮 UxV 的損失或故障；這是未來可能開展工作的一個領域。模型的主要輸出是每種 UxV 的 Ao。

C. 系統分析

為了廣泛探索實驗空間，同時減少試驗總數和模型運行時間，我們專門設計了一個填充空間的拉丁超立方設計。每次試驗重復模擬 30 次并收集結果。合并所得的 Ao 值，得出每個試驗的統計平均值。

分析結果表明，UVC 可隨時提供維護、加油和重新武裝設施，而無需在岸基設施或分布式支援艦艇之間進行長時間的轉運，從而改善了每種 UxV 的 Ao 值和 TOS 值。對于任何特定的 UxV，通過增加 UVC 發射、回收和維護站的數量，從而消除或減少這些服務的排隊時間，可獲得最大的 Ao。分析表明，UVC 在設計時應至少配備 8 個無人機發射/回收站、至少 3 個船舷托架和至少 5 個焊接甲板托架。這些參數沒有確定上限，這也是未來研究的一個潛在領域。

有趣的是，雖然 UVC 的存在改善了大型無人水面艦艇（LUSV）的航速，但 UVC 的實際設計似乎對 LUSV 的航速沒有影響。這可能是由于 LUSV 的假定任務持續時間長，假定維護間隔長，因此不可能出現任何排隊現象。單個船側停泊區似乎足以為多艘 LUSV 提供服務，但即使是單個船側停泊區，也可通過消除到岸基設施的轉運時間來改善 Ao。

定向能（DE）武器使用集中的電磁能，而不是動能，來打擊敵軍。盡管美國自20世紀60年代以來一直在研究定向能，但一些專家觀察到，國防部（DOD）已經在定向能項目上投資了數十億美元，但這些項目未能達到成熟，最終被取消。然而，近年來，國防部在定向能武器開發方面取得了進展，于2014年在美國海軍 "龐塞 "號上部署了美國第一種實用的定向能武器。自那時起，DE武器的開發一直在繼續，國防部發布了一份定向能路線圖，以協調該部門的努力。國防部還提出了一個高能激光縮放計劃，該計劃旨在加強定向能武器的國防工業基礎，并提高激光束的質量和效率。

本報告為國會提供了關于DE武器的背景信息和問題，包括高能激光器（HEL）和高能微波（HPM）武器，并概述了選定的非保密的國防部、空軍、陸軍和海軍DE項目。如果成功投入使用，HEL可以被地面部隊用于一系列任務，包括短程防空（SHORAD）；反無人駕駛飛機系統（C-UAS）；以及反火箭、火炮和迫擊炮（C-RAM）任務。HPM武器可以提供一種使對手的電子和通信系統失效的非動能手段。與傳統彈藥相比，DE武器可以提供較低的后勤要求，每發子彈的成本較低，并且--如果能獲得足夠的電源--更深的彈倉。然而，這些武器可能會面臨一些動能武器所沒有的限制。例如，大氣條件（如雨、霧、遮蔽物）可能會限制DE武器的射程和光束質量，進而降低其有效性。

隨著國防部（DOD）繼續投資于DE武器，國會可以考慮武器的技術成熟度、生命周期成本、特性、任務效用、工業基礎、情報要求和監督結構。國會也可以考慮DE武器對未來軍控協議的影響。

執行摘要

• 與俄羅斯的軍事理論一致，俄羅斯軍隊在烏克蘭的情報、監視和偵察行動中廣泛使用無人駕駛飛行器（UAV）。這使得它們能夠在炮擊、反炮擊和精確打擊任務中發揮突出作用。

• 雖然ISR無人機在俄羅斯軍隊的大部分目標定位過程中發揮了核心作用，但似乎反應速度很慢，使其在打擊移動目標方面面臨挑戰。

• 探測和瞄準時間的滯后突出了俄羅斯武庫中缺乏軍事級別的無機組人員作戰飛行器（UCAVs）。這些系統將使探測到殺傷的時間更快。雖然俄羅斯軍方顯然正在對這些系統進行投資，這一點從戰前的軍事公告中可以看出，它們不可能很快出現在戰場上。

• 商業無人機在俄烏戰爭中嶄露頭角，以解決緊迫的ISR需求，并充當初級的閑置彈藥。俄羅斯軍方和領導層在接受無人機的作用方面進展緩慢，但現在正在鼓勵俄羅斯部隊使用這些無人機。

• 盡管承認這些無人機的重要性，但俄羅斯軍事工業綜合體在生產俄羅斯部隊所需的大量無人機方面一直進展緩慢。一些生產的缺乏可能來自于國內能力的缺乏，組織間的競爭和缺乏溝通，以及俄羅斯中央政府在這個問題上缺乏領導。

• 解決商用無人機短缺問題的一個新出現的辦法是，俄羅斯國內有一些團體正在為俄羅斯部隊提供無人機和無人機零部件，并在如何在軍事行動中整合和使用商用無人機方面充當思想領袖。

• 使用無人機的戰術、技術和程序（TTPs）已經通過戰場上的經驗得到發展。對俄羅斯和烏克蘭國內團體使用無人機的觀察，促使了為俄羅斯士兵提供無人機使用的標準化培訓和TTP的倡議。

• 在許多方面，裝有彈藥的廉價商用無人機在使用和損失率方面變得更像彈藥；許多無人機被視為對軍事地點和平臺造成損害的消耗性、一次性使用的平臺。這種使用的額外效果是使它們成為防空系統的昂貴目標，在保護軍事單位和關鍵基礎設施之間產生了潛在的烏克蘭防空就業妥協。

• 為了解決其軍事無人機的挑戰，俄羅斯人正在廣泛地使用伊朗生產的軍用無人機。這些無人機具有數百公里的射程和抗干擾系統，已被證明能有效瞄準烏克蘭軍事平臺和關鍵基礎設施。

圖1. 俄羅斯的偵察火力和偵察打擊概念

圖2. 俄羅斯偵察-射擊和偵察-打擊概念

俄羅斯對烏克蘭的入侵表明，空中、導彈和火炮威脅的演變如何需要一個綜合和多層次的短程和超短程防空。大國和中等國家在使用無人機方面的快速增長預示著高強度沖突的作戰場景，這將需要具體和創新的反制措施。SHORAD和V-SHORAD代表了意大利國防的一個關鍵要素，既是為了保護國土，也是為了部署在國外的部隊的安全。為此，意大利正在努力引進新的防御系統，替換陳舊的防御系統，并正在考慮對其軍事結構進行條令和組織上的改革。國防采購計劃涉及到意大利工業部門的各個公司，它們被要求投資于能與威脅相匹配的技術。意大利還參與了北約和歐盟框架內的幾個國際項目，旨在開發可互操作的反措施系統，以加強成員國的SHORAD和V-SHORAD能力，特別是在反無人機方面。

認知方法在幾乎所有方面可提高現有雷達的性能，這導致了近年來研究的激增，空軍雷達建模和仿真（M&S）工具的一個關鍵差距是缺乏針對分布式全適應雷達（FAR）系統的全面、動態分布式雷達情景生成能力。截至2015年初，所有的研究都是在理論上推進概念，并通過模擬檢驗其性能，或者最多使用預先錄制的數據。沒有關于實驗驗證概念的報告，主要是因為還沒有開發出測試它們的必要硬件。然而，為了確定應用認知處理方法的真正性能潛力，這一步驟是至關重要的。為了解決這個問題，俄亥俄州立大學（OSU）電子科學實驗室（ESL）的認知傳感實驗室（CSL）與Metron公司、空軍研究實驗室（AFRL）和空軍科學研究辦公室（AFOSR）一起，已經開始了一項研究計劃，從分析和實驗上開發和檢驗認知雷達處理概念。

CSL設計并建造了認知雷達工程工作區（CREW），這是世界上第一個專門用來測試完全自適應和認知算法的雷達測試平臺，Metron和OSU開發了一個認知FAR系統的理論框架，在單一傳感器和目標的目標探測和跟蹤范圍內確定了關鍵的系統組件并進行了數學建模。我們一直在開發建模、模擬、分析和實驗能力，以證明FAR系統比傳統的前饋雷達（FFR）系統取得的性能改進。我們從OSU的軟件定義雷達（SDR）系統的模擬場景和預先記錄的數據開始。我們現在有能力利用CREW演示認知雷達跟蹤系統的實時操作。

這個項目的目標是為分布式FAR雷達開發一個基于MATLAB的M&S架構，從而能夠在模擬的、以前收集的和實時的流式數據上進行算法開發和測試。在第一階段，我們開發了一個基線FAR M&S架構，該架構采用面向對象編程（OOP）方法在MATLAB中編碼。它包括一個控制感知-行動（PA）周期運行的FAR引擎和確定下一組傳感參數的軟件對象；從傳感器獲取數據；處理數據以跟蹤目標；存儲和顯示傳感和跟蹤過程的結果。我們開發的模塊實現了模擬和預先錄制的SDR數據實例，以及實時和模擬的CREW數據實例。

第一階段開發的FAR M&S架構允許在模擬和實驗CREW數據源之間，以及在驅動傳感的FAR算法之間進行透明切換。輕松交換傳感和處理對象的能力將允許快速開發和測試認知雷達算法，通過構建M&S功能來避免重復工作和 "單點 "解決方案。它將使工業界、學術界和空軍的研究人員之間的合作成為可能，因為不同研究人員開發的算法可以使用一致的模擬、收集的數據和實驗室條件進行測試和比較。

前沿作戰基地（FOB）防御是一項人力密集型任務，需要占用作戰任務的寶貴資源。雖然能力越來越強的無人駕駛飛行器（UAV）具備執行許多任務的能力，但目前的理論并沒有充分考慮將其納入。特別是，如果操作人員與飛行器的比例為一比一時，并沒有考慮提高無人機的自主性。本論文描述了使用先進機器人系統工程實驗室（ARSENL）蜂群系統開發和測試自主FOB防御能力。開發工作利用了基于任務的蜂群可組合性結構（MASC），以任務為中心、自上而下的方式開發復雜的蜂群行為。這種方法使我們能夠開發出一種基于理論的基地防御戰術，在這種戰術中，固定翼和四旋翼無人機的任意組合能夠自主分配并執行所有必要的FOB防御角色：周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應。該戰術在軟件模擬環境中進行了廣泛的測試，并在現場飛行演習中進行了演示。實驗結果將使用本研究過程中制定的有效性措施和性能措施進行討論。

第1章：導言

1.1 背景和動機

2019年，美國海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍發布了他的規劃指南，作為塑造未來四年的部隊的一種方式。他在其中指出："我們今天做得很好，我們明天將需要做得更好，以保持我們的作戰優勢"[1]。這句話摘自海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍的《2019年司令員規劃指南》（CPG），呼吁采取集中行動，以應對海軍陸戰隊在未來戰爭中預計將面臨的不斷變化的挑戰。在為海軍陸戰隊確定未來四年的優先事項和方向的CPG中的其他指導，呼吁建立一個 "適合偵察、監視和提供致命和非致命效果的強大的無人駕駛系統系列"[1]。伯杰將軍進一步呼吁利用新技術來支持遠征前沿基地作戰（EABO）。EABO將需要靈活的系統，既能進行有效的進攻行動，又能進行獨立和可持續的防御行動。簡而言之，實現EABO將需要最大限度地利用每個系統和海軍陸戰隊。

從本質上講，伯杰將軍正在呼吁改變無人駕駛飛行器的使用方式。通過使用大型的合作自主無人飛行器系統，或稱蜂群，將有助于實現這一目標。無人飛行器蜂群提供了在人力需求和后勤負擔增加最少的情況下成倍提高戰場能力的機會。正如伯杰將軍所提到的 "下一個戰場"，海軍陸戰隊將必須利用各種技術，最大限度地利用自主性和每個作戰人員在戰場上的影響。

目前的無人系統使用理論是以很少或沒有自主性的系統為中心。另外，目前的系統依賴于單個飛行器的遠程駕駛；也就是說，每輛飛行器有一個操作員。部隊中缺乏自主系統，這在監視和直接行動的作戰能力方面造成了差距。此外，側重于一對一操作員-飛行器管理的無人系統理論要求操作員的數量與車輛的數量成線性比例。這對于 "下一個戰場 "來說是不夠的。相反，海軍陸戰隊將需要能夠讓操作員擺脫束縛或提高他們同時控制多個飛行器的能力系統[2]。

考慮到這些目標，美國海軍研究生院（NPS）的先進機器人系統工程實驗室（ARSENL）已經開發并演示了一個用于控制大型、自主、多飛行器的系統，該系統利用了分布式計算的優勢，并將駕駛的認知要求降到最低。ARSENL在現場實驗中證明了其系統的功效，在該實驗中，50個自主無人駕駛飛行器（UAV）被成功發射，同時由一個操作員控制，并安全回收[3]。

1.2 研究目標

這項研究的主要目標是證明使用無人機蜂群來支持前沿作戰基地（FOB）的防御。特別是，這需要自主生成、分配和執行有效的、符合理論的基地防御所需的子任務。這部分研究的重點是開發基于狀態的監視、調查和威脅響應任務的描述；實施支持多飛行器任務分配的決策機制；以及任務執行期間的多飛行器控制。

輔助研究目標包括展示基于任務的蜂群可組合性結構（MASC）過程，以自上而下、以任務為中心的方式開發復雜的蜂群行為，探索自主蜂群控制和決策的分布式方法，以及實施一般的蜂群算法，并證明了對廣泛的潛在蜂群戰術有用。總的來說，這些目標是主要目標的一部分，是實現主要目標的手段。

1.3 方法論

基地防御戰術的制定始于對現有基地防御理論的審查。這一審查是確定該行為所要完成的基本任務和子任務的基礎。然后，我們審查了目前海軍陸戰隊使用無人機的理論，以確定這些系統在基地防御任務中的使用情況。

在確定了任務要求的特征后，我們為基地防御的整體任務制定了一個高層次的狀態圖。子任務級別的狀態圖等同于MASC層次結構中的角色。

ARSENL代碼庫中現有的算法和游戲以及在研究過程中開發的新算法和游戲被用來在ARSENL系統中實現子任務級的狀態圖。最后，根據高層次的狀態圖將這些游戲組合起來，完成基地防御戰術的實施。

在游戲和戰術開發之后，設計了基于理論的有效性措施（MOE）和性能措施（MOPs）。通過在循環軟件（SITL）模擬環境中的廣泛實驗，這些措施被用來評估基地防御戰術。在加利福尼亞州羅伯茨營進行的實戰飛行實驗中，也展示了該戰術和游戲。

1.4 結果

最終，本研究成功地實現了其主要目標，并展示了一種包含周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應的基地防御戰術。此外，開發工作在很大程度上依賴于MASC層次結構，以此來制定任務要求，并將這些要求分解成可在ARSENL蜂群系統上實施的可管理任務。這一戰術在實戰飛行和模擬環境中進行了測試，并使用以任務為中心的MOP和MOE進行了評估。最后的結果是令人滿意的，在本研究過程中開發的戰術被評估為有效的概念證明。

1.5 論文組織

本論文共分六章。第1章提供了這項研究的動機，描述了這個概念驗證所要彌補的能力差距，并提供了ARSENL的簡短背景和所追求的研究目標。

第2章討論了海軍陸戰隊和聯合出版物中描述的當前海軍陸戰隊后方作戰的理論。還概述了目前海軍陸戰隊內無人機的使用情況，并描述了目前各種系統所能達到的自主性水平。

第3章概述了以前自主系統基于行為的架構工作，ARSENL多車輛無人駕駛航空系統（UAS）和MASC層次結構。

第4章對基地防御戰術的整體設計以及高層戰術所依賴的游戲進行了基于狀態的描述。本章還詳細介紹了用于創建、測試和評估這一概念驗證的方法。在此過程中，重點是對每一戰術和戰術所針對的MOP和MOE進行評估。

第5章詳細介紹了所進行的實戰飛行和模擬實驗，并討論了與相關MOPs和MOEs有關的測試結果。

最后，第6章介紹了這個概念驗證的結論。本章還提供了與基地防御戰術本身以及更廣泛的自主蜂群能力和控制有關的未來工作建議。