隨著海軍特種作戰從過去20年的反恐行動轉向有爭議環境中的同行競爭，他們需要地面部隊指揮官（GFC）為減輕認知過載、運用綜合效應和平衡戰略任務風險做好準備。如果地面部隊指揮官的培訓能夠以合格的理論標準為基礎，那么就可以通過系統化的培訓管道來減少任務的剩余風險和部隊的風險，這可以通過整合目前可用的虛擬現實技術來增加、啟用和加強。GFC崗位傳統上是一個批判性思維、決策和應急管理的角色。隨著戰場的發展，GFC將有比過去更多的資產需要控制，更多的突發事件需要計劃。這項研究評估了當前的GFC培訓和虛擬現實生態系統。海軍特戰界應采用地面部隊指揮官的虛擬現實訓練器，因為它將使GFC在零威脅的環境下進行反復訓練。

由于現行訓練準則的限制，海軍特種作戰社區的地面部隊指揮官沒有充分發揮他們的潛力。初級軍官為成為一名地面部隊指揮官總共接受了八周的正式培訓：六周在初級軍官培訓課程，兩周在地面部隊指揮官課程。初級軍官被期望成功地計劃和執行現實世界的行動，同時只完成極少的現實訓練場景。海軍特戰部隊的士兵至少屬于許多類別中的一種；他們是突破者、聯合終端攻擊控制者、狙擊手、偵察負責人或通信專家。這些專業中的每一個都有正式的訓練和持續演習，可以持續八個星期。訓練也是年復一年地進行，而地面部隊指揮官通常只經過一次正式訓練。想象一下，在未來，海軍特種作戰初級軍官準備在明天的戰爭中帶領各排對抗同行的競爭對手。挑戰將是巨大的，因為地面部隊指揮官沒有足夠的專門訓練時間來完善成為有效的戰斗領導人所需的技能。

本頂點研究主要關注以下內容。海軍特種作戰部如何能更好地準備和訓練其地面部隊指揮官，同時整合不斷進步的虛擬現實技術？通過海軍研究生院國防分析系和計算機科學系的共同努力，這項研究開始在一個合成環境中設計場景，初級軍官最終將能夠使用這些場景作為現有地面部隊指揮官培訓的補充。

虛擬現實在軍隊中并不是一個新概念；不同軍種都在某種程度上使用虛擬現實來加強訓練。海軍特種作戰部甚至有一個虛擬現實系統，是其JTACs的一個記錄項目。該記錄項目證明了特種作戰司令部致力于虛擬現實技術的采用，以確保其操作人員得到最好的培訓質量。這項研究不是為了創造一種新的虛擬現實技術，而是為了了解虛擬現實生態系統，然后為海軍特種作戰找到一種合適的采用方法。虛擬現實生態系統正在成倍增長，正因為如此，倫理和道德正在成為其開發者和使用者中更受歡迎的話題。隨著虛擬現實技術越來越容易被終端用戶使用，在短期內需要進行更多關于虛擬現實技術對個人行為的長期影響的研究。

地面部隊指揮官虛擬現實訓練器并不打算取代現有的培訓或正式課程。它只是作為一種補充。評價是，沒有足夠的專門時間讓初級軍官在成為地面部隊指揮官方面得到有意義的重復訓練。如果虛擬現實訓練器要對海軍特種作戰指揮部產生積極的影響，初級軍官的訓練就需要修改。建議在初級軍官培訓課程中初步實施這項技術，而不是干擾正在準備進行單位級別訓練和部署的海軍特種作戰排。初級軍官在這一階段的訓練中處于學生狀態，還沒有被引入深入的任務規劃或復雜的決策練習。向學生介紹虛擬現實訓練器將提供充足的時間來測試硬件和軟件，然后再將其用于更嚴峻的情況。

在海軍特戰基礎訓練司令部和海軍研究生院的模擬虛擬環境和模擬實驗室之間建立一個反饋回路，將使未來的場景發展和持續的伙伴關系成為可能。對未來研究和發展的建議包括以下內容：海軍研究生院的Bucklew小組和海軍特種作戰基本訓練司令部之間繼續合作，與工業界合作以加快合成環境訓練場景的創建，以及對特種作戰部隊的虛擬現實訓練的有效性進行正式評估。

加拿大渥太華國防研究與發展局（DRDC）與C-CORE公司簽訂了合同，要求提供與使用自適應多功能雷達模擬器（Adaptive MFR）的網絡化雷達資源管理（RRM）的實施和分析有關的軟件支持服務。對以前工作中實現的電子支援（ES）功能進行了修改和調度器的變更。這些修改將在第3節中描述。對天線軟件組件也進行了大量的修改，以實現陣列分集，支持相控陣天線，包括子陣列能力。天線的發射器和接收器部分也被拆分。這些修改將在第4節描述。所有的測試和分析都是使用Adapt MFR 3.2.18版本進行的。

測試和分析是通過模擬海軍雷達場景進行的，目的是驗證功能和確定電子支援措施（ESM）和陣列多樣性修改的影響。為了減少處理和分析時間，從全球背景目標集（由100個目標組成，包括商業和娛樂飛機、船舶、娛樂船和鳥類）中選擇了10個目標的子集。還模擬了14枚彈道導彈（BM）。所有的一般模擬參數都在第2節中描述。第3和第4節描述了展示軟件變化效果的模擬結果。在這項任務下的模擬中沒有使用雜波，只使用了一個具有自適應軌道調度的單一雷達。然而，在開發過程中，使用各種表面和體積雜波以及使用RRM的單個獨立雷達和多個聯網雷達的自適應和非自適應調度，對軟件修改進行了測試。這些功能測試沒有記錄在本報告中。

ES支援被模擬成一個過程，將威脅發射器（TE）的探測結果反饋給主軟件循環過程。威脅發射器的評估是基于它們是否符合ES條件和用戶在ES GUI中設置的閾值。經過驗證的威脅發射體被傳遞給ES探測過程（基于單向雷達回波），如果適用，則傳遞給主跟蹤過程，這些探測被整合到現有的軌道中或用于啟動新軌道。在實施相控陣能力后，ES功能被修改以允許獨立于主適應MFR雷達的天線。這允許定義更適合探測的ES天線參數。目前，ESM模塊只支持高斯型天線。ESM和威脅發射器對雷達性能的主要影響是額外的確認和跟蹤時間，這有可能反映在監視框架時間和軌道占用結果中。

隨著相位子陣列能力的增加，已經證明了跟蹤開始時間和幀時間的減少。這是由于能夠在不同的角度位置同時安排探測波束，既減少了覆蓋框架的時間，又允許對位于框架的不同區域的多個目標進行照明。

在分析和測試期間，對軟件進行了更新，以改進功能（第5節），修復任何錯誤（第6節），并實施處理改進（第7節），以減少模擬運行時間。這項工作建立在Brinson（2021）和Yue（2021）所描述的先前工作以及其他先前任務的基礎上。

這項研究是根據W/001/TOR合同的任務13為加拿大國防研究與發展（DRDC）多倫多研究中心（TRC）進行的，以支持DRDC在先進平臺和武器（APW）戰略重點領域（SFA）的建模和仿真（M&S）能力。目前的研究考察了與便攜式防空系統（MANPADS）有關的人為因素問題。

在DRDC提供的文件基礎上，進行了開源文獻搜索，以確定文獻審查的相關出版物。為匯編和評估制定了一個數據收集框架。根據文獻對便攜式防空系統和人類問題的關注程度，選擇了一套精煉的文獻（N=21）。研究小組審查并總結了這些文獻。審查涉及到與肩扛式導彈的使用概念、系統、訓練方法、測試和評估（T&E）、自動化、生物力學、目標跟蹤和人體性能模型有關的人為因素的作用。在該領域確定了一些人因工程（HFE）的知識差距。

基于這些發現，建議在DRDC的模擬環境中執行一組小型的未來研究課題。此外，還概述了在DRDC模擬環境中推進研究和/或采用原型工具的下一步建議。這些研究課題領域列在下面，需要進行驗證，以確保與DRDC的優先事項相一致。

• 人體測量分析--根據MIL-STD-1472H標準，開發一個準確的人體性能數據庫，代表全部的人體尺寸范圍（即第5-95百分位）。

• 環境服裝和防護設備--調查與寒冷天氣服裝相關的人體性能以及穿戴防護設備對準確性的影響，并確定肩扛式導彈是否可以在寒冷天氣環境下合理使用。

• 與目標交戰序列（TES）相關的操作訓練程序--對操作程序進行訓練和練習，以確保在電池冷卻裝置（BCU）的電池壽命內完成目標獲取和交戰。

• 地形--小組長選擇最佳位置攻擊空中威脅，確保為小組提供足夠的保護。

• 任務長度--長期任務對人的表現的影響，這些任務是在緊張的條件下進行的，需要在攜帶貨物時快速移動；以及

• 視覺搜索模式--調查小范圍和大范圍內的最佳搜索模式（水平、垂直）。

潛在對手的火炮系統的改進對美國軍隊特別是陸軍提出了挑戰。除了改進的火炮系統能力和新的使用技術的挑戰外，特殊彈藥的擴散--如精確、熱障和頂部攻擊彈藥--重新引起了對敵人的大炮和火箭炮對美國作戰行動和地面作戰系統的潛在影響的關注。

為了應對這一挑戰，美國陸軍正在尋求通過升級目前的火炮和導彈系統，開發新的長程火炮和高超音速武器，以及改造現有的空射和海射導彈和巡航導彈以便陸軍部隊進行地面發射來提高其所謂的遠程精確射擊（LRPF）能力。

2018年美國防戰略和陸軍的多域作戰概念都要求提高陸軍LRPF能力，以應對被稱為俄羅斯和中國的反介入、區域拒止（A2/AD）戰略，旨在限制美國軍隊在歐洲和太平洋地區的行動自由。

美陸軍有五個主要項目或工作正在進行或考慮中，以提高遠程精確射擊能力：

• 增程加農炮計劃（ERCA）計劃開發一種能夠對70多公里外的目標進行精確射擊的系統，比目前系統的30公里目標距離有所改進。

• 精確打擊導彈（PrSM）是一種地對地、全天候、精確打擊的導彈，由M270A1多管火箭系統（MLRS）和M142高機動性炮兵火箭系統（HIMARS）發射。PrSM旨在取代目前的MLRS和HIMARS導彈，并將目前的射速提高一倍，每個發射艙有兩枚導彈。

• 美陸軍正在研究開發一種戰略遠程炮（SLRC）的可行性，這種炮可以以高超音速發射，射程可達1000英里，以打擊防空、火炮和導彈系統以及指揮和控制目標。

• 美陸軍、海軍、空軍和導彈防御局（MDA）正在開發通用高超音速滑翔體（C-HGB），陸軍計劃將其作為遠程高超音速武器（LRHW）計劃的一部分，使C-HGB能夠從移動的陸軍地面導彈發射器發射。

• 最后，美陸軍正試圖改造現有的海軍SM-6和UGM-109對地攻擊導彈，以便為陸軍提供一種中程導彈能力。

鑒于潛在的資源限制和陸軍對LRPF的重視，國會在其監督、授權和撥款方面可能會進一步研究陸軍的LRPF計劃。國會潛在的問題包括

• 戰略大炮、高超音速導彈和中程戰場導彈的理由。

• LRPF的估計總成本。

• LRPF和美國印太司令部的太平洋威懾倡議（PDI）投資計劃。

• 部隊結構要求。

• 后備役部隊的LRPF。

• 其他軍種對陸軍遠程防衛部隊的看法；以及

• 指揮、控制和瞄準遠程火力。

科學和技術的進步越來越復雜和普遍。從智能手機到可穿戴健康監測器，再到用于游戲的虛擬現實頭盔，先進的技術正逐漸融入到日常生活中。但是，隨著科學技術越來越先進，我們在如何與新技術互動和使用這些技術在社會中如何發揮作用方面，也面臨著同樣復雜的倫理挑戰。無人駕駛汽車就是一個說明性的例子，它引發了一些倫理上的難題。例如，在無人駕駛汽車必須 "選擇 "撞上老人或小孩的情況下，哪種反應才是正確的？有沒有一個 "正確 "的反應？在這種情況下，人類司機會有正確的反應嗎？無人駕駛汽車是否應該轉彎以避免被駛來的卡車追尾，但這樣做會使一群過馬路的兒童面臨被卡車撞上的風險？ 這些問題的答案本來就不簡單。此外，不同的技術在不同的情況和背景下會帶來不同的倫理問題；事實上，新興技術的軍事用途會帶來一些獨特的倫理挑戰。

美國國防部高級研究計劃局幾十年來一直在資助軍事科技研究和開發，僅2015年的年度預算就達29億美元。盡管科技正在快速發展，為軍事問題穩步提供新興技術解決方案，但我們的監管政策卻滯后，導致我們對在戰場上使用特定技術的倫理、社會和法律后果的認識存在差距，這是許多人指出的問題。對軍隊來說，一些最深刻的倫理問題是由新興的人體強化技術和自主或機器人系統引起的。例如，一個強化的士兵是否會被視為比人類更多或更少的東西，從而受到對手的非人待遇？在海外戰區從國內操作無人駕駛飛行器（UAV）的士兵是否被認為是戰斗人員，因此在本土是公平的軍事目標？與民用技術一樣，新興技術的軍事用途所引起的許多倫理問題沒有明確的答案。無論如何，在一項新興技術被廣泛使用--民用或軍用--之前，開發者、利益相關者和政策制定者意識到與之相關的潛在倫理問題是至關重要的，這樣就可以通過修改技術或規范其使用的政策來緩解這些倫理問題。

確保潛在的倫理問題得到承認的方法之一是建立一個全面的框架，以方便識別在使用任何感興趣的特定技術時可能出現的倫理問題。有幾個現有的工具指導對新興技術的倫理評估，其中包括相關問題和考慮因素的清單。例如，Elin Palm和Sven Hansson提出了一個九項檢查清單，包括：信息的傳播和使用；控制、影響和權力；對社會接觸模式的影響；隱私；可持續性；人類生殖；性別、少數民族和正義；國際關系；以及對人類價值的影響。David Wright提出了一個框架，包括一些原則，在這些原則下列出了一些價值或問題，以及在評估過程中需要回答的問題：尊重自主權（自由權）；非惡意（避免傷害）；善意；正義；隱私和數據保護。Federica Lucivero、Tsjalling Swierstra和Marianne Boenink建議，倫理學家在考慮一項技術的合理性時應避免過多的猜測，而在考慮該技術將如何被社會看待并在社會中發揮作用時應使用更多的想象力。為了促進這一點，他們提出了三類考慮因素：技術可行性、社會可用性和技術的可取性。雖然這些倫理評估框架對確定與平民使用的新興技術相關的倫理問題很有用，但它們對評估軍事倫理是不夠的，因為軍事倫理有一些獨特的特點。

雖然軍事和民用倫理之間有一些共同的價值觀（例如，隱私和健康問題），但在新興技術的軍事使用方面也有特殊的考慮。例如，軍事行動必須遵守《武裝沖突法》(LOAC)，該法規定了戰爭手段并保護非戰斗人員和受沖突影響的平民。例如，加拿大武裝部隊（CAF）有一個《道德和價值觀準則》，其中規定了CAF成員必須遵守的價值觀，包括尊重加拿大法律和為加拿大服務高于自己，以及他們必須表現出的價值觀，如誠信和勇氣。

研究倫理原則對于確保包括士兵在內的人類研究對象在新技術的實驗測試階段得到道德對待至關重要。事實上，現代人類研究倫理原則是在軍事研究人員以研究名義進行的應受譴責的行為的歷史中產生的。當研究對象是軍人時，如果研究和軍事需要之間的界限變得模糊，就會出現挑戰，特別是在知情同意方面會出現復雜情況。但是，即使在設計和測試一項新技術時遵循了研究倫理原則，在使用該技術時仍可能出現倫理問題。有一些類似的倫理原則，如知情同意、隱私和保密性，在研究階段和隨后使用一項技術時都應考慮。

即使遵守了法律和法規，并考慮了其他倫理原則，如研究倫理原則，一項新技術仍不一定符合軍事用途的倫理，必須進一步考慮。例如，一項新技術是否會導致士兵之間的不平等，并導致部隊的凝聚力下降？如果一項新技術導致了意外的傷亡，誰來負責？一項技術是否會使士兵面臨被對手探測和攻擊的風險？ 在確定一項技術是否有任何軍事倫理問題時，有許多嚴重的問題需要反思。此外，還有人從反面考慮新技術和軍事倫理之間的關系，認為應該修改指導士兵行為的軍事倫理，以實現某些新興技術的潛在倫理優勢。

鑒于全面評估一項技術所需的軍事倫理考慮的數量，以及任何違反倫理的行為對戰斗的潛在嚴重性，迫切需要一個軍事專用的倫理評估工具。其他團體已經將各種倫理原則改編為討論倫理和軍事技術的框架。然而，據我們所知，還沒有一個實用的倫理評估工具，可以用來指導對軍隊感興趣的新興技術進行系統的倫理評估。

為了填補這一空白，我們創建了一個名為 "軍事倫理評估框架"（框架）的綜合框架，將相關社會、法律、研究和軍事倫理領域的廣泛考慮納入其中，以幫助用戶和決策者確定在軍事上使用人體強化技術可能產生的潛在倫理問題。盡管該框架的設計足夠廣泛，可用于對許多不同類型的新興技術進行倫理評估，但我們對該框架的初步測試側重于新興的人類增強技術，因為這些技術對軍隊有很大的意義，而且它們引起了許多倫理問題。未來的研究將檢驗該框架在識別軍隊可能感興趣的其他新興技術（如人工智能技術）所引起的倫理問題方面的效用。 本文的目的是介紹該框架，并通過展示它如何幫助識別與軍隊感興趣的兩種不同的人體增強技術有關的潛在倫理問題來說明該工具的使用。

摘要

美海軍希望開發和采購三種類型的大型無人航行器（UV）：大型無人水面航行器（LUSV）、中型無人水面航行器（MUSV）和超大型無人水下航行器（XLUUV）。海軍2023財年擬議預算要求為這些大型UV和LUSV/MUSV啟用技術提供5.493億美元的研究和開發資金，并為XLUUV和其他海軍UUV的核心技術提供6070萬美元的額外資金。

美海軍希望獲得這些大型UV，作為將海軍轉向更分散的艦隊結構工作的一部分，這意味著艦艇組合將海軍的能力分散在更多的平臺上，并避免將艦隊整體能力的很大一部分集中在相對較少的高價值艦艇上（即，避免 "把太多的雞蛋放在一個籃子里 "的艦艇組合）。海軍和美國防部（DOD）自2019年以來一直在努力制定一個新的海軍部隊水平目標，以反映這種新的艦隊組合。2022年4月20日發布的海軍2023財年30年（2023財年-2052財年）造船計劃包括一個表格，總結了對新的兵力水平目標進行的研究結果。這些研究概述了潛在的未來艦隊，擁有27至153艘大型USV和18至51艘大型UUV。

海軍設想LUSV的長度為200英尺到300英尺，滿載排水量為1,000噸到2,000噸，這將使它們達到護衛艦的大小。(即比巡邏艇大，比護衛艦小的艦艇)。海軍希望LUSV是低成本、高端耐力、可重新配置的艦艇，有足夠的能力攜帶各種模塊化有效載荷--特別是反水面戰（ASuW）和打擊有效載荷，主要是指反艦導彈和對陸攻擊導彈。每艘LUSV可以配備一個垂直發射系統（VLS），有16到32個導彈發射管。盡管被稱為UV，LUSV可能被更準確地描述為選擇性或輕度載人的船只，因為它們有時可能有一些船上的船員，特別是在近期內隨著海軍制定LUSV的啟用技術和操作概念。根據海軍2023財政年度的五年（2023-2027財政年度）造船計劃，通過海軍造船賬戶采購LUSV的計劃將在2025財政年度開始。

海軍將MUSV定義為45英尺到190英尺長，排水量大約為500噸，這將使它們具有巡邏艇的大小。海軍希望MUSV和LUSV一樣，是低成本、高端耐力、可重新配置的船只，可以容納各種有效載荷。MUSV的初始有效載荷將是情報、監視和偵察（ISR）有效載荷和電子戰（EW）系統。海軍2023財年的五年（2023-2027財年）造船計劃不包括在2023-2027財年期間采購任何MUSVs。

XLUUVs大約有地鐵車廂那么大。首批5艘XLUUV在2019財政年度獲得資助，并由波音公司建造。海軍希望利用XLUUVs，除其他外，秘密部署Hammerhead魚雷，這是一種計劃中的魚雷，將被拴在海床上，并配備反潛魚雷，大致類似于海軍冷戰時期的CAPTOR（封裝魚雷）。根據海軍2023財年的五年（2023-2027財年）造船計劃，通過其他采購，海軍（OPN）賬戶采購額外的XLUUVs計劃在2024財年開始。

在對海軍2020-2022財年的擬議預算進行標記時，國會國防委員會對海軍的采購戰略是否提供足夠的時間來充分開發這些大型UV的操作概念和關鍵技術表示關注，特別是LUSV，并包括旨在解決這些問題的立法條款。作為對這些標記的回應，海軍已經重組了LUSV項目的采購戰略，以符合這些立法規定，并在進入之前提供更多的時間來發展作戰概念和關鍵技術。

簡介

本報告為國會提供了海軍希望在2023財政年度及以后開發和采購的三類大型無人駕駛車輛（UVs）的背景信息和潛在問題。

• 大型無人水面飛行器（LUSVs）。

• 中型無人水面飛行器（MUSVs）；以及

• 超大型無人潛航器（XLUUVs）。

海軍希望獲得這些大型UV，作為將海軍轉變為更加分散的艦隊結構的努力的一部分，這意味著艦艇的組合可以將海軍的能力分散到更多的平臺上，并避免將艦隊整體能力的很大一部分集中到相對較少的高價值艦艇上（即，避免 "把太多的雞蛋放在一個籃子里 "的艦艇組合）。海軍2023財年的擬議預算要求為這些大型UV和LUSV/MUSV啟用技術提供5.493億美元的研發資金，并為XLUUV和其他海軍UUV的核心技術提供6070萬美元的額外資金。

國會的問題是是否批準、拒絕或修改海軍對這些大型UV的采購戰略和資金要求。海軍關于開發和采購它們的建議給國會帶來了一些監督問題。國會對這些問題的決定可能會大大影響海軍的能力和資金需求，以及造船和紫外線工業基地。

除了本報告中所涉及的大型UV，海軍還希望開發和采購較小的USV和UUV，以及各種尺寸的無人駕駛飛行器（UAV）。美國其他軍種也在開發、采購和運營他們自己的UV武器類型。

確定眼前的地形凹凸對于在粗糙或不平整地面上的行動至關重要。鑒于立體視覺對感知表面形狀的重要貢獻，它應該在確定地面形狀方面能發揮關鍵作用。這一系列實驗的目的是評估單目和雙目深度信息對地面凹凸判斷的相對貢獻。為了實現這一目標，我們用自然的圖像模擬了一個深度辨別任務。刺激物包括一個立體渲染的草地地形，中央有一個小丘或一個高度不等的凹陷。我們測量了對深度偏移方向的辨別閾值。為了確定凹凸辨別和立體視覺測量之間的關系，我們使用了在相同觀察條件下進行的兩項立體視覺任務。為了評估模糊的二維陰影線索對我們地形任務中深度判斷的影響，我們操縱了陰影的強度（低和高）。我們的結果顯示，觀察者在9.1米的觀察距離上可靠地分辨出小至20厘米的地面凹凸。隨著陰影的加強，很大一部分觀察者（30%）表現出強烈的凸性偏見，甚至在立體視覺顯示為凹陷的情況下。這一發現表明，在實驗條件下必須考慮對表面曲率假設的依賴，存在著明顯的個體差異。

在深度信息有限的不利觀察環境中，這些凸性偏差可能在地面凹凸的判斷中持續存在，特別是當陰影信息高度突出時。

簡介

日常活動，如行走或與物體互動，需要整合一系列復雜的知覺和運動信息。這對于在不規則地形上的運動等任務來說尤其如此，這些任務要求觀察者評估即將到來的路徑的寬松程度并相應地調整他們的方法（Barton, Matthis, & Fajen, 2017; Zhao & Allison, 2021）。在粗糙的地形上，觀察者通過注視前方的多個步驟來評估哪些立足點是可以穿越的，從而增加他們的步驟規劃余地（Matthis, Yates, & Hayhoe, 2018）。這種類型的運動任務需要在觀察者的步驟之前對地面凹凸進行評估，并對遠在交互空間之外的安全穿越路徑做出快速決策（另見Allison, Gillam, & Palmisano, 2009）。

在自然觀察條件下，對地面凹凸（或其他表面形狀）的感知是基于單目（例如，紋理和陰影）和雙目線索的整合。雖然這兩種線索都提供了關于物體形狀的信息，但鑒于視覺系統對表明局部曲率變化的差異的敏感性，雙目深度線索（如立體視覺）具有明顯的優勢（Howard，2012）。立體視覺的形狀感知利用了二階空間導數，它提供了關于表面的相對深度和傾斜度的信息（Norman等人，1991；Lappin & Craft，2000）。大多數關于立體視覺對感知表面形狀的作用評估都是在交互空間內的短距離觀察下進行的，這些雙目線索是最精確的（Blakemore, 1970; Gogel, 1977; Foley, 1985; Rogers & Bradshaw, 1993）。然而，立體視覺可以支持可靠的深度和形狀估計，其觀察距離遠遠超過2米（Allison, Gillam, & Vecellio, 2009; Palmisano等人, 2010）。鑒于立體感對感知表面形狀判斷的重大貢獻，它應該在步行或乘車運動前確定地表形狀的決策中發揮關鍵作用。

本研究的目的是評估單目和雙目深度線索對地面輪廓判斷的相對貢獻。為了實現這一目標，我們模擬了一個與生態有關的 "真實世界 "的深度辨別任務，該任務仿照直升機安全著陸決策，使用自然的圖像。在典型的著陸條件下，為了實現安全著陸，飛行員和戰斗工程師必須確保直升機滑橇之間的地面坡度小于約10°（加拿大交通部，2006）。我們假設立體感可能對評估交互空間以外的大距離的地面凹凸很重要，特別是對自然紋理，如草。我們通過測試觀察者的單目和雙目來評估圖像深度線索的貢獻。此外，為了確定自然凹凸的辨別與傳統的實驗室立體感測量之間的關系，我們修改了兩個立體感任務，以評估在屏幕距離為6.1米的相同觀察條件下的局部和整體立體感。以安全著陸標準為準則，在這些觀察條件下，如果觀察者不能檢測到至少60弧秒（0.38米）的地面凹凸變化，他們就不能檢測到會危及安全著陸的地面特征。

達爾豪斯大學大數據分析研究所、加拿大國防研究與發展部（DRDC）-大西洋研究中心和加拿大通用動力任務系統公司（GDMS-C）向加拿大自然科學與工程研究委員會（NSERC）成功申請了一項名為海軍信息空間自動監測（AMNIS）的三年期資助項目。AMNIS啟動會議于2020年10月14日舉行，許多教授、國防科學家和GDMS-C技術人員參加了會議。會議為這三個組織確定了許多行動。與DRDC和GDMS-C相關的一項行動是需要與任務相關的場景來幫助指導預期的研究。因此，DRDC率先描述了一個有代表性的海陸場景，使研究人員能夠更好地了解與AMNIS有關的潛在研究途徑。制定的方案涉及加拿大皇家海軍（RCN）和加拿大陸軍（CA）執行的一項加拿大人道主義任務。該任務是向一個最近遭受自然災害的國家分發食品和醫療用品。一支敵對勢力還試圖偷竊這些物資。該情景描述了通過更好的處理技術和決策來改善信息流、共享和使用的必要性。該方案旨在引起進一步的討論，并幫助鞏固AMNIS參與者的研究課題。

1 引言

2015年，加拿大皇家海軍（RCN）的海上信息戰（MIW）概念[1]發布，概述了信息對RCN的影響。MIW的推出使人們非常需要關注信息，它既是皇家海軍使用的一種資源，也是為了更全面地使用和利用優勢而需要理解的一個概念。

該概念文件概述了信息的影響，包括其廣泛的可用性、皇家海軍對信息的依賴性以及信息的使用，特別是在戰爭中和作為戰爭倍增器的跨梯隊的使用。該概念文件還談到需要更好的處理技術來處理MIW功能領域內的數據量，如指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察（C4ISR）、指揮和控制（C2）、情報、監視和偵察（ISR）以及態勢感知（SA）。

在MIW概念文件之后，2016年又發布了RCN信息戰戰略文件[2]。這里的重點是發展海戰MIW能力和能力，以支持國內活動（即加拿大的防御）和國際部署。盡管戰略文件指出了信息的更多傳統用途，如收集、利用和傳播，但它也認識到網絡武器領域是一個機動的地方，可以采取防御和進攻的行動。MIW的概念文件涉及物理、虛擬和認知領域，而戰略文件則談到了信息領域，從而表明了信息對于作戰人員的地位和重要性。

在概念和戰略文件之后，加拿大在2017年發布了新的國防政策[3]。該國防政策并沒有明確提到信息領域。然而，該政策確實催生了兩個最近的文件，繼續表明信息對RCN的重要性：2019年的DND數據戰略[4]，以及2020年的RCN數字海軍[5]。

數字海軍[5]支持加拿大國防政策[3]的創新目標，特別是那些涉及適應和利用新技術的能力。數字海軍 "作為一個指南，將數字技術與人結合起來加以利用，以確保未來海軍的成功和可持續。這份文件提出的前進方向涉及自動化、大數據分析、云計算、人工智能（AI）和機器學習（ML）方面的創新，成功是指通過上述手段做出數據驅動的決策的RCN。

數字海軍的概念促進了企業和運營RCN社區在決策中對數據的使用。在操作方面，這是為了將海軍團隊和水兵從日常工作中更平凡的方面解放出來，通過自動化功能，如基于規則的重復性任務。從更廣泛的操作角度來看，使用這種數字技術和技巧是為了更好地進行操作。

上面提到的所有文件都指出，希望將RCN推向一個信息組織，在這個組織中，信息是用來使用的，但也被用作防御和安全的工具。由于其中一些方面對RCN來說是新的，因此顯然需要一個由信息科學、人工智能、ML以及將這些與認知科學相結合的專家組成的強大而明智的科學團體，以開發更好的人類決策模型來支持RCN的目標。

1.1 發展科學專長

通過政府、學術界和工業界合作伙伴的參與，建立了一個強大而知情的科學界。這個群體完全有能力在與現代軍隊相關的科學和技術問題上取得進展，以幫助滿足國內和國外對加拿大武裝部隊（CAF）不斷增長的需求。

為了發展這個社區，在自然科學與工程研究委員會（NSERC）的聯盟計劃下，成立了一個DRDC（大西洋研究中心）、工業界（加拿大通用動力任務系統公司，GDMS-C）和學術界（達爾豪西大學）的伙伴關系。提交并被NSERC接受的提案名為《海軍信息空間自動監測》（AMNIS）。該提案概述了海上和陸地的信息問題，特別是數據整合、事件和警報的ML、信任和對抗性數據，以及信息的可視化和呈現供用戶使用。

為了給學術研究小組提供背景和指導，下面提供了一個大大簡化的行動的基于場景的描述。該方案包括許多問題，表明與AMNIS相關的可能研究途徑。這里的目的是培養研究人員對與DRDC和GDMS-C有關的問題的理解，使研究人員能夠發展自己的思路，幫助他們追求與他們的研究和AMNIS有關的創新方法、技術和發現。

這項工作的動機是基于兩個愿望，即：

1.描述一個現實但簡化的操作，其中存在與AMNIS相關的信息問題，以及。

2.強調在AMNIS項目下DRDC和GDMS-C感興趣的研究領域。

1.2 概要

其余各節將提供一個現實場景的發揮、可視化部分、性能建模、決策和學習的概述。每一節都包含了一系列的問題，這些問題的提出有助于為研究工作提供思考點和指導。

第2節描述了一個聯合行動的場景，陸地和海洋部隊共同支持人道主義任務。通過可能被破壞并有相關安全風險的節點相互連接和共享信息資源來實現這一目的。第3節討論了可視化在該場景中的作用及其對決策的影響。這包括物理環境的可視化表示，以及額外信息源的聚合如何影響主題專家的決策。本節還考慮了與人工智能（AI）和多樣化技術合作的人類表現模型。第4節討論了如何利用數據檔案來開發和學習對抗性注入檢測方法。第5節以總結性意見完成了本文。

這項工作是由Calian團隊為加拿大國防研究與發展部-多倫多研究中心（DRDC TRC）進行的任務5 "人機協作決策支持系統的初步要求"，是大型人機交互（HAI）任務授權合同（TAC；合同號：W/001/TOR）的一部分。HAI TAC的目標是設計、開發、實施和評估士兵-機器人合作（SRT）的概念、方法和技術，以改善加拿大武裝部隊（CAF）的整體人機系統（HMS）性能。

在本技術說明中，報告了最近對傳感器技術的研究和發展以及未來在有人-無人系統（MUM-T）作業期間在小型無人系統上實現感知和規避（SAA）能力的文獻回顧。

在傳感器技術方面，我們研究了合作和非合作的傳感器，其中非合作的傳感器又分為主動和被動的。我們認為：（1）無源非合作傳感器在尺寸、重量和功率（SWAP）方面比其他傳感器有優勢。被動工作確保了無人平臺在敵對環境中的安全。為了補充單個傳感器能力的約束和限制，我們還認為，關于（2）傳感器和數據融合的趨勢和未來要求是有希望的，以實現動態、不確定環境中的連續和有彈性的測量。（3）此外，我們應關注無人系統領域正在開發的新型傳感器套件。

在檢測和規避方法方面，我們按照SAA流程進行了全面的研究，從檢測沖突、危險或潛在威脅，到跟蹤目標（物體）的運動；評價和評估風險和信心；根據評估的參數對沖突進行優先排序；然后宣布或確認沖突和沖突的程度；確定正確的沖突解決方式；然后是指揮，最后是執行。為了支持這一過程，對各種SAA算法進行了審查，包括探測算法、跟蹤算法和規避策略。我們認為，（4）基于學習的智能算法需要放在未來的SAA要求中，因為它們具有支持任務的適應能力。

最后，我們從各種使用案例中審查了支持MUM-T行動的SAA。我們認為，(5)與蜂群式小型UxV的人-系統接口提供了半自主的SAA能力，而人的參與程度有限。這種綜合的人-機器人互動提供了智能決策支持工具。該系統旨在使單個人類操作員能夠有效地指揮、監測和監督一個UxV系統。基于技術重點的趨勢，我們最終認為，(6)沒有士兵參與的完全自主在現階段的研究和開發進展方面是不成熟的，但我們將積極關注該領域的最新發展。

下一代士兵的顯示器可能包括增強現實功能。其中一個名為 "天空之鏡"（MitS）的顯示器在上層視野中顯示調查信息。利用軍事偵察場景的虛擬現實模擬，我們將MitS原型與熟悉的電子二維北上（north-up）地圖進行了比較。參與者（24名士兵）被告知要遵循規定的路線，檢測潛在的威脅，并繞過它們重新規劃路線。他們還執行了一項次要的任務，作為衡量心理工作量的標準。在路線結束時，士兵們被要求回憶威脅的位置和路線變化。與MitS相比，參與者在使用北上地圖時做出了更好的改道決定，盡管沒有觀察到威脅探測或腦力勞動的差異。他們使用北上地圖的回憶得分也比使用MitS高。

參與者總結：在一個軍事偵察場景中，在虛擬現實模擬中，將增強現實導航輔助工具與電子北上圖進行了比較。參與者在使用北上地圖時做出了更好的路線決定，并有更好的記憶力，但在不同的顯示器之間沒有發現心理工作量的差異。