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這個項目的目標是評估供士兵使用的增強現實和融合系統的技術狀況，研究現有的商業現貨（COTS）和軍用現貨（MOTS）系統，并根據加拿大陸軍的可能用途評估系統能力和特點。在回顧了加拿大陸軍夜視項目的狀況和目標之后，報告接著考慮了兩個看似獨立和不同的領域--增強現實（AR）和夜視融合--由于硬件和軟件技術的進步，它們正在合并和結合能力。

本報告將AR和夜視融合分為不同的部分，以保持共同的技術和發展。AR部分提供了一個定義，然后對擴展現實的連續性進行了闡述。通過民用應用的例子描述了AR的能力和功能，同時還討論了賦能技術。然后在常見的軍事任務和活動中審查和討論這些AR能力。提供了步兵使用AR的例子，以及過去和現在陸軍AR項目的例子。最后，詳細地描述了混合現實相關硬件、顯示和軟件技術，及目前開發中的、商業現貨（COTS）和軍事現貨（MOTS）系統。

關于夜視融合的部分，首先介紹了低光傳感器技術以及圖像增強系統。還介紹了熱系統和長波紅外（LWIR）技術。對主要的融合項目和產品系列進行了回顧和討論。最后，介紹了對未來AR和傳感器融合系統有影響的新研究工作。

美國陸軍CCDC C5ISR中心的夜視和電子傳感器局（NVESD）的任務是開發低光和紅外傳感器技術，其形式包括空中/車載傳感器、步兵武器傳感器、頭戴式傳感器和顯示器。本文討論了NVESD最近獲得的一個沉浸式測試環境，它能夠為不同的傳感器系統進行虛擬原型設計練習，同樣也能夠作為一個沉浸式環境，檢驗AR顯示的變化以及向人類操作者展示AR信息的方法。該沉浸式環境包括一個 "綠色房間"，由有機玻璃板組成，通過可控的電致發光帶發出綠光。一對攝像機與Vive虛擬現實頭盔（HTC公司）配對，用于形成真實物體和虛擬覆蓋的復合視圖；在沉浸式測試環境中觀察到的任何物體對用戶來說都是可見的，但開放的綠色空間被虛擬環境取代。我們描述了傳感器和AR技術的新系統和模擬用例，描述了這種模擬技術如何能夠嚴格控制經驗場景，對設備特性進行有力的評估。最終，這種模擬將允許士兵在第一個物理原型建造之前體驗傳感器的特性和AR顯示，在采購生命周期的設計階段早期征求寶貴的用戶反饋。

隨著戰爭預期特征的變化，新的作戰概念被提出以應對新的需求，培訓也必須進行調整以支持這些概念并確保準備就緒。鑒于概念發展的速度和事后調整訓練可能需要的時間，謹慎的做法是在概念成熟時而不是在概念完全投入使用后評估訓練能力和實踐。

聯合全域指揮與控制（JADC2）正在成為美國國防部最重要的作戰概念。它的目的是提高態勢感知能力，提高跨領域和跨軍種指揮部隊的能力，并促進快速決策。來自所有領域的分布式傳感器、射手和數據與聯合部隊相連，使得協調行使權力，在時間、空間和目的上進行整合規劃和同步匯合。然而，JADC2正在由所有軍種以及聯合參謀部進行開發，因此，其執行計劃還不成熟。這是一個復雜的、網絡化的概念，支持這一概念的訓練將需要預先考慮支持能力，特別是在考慮對空中作業中心（AOC）人員進行繼續訓練時。

實時、虛擬和建設性（LVC）模擬可以幫助支持JADC2所需要的復雜訓練，但適當的開發和部署將需要調整訓練過程、LVC能力和JADC2的訓練需求。作者根據文件審查和對主題專家的采訪，制定了一個利用LVC支持JADC2培訓的路線圖。

研究問題

• 在各AOC對JADC2的預期要求方面，有哪些主要的培訓需求？
• 在AOC中，繼續培訓的程序和課程是什么？
• 哪些現有的或正在開發的LVC能力可以幫助支持與JADC2有關的培訓？

主要結論

• JADC2概念的意圖和支持能力有可能在各梯隊中不明確。
• 平衡集中的協調和分散的需求對于有效的培訓發展至關重要。
• 隨著JADC2的發展，必須考慮對培訓過程進行調整以支持它。
• 初始資格培訓（IQT）是建立必要的JADC2專業知識的一個有用的杠桿，并將繼續提供一個集中協調的機制。
• AOC人員傾向于支持培訓工作，但作為目標培訓對象參與的頻率較低。
• LVC有可能支持JADC2的培訓，集中的LVC資源可能是執行未來培訓的復雜需求的關鍵。
• 鑒于JADC2的操作和技術的復雜性，以及其固有的聯合性質，存在著孤立發展的風險。
• LVC可以通過各種方式來支持JADC2的培訓。

建議

• JADC2跨職能小組（CFT）應該在分配JADC2目標、計劃和能力方面發揮主導作用。
• 在與AF/A3T的合作中，第505戰斗訓練小組應該利用IQT作為集中協調各AOC的指揮與控制（C2）訓練的機制。
• 在AF/A3T的監督下，AOC應該專注于涉及整個AOC工作人員的繼續培訓（CT），而不僅僅是個別部門或單位。
• 作為IQT的一部分，第505戰斗訓練小組和每個AOC作為CT的一部分，應該將測試文化規范的場景納入訓練課程。
• AF/A3T應該在分布式訓練演習中利用LVC對AOC進行C2訓練。
• 在AF/A3T的監督下，培訓的所有方面（IQT、任務資格培訓和CT）都應該增加對其他領域的任務分配過程和能力的戰術和作戰C2水平的審查時間。
• JADC2的CFT和聯合參謀部的J7應該為JADC2利用現有的和正在開發的分布式訓練系統，并確保高級戰斗管理系統與LVC訓練能力相整合。
• AF/A3T應該與訓練團體分享擬議的信息技術背景圖。
• AF/A3T應該指導增加LVC的使用，按照擬議的大綱，包括對空中任務單程序、AOC結構、分布式訓練演習和分布式訓練架構的潛在價值。
• 在AF/A3T的監督下，一個集中的組織應該專注于在大型訓練演習中持續整合LVC能力。
• AF/A3T應該與作戰指揮部、作戰支援機構、其他部門和主要指揮部合作，加強AOC訓練的空間和網絡效果，以支持多域訓練。

目錄

第一章

簡介

第二章

評估培訓需求

第三章

AOC培訓過程

第四章

支持JADC2培訓的能力：技術現狀

第五章

AOC對支持JADC2培訓的LVC的具體分析和評估

第六章

討論、結論和建議

附錄A

為C2官員提供的教學計劃

附錄B

JADC2的主要利益相關者

附錄C

培訓要求程序和任務清單如何為培訓目標提供信息

附錄D

空中作業中心

附錄E

ATO階段、基本工作職能和審批

附錄F

LVC最先進的技術

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。

本頂點研究的目的是確定能夠建議條令開發的讀物，以更好地協調美國陸軍和美國空軍（USF）的多域作戰概念。目前，盡管每個軍種都強調多域作戰，但在如何概念化多域作戰方面還沒有達成聯合共識。此外，2022年國家安全戰略（NSS）中沒有描述與綜合威懾有關的多域作戰概念。本頂點支持糾正這些問題，確定未來條令編寫者可以研究的資源，以更好地調整各軍種的多域作戰概念，同時支持2022年國家安全戰略和綜合威懾。

本研究報告提出了美國陸軍和美國空軍多域作戰條令之間的兩個潛在調整領域：指定遠程火力和指揮與控制的服務主導權以及制定技術標準。每個領域都可以通過本論文分析的讀物獲得信息。這些潛在的協調領域可以使多域作戰滿足2022年國家安全計劃的要求和目標。

本頂點研究表明，盡管美國陸軍和美國空軍對多域作戰都有自己的概念，但它們內部是一致的。美國陸軍多域作戰的主要主題是遠程火力，而美國空軍多域作戰的獨特關鍵原則是指揮和控制。未來的多域作戰條令可以通過在這些關鍵概念的基礎上指定各軍種的主導權而更好地保持一致。通過這樣做，每個軍種將在他們的能力和技能投資方面獲得更多的責任，同時犧牲對其他關鍵宗旨的控制。除了這些獨特的關鍵宗旨外，兩個服務概念都包括影響人口和整合非動能火力的關鍵宗旨。盡管有這些調整的建議，重要的是要記住，多域作戰太年輕，太廣泛，無法指定一個適當的服務領導進行全面整合。

美國陸軍和美國空軍的多域作戰都非常重視技術骨干。然而，這兩個軍種都在同時發展不同的技術項目來支持他們的條令。未來的研究可能會受益于選擇一個軍種作為標準化和開發該技術的主導。反過來，兩個軍種的多域作戰概念將提高效率和互操作性。

基于這個頂點的未來研究應該研究已確定的讀物，并試圖根據前面概述的兩個領域來調整美國陸軍和美國空軍的條令。這樣做可能會使聯合部隊更有能力協調一致地行動，更有可能成功地威懾對手的行動。

第五代空戰通過匯集空中行動的所有組成部分改寫了空中力量的提供。第五代指揮與控制（C2）將需要減輕對手否認、混淆、模仿和降低指揮官做出正確決定所需的信息，同時確保敏捷性并允許高節奏的行動。澳大利亞的 "分級指揮，敏捷控制 "概念為未來的C2提出了一個混合模式；然而，實現這樣的愿景取決于人的因素以及空中指揮官及其下屬適應新工作方式的能力。空軍指揮官將需要能夠在有限的通信條件下傳播意圖、優先事項和限制，而空軍將需要能夠在必要的作戰節奏下執行指令，在復雜的情況下做出戰術決定，而不需要持續的監督。因此，第代C2將需要善于培訓新的思維方式和培養整個空軍企業的信任文化的領導人。

引言

自從空戰能力的代際結構出現后，空中力量提供的代際變化的想法已經超越了純粹的技術描述，擴展到描述空中行動的所有組成部分的新概念。第五代空戰現在可以被設想為包括四個部分：一個網絡、一個戰斗云操作概念、一個多領域的焦點和一個融合戰的結構（Layton, 2017）。本文首先通過作戰環境的角度探討了第五代指揮與控制（C2）所需的特征。然后，本文探討了與第五代C2相關的組織目標和方法，探討了這種演變所需的人力變革杠桿。最后，本文匯集了第五代C2的含義，考慮第五代空中指揮官的關鍵特征。

重新定義指揮與控制

• "我們將擁有由第三代指揮官領導的第五代能力。"- 海軍二星級軍官定義了對新C2概念的需求

最近在低強度、寬松的信息環境中的C2經驗創造了一種文化，不能適當地優化第五代戰爭的能力。各軍種對C2有許多定義，但有必要為第五代戰爭的C2創建新的定義。澳大利亞國防軍（ADF）已經確定需要將指揮和控制分開，以強調每個組成部分之間的區別。因此，澳大利亞未來的C2概念確定，為了接受 "任務指揮 "的理念，指揮官需要確定要實現的目標，而 "控制 "要素將確定如何協調部隊實現這些必要的結果（ADF，2019）。諸如此類的最新定義將被證明在允許空中指揮官使用C2的替代方法更有效地指揮他們的部隊方面至關重要。由于本文最終側重于了解第五代空中指揮官的特點，因此必須了解他們將成為C2系統的一部分的目標。C2系統的目的是將軍事力量導向一個目標。因此，C2系統的功能是確保為實現部隊的目標而統一努力。除了這一目的和指揮的主要功能外，C2系統還需要允許部隊成員在所需的作戰節奏下進行整合和同步，同時確保資源的最有效利用。

第五代C2：作戰環境

第五代平臺的建造是為了收集大量的數據。這些擴大的信息流將需要被快速處理，以使空中指揮官更好地了解戰斗空間。自主系統和高速網絡將使行動在非常高的節奏下進行成為可能，并使執行行動和效果的快速時間軸成為可能。這一變化的潛在結果將是深遠的。想象一下，通過一個類似于共享汽車服務的系統進行聯合火力協調，以及類似于社交媒體平臺的目標協調系統。另一方面，對手將越來越有能力拒絕、混淆、模仿和降低空中指揮官做出正確決策所需的信息，以阻止決策的行動，或者通過壓制指揮官使其失去效力（ADF，2019）。因此，未來的C2將需要使敏捷的決策和高節奏的行動成為可能，這使得部隊能夠對利用類似能力或具有超過我們決策周期能力的對手做出快速反應。

• 因此，未來的C2將需要使靈活的決策和高節奏的行動成為可能，這使得部隊能夠對使用類似能力或有能力超過我們決策周期的對手做出快速反應。

第五代C2：組織目標

在過去，成功的行動是通過一個單一的統一指揮部，通過下屬的等級制度下放權力來實現的。這是一個已經被利用了幾個世紀的過程，通信系統已經完善，可以通過僵化的等級制度將信息傳遞給集中的指揮者。傳統上，等級制的C2結構被認為是C2的最佳方法，無論是正強化還是負強化。然而，未來的作戰環境將限制這種系統實現它所設計的目標的能力。最近的沖突越來越證明集中式C2結構對攻擊的抵抗力最差，這一特點在1991年海灣戰爭期間被利用來削弱薩達姆-侯賽因軍隊的決策能力。在那場沖突中，聯合國（UN）部隊阻止了伊拉克戰術指揮官從他們的領導層接受命令。由于權力的集中和這些戰術指揮官不愿意在沒有授權的情況下采取行動，聯合國部隊可以奪取決定性的優勢。

圖7.1：網絡結構

集中式C2結構導致了集中的信息處理，它為空中指揮官提供了做出所需決策的信息。這就造成了信息系統具有對手可以攻擊的固有弱點，并給通信基礎設施帶來了越來越多的負擔。例如，盡管最近在通信技術方面取得了進展，但對通信帶寬的需求仍然超過了供應。未來的沖突將看到空軍面對的對手將通過攻擊集中的C2節點和信息系統來限制空軍指揮官指揮部隊的能力。第五代C2需要分散化，以使其在適應快速變化的環境時更具生存能力和敏捷性。因此，未來的C2系統需要使用敏捷的方法進行重新設計，以便在信息戰環境中減輕威脅，并能產生超過對手的作戰節奏。

向更敏捷的C2轉變可能會以犧牲統一的努力和效率為代價。空軍必須在統一工作的傳統需求和敏捷性的新需求之間取得平衡，以便從未來的C2中創造出作戰優勢。根深蒂固的等級制度將需要轉型，以使其適應更多的協作環境，在這種環境中，直接控制的程度要低得多。作為回報，聯合部隊將從更有效地接觸和協調部隊成員的能力中獲益，而不會被多層復雜的組織結構和程序所扼殺。因此，現有的組織模式和系統將受到第五代C2的挑戰。網絡設計者將發現第五代C2比等級組織的情況更具挑戰性。圖7.2抽象地說明了C2設計中的選擇空間。然而，空軍有機會采用與現代架構一起的C2組織模式，它可以實時適應網絡的狀態。這與僵化的C2組織形成對比，在這種情況下，需要適應的是網絡。

圖 7.2：指揮與控制 (C2) 設計的選項空間

第五代C2：方法

• "如果我不能通信，我就不能指揮。" - 空軍一星評論他們在演習中對多種通信形式的要求

遺留的C2系統的元素可能需要保留，以確保C2的一些基本租戶能夠被保留下來。澳大利亞國防軍利用指揮和控制的分離，提出了 "分層指揮，敏捷控制 "的概念（澳大利亞國防軍C2概念2019）。分級指揮，敏捷控制的概念確定了可用于C2每個組成部分的不同結構，認為通過確定任務目標的分級指揮結構可以保持工作的統一性，而敏捷的控制結構可以實施這些目標。在第五代C2結構中，指揮的目的是確定要實現的 "什么"。指揮官接受政府的指示，將決定利用哪些力量來實現這一方向，并確定他們對如何實現這些目標的意圖。指揮的等級制度被用來通過統一指揮來實現統一的努力。與敏捷控制不同的是，指揮結構的改變將需要罕見的、精確的指導。如果采取敏捷的指揮方式，軍事工作的重點可能會像每次指揮權變更時新的指揮官調整作戰目標那樣頻繁變化。

另一方面，控制的目的是確定如何實現指揮部的指令。敏捷的控制結構被設想為確保在信息戰環境中的彈性，具有快速調整的能力，形成和改變協作關系，以確定實現指定任務目標的最有效方式。控制者將需要利用指揮官的優先事項和意圖，以優化利用現有資源的方式與部隊成員進行協作。在這種協作中，能夠控制其他部隊要素行動的平臺將形成和重新形成彼此之間的關系，并主動改變C2結構。這樣的靈活性水平將確保在空軍了解環境和溝通能力發生變化時能夠保持其有效性。分層指揮、敏捷控制的概念也為有效的C2自主系統提供了一個基礎。自主系統可以通過提出方案或測試計劃來協助指揮官和控制人員的決策。由于對控制有不同的定義，自主系統也可以用來指揮部隊成員的行動，在保持人類對行動的監督的同時實現自主的優勢。

最后，通信方面。在最近的大多數沖突中，空中指揮官都可以通過任何他們想要的方式進行通信。從戰術到戰略層面的實時通信聯系基本上沒有中斷過。然而，在未來的沖突中，所有的通信都將被爭奪，給通信架構設計者帶來復雜的挑戰。哪些通信需要被優先加固，在發生攻擊時，哪些元素需要被優先恢復？分層指揮、敏捷控制提供了一個答案，它強調了在控制層面保證通信的必要性，但允許指揮部利用 "突發 "的通信來獲得信息并迅速發布命令。這樣一來，即使在有限的通信可用性下，空中指揮官也能保持有效，在再次沉默之前 "上天入地"。

第五代空軍指揮官的特點

為了在不可能實施持續指揮監督的未來作戰環境中抓住優勢，空中指揮官將需要能夠通過有效地傳達意圖、優先事項和限制來履行其職能。因此，分散的C2需要指揮官能夠利用有限的通信手段清楚地傳達意圖，對根據有限的信息做出決定充滿信心，并相信部隊成員會在有限的監督下執行必要的任務。由于空中指揮官沒有直接進行戰術干預的奢侈，他們有必要能夠傳達足夠廣泛的意圖，以允許邊緣作戰人員采取必要程度的行動，同時防止不可接受的后果。對空中指揮官的一個關鍵測試將涉及他們如何能夠確保部隊能夠在盡可能少的限制下行動。例如，與其為每個部隊單位指定具體的行動區域，空中指揮官將需要確定行動受到限制或禁止的區域。這種方法將使部隊成員有最廣泛的能力來開展行動。

• 由于空中指揮官沒有直接進行戰術干預的奢侈，他們有必要能夠傳達足夠廣泛的意圖，以允許邊緣作戰人員采取必要程度的行動，同時防止不可接受的后果。

降級的通信環境也將要求指揮官能夠自如地根據有限的信息做出決定。指揮官需要能夠確定他們需要做出哪些決定，以及做出這些決定需要哪些信息，但他們不會掌握做出這些決定所需的所有信息。依靠下級推送履行職責所需的信息，空中指揮官需要確信他們將獲得必要的信息，以便在他們 "升空 "時做出必要的決定。他們還需要相信，短促的命令會被理解，因為不可能有冗長的交流來完善和監督戰術執行。為了以這樣的方式進行領導，空中指揮官將需要相信，在盡可能低的決策層操作的作戰人員和人員將執行他們的意圖并發揮他們的作用，而不需要不斷的監督或選擇向更高的當局尋求指導。

同時，需要確保部隊的必要整合，使控制要素能夠有效協作。行動的成功將取決于控制人員之間的信任以及他們在沒有持續指導的情況下進行遠程協作的能力。指揮官的意圖仍將是指導控制人員行動的唯一最寶貴的工具，并使他們能夠做出與優先次序、分配和行動有關的適當判斷，即使在不可預見的情況下。但這種行為將需要通過經驗和演習來訓練，C2系統被迫進入這種操作模式。轉向敏捷控制是任務成功的必要條件，但考慮到空軍既定的作戰方式，可能不容易實現。指揮官將被要求接受訓練活動中的失敗，以便部隊能夠在最真實的作戰環境中學習。然而，在空軍指揮官和下屬控制人員之間建立所需的信任水平，需要善于培養整個企業信任文化的變革性領導人。

結論

• "如果我們不能相互信任，我們就無法解決這個問題"- 陸軍二星評論集中式C2的關鍵驅動因素

未來的作戰環境產生的信息量將遠遠超過目前C2能力的能力。敵方將拒絕、混淆、模仿和降低空中指揮官做出正確決策所需的信息，阻止這些決策的實施，或使空中指揮官失去效力，從而使他們不堪重負。為了在未來的作戰環境中取得決定性的優勢，空軍將需要采用混合C2模式，如分級指揮、敏捷控制概念所設想的模式。第五代空中指揮官將需要通過傳播意圖、優先事項和限制來實現他們的作用，這些意圖、優先事項和限制可以在沒有持續指揮監督的情況下實施。空中指揮官所需要的信任程度是，他們必須相信他們的意圖將被實現，即使他們不能在短時間內溝通或傳播命令。控制員將需要相信指揮官會通過行動支持他們所做的決定。

空軍指揮官將需要訓練新的思維方式，使控制人員能夠在復雜的情況下做出必要的決定，并善于在整個企業中培養一種信任的文化。改變文化是困難的，但軍事組織善于在他們的人員中產生信任，從年輕的士兵開始訓練，使他們的領導相信他們可以合法地和道德地奪取一個人的生命。在整個職業生涯中，高級軍官得到的培訓和經驗使他們的領導人相信他們可以帶領成千上萬的人員和數十億美元的設備進入戰爭。通過為他們的人員提供適當的培訓、評估、經驗、授權和監督，空中指揮官可以建立一種信任的文化，使他們的部隊在第五代C2中表現出色。

通過這項美海軍的頂點研究，人工智能（AI）三人小組利用系統工程（SE）的方法來研究人工智能輔助的多任務資源分配（MMRA）如何使所有軍種的任務規劃者受益。這項研究的動力來自于優化我們武裝部隊中的MMRA問題集，對于戰術領導人有效管理現有資源至關重要。存在著一個將人類決策者與人工智能支持的MMRA規劃工具相結合的機會。在計算速度、數據存儲和商業應用中的整體公眾接受度方面的快速技術進步促進了這一點。

該團隊從三個任務集著手處理MMRA問題：車隊保護、航空支援和航母打擊群（CSG）行動。車隊保護用例探討了利用定向能（DE）的移動式地基防空系統。航空用例探討了美國陸軍的未來垂直遠程攻擊機（FLRAA）的能力組合，這是一個未來垂直升降機（FVL）的前里程碑B計劃。最后，CSG用例從高度復雜的系統（SoS）角度探討了MMRA。

盡管這些用例各不相同，但團隊探討了這些觀點之間的相似性和矛盾性。每個用例都應用了一般的MMRA流程架構。然而，每個用例的輸入和輸出都是單獨評估的。圖A描述了MMRA的總體流程架構。

如圖A所示，MMRA被設想為在確定的決策點由人在回路中激活。在這些事件中，MMRA系統用實時輸入進行一次循環。由黑盒MMRA系統確定的輸出被顯示給人在回路中的人，以進行標準決策程序。雖然這項研究僅限于問題的分解，但未來的研究領域是開發一個由人類系統集成（HSI）驅動的產品實現。MMRA通過對日益復雜和相互依賴的資源分配問題進行客觀評估，加強了指揮系統的決策。圖B描述了MMRA人工智能系統過程的行動圖。

MMRA決策已經超出了傳統決策過程的復雜程度。這種復雜性適用于任務規劃的各個層面。戰術層面是在士兵個人的直接指揮系統或單位層面進行的。行動和戰略層面則是在梯隊或總部層面進行。所有這些都需要對現有資源進行準確和有效的分配。

圖C中的圖形，"戰術評估過程。圖C "戰術評估過程：MMRA決策的復雜性 "描述了MMRA是如何在一個作戰場景的決策點上隨時間推移而進行的。初始規劃是在??0進行的，與 "MMRA過程結構 "中的 "初始 "黃色活動塊相關。之后的某個時間，??1, ??2, ??3, ..., ????決策點與 "MMRA過程流 "中的 "決策點重新規劃 "黃色活動相關。"初始 "和"決策點重新規劃 "這兩個黃色活動塊啟動了一個完整的 MMRA 過程流，它包含了 "初始 "和 "決策點重新規劃 "連續體中描述的所有活動。

決策點在三個MMRA用例中被普遍定義。然而，為了解情況，對設想中的場景采用了獨特的故事情節。雖然這里不能列出所有的案例，但CSG獨特決策點的一個例子是CSG內部、CSG外部或自然災害援助的應急反應。通常，所有的決策點都發生在出現新的任務、提供不同的任務優先級、資源耗盡、資源被破壞或任務無法繼續完成時。

為了更好地理解MMRA問題集的范圍，該團隊對所有三個用例進行了可擴展性和復雜性分析。可擴展性分析抓住了靜態MMRA問題集的范圍，與該用例的歷史背景相比較。因此，可擴展性分析為最初的MMRA規劃問題集提供了一個從傳統系統到現在用例方案的背景。在DE Convoy Protection和CSG用例中，可擴展性都有不可量化的增加。對于DE車隊保護來說，由于精確攻擊的技術進步，紅色部隊的能力增加。此外，CSG的藍軍能力增加了，在某些地方是三倍，因為反措施能力、導彈類型的可用性和不同級別驅逐艦之間的數量擴大了。作為補充，航空用例產生了15%的可擴展性，從傳統的實用級直升機到FVL FLRAA。

復雜性分析抓住了動態MMRA問題集的范圍，與各自用例的歷史背景相比較。這些復雜性分析提供了進一步的MMRA背景，因為當MMRA在交戰中被重新規劃時，戰術決策發生在多個決策點。所有三個用例的復雜性分析都構建了故事情節，展示了無形的、越來越具有挑戰性的MMRA考慮。隨著MMRA的可擴展性和復雜性的增加，未來對人工智能輔助的MMRA決策的關鍵需求變得清晰。

繼續分解人工智能輔助的MMRA問題集可能會引起美國武裝部隊的興趣。在所有的使用案例中，在初始和重新規劃的作戰場景中，戰術決策的復雜性都顯示出隨著時間的推移而增加。我們強烈建議對人工智能支持的MMRA問題集進行進一步研究。確定的未來研究領域有：工具的倍數、硬件/軟件部署戰略、戰術與作戰與戰略層面的資源配置、連續與離散的重新規劃節奏、人工智能機器學習的考慮，如數據的數量/質量、人類在環路中對人工智能的接受程度、人工智能輸出儀表板的顯示以及人工智能的倫理。

A. 項目說明

在軍事行動中可能會出現復雜的情況，需要在有限的戰爭資源下進行跨域和多任務行動。這些情況給戰術決策者帶來了挑戰，他們需要在當下使用戰爭資源，而這些資源可能還需要用于其他同時進行的任務需要，并在以后完成一系列的任務。這些情況需要在行動中進行動態的重新規劃，以確保計劃中的任務是可以實現的，并且任務的修改支持戰略目標。該項目探索了人工智能和先進的數據分析方法，以開發未來的自動決策輔助工具，用于任務規劃和戰術決策，可以支持復雜的跨領域和多任務行動。

B. 研究目標

主要研究目標是探索新興的創新數據分析技術（包括博弈論、機器學習和兵棋推演），以優化海軍資源分配和跨任務領域的重新規劃。

其他研究目標是

• 探索新興的技術和數據分析工具，以解決不確定性和優化各任務領域的成功。

• 研究在特定領域的戰斗管理輔助工具之間進行平衡所需的選擇和能力，并優化跨領域的資源分配。

• 研究如何將這些技術結合起來，以優化跨領域的多戰爭規劃、執行支持和重新規劃。

C. 研究方法

由NPS研究人員和NPS研究生組成的NPS研究團隊對該項目采用了系統分析方法。研究小組首先對以下方面進行了文獻回顧：（1）自動化高級數據分析方法；（2）跨領域和多任務行動；（3）戰術決策和任務規劃。研究小組確定并描述了復雜的戰術情況，在這種情況下，需要對多任務進行優先排序，并需要進行動態重新規劃。研究小組開發了一種概念性方法，利用先進的數據分析、博弈論、戰爭游戲、人工智能和機器學習來支持和促成這些復雜戰術情況下的決策（以最佳方式使用和分配戰爭資源和部隊）。該團隊為概念設計開發了基于模型的系統工程表述，并對涉及復雜戰術、作戰和戰略情況的用例情景進行了建模。該團隊設想并模擬了一種創新的戰爭游戲決策輔助工具，以支持可能遇到類似復雜情況的作戰級別的任務規劃人員，這些情況需要在更高的級別上采用動態的跨域多任務方法。

D. 報告組織

本報告分為六章。第1章介紹了該研究。第2章包含了跨域多任務問題領域的特征。第3章包含了對使用自動化高級數據分析方法進行任務規劃的討論。第4章介紹了多任務資源分配（MMRA）決策輔助概念的系統分析。第5章包含了在三個不同的多任務場景中對MMRA能力的使用案例研究。第6章是技術報告的結論。

現代戰術戰爭需要迅速而有效的決策和行動，以便在經常是高度動態和復雜的戰區保持競爭優勢。需要考慮的因素的數量因不確定性、事件的快速發展和人為錯誤的風險而放大。自動化、人工智能和博弈論方法的潛在應用可以為作戰人員提供認知支持。這項研究以自動兵棋推演輔助決策的形式探索了這些應用。該團隊為這個未來的系統開發了一個概念設計，并將其稱為兵棋推演實時人工智能輔助決策（WRAID）能力。

頂點項目的目標是探索自動化、人工智能和博弈論的應用，作為支持未來WRAID能力的方法。該團隊為WRAID能力開發了需求、概念設計和操作概念。該小組確定并探索了可能對未來實施WRAID能力構成障礙的挑戰性領域。該小組調查了與使用人工智能來支持戰爭決策有關的倫理挑戰和影響。

本報告首先對與WRAID能力相關的主題進行文獻回顧。文獻回顧從人工智能的回顧開始，提供了一個關于人工智能如何工作以及它能夠完成什么類型任務的概述。文獻綜述探討了人機協作的方法，以支持未來指揮官和人類用戶與WRAID系統之間的互動。需要翻譯指揮官的意圖，并讓WRAID將有意義的輸出傳達給指揮官，這需要一個強大的界面。審查包括傳統的兵棋推演，以研究目前的模擬兵棋推演是如何進行的，以便深入了解，未來的WRAID能力如何能夠實時復制兵棋推演的各個方面，并認為以前的兵棋推演可以為人工智能和機器學習（ML）算法的發展提供訓練數據。ML算法的訓練需要大量的代表性數據。文獻回顧研究了人類的認知負荷，以深入了解人類大腦的認知技能和上限；并確定人類思維的極限，以顯示人工智能可能提供的支持。文獻綜述中涉及的最后一個主題是，傳統的計劃和決策，以了解目前在軍事上如何制定戰術行動方案。

該小組進行了需求分析和利益相關者分析，探索WRAID能力如何支持作戰人員。該小組在需求分析的基礎上為WRAID系統開發了一套需求。這些要求被歸類為：硬件/軟件，人機界面，和道德規范。第一階段的分析結果包括 (1)戰爭的復雜性需要發展一種未來的WRAID能力，這種能力利用自動化方法，包括人工智能、ML和博弈論，(2)WRAID能力需要大量的計算能力和復雜的軟件算法，(3)實現未來WRAID系統的挑戰將是技術和道德的。

未來WRAID系統的概念設計是基于需求分析的。概念設計被記錄在一套系統模型中，包括背景圖、系統視圖、功能工作流程圖和操作視圖。該團隊開發了一個作戰場景，以支持對WRAID能力如何在作戰中使用。

在開發WRAID的過程中，預計會有一些路障。開發WRAID系統的技術是存在的，然而，研究小組發現數據挑戰、人工智能訓練、程序限制和當前系統工程的局限性將是需要解決的障礙。數據挑戰指的是獲得足夠的數據集的能力，這些數據集代表了訓練ML算法所需的真實世界的戰術行動和兵棋推演分析。程序性挑戰包括國防部實施網絡安全、機密數據、數據庫訪問和信息分配協議的能力。系統工程方面的障礙是需要新的方法來設計安全和可靠的人工智能系統，如WRAID能力。將需要SE方法來處理不可預見的故障模式，并在系統生命周期的早期確定根本原因。

對像WRAID能力這樣的人工智能系統的倫理考慮是系統發展的一個重要因素。開發系統以取代倫理學，將使系統更有可能被部署。有幾個有道德問題的自主武器系統被拉出來作為WRAID能力的道德對話的基礎。通過一個示例場景，對道德狀況進行定性分析，以了解在部署WRAID能力時可能出現的道德問題。倫理學在未來的技術中發揮著巨大的作用；從一開始就考慮到倫理學，建立技術是很重要的。

未來的重點需要放在繼續對想象中的WRAID系統采取正規的系統工程方法。WRAID系統需要一個強大的數據集，需要收集和注釋；收集的定性兵棋推演數據越多，WRAID系統的可行性和準確性就越高。與軍事部門的合作對于最大化WRAID的利益至關重要，例如情報和偵察組織。WRAID的模擬將是完善系統要求和創建現實模型的關鍵。關于如何使用WRAID的培訓和文檔應該同時開發，所以利益相關者，特別是指揮官已經準備好，知道如何使用這個新工具。未來的研究領域包括認知工程、基于正式模型的系統工程和人機協作。

隨著目前技術進步的速度和外國的目標，人工智能將在未來的沖突和戰爭中發揮作用。自上而下的指令將需要設計和實施WRAID能力：提供大量的資源，解決操作和文化變化，重組系統工程，并確保網絡安全和收購變化。實現未來的WRAID能力并不是一個微不足道的任務。然而，它對確保現在和未來的戰斗空間優勢至關重要。