美眾議院報告117-118的第64頁，美國2022財政年度國防授權法案，要求美國防部研究和工程副部長向眾議院軍事委員會提供一份簡報，內容是：在國防部分析界投資和改進游戲、演練、建模和仿真（GEMS）創新的當前和潛在工作。該簡報應包括計劃或正在進行的工作、評估和評價、投資，涉及以下方面：

(1) 支持企業級GEMS戰略的數字工程，以促進有效采用的工具。

(2) 通過工具增強和促進培訓和實驗，以幫助更好地實施建模和仿真，發現新的戰術和概念，提高作戰人員在面對同行競爭對手新威脅時的性能和準備。

(3) 更好地收集和使用戰略數據，改進建模和仿真，以便能夠評估和測試具有長時間范圍的高級地緣政治戰略。

(4) 整合使用基于技術的輔助手段，如游戲引擎和合成環境，用于美國防部的各種任務。

(5) 促進有效的GEMS管理，以便能夠適當協調整個部門和更廣泛的國家安全企業的活動和使用。

美國防部已經實施了有關GEMS的戰略、政策、標準、指示、指令、指導委員會和企業流程。2018年6月，國防部長辦公室（OSD）發布了他們的 "數字工程戰略"，為國防部構思、建造、測試、部署和維持國防系統的方式確立了新的愿景。各軍種迅速跟進；到2021年10月，所有軍種，包括新成立的太空部隊，都發布了他們的數字化轉型愿景。各軍種和導彈防御局（MDA）已經確定了執行人員和高級顧問，以確保下屬組織履行其職責，根據需要創建新的政策，并領導有效的執行和管理。各軍種和機構的指令是全面的，涉及建模與仿真的配置和發布；校核、驗證與確認(VV&A)；數據管理；架構、網絡和環境的整合；以及互操作性。

美國防部正在使用GEMS來提高能力，增強作戰人員的表現以及戰術、技術和程序的發展。例如，MDA正在使用游戲和演練來推進高超音速技術的工作。美空軍研究實驗室已經開發了一個兵棋推演和高級研究仿真（WARS）實驗室。不同的機構和美國防部可以就定向能部署概念進行合作。在WARS實驗室內，可以展示可能的藝術，包括讓作戰人員沉浸在使用未來技術的場景中。

美國防部擁有一套強大的、不斷發展的GEMS工具來支持訓練和實驗。這些工具通過一個由用戶、軟件開發商、情報專家和先進技術機構組成的聯合體保持最新能力。各項計劃正在使用GEMS進行測試和評估，以增強和改進培訓，并支持實驗。對現場測試數據的嚴格收集和分析支持了建模和仿真預測以及工具驗證。OUSD（R&E）已經建立了一個數字工程知識體系，并正在建立一個建模和仿真知識體系，以支持整個國防部的數字工程和建模與仿真實踐的培訓和進步。

美國防部負責人事和戰備的副部長辦公室正在建立一個數據庫，以跟蹤所有用于作戰人員訓練、分析和評估的有效游戲引擎和環境。截至2022財政年度，該部已經確定了86個非保密的GEMS系統。其中一個例子是合成戰區作戰研究模型（STORM），這是一個由所有部門使用的多軍種工具，為高層官員提供關于部隊結構、作戰概念和軍事能力的分析。所附的文件強調了該部已開發的一些GEMS系統。

總之，美國防部正在投資和改進游戲、建模、實驗和仿真，以構思、建立、測試等創新技術和新的作戰能力。各軍種已經發現GEMS是一種具有成本效益的方式來訓練部隊，測試新系統，構思新的戰術、技術和程序，分析數據和先進技術，在整個國防企業中進行兵棋推演等。因此，美國防部已經實施了政策、指導、標準和治理結構，以使整個部門和更廣泛的國家安全企業的活動和使用得到適當協調。

北約和各國將仿真環境用于各種目的，如培訓、能力發展、任務演練和采購過程中的決策支持。因此，建模與仿真（M&S）已成為聯盟及其國家的一項重要能力。M&S產品是非常有價值的資源，而且M&S產品、數據和過程必須盡可能方便地被大量的用戶使用。然而，實現仿真系統之間的互操作性并確保結果的可信性，目前需要在時間、人員和預算方面做出巨大努力。

云計算技術和面向服務架構的最新發展為更好地利用M&S能力以滿足北約的關鍵需求提供了機會。M&S即服務（MSaaS）是一個新的概念，包括服務導向和通過云計算的服務模式提供M&S應用，以實現更多的可組合模擬環境，可以按需部署和執行。MSaaS模式支持獨立使用，以及在需要時將多個模擬和真實系統整合到一個統一的基于云的模擬環境中。

北約MSG-136（"建模和仿真即服務--快速部署可互操作和可信的仿真環境"）調查了MSaaS的新概念，目的是提供技術和組織基礎，以便在北約和伙伴國建立盟國的M&S即服務框架。作為服務的M&S聯盟框架是北約和各國實施MSaaS的共同方法，由以下文件定義。

• 行動概念文件。
• 技術參考架構（包括服務發現、工程流程和實驗文件）。 和
• 治理政策。

業務應用表明，MSaaS能夠實現這樣的愿景：無論何時何地，大量用戶都能方便地獲取M&S產品、數據和流程。MSG-136強烈建議北約和各國推進和促進M&S作為一項服務的運行準備，并進行必要的科學和技術努力，以彌補目前的差距。

本文件描述了MSaaS的盟軍框架的行動概念。行動概念文件（OCD）從用戶的角度描述了盟軍的M&S服務框架的預期用途、關鍵能力和預期效果。

將分布式仿真和工具集成到可互操作的系統聯盟中是一項復雜而耗時的任務，需要對單個組件、接口和綜合解決方案進行廣泛測試。為了支持這項任務，北約依靠標準和協議以及它們的一致應用。在整合解決方案以支持北約和國家仿真和訓練時，提高建模和仿真（M&S）的互操作性、重用性和成本效益，是一個長期的目標，有幾個挑戰。需要采取漸進和迭代的方法來協調分布式仿真聯盟協議，以應對與遺留系統、多種架構、信息技術（IT）和軟件技術的新進展、行業標準的采用、新的商業模式以及開發開放標準的過程有關的問題。

標準、聯盟協議、符合性測試和認證是重要的工具，可以減少集成時間，降低風險，增加現有系統的重復使用，并支持采購新的可互操作的仿真組件。新的和更新的仿真互操作性標準，如高級架構（HLA），要求北約仿真認證服務持續維護和更新，以使用適用標準的最新版本管理更復雜的測試案例。仿真組件的認證需要在核心HLA服務接口之外進行額外的測試，還應該包括符合聯盟協議的測試。

在M&S界，人們普遍認為系統之間的技術互操作性不再是一個基本問題。然而，高水平的互操作性仍然被認為是建立可靠和可信的分布式仿真聯盟的一個主要挑戰。所需的互操作性程度不僅取決于仿真系統的目的和目標，而且還取決于聯盟設計和具體系統組件的互操作能力。早期識別互操作性問題可以降低風險，以及減少與互操作性系統組件相關的成本。高度的互操作性允許更靈活的聯合設計，以及仿真系統的可組合性，而不會大大增加與測試和集成有關的風險和成本。

根據參與的仿真組件之間的互操作性程度，將聯合體集成到復雜的聯合體中可能是一項耗時且雄心勃勃的任務。支持早期檢測互操作性問題的工具、流程和服務將大大減少集成時間和成本。符合標準和接口的驗證不僅與支持認證有關，而且對系統集成商和仿真系統開發商也有價值。

對系統組件進行符合互操作性標準和協議的測試是驗證互操作性的基礎。測試和驗證仿真組件的互操作能力是實現異構分布式仿真系統快速設計和集成的基礎。隨時可用的、最新的、可信賴的工具是支持合規性測試的關鍵。

認證服務可以根據一套基于一致性聲明的互操作性要求（IR），對被測系統（SuT）提供無偏見的符合性測試。證書由授權的認證機構（CE）提供，是符合互操作性要求的標志。根據STANAG 4603的規定，仿真組件必須擁有或獲得證書才能成為采購或驗收測試的候選者。

MSG-134的任務是根據現有的標準和使用以前的工具和認證程序的經驗，建立一個北約仿真互操作性測試和認證服務。MSG-134項目的重點和優先事項是提供基于HLA和北約教育和培訓網絡（NETN）聯邦架構和FOM設計（FAFD）的認證服務工具。該服務由工具、流程和組織組成，管理和提供仿真組件的測試、驗證和認證，以實現高效集成。

2016年，MSG-134建立了認證服務，并在CWIX 2017實驗中首次使用，證明了其功能能力。

美海軍部依靠目前海軍的方式，如簡報、聊天和語音報告來提供艦隊的整體作戰評估。這包括網絡領域，或戰斗空間，描繪了艦船的網絡設備和服務狀態的單一快照。然而，這些信息可能是過時的和不準確的，在決策者了解網絡領域的設備服務和可用性方面造成了混亂。我們研究了持久性增強環境（PAE）和三維可視化的能力，以支持通信和網絡操作、報告和資源管理決策。我們設計和開發了一個PAE原型，并測試了其界面的可用性。我們的研究考察了用戶對多艘艦艇上的海軍網絡戰斗空間的三維可視化理解，并評估了PAE在戰術層面上協助有效任務規劃的能力。結果是非常令人鼓舞的：參與者能夠成功地完成他們的任務。他們發現界面很容易理解和操作，原型被認為是他們目前做法的一個有價值的選擇。我們的研究提供了對新型數據表示形式的可行性和有效性的密切洞察，以及它在不同社區之間復雜的操作技術（OT）環境中支持更快和更好的態勢感知和決策能力。

引言

A.研究領域

持久性增強環境（PAE）是一個系統，它使用共享（多用戶）環境、增強現實（AR）技術和一系列傳感器的概念來創建過程和數據集的可視化表示，這些數據集被持久地（在很長一段時間內）添加、操作、可視化和分析，以支持人類操作員所做的一系列任務[1]。PAE被認為有可能給許多領域和人類任務帶來好處，包括網絡系統的可視化、網絡態勢感知和決策工作領域。

PAE的重要概念包括將實時信息傳遞給人類操作者，并以一種比傳統的信息記錄和傳遞形式更容易理解的格式。后者提高了解決整個海軍領域不同社區的許多用戶的需求的潛力，減少了錯誤的數量，并將大部分時間用于決策過程。

由于用戶數量眾多，社區各異，必須準確及時地解決收集、處理和操作大量數據的需求。此外，網絡領域的復雜性促使人們需要簡化、準確和及時的信息。與AR系統非常相似，PAE允許用戶在現實世界中處理和操縱虛擬物體，并同時看到眾多用戶之間的系統實時自動同步變化。這種虛擬和現實信息的實時無縫整合解決了網絡領域的復雜性，最終在大量用戶和不同社區之間提供了行動的準確性和及時性。

我們設計和開發了一個PAE系統原型，并分析了它如何支持海軍領域的網絡系統可視化和任務規劃操作。我們努力的主要目標是提高單用戶對水面資產上復雜網絡的理解和態勢感知，以及對設備當前網絡狀態的實時表示，從而使海軍部（DON）的任務規劃更加有效。在戰術層面上，這項研究將使我們進一步了解為支持有效的任務規劃而需要建立的技術基礎設施和流程。該系統有可能為美國防部所有部門帶來明顯的好處。

B.研究問題和動機

在美國海軍中，為了完成不同的任務，多個作戰群體依靠網絡群體來顯示網絡和通信狀態，以維持作戰畫面并提供通信。美國水面艦艇上的網絡和作戰系統的整合，在將信息和網絡狀態顯示為二維（2D）物體時，會在作戰人員中造成混亂。特別是當網絡設備發生意外變化時（即失去電力、拒絕服務、失去衛星覆蓋等），情況更是如此。設備的變化不僅影響到船上的通信，而且還影響到領導人的整體態勢感知。利用PAE系統整合三維（3D）數據和立體顯示，有可能通過實時自動顯示系統變化，大大幫助決策者了解復雜的網絡。

1. 網絡對通信至關重要（我們為什么關心）

網絡對于海軍資產之間在作戰層面的通信是至關重要的。如果沒有網絡設備，一艘水面艦艇就失去了與指揮系統（CoC）進行快速和準確溝通的能力。同樣，CoC也不能有效地將他們的信息傳達給各個水面艦艇。現在，我們可以把單艦沒有能力接收任務或發送狀態更新的想法，然后把可用的水面資產數量增加到一個多資產的航母打擊群（CSG）。這導致整個CSG中的五到六艘艦艇沒有能力與CSG指揮官就當前的任務甚至是日常行動進行溝通。即使海軍可以使用傳統的通信方式，如摩爾斯電碼和旗語信號來傳遞簡單的信息，但更復雜的信息必須以容易消化的格式來表示，以便決策者能夠了解當前的行動并迅速作出最佳決策。

通過在地面資產之間利用PAE系統，PAE系統有可能改善對復雜信息的理解，它將從紙質手冊或電子圖書館中獲取的二維信息轉化為三維可視化系統，并不斷更新三維可視化，以反映用戶的互動和該系統接收和生成的數據集的不斷更新。PAE系統也有可能訪問歷史數據，這在分析歷史趨勢或行動后報告（AAR）中可能是至關重要的。歸根結底，網絡領域值得采用新技術并尋找更好的解決方案。

2. 網絡設備狀態

為了了解單位層面的網絡設備狀態，戰略層面的決策者依賴于目前海軍傳統上使用簡報、聊天和語音報告的做法。然而，這些信息可能是過時的和不準確的，最終在需要了解網絡領域的服務和設備可用性的決策者中造成了混亂。網絡領域是一個復雜的領域，需要有效的管理和理解網絡操作，包括海軍艦隊之間的共享態勢感知（SA）。網絡設備在不斷變化，這取決于設備的狀態和水面艦艇的地理位置，這些都會影響連接性。

海軍操作員和領導傳統上使用各種格式的二維網絡拓撲圖和微軟文件來描述網絡系統的運行狀態并維護資源管理。這些二維模型最初是為了協助領導和操作員對網絡進行清晰的可視化；然而，隨著時間的推移，網絡資產的增加，從而增加了二維模型的復雜性，使得理解這些綜合系統變得更加困難。正因為如此，二維網絡圖和拓撲結構的顯示更成為理解新系統集成或系統變化的障礙。理解傳統的、印刷的二維信息（圖1）所花費的時間已經不能滿足操作人員和作戰人員的需要，也不能及時為決策者提供簡明清晰的信息。

3. 從PowerPoint幻燈片（2D信息）到增強現實（3D信息）

當代支持人類操作和決策的技術已經從過去適度的形式上有了飛速的發展。數據的表現形式現在可以采取三維信息的形式，不再是靜態的，而是動態變化的，支持用戶與相同數據集的實時互動。然而，今天大多數水面資產的重要通信包括不同級別的互聯網連接，便于分享PowerPoint簡報和接收在二維空間表示的語音或書面報告。這些傳統的通信途徑是艦艇當前作戰狀態的快照或對即將到來的任務的一系列預期；它們推動了美國海軍 "維持、訓練和裝備能夠贏得戰爭、阻止侵略和維護海洋自由的戰斗準備的海軍部隊 "的能力[3]。正如Timmerman的論文研究[4]中所認識到的，目前的二維可視化將復雜的操作技術（OT）系統顯示為網絡社區所習慣的平面信息技術（IT）圖，從而過度簡化了這些系統。另一種更優越的表示方法是在三維空間中顯示邏輯網絡元素，反映這些網絡的物理和邏輯的復雜性。通過研究數據的三維表示法，海軍可以加快關鍵的時間敏感數據的流動，這些數據原本是在二維空間，變成更容易理解的三維信息。

研究的總體目標是對PAE系統原型進行定量評估，通過可用性研究分析其如何支持海軍領域的網絡系統可視化和任務規劃操作。對復雜網絡及其相應拓撲結構的傳統理解是基于技術手冊中的藍圖的二維圖紙。這種信息的翻譯再由非主題專家（SME）通過PPT簡報（或口頭簡報）進一步稀釋，以告知高層決策者的指揮系統當前在水面資產上的通信狀態。最終，在二維信息、口頭或PowerPoint簡報和向高層決策者提供綜合信息之間會有時間損失。向決策者展示復雜系統的解決方案是通過PAE將二維信息表現為三維信息。

C. 研究問題?

本論文探討了以下問題。

• 什么是有可能為任務規劃提供更有效支持的技術框架？

• 網絡通信能力的三維可視化和PAE系統能否為網絡領域特定的任務規劃要素提供有效支持？

• PAE系統能否有效地協助戰術層面的任務規劃任務，具體到網絡通信的管理？

D. 范圍?

本論文將限于開發一個PAE系統原型，以幫助可視化用戶研究所需的網絡基礎設施。可用性研究有兩個不同的目的：檢查用戶對海軍網絡戰斗空間的三維可視化的理解，跨越多個艦艇的通信和網絡基礎設施，并評估PAE在戰術層面上有效協助任務規劃的能力。雖然海軍領域的PAE的大概念被設想為支持許多作戰任務和訓練情況[1]，并包括與作戰系統的互連性，但為本論文開發的原型系統將有足夠的功能來支持用戶研究。

E. 研究方法

本研究的研究方法包括以下步驟:

1. 進行文獻回顧。在AR、虛擬現實（VR）、SA、潛在多用戶環境、網絡可視化實踐以及應用于AR的持久性系統等領域進行文獻回顧。

2. 執行任務分析。進行任務分析，分析當前網絡操作、決策以及整個艦隊的設備和服務可用性的資源管理的做法。這包括但不限于詳細分析航母上的戰斗值班長（BWC）與巡洋艦或驅逐艦上的作戰指揮官（CRUDES）之間的報告和互動，當前的網絡可視化做法，以及PAE的有效性。我們還將對目前的報告標準和現有的SA任務和實踐進行詳細的任務分析。

3. 確定三維模型。確定一套支持虛擬環境和可用性研究所需的用戶任務的三維模型。

4. 設計和開發一個PAE原型。設計和開發一個支持可用性研究的PAE系統原型。

5. 設計和執行可用性研究。設計一個可用性研究，制定機構審查委員會（IRB）文件，對人類參與者進行研究，并檢查用戶執行所需任務的經驗。可用性研究的設計將針對網絡領域的可視化，側重于用戶更好地理解網絡設備如何與其他系統相互連接的能力，并實時描述網絡戰斗空間。此外，該設計將被定制為展示多艦情況下的決策，并衡量界面在支持任務規劃和資源管理方面的有效性。

6. 分析數據。分析研究中收集的人類性能數據，并檢查PAE原型系統的技術性能。

7. 確定建議和未來工作。收集并確定對未來可能的工作的建議。

F. 論文結構

第一章：導言。本章介紹了研究空間的最關鍵要素：領域、問題、研究問題、范圍和用于解決所有研究問題的方法。

第二章：背景和文獻回顧。本章強調了VR、AR、混合現實（MR）、持久性系統和SA的定義。文中回顧了關注AR和VR技術的研究經驗，并討論了多用戶環境、現有網絡可視化實踐和持久性系統與AR技術結合應用時帶來的潛力。

第三章：任務分析。本章分析了目前整個艦隊的網絡操作、決策以及設備和服務可用性的資源管理的做法。

第四章：系統原型。本章闡述了PAE系統的設計和開發、系統結構和模擬環境。本章還描述了訓練場景和一套支持建立可用性研究所需的虛擬環境的三維模型。

第五章。可用性研究。本章介紹了可用性研究的要素，文中還討論了從可用性研究中收集的數據集中得出的結果。

第六章：結論和未來工作。本章概述了本研究的主要內容，并對未來的工作提出了建議。

摘要

英國國防部（MOD）的科學和技術戰略已經指示研究重點放在下一代（GAN）的軍事能力上。GAN能力是指那些英國防部今天無法采購的能力，在它們出現之前需要基礎科學和技術。Dstl最近領導了一項活動，以確定GAN對應用于國防培訓、教育和準備的國防模擬和合成環境的研究意味著什么。這涉及到收集國防利益相關者（未來的一線軍事用戶）的意見，以及對英國工業界和學術界（由QinetiQ、Thales、Cordillera應用集團和微軟領導）的GAN技術的審查。

本報告將概述推薦的下一代技術，這些技術對英國防部在未來五年內的成熟非常重要。這包括以下領域：擴展現實（XR）；數字孿生；元宇宙；學習技術；核心模擬技術；人工智能和自動化；以及代表未來復雜作戰環境所需的技術。它將提供一個概述，說明英國防部應該把研究重點放在什么地方；什么應該留給消費者領域去推動走向成熟；以及國防部可能期望在五年時間內能夠利用的功能和能力。

1.0 引言

1.1 英國國防部的科學和技術戰略

技術及其使用對英國國防部實施其戰略的能力和我們的運作方式越來越重要。英國國防部的科技戰略和最近的國防和安全綜合審查都強調，英國國防部需要更好地了解未來，并尋找、培育和資助下一代技術。英國國防部還必須通過示范、實驗來識別、評估和推動新興技術和創新，更好地利用流程和結構，并加速現有技術的規模化應用，以實現英國的優勢。

1.1.1 下一代技術

英國防部首席科學顧問（CSA）安吉拉-麥克萊恩女士對下一代技術（GAN）的定義如下：

"你今天買不到的東西--我們知道我們需要的能力，但在它們可用之前需要基礎科學和技術。這并不意味著任何特定的時間表 - 下一代技術可能在今年"

英國防部的CSA將GAN稱為下一代技術的一個單獨的興趣領域，這些技術可由國防部購買，但在軍事背景下使用時需要避免風險。GAN不是按照傳統的基于路線圖的方法中描述的線性時間表來考慮的。相反，它有一個非線性的范圍，一種技術的下一代可能只是幾個月后的事，另一種可能是幾年后的事。例如，智能手機的GAN可能在今年就準備好了，而核電站的GAN（如核聚變）可能要在幾十年后才能成熟。

2.0 仿真和合成環境的下一代

仿真和合成環境被廣泛用于英國國防部，為一系列領域提供更好的能力，包括：獲取；測試與評估；研究；能力開發；作戰分析；兵棋推演；實驗；部隊準備；以及決策支持。

英國防部責成Dstl管理科技能力--在Dstl內部和整個供應鏈--以便現在和將來為英國的國防和安全提供正確的能力。管理涉及到對科技能力的規劃、管理和監督的責任。國防部科技戰略中的GAN目標重新強調了這一活動，以確保國防部的內部能力，以及工業界、學術界和其他合作伙伴的能力適合于滿足國防的新興和未來需求。這一職責包括對模擬和合成環境的管理。

為了支持這種能力管理，并為英國國防部應開展的未來研究活動提供信息，Dstl與英國工業界和學術界一起進行了一項研究，以了解：

"GAN對未來模擬和合成環境的發展意味著什么，以支持英國的優勢？"

該報告確定了以下關鍵領域，這些領域應成為GAN能力研究的重點。

• 信息和通信技術（ICT）。

• 核心模擬技術。

• 人工智能（AI）和自動化。

• 擴展現實（XR）。

• 數字孿生和數據。

• 元宇宙。

• 未來的復雜作戰環境。

在這些領域中，該研究旨在確定：

• 尚不能采購的全球網絡能力和技術 - 這意味著該能力尚未發展成為可購買的產品或服務。

• 消除能力風險所需的科技活動--這意味著英國防部為利用該能力所需的基礎科學和技術研究。這可能涉及一系列的活動，包括從基礎科學研究到更成熟的演示和實驗，以及與終端用戶進行的去風險活動。

這項研究的范圍只包括與支持國防培訓、教育或準備有關的模擬和合成環境的使用。我們承認，這些領域在很大程度上受到鄰近市場和行業的影響（如軍事教育的民用學習市場），研究的范圍包括更廣泛的相關市場，那里有未來的 "衍生"機會。以前的 "附帶 "例子包括使用商業現貨（COTS）游戲技術進行培訓。

2.1 信息和通信技術（ICT）

預測：云計算已經改變了組織處理和存儲信息的方式。處理和存儲現在可以 "隨用隨取"，就像自來水公司一樣，企業可以根據自己的需要支付少量或多量的費用。雖然當前一代的云計算越來越多地被用于國防，并且幾乎肯定會支持下一代的模擬能力，但也有機會利用計算技術的GAN。

特征：新興的計算技術，如量子計算、神經形態和熱力學計算可能提供以下機會。

• 熱力學計算尋求將計算硬件運行到其熱力學潛力的極限。這有可能減少計算設備的尺寸、重量和功率（SWAP）。潛在的開發機會包括儀器化的現場訓練，在那里，與5G或6G通信相結合，它可以使邊緣設備以更低的功率要求被廣泛部署。限制性因素是證明該技術規模所需的研發，以及供應鏈和工業能力的要求。

• 量子計算不太可能在短期內出現在國防用戶的口袋里。雖然基于云的工作負載正在出現，但這些工作負載的可用性有限，安全和延遲可能是一個問題，而且可靠性可以得到改善。量子計算很可能被用于與運行詳細模型有關的確定的工作負載，作為科學研究的一部分，甚至在GAN的時間尺度內，對一般用途的培訓教育和準備的利用是不確定的。目前，英國政府的投資是巨大的，培訓、教育和準備社區應繼續監測其發展。

• DNA存儲器可以為培訓、教育和準備社區提供潛力，以存儲未來將產生的越來越多的數據。這有可能改善靜態數據的可及性。

• 圖形處理單元（GPU）的能力將繼續為大規模的模擬提供支持。GAN時間尺度的趨勢是，能力越來越強的GPU將支持越來越大的M&S環境，有可能在基礎設施層面而不是通過中間件軟件進行擴展。

效益和機會：總之，培訓、教育和準備社區可能會在GAN中擁有越來越強大和低SWAP的計算。這有可能徹底改變儀器化的現場訓練，但也可能對所有的M&S環境產生影響。這反過來又會對用于生成這些環境的輸入數據的驗證和確認（V&V）提出要求。

2.2 核心模擬技術；

預測：核心模擬技術包括戰術環境、圖像生成器、協議和標準、監測和控制工具以及代表自然和物理環境的系統。核心模擬技術將利用來自消費者信息技術和游戲市場的創新，越來越多地使用這些技術來支持以前的定制應用，如圖像生成和當前一代XR能力。全面運作的建模和仿真服務（MSaaS）能力將是下一代仿真技術的一個特點，而 "下一代 "可能會充分利用面向服務的架構和云技術。國防部將為核心仿真功能定義并擁有可重復使用的構建模塊和標準。平臺和系統的仿真將由OEMs提供數字雙胞胎。

特征核心仿真技術的GAN可能包括。

• 本身可擴展的環境，以前在處理能力和連接方面的限制被消除。

• 基于服務的方法和隨需應變的能力，可能會轉向完全云托管的模式。

• 混合的現場、虛擬和建設性（LVC）模擬，這三個領域之間的障礙越來越模糊或不存在。

• 與消費者游戲和信息技術的持續融合。

• 安全、高帶寬、有彈性的網絡。

效益和機會：核心模擬技術在支持培訓、教育和準備方面有廣泛的用途。它們可以被認為是提高這些國防部成果的效率和效益的重要推動力。向基于服務的仿真技術架構的轉變，特別是通過重新使用資產和減少對內部硬件的需求，可能會提高仿真交付的效率。

2.3 人工智能（AI）和自動化；

預測：英國防部和更廣泛的市場對人工智能和自動化的投資是相當大的，預計將繼續推動下一代和GAN能力的快速提高。有希望的早期技術包括基礎模型，它提供通用的、可訓練的人工智能，能夠處理廣泛的任務。計算的發展，包括 "網絡3.0 "或邊緣計算、量子計算和處理器的發展可能會提高人工智能和自動化的能力。民用工業部門的過程自動化也可能為管理和提供培訓、教育和準備提供潛在的交叉機會。然而，盡管有大量的投資，但不太可能有一個單一的 "銀彈 "通用人工智能和自動化工具來完全改變培訓、教育和準備。相反，干預可能是在一個更有限的基礎上，但仍將有可能產生影響。除了它的能力，人工智能和自動化工具可能會變得更可用，更容易被終端用戶所操作。

特征：GAN人工智能和自動化可能在以下方面有利于培訓、教育和準備。

• 通過 "人機聯手"，提供更有效的活動策劃、交付和支持。

• 提供對培訓、教育和準備數據的洞察力和理解，以提高效率和效益。

• 為實體或系統的行為提供更好的表述。

效益和機會：人工智能和自動化有可能促進效率和效益的提高。如果利用得當，它可以幫助減少與提供培訓、教育和準備活動有關的開銷，（例如）替代人類的角色扮演者。在效率方面，它可以用來提高演習人員的生產力（如監測受訓人員的狀態，并在出現異常情況時向教官發出信號），從而使他們能夠專注于改善培訓體驗。

2.4 擴展現實（XR）

預測：GAN XR技術（包括增強現實（AR）、虛擬現實（VR）、增強虛擬和多感官模擬）極有可能成為未來廣泛的培訓、教育和準備用例中用戶面對能力的首選形式因素。GAN混合現實技術具有較高的世代交替性，并有可能在2-5年的時間框架內被國防用戶所使用，這主要是由于消費技術市場的資助。GAN XR技術將有可能取代傳統的投影顯示器，成為面向用戶的主要能力形式，下一代應用已經被批準用于民用飛行訓練，盡管傳統的顯示器將在一段時間內繼續使用。來自消費技術市場的大量私人投資將確保該技術的價格與傳統顯示技術相比保持競爭力。對于高端應用，如飛行模擬，XR可能會有更高的成本效益，但要看認證和政策要求。

特點：GAN XR技術和能力的特點可能是融合了AR、VR、觸覺（包括人體服和其他可穿戴技術）和多感官刺激，以進一步提高沉浸感，并將刺激擴展到純粹的視覺和聽覺之外。GAN XR技術的發展將受益于對元空間、云和邊緣計算、移動和計算設備技術、5G/6G無線網絡、流媒體和消費者娛樂及游戲技術的更廣泛投資。

效益和機會：GAN XR技術有可能通過提高著色器/現實主義的質量來改善培訓、教育和準備工作的沉浸感，例如觸摸全息圖、穿越和更大的視野、超級現實的化身和沉浸式房間/體驗。如果它的有效性可以被證明與現場體驗相比更有優勢，它也可以支持一些現場或傳統的虛擬交付手段過渡到虛擬環境，提供效率機會。它還可能支持改進LVC領域的整合，例如通過在實況環境中更可信地表現虛擬仿真實體，推動提高培訓效果。GAN XR的使用還可以推動用戶參與，特別是國防部的 "Z世代 "成員，而不是傳統的面向用戶的技術。使用XR來支持行動可能會模糊訓練、準備和行動之間的界限。

2.5 數字孿生和數據

預測：數字孿生被定義為 "作為物理對象或過程的實時數字對應物的虛擬表示 "。 數字孿生正在工程、科學和運營規劃中出現，作為了解和優化當前和未來性能的一種手段。因此，數字孿生體在準備工作中可能特別有用，但也可能支持培訓和教育能力。目前，各行各業都對數字孿生體進行了大量投資，然而，定義和實施方法都有很大不同，在許多情況下，數字對應體的 "實時性 "和保真度都很有限。GAN數字孿生將擴大可以結對的實體的范圍和復雜性，提高輸入數據的質量，從而提高模型的保真度，并提高數字孿生的可用性或互操作性。在GAN的時間框架內，英國防部可能會處理一個單一的數字孿生子 "來統治它們"，而不是為不同目的產生的平臺或系統的多個代表。盡管 "數字孿生 "一詞可能會過時，但所提供的能力的使用將為廣泛的行業提供一個總體方向，并將以多種方式加以利用。數字孿生子和物聯網將確定一個發展方向，使更多的權威性和實時數據集被用于模擬。捕捉、存儲和分析來自大量來源的數據的能力將被啟用。它們將形成管理和消除風險的核心能力，在未來的國防采購中，合成環境采購的原則可能會被重新激活。

特征：GAN數字孿生將有可能成為一系列對象和實體的權威性單一數據源，從單個平臺到訓練區、人口甚至是對手。它們將是真正的實時的，并基于經過驗證的、可重復使用的數據源（包括生物統計學）。它們將是可互操作的，并能在比目前更廣泛的使用情況下發揮作用。數字雙胞胎的使用有可能鞏固和凝聚整個國防的數據管理。

效益和機會：數字孿生體有可能支持廣泛的培訓、教育和準備用例。雖然目前還沒有得到證實，但它們也有可能通過重復使用一個平臺或系統的單一權威模型來提高效率，從而消除采購多個模型來實現不同功能的需要。此外，它們還有可能通過生成更高保真度的、多用途的復雜系統模型來提高培訓、教育和準備的有效性。

2.6 元宇宙

預測：雖然沒有單一的定義，但元宇宙（Metaverse）被認為是下一代互聯網，它將傳達包容性的沉浸式數字體驗，在未來，它將與我們的物理現實密不可分。這些構件包括上述的大部分能力領域，包括。云基礎設施、數據（歷史和實時）、實時游戲引擎，包括新的渲染技術，如Lumens和Nanites.5G、觸覺、計算、體積視頻和沉浸式環境。元宇宙目前正受到消費技術公司的大量投資。對于其潛在的所有權、治理、作為一個獨立概念的可信度和商業主張，也有很大的爭議。一個關鍵的爭論是，元宇宙是由大型技術公司（如社交媒體平臺供應商）來實現貨幣化，還是以開放和民主化的方式來發展。Dstl的研究已經開發了一個軍事元宇宙的作戰概念，以了解其未來的潛在效用。英國防部不能忽視元宇宙，而且來自消費者領域的投資極有可能被國防部的培訓、教育和準備用戶部分或全部利用，然而它對這些領域的具體好處需要被更好地理解。

特點：如上所述，元宇宙是一種從一些較低層次的創新或技術能力中產生的能力。預計它將利用從云端召喚大量處理和存儲的能力、面向用戶的能力（如XR）、消費者游戲框架的元素和協作工具。發展可能包括新的輸入方法，包括無障礙設備、基于從消費者游戲中學習到的新的MR用戶體驗（UX）模式、非玩家角色的AI決策樹、從實時數據中捕捉和生成化身、整體捕捉、計算機視覺和穿戴設備。

效益和機會：Metaverses是一種新興的能力，因此，其好處和機會仍有待討論。Metaverses提供了為整個國防使用案例服務的潛力，并確保M&S能力是最新的、一致的、可驗證的、具有成本效益的，并能惠及所有可能受益的人。最終的愿景可能是幫助國防部門充分利用其M&S資源的潛力，作為一種綜合的、一致的M&S能力。這可以提供用戶/創造者社區；提供可以到達所有用戶的按需使用的M&S系統；以及新的按需采購和商業模式。對提供元宇宙所需的基礎技術或功能的投資也可以為國防界提供機會。

2.7 未來的復雜作戰環境

預測：當前和下一代的模擬系統都在提高表現復雜環境的能力，如大城市，以及支持與多領域整合（MDI）相關的系統和效果，如網絡和電磁活動、空間和高度復雜的地形，如大城市。這與數字孿生不同，因為它可能不會實時更新。這種趨勢可能會在模擬系統的GAN中繼續下去，通過云計算、改進的數據采集和環境生成工具獲得更大的處理能力。隨著模擬的規模和復雜性變得不再是一個限制因素，重點可能從提供或擴展處理能力轉向確保構成模擬的數據可以被驗證和確認為適合目的（注意這在技術上和文化上都是一個具有挑戰性的概念）。在能夠增加價值的情況下，理解代表復雜操作環境的要求，以便為國防用例提供好處，重要的是在不需要增加這種復雜性的情況下（例如，在可能對培訓或其他用例產生負面影響的情況下）。

特征：GAN代表未來和復雜環境的能力可能由以下因素驅動。

• 改進數據獲取、驗證和確認以及測試工具，以建立具有驗證信息的復雜環境。

• 通過使用云計算為模擬環境服務，改進處理和存儲，消除對環境規模/復雜性的歷史限制。

• 提高理解、描述和表現軟因素的能力，如使用與更廣泛的模擬組件相聯系的動態模型的人類亞環境。

效益和機會：復雜的環境是未來行動的一個可能的特征（正如一些國防部的政策文件和出版物中所反映的那樣--如全球戰略趨勢），因此，用模擬來有效地表現它們，為國防人員在一個可能無法用實戰訓練方法來表現的環境中作戰提供了潛在的準備。提供適當準確和有代表性的作戰環境模擬，應能提高培訓、教育和準備的有效性，因為這種模擬的開發能夠更好地支持與未來作戰環境有關的新的培訓結果。需要注意的是，培訓解決方案不能被過度設計，并且要了解對這種模擬能力的投資回報，以支持商業案例。

3.0 結論和建議

3.1 消費者技術

國防模擬最終是一個相對較小的專業市場，遠遠小于消費技術市場。在全球網絡中，消費技術部門的龐大規模及其研發預算將意味著它將繼續對國防仿真部門產生影響。這些工具的模塊化性質和相對較低的成本為國防部門提供了一個提高效率的機會，而它們的真實性和沉浸性則為提高有效性提供了機會。

2005-2020年期間，消費者游戲技術對國防模擬市場的影響穩步增長。英國防部的人員現在包括一個熱衷于游戲的社區，他們希望國防模擬的體驗能與他們的游戲機提供的體驗相匹配。國防用戶要求對COTS游戲引擎進行修改，使其成為可用的培訓和準備工具，并增加場景規劃和行動后回顧（AAR）功能。然而，一些游戲引擎已經成功過渡到國防用途。英國國防部對國防虛擬仿真（DVS）的投資很可能已經付出了數倍的代價。隨著時間的推移，植根于消費領域的技術已經逐漸侵蝕了僅用于國防領域的專有模擬工具的市場。世界上最大的國防模擬公司CAE在I/ITSEC 2021上宣布游戲引擎為飛行模擬器提供動力的圖像生成器（IG）是該行業的一個重要時刻。我們可能已經看到了最后一代由專業國防仿真公司開發的專有IG和虛擬及構造仿真工具。除了引擎本身，消費者游戲可能提供工具或流程，可用于更快速地生成仿真內容或事件，提升效率。然而，依賴國防領域以外的市場存在潛在的風險，對某些產品和服務的開發決策的影響可能很快使其效用不再與國防使用案例相關，因此國防對這些產品和服務的投資可能變得多余（例如，新版本打破了向后的兼容性，或新的道德用戶權利限制了其在國防方面的使用）。在決定使用這種方法時，需要仔細考慮風險回報率。

極有可能的是，消費者游戲部門較大的市場規模，以及對元空間的興趣，將繼續拋出對國防模擬用戶感興趣和可用的GAN創新。從歷史上看，消費者游戲公司并不都對國防模擬市場感興趣，因為它的規模較小，或對其環境、社會和治理（ESG）證書有潛在的損害。然而，有證據表明，大型消費者游戲公司對向國防部門提供其工具感興趣。這有可能會帶來一些可能的工業挑戰。

對消費者XR的持續投資也將提供一個國防可以利用的機會。雖然研究會的一些與會者認為XR作為一項技術在消費領域已經達到頂峰，但從中期來看，XR有可能最終取代傳統的投影儀和屏幕作為IG，至少對于一些國防培訓和教育應用來說是如此。基于XR的民用飛行模擬器的認證突出了其潛力。

國防模擬科技界的行動是通過技術觀察、前景掃描和去風險試驗繼續監測這些發展。國防部有自己特定的功能和非功能要求（如安全），這些要求可能并不總是與消費者關注的能力相一致，必須對這些要求進行評估，以使國防部了解開發潛力。

3.2 風險和挑戰

在交付模擬的GAN方面有幾個挑戰。

• 隨著模擬在處理和存儲方面的限制減少，輸入數據和模擬結果的V&V可能會成為一個越來越大的限制因素。這可能是對FOE模擬的一個特別挑戰。適當的V&V是國防模擬界的一個長期要求。不斷提高的計算和網絡能力意味著未來的模擬有可能不受處理或存儲的限制，并有能力運行更大、更復雜的模擬。隨著時間的推移，確保支持仿真的模型和數據的準確性與需求相適應，可能會成為比提供足夠的計算能力來運行它們更大的挑戰。利用仿真技術的限制因素是驗證它是否正確運行，是否有不可預見的后果，以及驗證所產生的實施方案是否適合正在進行的任務（例如，實施水平和V&V是否適合實現特定的培訓目標）。

• 隨著模擬在表現復雜性方面的能力越來越強，控制復雜程度的能力對于確保國防培訓、教育或準備活動集中于實現其結果是很重要的。有一種危險是，模擬能力在管理和維護方面變得過于繁瑣和昂貴，并提供了消極培訓的真正風險。

• 在培訓、教育和準備能力中有效插入新的模擬技術的能力將需要適當的手段來評估它們在當前或替代方法之上或旁邊提供的價值。雖然一些全球網絡能力的可負擔性可能會降低，但在增加的有效性和成本之間可能會有權衡。

• 在全球網絡中使用非國防能力將需要更多地了解新能力的來源和它們出于安全原因的資金來源。這與風險投資（VC）資助的公司和消費者游戲技術特別相關。

• 越來越多的行業資助的知識產權生成，或使用消費者或風險投資公司資助的能力作為全球網絡的一部分，可能意味著供應商對研究活動的合作熱情降低。這也可能給政策和標準領域帶來挑戰。

• 國防部缺乏必要的基礎設施來充分利用這些技術的障礙，如國防部的安全要求可能會對流媒體技術和無線網絡等技術的使用造成越來越大的限制。

• 國防部在設定要求、獲取和使用M&S方面缺乏文化，這使得引入和成功采用GAN M&S方法具有挑戰性。人們認為，改進教育和SQEP將改善這一狀況，同時還包括新的培訓方法、全壽命風險管理方法、新的商業方法等。

3.3 GAN模擬愿景

在GAN的時間框架內，將提供動態的、可擴展的、可重新配置的、高度沉浸的和數據驅動的能力，在培訓教育和準備的有效性和效率方面帶來一步的變化。

面向用戶的系統將了解何時何地利用（或不應利用）全息投影、混合現實技術和高度逼真的圖形的能力，以提供有利于提供培訓的沉浸式體驗，并在適當時取代目前的投影系統和顯示器。在邊緣計算和強大的無線網絡的推動下，這些技術將實現現場、虛擬和建設性領域的無縫過渡和相互作用。面向用戶的系統將不僅刺激視覺和聽覺通道，而且提供多感官的刺激。它們將使用對用戶精神和身體狀態的實時反饋，以及適當的混合學習方法，以提供個人優化的培訓和教育，并推動受訓者的體驗。

M&S系統將提供適當的精確和動態的作戰環境表現，包括所有領域的復雜系統和信息效果。通過數字孿生、環境數據和獨立的復雜模型的無縫集成，使用開放的數據標準和可組合的方法，培訓交付的專業人員將能夠快速建立環境以滿足他們的要求。數據將能夠更迅速地被采集、處理和驗證，以納入模擬系統，開辟新的準備用例。

啟用系統將利用數據分析、有線和無線網絡、人工智能和流程自動化、計算和軟件系統的改進。這些將使GAN模擬能夠更快速、更經濟地提供，并在射程內安全地交付。

3.4 科技建議

為了實現上述愿景，需要開展科技活動以降低開發和交付模擬能力的風險。作為這項任務的一部分，建議的科技活動分為以下幾個方面。

• 監測和了解--這涉及到英國防部需要進行前景掃描活動的領域，以更好地了解全球網絡能力或技術的方向。這里可能會給國防部帶來好處，但在需要更有針對性的去風險活動之前，需要更好地了解使用案例或潛在的基本能力。這包括國際研究合作（IRC）。

• 深度應用研究 - 這涉及到需要進行基礎研究以降低能力或技術風險的領域。

• 實際去風險--這涉及到國防部需要通過進行實際的實驗或實際的試驗活動來消除使用GAN技術或能力的風險的領域。這可能是指出現了一種新的技術或能力，其在國防中的使用尚未得到證實，或者與融合有關的整合問題需要去掉風險。

3.4.1 監測和了解

為監測和了解新能力而進行的科技去風險化，應重點關注消費者和商業技術市場的發展。技術觀察活動應包括

• 面向用戶的系統，包括混合現實技術、全息顯示器、觸覺、多感官刺激和腦計算機接口。

• 消費者游戲技術，包括構建游戲環境所需的工具、用于提供內容的框架和流媒體及其他網絡技術。流媒體是未來M&S交付的一個潛在的關鍵推動因素，也出現在下文。

• 新穎的計算和消費者信息技術。仿真相關的科技不可能為新的計算研究提供資金，但M&S社區可能會從（例如）熱力學計算中看到一些改善SWAP的重要機會。同樣，雖然基于云的模擬形成了下一代的模擬，但也需要繼續了解和利用消費者和商業IT的改進。

• 元宇宙相關的能力，包括基本的個別技術和功能、標準和用例。國防部不能忽視元宇宙和與之相關的資金量，但其對國防部的好處目前還不確定。我們需要幫助國防部了解并消除對元宇宙所帶來的機會的神秘感。

3.4.2 深度應用研究

我們需要在以下領域進行基礎性的應用研究。

• 改進的模擬組合，作為更動態地生成和整合模擬組件的一般促成因素。這需要對仿真數據結構進行基礎應用研究。

• FOE的表示。在GAN中，更復雜的環境應該能夠被常規地表示出來，但仍有重大的V&V挑戰。

• 數字孿生的整合，包括如何將這些數字雙胞胎與其他模擬進行常規連接。

3.4.3 實際的去風險化

英國防部在安全、保障、堅固性和可用性等方面有自己的特殊要求。因此，需要進行實際的實驗來降低國防部使用新能力的風險。

• 努力了解和衡量消費者技術的有效性，特別是面向用戶的系統，與傳統的方法相比。這可以包括比較 "并排 "試驗，以了解培訓或教育的有效性。

• 努力降低邊緣計算、顯示器和網絡在LVC培訓或現場培訓中的融合風險。

• 努力了解如何將人工智能和自動化的改進應用于培訓、教育和準備。人工智能在提高效率和效益方面有一定的前景，但需要滿足國防的具體要求。

• 努力降低國防的無線和流媒體技術的風險，使其成為軍事和安全活動的一般推動者。目前這一代技術在延遲方面是不夠的，而且仍然存在安全問題。

• 努力為國防政策和戰略提供信息，以實施充分利用GAN技術所需的基礎設施，即開發一個模擬生態系統；企業數據管理方法；安全無線基礎設施。

3.5 北約和國際研究合作的作用

北約建模和仿真小組（MSG）將在GAN仿真和合成環境能力的去風險化和互操作性方面發揮關鍵作用。同時，北約人因和醫學（HFM）將為未來培訓的開發和交付提供關鍵的人的方面的見解。

北約MSG目前有以下小組，這些小組與GAN模擬和合成環境能力有很好的配合或提供配合的機會：

• MSG-195 MSaaS第三階段小組正在支持模擬的發展，以采用現代ICT基礎設施，如云、容器化和元數據，在開發和提供基于服務的模擬能力方面提供自動化和效率，可以按需訪問。這些技術已經被用于消費領域，并被考慮用于下一代國防仿真能力，但需要進一步研究GAN的自主性和效率，以充分實現MSaaS的生態系統方法。

• MSG-198研究小組在構建性仿真系統中的可組合人類行為表現，將要求GAN技術提供表現和重新使用未來操作環境的人類行為表現的能力。

• MSG-203建模和仿真在支持當前和未來北約行動中的作用系列講座將發揮重要作用，向高級利益相關者強調可能的GAN技術正在成熟，供北約和各國使用。

• MSG-205盟軍數字孿生體的互操作性和標準化倡議小組將在理解數字孿生體支持北約和各國的作用，以及如何開發共同的方法來實現其使用方面發揮重要作用。

• MSG-206小組將為評估XR技術在北約和各國的培訓和教育中的使用提供一個共同框架。評估和交流消費者領域的發展的共同方法將是跟蹤和利用這些技術發展的關鍵。

北約MSG活動中可能存在差距的一些領域包括:

• 網際網路：需要了解和解讀元宇宙對北約和國家的意義。在消費者領域，利用Metaverse的大量投資的機會將是很多的。跟蹤和維護這些發展將需要資源和整個社區的共同理解。軍方有一些關鍵的使用案例，這些案例也可以用來幫助集中開發Metaverse，以確保這項技術的軍事用途在開發生命周期的早期就被消除風險。

• 一般技術觀察和消費技術的地平線掃描：與元宇宙相關的是，需要對新興技術提供快速的洞察力和評估，以便北約和各國能夠在這些技術出現時迅速加以利用。通過一個共同的方式來評估、理解和交流這種相關性，整個社區的努力將是關鍵。

• 標準小組：北約MSG目前與模擬國際標準組織（SISO）有著良好的關系和合作，通過這種關系，它有助于為SISO產品和服務的制定提供一個共同的北約影響和聲音。隨著消費技術的大量投資和相關性，人們注意到MSG和SISO將需要擴大他們與其他標準組織的關系，如Khronos集團和數字雙胞胎聯盟（等）。

摘要

航空仿真環境（葡萄牙語為Ambiente de Simula??o Aeroespacial - ASA）是一個定制的面向對象的仿真框架，主要用C++開發，能夠對軍事作戰場景進行建模和仿真，以支持巴西空軍在航空航天方面的戰術和程序開發。這項工作描述了ASA框架，帶來了其管理多個仿真機的分布式架構、用于后處理仿真數據的數據分析平臺、在仿真運行時加載模型的能力，以及同時進行多個獨立執行的批處理模式執行平臺。此外，我們還介紹了最近在空戰背景下使用ASA框架作為仿真工具的工作清單。

關鍵詞：仿真環境，分布式仿真，數據分析，軍事，作戰場景

1 引言

高級研究所（IEAv）是巴西空軍（For?a Aérea Brasileira - FAB，葡萄牙語）的一個研究組織，自2018年以來，開發了航空航天仿真環境（Ambiente de Simula??o Aeroespacial - ASA，葡萄牙語），以提供一個計算解決方案，實現作戰場景的建模和仿真，允許用戶建立戰略、參數和指揮決策，支持在航空航天背景下為國防目的制定戰術、技術和程序。

現代戰場場景的特點給建立實際的戰斗仿真帶來了新的挑戰，需要更多的綜合和靈活的解決方案，不僅要解決技術問題，還要解決組織問題[10]。仿真、集成和建模高級框架（AFSIM）是一個正在開發的框架的例子，以解決其中的一些挑戰[1]；然而，它只限于少數美國合作伙伴。在這種情況下，ASA環境被設想為同時足以支持FAB的戰略規劃，滿足作戰分析的需要，并允許開發和評估新技術以加強軍事研究，將自己定位為一個靈活的解決方案，可以根據用戶需求進行調整。這種靈活性是針對客戶的不同特點，這導致了廣泛的要求，而這些要求僅靠商業現成的（COTS）仿真軟件是無法滿足的。由于開發一個全新的解決方案并不高效，ASA團隊決定研究公開可用的工具，旨在將它們整合到一個靈活、可訪問和可擴展的環境中。

擬議的解決方案使用混合現實仿真平臺（MIXR）[11]作為其仿真引擎，這是一個開源的軟件項目，旨在支持開發強大的、可擴展的、虛擬的、建設性的、獨立的和分布式的仿真應用。ASA擴展了MIXR的可能性，增加了額外的元素，創造了一個環境來優化開發者和分析者的任務。我們創建了一個管理器應用程序，作為多種資源之間的接口，作為一個樞紐來運行、存儲和分析眾多計算機上的各種仿真。此外，這個應用程序允許同時創建大量的仿真，只需根據分析員的需要改變初始條件。同時，模型和工具可以在運行時動態加載，以增加靈活性。所有仿真數據都存儲在一個專門的數據庫中，這加快了數據收集過程，促進了更強大的統計分析。此外，考慮到結果的復雜性和ASA用戶的不同技術知識，我們在系統中整合了一個專門的數據分析平臺，不僅用于規劃或可視化目的，還用于對情景產生的數據進行后期處理。

因此，這項工作的主要貢獻是為軍事目的的航空航天背景下的建模和仿真引入了一個新的環境，包含：一個管理多個仿真機的分布式架構；一個用于后處理仿真數據的增強型軍事作戰場景數據分析平臺；一個在仿真運行時加載模型的能力；一個使用不同初始參數進行多次執行的批處理模式執行。此外，我們介紹了最近使用ASA平臺作為空戰領域解決問題的仿真工具的工作清單。

本文的其余部分組織如下。第2節介紹了ASA的架構。在第3節中，我們帶來了一些使用ASA作為仿真工具的研究，這些研究與空戰分析有關，作為這個仿真框架的應用實例。最后，第4節陳述了關于ASA當前狀態的結論，并為未來的工作帶來一些想法。

摘要

在未來部隊結構的發展和評估過程中，兵棋推演是深入了解其優勢和劣勢的一項關鍵活動。十多年來，挪威國防研究機構（FFI）在不同程度的計算機支持下，開發支持挪威軍隊進行能力規劃的兵棋。在此期間，這些已經從可被描述為計算機輔助的兵棋發展為更逼真的仿真支持的兵棋。此外，為了更密切地了解部隊結構的威懾效果（這在實際游戲中可能無法觀察到），我們的重點也轉向了更恰當地復制規劃過程--特別是監測對方部隊的規劃過程。例如，研究特定的結構元素在多大程度上阻止了對方部隊采取某些行動，這一點很重要。在這篇文章中，我們描述了我們開發的仿真支持的兵棋推演方法，其中包括一個準備階段；一個執行階段，含有一個聯合行動規劃過程；以及一個分析階段。此外，我們還討論了我們能夠從兵棋推演中提取什么類型的數據和結果，并提出了一套我們發現的關于如何成功進行仿真支持兵棋的最佳實踐。

關鍵詞：兵棋推演；建模與仿真；實驗；國防結構；能力分析；國防規劃

1 引言

在發展和評估未來的部隊結構時，兵棋推演是深入了解和更好地理解部隊結構的優勢和劣勢的關鍵活動。今天，基于計算機的仿真系統使我們能夠創造出高度復制真實世界物理特性的合成環境。此外，人工智能（AI）和行為模型的進步給我們提供了更真實的計算機生成部隊（CGF），可以高度逼真地執行戰斗演習和低級戰術。兵棋可以從這些進展中受益。然而，在指揮系統的較高層次上，人工智能還不能與人類決策者相提并論，在兵棋中規劃和實施仿真行動需要人類官員的參與。

十多年來，挪威國防研究機構（FFI）一直支持挪威軍隊在不同程度的計算機支持下開發能力規劃的兵棋。在此期間，這些已經從可被描述為計算機輔助的兵棋發展為更逼真的仿真支持的兵棋。此外，為了更密切地了解部隊結構的威懾效果（這在實際游戲中可能無法觀察到），我們的重點也轉向了更恰當地復制規劃過程，特別是監測對方部隊的規劃過程。例如，研究特定的結構要素在多大程度上阻止了對方部隊采取某些行動--或者換句話說，正在推演的概念有怎樣的戰爭預防或維護和平效果，這一點很重要。

能力規劃過程和高調的兵棋總是會涉及或吸引利益者--例如高級軍官、政治家、官僚和國防工業領導人--的利益沖突。一般來說，參與的利益者有可能想把兵棋框定在一個有利于他們利益的背景下（Evensen等人，2019）。重要的是要意識到這個問題，而且關鍵是要避免兵棋成為利益者利益的戰場。本文所描述的方法和最佳實踐試圖通過使用基于計算機裁決的仿真，以及通過提高對元游戲的認識，或對兵棋所有階段的沖突，從準備到執行，再到分析和報告，來減少這個問題。

本文的組織結構如下。首先，我們簡要地描述了這項工作的背景。接下來，我們描述了我們開發的仿真支持的兵棋推演方法，其中包括準備階段；執行階段，包括聯合行動規劃過程；以及分析階段。之后，我們討論了我們能夠從兵棋推演中提取的數據和結果類型。最后，我們提出了一套我們發現的關于如何成功進行仿真支持的兵棋推演的最佳實踐。

2 背景

雖然各種形式的兵棋推演已經在FFI進行了數十年，但當FFI的研究人員開始合作研究單個仿真支持的系統評估方案時，首次出現了實施仿真支持的部隊結構評估的想法（Martinussen等人，2008）。

2010年，FFI首次將使用半自動部隊（SAF）的互動式旅級仿真系統作為兵棋推演的基礎。在 "未來陸軍 "項目中，通過一系列計算機輔助的兵棋推演，對五種基本不同的陸軍結構的性能進行了評估（霍夫等人，2012；霍夫等人，2013）。其目的是根據這些結構的相對性能進行排名。此外，兵棋推演揭示了被評估結構中固有的一些優勢和劣勢。雖然我們使用的仿真工具相當簡單，但它對于跟蹤部隊的運動和計算決斗和間接火力攻擊的結果很有用。

在此之后，FFI支持挪威陸軍進行了幾次仿真支持的能力規劃系列兵棋推演。這些兵棋推演是雙面的（藍方/友方和紅方/敵方），封閉的（可用信息有限），在戰術和戰役層面進行。

玩家總數在10到100人之間，兵棋推演的時間從一天到兩周不等。圖1顯示的是2014年FFI的一次仿真支持的兵棋推演會議的照片。

圖1 2014年FFI的仿真支持的兵棋推演會議。

自2010年以來，我們的兵棋推演逐漸從計算機輔助的兵棋推演（使用非常簡單的仿真模型），向使用更詳細和更真實的仿真模型的兵棋推演演變。此外，為了更密切地了解部隊結構的威懾效果（這在實際游戲中可能無法觀察到），我們的重點也轉向了更恰當地復制規劃過程，特別是監測紅方部隊的規劃過程。圖2說明了我們兵棋推演的演變過程。

圖2 我們的兵棋推演的演變過程。

使用基于計算機的仿真來支持兵棋推演的價值首先在于有一個系統來自動跟蹤部隊，計算其傳感器的探測情況，并評估決斗情況和間接火力攻擊的結果。此外，基于計算機的仿真非常適用于通過在地面實況上添加過濾器來真實地表現不確定性和戰爭迷霧。

3 仿真支持的兵棋推演方法

戰術仿真是開發、測試和分析新的部隊結構的一個重要工具。通過兵棋推演，可以深入了解一個部隊結構對特定場景的適合程度，并揭示該結構的優勢和劣勢。然而，擁有一個好的執行計劃對于成功地進行兵棋推演實驗和從活動中獲得有用的數據是至關重要的。在本節中，我們將介紹我們的仿真支持的兵棋推演方法，該方法是通過我們在過去10年中對兵棋推演實驗的規劃、執行和分析的經驗發展而來的。我們還將討論兵棋推演的背景，以及規劃和組織兵棋推演活動的過程，這可以被視為一種元游戲。

一般來說，有幾本關于兵棋推演的書和指南可以參考（Perla，1990；Appleget等人，2020；Burns，2015；英國國防部[UK MoD]，2017）。本節描述的方法是專門為支持未來部隊結構發展的分析性兵棋推演而定制的。通常情況下，我們使用這種方法來評估和比較不同部隊結構備選方案的性能，這些方案可能在物資和裝備的構成、戰術組織或作戰概念方面有所不同。

我們的兵棋推演實驗方法包括三個主要階段：

1.準備階段

2.規劃和執行階段

3.分析階段

這些階段將在下文中詳細描述。圖3說明了它們之間的關系，其中規劃過程和兵棋推演的執行階段構成了實驗的核心。

圖3 兵棋推演實驗的方法說明。

3.1 兵棋的背景

小國在發展兵力結構以威懾擁有更多兵力要素的敵人時面臨著兩難境地。敵人可能會觀察到防御結構中的變化，并可能在運用軍事力量時從集合中選擇其他更合適的元素。例如，如果小國的部隊結構是專業化的，為了對付預期的敵人行動方案（COA），敵人可能會從庫中選擇完全不同的東西，敵人的COA可能會發生巨大變化。

對所有國家來說，發展部隊結構是一個緩慢而公開的過程。從現有的、龐大的部隊要素庫中選擇部隊并創造新的行動方案是一個快速和隱蔽的過程。對于一個小國來說，在這種情況下實現威懾似乎是一項不可能完成的任務，但我們已經在幾個案例中觀察到，對部隊結構的低成本改變是如何對敵人的COA選擇產生巨大影響的（Daltveit等人，2016；Daltveit等人，2017；Haande等人，2017）。1988年為圣戰者引入手持防空導彈后，蘇聯在阿富汗的戰術發生了變化（Grau, 1996），這就是我們在兵棋推演中看到的紅方（對手）小組規劃過程中產生影響的一個很好示例。據觀察，存在感和姿態也有威懾作用。此外，社會、景觀和氣候也影響了紅方的規劃過程。這一切都歸結于敵方在規劃和制定作戰行動期間的風險評估。

為了研究部隊結構變化的威懾作用，有必要讓分析人員在兵棋推演前觀察紅方的規劃過程，而不僅僅是在仿真戰斗中。阻止敵人進攻是任何部隊結構發展的意圖，而觀察威懾效果的唯一方法是在敵人的規劃期間。

在決策理論中，風險是一個必須考慮的因素，以便能夠做出理性的選擇。馮-諾伊曼-摩根斯坦（vNM）決策理論的基礎是行為者通過考慮給定概率和結果的彩票來評估選擇（von Neumann & Morgenstern, 1944）。風險因素也需要存在于規劃過程中。如果一方的規劃過程被參與兵棋推演的其他任何一方知道，那么一部分風險因素就會消失。這將使規劃過程減少到只是評估一個已知的敵人COA，而不是評估一系列可能的COA及其概率。因此，重要的是，場景定義不能限制敵人的規劃過程，所有的規劃過程都要受到監控--特別是敵人的規劃過程。

3.1.1 元游戲

盡管兵棋推演在最終開始時有規則，但在選擇兵棋的類型和周圍環境的過程中，并沒有明確的規則。因此，策劃和組織一場兵棋推演活動的過程可以被看作是一種元游戲--一種可以在對抗分析的規則中進行分析的游戲（Curry & Young, 2018）。例如，聯合層面的兵棋推演將包括傳統上的資金競爭對手的參與者。來自空軍、海軍和陸軍的參與者，在涉及到應該如何制定場景、應該對未來技術做出什么樣的假設、應該如何評估戰斗效果等方面，可能有不同的利益。每個領域內的分支也是如此。因此，存在著一種危險，即元游戲對部隊結構分析結果的影響可能比實際兵棋推演的影響更大。元游戲并不局限于兵棋的執行。分析和事后的報告也會受到與準備期間相同類型的沖突影響。在圖4中，存在于核心方法論之外的元游戲層就說明了這一點。

圖4 圍繞兵棋推演實驗方法的元游戲圖解。

能力規劃過程總是會涉及或吸引利益沖突的利益者，國防規劃和兵棋推演包含許多利益者爭奪地盤的例子（Evensen等人，2019；Perla，1990）。這在兵棋推演的準備階段尤其明顯。應對這種情況的一個可能的方法是，適當地將擁有發明改變部隊結構的權力角色與擁有評估和接受改變的權力角色分開。當這些角色沒有被分開時，利益者會試圖影響什么是兵棋的目標，以及使用什么類型或風格的兵棋。在最壞的情況下，我們可能會有有限數量的利益者提出新的部隊結構，然后讓同樣的利益者通過基于場景的討論來驗證他們自己的想法是否良好。如果被評估的是利益者所珍視的想法，這就特別容易出問題。

聯合需求監督委員會（JROC）是一個很好的例子，該機構以健全的決策結構處理地盤戰（參謀長聯席會議主席[CJCS]，2018）。美國軍方將思想的發明者與審查其有用性的權力進行分開，這完全符合孟德斯鳩的分權原則。在挪威進行國防規劃和兵棋推演的方式，在許多情況下，人們會發現行為者既產生了對未來部隊結構的想法，又通過參與基于場景的討論來評估相同的結構。基于場景的討論如果不包括專門的紅方小組，就不是兵棋推演。引入 "紅方小組 "成員，以及對方的自由和無阻礙的規劃，消除了一些濫用權力的可能性。沒有對提議的部隊結構進行適當兵棋推演的一個特殊結果是，建議采用次優化的部隊結構來打擊固定的假設敵方作戰行動。由于沒有對這種部隊結構進行適當的推演，結構改革的支持者成功地擊敗了他們喜歡的敵人COA，但卻沒有挑戰他們自己的想法。

3.2 準備階段

準備階段包括在兵棋推演執行階段開始前需要做的一切。最重要的準備工作是：

• 建立對兵棋推演實驗目標的共同理解。

• 確定總體方案，包括外部條件、假設和限制。

• 選擇一個或多個仿真系統，并對仿真模型進行校準。

• 確定藍方（友軍）和紅方（敵軍）的作戰順序（OOB）。

3.3 規劃和執行階段

規劃和執行階段包括兩個獨立的活動：(1)雙方的聯合行動規劃過程，以及(2)仿真支持的兵棋推演。

3.3.1 聯合行動規劃過程

在這項活動中，由軍事主題專家（SME）和軍官組成的藍方和紅方小組，根據總體方案和受控的情報信息流，分別制定他們的初步行動計劃。根據偏好，這些計劃不是整體方案的一部分，雙方都可以自由制定自己的計劃。這也意味著，對立雙方制定的計劃對另一方來說仍然是未知的。

原則上，聯合行動規劃過程可以按照與現實中基本相同的方式進行，不做任何簡化。這是一項應該與仿真支持的兵棋推演一樣優先考慮的活動，在人員配置方面也是如此。

在規劃過程中，參與者必須討論不同的選擇，并根據所感知的對方部隊結構的優勢和劣勢來制定一個COA。觀察雙方的規劃過程并揭示決定COA的根本原因，可以提供有關部隊結構的寶貴信息，而這些信息在執行兵棋推演本身時可能無法觀察到威懾效果。

3.3.2 仿真支持的兵棋

兵棋推演本身是作為仿真支持的兩方（藍方和紅方）兵棋推演進行的，其中行動是在一個具有SAF的建設性仿真系統中仿真的。在博弈論中，這種類型的兵棋推演可以被歸類為非合作性的、不對稱的、不完全信息的連續博弈。

兵棋的參與者是兩組對立的玩家和一個公斷人或裁決人的小組。重要的是要記住，一個兵棋的好壞取決于它的玩家。玩家是軍事主題專家和軍官。要想有一個平衡的兵棋，關鍵是不要忽視紅色單元。如果做得好，這種類型的兵棋，由適應性強且思維不受限制的對手主導，往往會變得高度動態、對抗性和競爭性。

對于分析性兵棋推演來說，現實的仿真對于加強結果的有效性和可信度非常重要。軍事行動，尤其是陸軍行動，本質上是復雜的，對這種行動的仿真，要有足夠的真實性，是非常具有挑戰性的（Evensen & Bentsen, 2016）。此外，仿真系統可能包含錯誤，人類操作員可能會犯一些在現實生活中不會犯的錯誤。因此，重要的是要有經驗豐富的裁判員來監控仿真，并在必要時對結果進行適當的人工調整。

在某種程度上，在仿真支持的兵棋中，元游戲也會發揮作用。曾經有這樣的例子，利益者將有能力的官員從兵棋推演中撤出，只是用不太熟練的人員取代他們，很可能是為了降低利益者不希望成功的兵棋可信度。其他的例子是公斷人與參觀兵棋的更高等級利益者的干預作斗爭。歷史上有很多類似的例子（Perla，1990），挪威也不例外（Evensen等人，2019）。這里所描述的清晰的方法，意在抵制以往兵棋推演實驗的一些缺陷。

3.4 分析階段

除了從仿真支持的兵棋本身的執行中收集的觀察和數據外，分析還基于規劃過程中的觀察和數據。

在規劃過程中，密切監測和記錄討論情況是很重要的。由于國防軍的主要目的--至少在挪威是這樣--是為了防止戰爭，因此在規劃過程中的考慮可能是整個兵棋中最重要的結果。只有當敵人在兵棋開始前考慮到這些因素時，才能觀察到部隊結構和態勢的預防特性。在規劃階段，通常會考慮幾個備選的作戰行動和機動性。其中許多被放棄，有些被保留，原因各異，必須記錄下來。為什么紅方決定某個行動方案不可行，可能是由于某些結構要素或來自藍方的預期策略。如果紅方由于藍方的OOB要素而不得不放棄一個計劃，那么這些要素已經證明了對藍方的價值--即使這些要素在接下來的仿真行動中最終沒有對紅方部隊造成任何直接傷害。

在仿真支持的兵棋中可能會記錄大量的數據。很容易把各種結構元素的損失交換率等數據看得很重。在實際的兵棋推演中，也許更應該注意的是雙方指揮官的決定。如果其中一方出現了機會，這是為什么？該方是如何利用這樣的機會的？是否有什么方法可以讓他們考慮利用這個機會，但不知為何卻無法利用或執行？如果有，為什么？為了收集這樣的信息，指揮官們公開討論他們的選擇是很重要的。重要的不僅僅是告知積極選擇的原因；往往可能同樣重要的是為什么沒有做出其他選擇。

確定部隊結構的主要優勢和劣勢及其利用是分析階段的一個重要部分。考察雙方在規劃階段和推演階段的考慮，是做到這一點的最好方法。這不是一門精確的科學，因為這種數據具有定性的性質。通過觀察參與者的考慮和決策，比單純看哪些武器系統摧毀了哪些敵人的系統，可以更好地確定使用某種COA的關鍵因素，或者是允許敵人有更好選擇的缺失能力。分析階段的結果是對測試的部隊結構進行評估。

分析階段也可能會在商定的兵棋推演方法范圍之外發生爭吵。甚至在事件發生后的報告撰寫中也可能受到影響，當角色沒有被很好地分開，利益者被允許過度地影響這個過程時。

4 兵棋的輸出數據和結果

一般來說，我們努力從兵棋推演環節中獲取盡可能多的數據。根據用于支持兵棋推演的仿真系統，可以記錄各種輸出數據。例如，通常可以記錄各個單位移動了多遠，他們使用了多少彈藥和燃料，以及其他后勤數據。通常，殺傷力矩陣--基本上是顯示一方的哪些單位殺死了另一方的哪些單位的矩陣--也會被記錄。其他許多定量數據也可以被記錄下來。除此以外，還有定性的數據。如前所述，這包括對規劃過程的觀察，以及與參與規劃過程的參與者的討論。此外，它還包括對兵棋推演期間所做決策的觀察，以及在兵棋推演期間或之后與玩家的討論。

人們往往傾向于把大量的注意力放在定量數據上，如殺傷力矩陣，而對定性數據的關注可能較少。定量數據更容易分析，而且通常被認為比定性數據（如隊員的決策和考慮）更客觀。但重要的是要記住，定量數據取決于雙方玩家的決策，以及對模型的輸入數據。玩家認為各種單位應該如何運用，對殺傷力矩陣有相當大的影響。因此，盡管這些數據是定量的，但它們并不比定性數據更客觀。

諸如殺傷力矩陣這樣的數據也忽略了重要的信息。雖然人們可以看到哪些部隊殺死了哪些敵方部隊，但卻失去了原因；其他部隊雖然沒有直接摧毀敵方部隊，但卻可能在為其他部隊創造有效條件方面起到了關鍵作用。雖然某些部隊可能只消滅了很少的敵人，但他們在戰場上的存在可能對阻止敵人進行某些行動至關重要。例如，雖然近距離防空可能不直接負責消滅敵人的直升機，但它可能阻止了敵人像其他情況下那樣積極地使用直升機。因此，在分析一個兵棋時，對于只看殺傷力矩陣這樣的量化數據應該謹慎。必須考慮到整體情況。

理想情況下，在比較不同的部隊結構時，應該對每個部隊結構進行幾次推演，并允許敵人在每次戰役中改變其行為。自己的部隊應該找到在特定情況下使用其結構的 "最佳 "方式，而敵人應該找到反擊這一策略的 "最佳 "方式。只有這樣，人們才能真正比較不同部隊結構的兵棋推演結果，并得出哪種部隊結構最適合給定場景的結論。然后，當然，確實有廣泛的潛在場景需要考慮。因此，雖然這也許是應該進行兵力結構比較的方式，但在這方面，時間和資源通常對大量的兵棋推演是不夠的。

所有模型都有局限性。它們可能是為某一特定目的而設計的，并適合于此，但不太適合于其他事情。在考慮哪些問題可以通過兵棋推演來回答，哪些問題應該用其他工具來調查時，必須記住這一點。從兵棋推演中到底可以推導出什么，將取決于所使用的模型--但一般來說，應該把重點放在實驗所要回答的那些問題上。如果在實驗中出現了其他的結果，就應該對其有效性進行檢查，而且這些結果往往需要在專門為調查這些新出現的問題而設計的實驗中進行評估。

兵棋推演是比較兩個（或更多）部隊結構在特定情況下的表現的一個重要工具。然而，兵棋推演并不能對任何給定的部隊結構的有效性給出任何精確的衡量，但適合于確定主要的優勢和劣勢。與具體單位有關的參數的效果，如它們的火力和裝甲，應在單獨的研究中進一步考察。這些因素雖然很重要，但它們的層次太細，無法通過我們這里討論的兵棋類型來研究它們對結果的影響。彼得-佩拉強調，"兵棋只是研究和學習國防問題所需的工具之一"（佩拉，1990，第11頁）。其他工具應被用來補充兵棋和研究這些因素的重要性。

兵棋推演通常是實質性的活動，涉及大量的人，并需要大量的時間。因此，我們通常被限制在有限的數量上--通常對于我們所分析的每個部隊結構只有一個。重要的是要記住，一個單一的兵棋推演的結果只是：特定情況下的一個可能的結果。雙方玩家可以采取不同的做法，事件的發展也可能不同。細微的變化可能會影響到對整體結果至關重要事件的結果。

5 仿真支持兵棋的最佳實踐

在本節中，我們將列出我們發現的進行仿真支持的分析性兵棋的最佳做法，以評估部隊結構。我們發現的一些最佳實踐與處理元游戲的需要有關，或者與兵棋的沖突有關。這些最佳實踐的用處可能僅限于其他尚未將發明權與測試部隊結構的權力分開的小國。其他的最佳實踐來自于提供仿真支持和取代基于場景的討論以發展防御結構的需要。

5.1 確定明確的目標

在準備階段，必須盡早明確兵棋推演實驗的目的，這將是實驗設計的基礎。

5.2 使用為兵棋推演定制的仿真系統

擁有一個帶有SAF的交互式仿真系統，對玩家來說易于操作，并且需要相對較少的操作人員，這就減少了進行仿真支持的兵棋推演所需的資源，從而也降低了門檻。

5.3 組建一個好的紅方小組

一個好的紅方小組是發現自己的部隊結構、計劃和程序中弱點的關鍵。紅色小組的成員也應該對預期對手的理論有很好的了解。我們觀察到，一個好的紅色小組能迅速地阻止我們自己的規劃人員對可能的敵人行動進行集體思考的傾向。

5.4 允許對方部隊適應

自己部隊結構的變化也必須允許對方部隊結構的變化。部隊結構的改變是一個緩慢的過程，肯定會被預期的對手觀察到。

5.5 復制規劃過程

盡可能地復制現實生活中的規劃過程。

5.6 觀察規劃過程

觀察規劃過程，以便更全面地了解部隊結構的優勢和劣勢。為了記錄藍軍部隊結構的威懾效果，觀察對方部隊的規劃過程尤為重要。據觀察，自己的部隊結構中的幾個要素對對方部隊的行動有威懾作用，存在和姿態也是如此。此外，我們還觀察到，社會、地形和氣候也會影響對方部隊的規劃。

5.7 提供空間和時間

在部隊相互靠近的情況下開始一場兵棋推演，可能會使它變成一場簡單的消耗戰。發展良好的兵棋推演，在提供了空間和時間的情況下，就像武術比賽中的對手互相周旋，評估對方的弱點，并尋找攻擊的機會。評估避免遭遇的能力可能與評估戰斗的能力一樣重要。

5.8 允許不確定性

建立對正在發生的事情的了解需要時間，是領導軍事行動的一個自然組成部分。只有當不確定性得到適當體現時，部隊結構中某些要素的真正價值才會顯現。例如，存在的力量的影響可能是巨大的。當戰術形勢不是所有人都能看到的，而且戰斗的結果被認為是非決定性的，以至于現實是隨機的，那么不確定性就得到了最好的體現

5.9 演習 VS. 實驗

讓參與者為兵棋推演的目的做好準備。當使用指揮和參謀訓練器作為支持兵棋推演的仿真系統時，一些參與者傾向于按照程序行事，就好像這是一場演習。如果兵棋推演的目的是探索新的部隊結構要素、作戰行動或戰術、技術和程序（TTPs），則需要鼓勵參與者在執行任務時發揮創造性。

5.10 讓不參與兵棋推演的高級官員遠離戰場

讓與兵棋推演無關的人員遠離它，特別是高級軍官，是很重要的。在人在回路（HITL）仿真中，人類玩家是整個仿真的一部分，來訪的高級軍官（或其他人）將對人類玩家的互動方式和他們如何進行規劃產生影響。限制來訪人員也減少了外部影響結果的機會（Hoppe, 2017）。

6 摘要和結論

十多年來，FFI支持挪威陸軍為能力規劃開發仿真支持的兵棋。本文介紹了我們進行仿真支持的兵棋推演的方法，并提供了一套進行仿真支持的兵棋推演的最佳實踐。該方法和最佳實踐特別針對分析性兵棋以支持能力規劃。

該方法由準備階段、規劃和執行階段以及分析階段組成。在過去的10年中，該方法通過使用更詳細和更現實的仿真模型，以及在仿真行動前復制和監測規劃過程，以更深入地了解測試的部隊結構的威懾效果，而逐漸發展起來。

我們進行仿真支持的兵棋推演的最佳做法包括：為兵棋推演實驗確定一個明確的目標，使用一個便于玩家操作的仿真系統，擁有一個良好的紅方小組，不受太多限制，提供空間和時間，使戰爭不會立即開始，并提供一個不確定性和信息收集的現實表現。最后，為了更全面地了解一個部隊結構的優勢和劣勢，分析小組必須同時觀察規劃過程和兵棋推演本身。

將擁有發明部隊結構變化的權力角色和擁有測試、評估和接受這種變化的權力角色正式分開，將解決我們在國防規劃中看到的許多問題。我們已經發現，組織兵棋推演活動的過程可以被看作是一個元游戲。當用建模、仿真和分析來支持兵棋推演時，元游戲被看作是發生在各個層面的東西，其中一些我們可能沒有任何影響力。希望這篇文章能有助于提高對這些挑戰的認識，并能對我們能影響的那部分元游戲提供一些調整。

本報告描述了北約STO RTG IST-149無人地面系統和C2內互操作性能力概念演示器的研究和實驗工作。無人地面車輛（UGVs）在現代戰斗空間中正變得越來越重要。這些系統可以攜帶大量的傳感器套件，從前線提供前所未有的數據流。另一方面，這些系統在大多數情況下仍然需要遠程操作。重要的是要認識到，如果沒有適當的方式在聯盟伙伴之間交換信息和/或將其納入C2系統，ISR數據在很大程度上將是無用的。該小組的主要目的是找到改善這種情況的方法，更具體地說，調查從操作員控制單元（OCU）控制UGV和接收數據的可能標準，并在現實世界的場景中測試它們。

該項目的努力有兩個方面。比利時的貢獻是在歐盟項目ICARUS中所做的工作。這個項目涉及一個用于搜索和救援的輔助性無人駕駛空中、地面和海上車輛團隊。互操作性在幾個不同的實驗中得到了驗證。ICARUS聯盟由幾個國際合作伙伴組成，其中比利時是這個小組的鏈接。第二項工作是該小組的聯合努力，在小組內進行實驗，展示UGV和OCU之間的互操作性。該小組于2018年在挪威的Rena進行了最后的演示。

這兩項工作都使用了無人系統聯合架構（JAUS）和互操作性配置文件（IOP），以成功實現系統間的互操作性。試驗表明，有可能相當容易地擴展系統，并在相對較短的時間內實現與部分標準的兼容。弗勞恩霍夫FKIE和TARDEC都開發了軟件，將信息從IOP域傳遞到機器人操作系統（ROS），并從該系統中獲取信息。ROS是一個廣泛使用的軟件，用于開發UGV和其他類型機器人的自主性，并被該小組的許多合作伙伴所使用。Fraunhofer FKIE和TARDEC提供的軟件對試驗的成功至關重要。

報告還討論了如何在采購前利用IOP標準來定義系統的要求。該標準本身定義了一套屬性，可以在采購新系統時作為要求來指定，可以是強制性要求，也可以是選擇性要求。這使得采購部門更容易定義要求，供應商也更容易符合要求，同時也明確了OCU在連接到系統時，在控制系統和可視化系統中的數據方面需要具備哪些能力。

該小組2018年在挪威瑞納的試驗重點是對UGV進行遠程操作，以及接收UGV的位置和視頻反饋。由于這是一次成功的試驗，下一步將是使用更高層次的控制輸入和反饋來測試互操作性，例如，向UGVs發送航點，并根據系統的感知接收系統周圍環境的地圖。

摘要

北約正在進行一項名為聯邦任務網絡（FMN）的重大舉措，旨在在北約成員國和伙伴國家之間建立一個共同的技術和培訓基礎，以便在聯盟行動需要時，他們的部隊能夠對關鍵信息系統進行互操作。FMN不是網絡；它是一套互操作的標準和實踐。作者正在領導MSG-193專家團隊的工作，該團隊一直致力于支持在FMN中納入適當的建模和仿真 (M&S) 標準和實踐。本文總結了FMN規范是如何制定的，包括MSG-193作為“M&S辛迪加”在過程中的作用。然后，該論文強調了NMSG的科學技術與FMN支持的軍事行動之間的文化差距，以及如何有效彌合這種差距。FMN開發的第5和第6螺旋（階段）將是建模和仿真的主要重點，包括任務演練、培訓和決策支持。本文最后總結了當前針對這些螺旋的建議中的M&S技術。

摘要

北約和各國迫切需要進行團結和聯合集體訓練，以確保任務準備就緒:目前和未來的行動是多國性質的，任務和系統慢慢變得更加復雜，需要詳細準備和迅速適應不斷變化的情況。由于可用資源少、訓練范圍有限、避免對手關注第五代戰術和系統能力的挑戰以及政治決策和部署之間準備時間有限，多國背景下的現場訓練和任務準備的機會減少了。模擬已經成為解決我們軍隊訓練需求的重要工具，各國正朝著通過分布式模擬(MTDS)能力采用國家任務訓練的方向發展。聯合部隊正在尋找實況和模擬訓練與演習之間的新平衡，以提供兩全其美的效果。

北約建模和仿真組(NMSG)的若干倡議為北約MTDS愿景和行動概念的發展貢獻了寶貴的投入(MSG-106 NETN, MSG-128 MTDS, MSG-169 LVC-T)。基于這些結果，當前/最近的NMSG活動(MSG-163北約標準演變、MSG-165 MTDS- ii、MSG-180 LVC-T)致力于為聯合和聯合作戰開發一個通用MTDS參考體系結構(MTDS RA)。最近完成的MTDS RA版本以構建模塊、互操作性標準和模式的形式定義了指導方針，用于實現和執行分布式模擬支持的綜合集體訓練和演習，獨立于應用領域(陸地、空中、海上)。此外，MSG-164 (M&S作為服務II)開發了一種技術參考體系結構(MSaaS TRA)，其中包含用于實現所謂MSaaS能力的構建塊。這些構建模塊可以與MTDS RA相結合，以包括作為服務執行綜合集體訓練和演習的指導方針。

MTDS RA的當前版本提供了一個基線，以詳細說明和確定應進行進一步需求/技術開發的領域。未來更新的主題包括網絡作戰和影響、危機管理、實時系統集成、多域或混合作戰等。

聯合MTDS對北約和國家戰備至關重要。本文提供了MTDS RA的背景、目標和原則，以及實現持久的北約范圍內綜合性集體訓練能力的前進方向。聯合MTDS RA的維護和繼續發展將是幾個北約國家、伙伴國家和組織在NMSG主持下的合作努力。