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這份簡報是關于未來作戰網絡和聯合全域指揮與控制 (JADC2) 系列的第二篇。本文探討了作戰優勢和對手威脅對提高作戰網絡互操作性和彈性的要求。它汲取了以往嘗試改進作戰網絡集成的經驗教訓,探討了美國防部如何正確界定其試圖解決的問題的范圍,并組織自身有效和高效地獲取實現其 JADC2 愿景所需的系統。本文建議國防部門:(1) 明確界定 JADC2 的組織角色和職責,包括創建聯合項目執行辦公室的可能性、在負責研究與工程的國防部副部長(USD/R&E)領導下設立新的獨立機構,或為 JADC2 設立一個牽頭作戰司令部(COCOM); (2) 盡快做出關鍵的頂層架構決策,包括將 JADC2 的范圍縮小至作戰網絡;以及 (3) 擴大其典型的 “制造/購買 ”分析,納入購買服務而非產品的選項,并納入可能由商業擁有和運營的系統。

圖 1:未來作戰網絡運行示例

圖 1 描述了一場假設的未來交戰,在這場交戰中,對手向美軍和盟軍發射了一枚助推滑翔高超音速導彈。交戰分為六個重疊活動,以描述未來作戰網絡的運作方式。在本例中,位于地球靜止軌道 (GEO) 上的天基紅外 (SBIRS) 衛星和/或該地區 F-35 戰斗機上的紅外傳感器探測到導彈發射 (1)。當 SBIRS 衛星和 F-35 戰斗機跟蹤導彈羽流到更高的高度時,這些數據會提示在不同軌道上的紅外和合成孔徑雷達 (SAR) 衛星(其中一些可能是商業衛星),以確定威脅的特征,并建立導彈的高質量軌跡 (2)--包括助推器級燃燒后的軌跡。這些跟蹤和特征描述數據將通過各種方式(例如,通過射頻和激光通信鏈路、軍用和商用衛星以及天基和機載通信節點之間的鏈路)傳遞給該區域的載人和遙控飛機以及海基和陸基攔截點。作戰網絡是一個分布式的彈性殺傷網,而不是一個串聯的殺傷鏈,可幫助操作人員決定哪個平臺最適合發射攔截彈 (3)。彈道數據還用于預測可能的彈著點,并向該地區的部隊發出警報。當攔截和其他部隊保護活動正在進行時,合成孔徑雷達衛星、F-35 戰斗機和射程內的其他飛機開始采取聯合應對措施,跟蹤導彈發射器在地面上的動向(4)。指揮官利用這一作戰空間的網狀視圖,根據攻擊機、攜帶對陸攻擊導彈的艦艇和潛艇以及攜帶遠程火力的地面部隊的位置、可用武器、飛往目標的時間以及是否需要這些部隊執行其他任務等因素,確定哪種組合最適合摧毀導彈發射裝置(5)。與此同時,分析人員在人工智能和機器學習(AI/ML)算法的幫助下,開始篩選來自天基和機載平臺的數 TB 歸檔監控數據,從導彈發射器發射有效載荷時起反向追蹤導彈發射器的位置(6)。反向跟蹤操作可追溯導彈發射器的時間,以確定其來源和運行方式,從而更好地應對未來的攻擊,更重要的是,可完善預測算法,在攻擊發生前預測未來的攻擊。

圖 2:未來反制作戰網絡行動示例

圖 2 描述了這場假設交戰中作戰網絡競爭的另一面,展示了對手利用全方位攻擊來延遲或阻止探測并增加攻擊成功幾率的一些方法。甚至在導彈發射之前,對手就可以試圖癱瘓或削弱用于導彈防御的機載和天基傳感器。例如,激光可試圖眩暈衛星上的紅外傳感器 (1),陸地和空中電子攻擊系統可試圖干擾或欺騙雷達和通信系統 (2),同軌反衛星武器可用于干擾或對用于導彈預警和通信的衛星進行物理打擊 (3)。網絡攻擊也可用于攻擊指揮和控制站點、地面網絡和衛星地面站,以破壞這些網絡(4)。防空反擊飛機和地對空導彈可威脅空中加油機、機載通信節點、無人機和攻擊機 (5),進一步削弱和破壞從傳感器到射手的殺傷鏈。

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相關內容

人工智能在軍事中可用于多項任務,例如目標識別、大數據處理、作戰系統、網絡安全、后勤運輸、戰爭醫療、威脅和安全監測以及戰斗模擬和訓練。

人工智能尤其是深度學習技術的最新進展,加速了不同應用領域的創新與發展。深度學習技術的發展深刻影響了軍事發展趨勢,導致戰爭形式和模式發生重大變化。本文將概述深度學習的歷史和架構。然后,回顧了相關工作,并廣泛介紹了深度學習在兩個主要軍事應用領域的應用:情報行動和自主平臺。最后,討論了相關的威脅、機遇、技術和實際困難。主要發現是,人工智能技術并非無所不能,需要謹慎應用,同時考慮到其局限性、網絡安全威脅以及在 OODA 決策循環中對人類監督的強烈需求。在戰略決策層面需要某些保障機制。在這方面,最重要的一個方面與軍官人員的教育、培訓和選拔有關。

人工智能(AI)是一門涉及心理學、認知科學、信息科學、系統科學和生物科學的綜合性技術。自 1956 年夏天約翰-麥卡錫在達特茅斯會議上首次提出人工智能概念以來(Hyman,2012),人工智能技術已進入高速發展的新時期,并被公認為未來最有可能改變世界的顛覆性技術。人工智能應用的成功激發了廣大軍事研究人員的積極探索。世界軍事強國預見到人工智能技術在軍事領域的廣闊應用前景,認為未來的軍備競賽將在智能競爭的背景下展開。在不久的將來,人工智能將在 “觀察、定向、決策、行動”(OODA)循環中扮演 “智能決策中心 ”的角色,因為它的技術已經成熟,可靠性也在不斷提高。人工智能的重要性不言而喻,智能指揮系統的貢獻將超越傳統方法。利用人工智能和其他相關技術可以減少整個 OODA 循環所消耗的時間,從而實現多域聯合作戰中的指揮與控制目標。

下文回顧了 DL 在軍事上的應用,最后討論了其潛在的威脅和機遇。

軍事情報

深度學習的起源應用是圖像分類任務。首先,Rawat 和 Wang 的論文(2017 年)介紹了現實圖像識別中最先進的深度學習系統。從軍事角度來看,關鍵應用之一是衛星圖像。這些應用需要人工識別圖像中的物體和設施(Pritt,Chern,2017 年)。一個具有代表性的例子是通過卷積神經網絡理解多光譜衛星圖像(Mohanty 等人,2020 年)。基于側掃聲納技術生成的圖像可以進行圖像分類,從而實現水下態勢感知。長期以來,聲納圖像自動分析的研究主要集中在經典方法,即基于非深度學習的方法上(Steiniger 等人,2022 年)。但近年來,深度學習在這一研究領域的應用不斷增加。Neupane 等人(2020 年)概述了過去和當前涉及深度學習的研究,包括側掃和合成孔徑聲納圖像的特征提取、分類、檢測和分割。深度學習模型可直接應用于軍事數據的被動聲納信號分類,這一點并不廣為人知。艦船輻射的噪聲可用于被動聲納系統的識別和分類。已經提出了幾種基于聲學特征的軍用艦船分類技術,這些聲學特征可以通過在聲學車道上進行的受控實驗獲得。由于艦船和船員必須脫離艦隊,因此獲取此類數據的成本是一個重要問題(Fernandes 等人,2022 年)。這種進步為廣泛的多模態和多重情報提供了機會,在這種情況下,眾多空中、地面和空間傳感器以及人類情報會產生結構化傳感器和非結構化音頻、視頻和文本 ISR(情報、監視和偵察)數據。當然,各級數據融合仍是一項具有挑戰性的任務。雖然單個模式的算法系統運行良好,但無縫集成和關聯包括文本、高光譜和視頻內容在內的多情報數據的工作仍在進行中(Das 等人,2018 年)。

自主平臺

在民用領域,自動駕駛汽車正在成為現實。在智能輔助駕駛方面,第三級的車輛自動駕駛(智能巡航控制、行人識別、自動剎車、盲區傳感器、罕見交叉交通警報、避免碰撞等)已在商用車和私家車上應用多年。第四和第五級別的自動駕駛(有監督自動駕駛和完全無監督自動駕駛)目前正在開發中。Kisa?anin(2017 年)的論文是對自動駕駛藝術和科學發展的最早描述之一。深度學習方法已成為設計和實施此類系統不可或缺的方法。Hagstr?m (2019)首先介紹了機器學習和自主系統的軍事應用。根據他的論文,為自動駕駛車輛設計一個能夠在所有駕駛場景中提供足夠性能的控制器具有挑戰性,因為環境非常復雜,而且無法在部署后可能遇到的各種場景中測試系統。然而,深度學習方法已顯示出巨大的潛力,不僅能為復雜的非線性控制問題提供出色的性能,還能將先前學習到的規則推廣到新的場景中。基于這些原因,將深度學習用于車輛控制正變得越來越流行。Kuutti 等人(2020 年)的論文對文獻中報道的旨在通過深度學習方法控制車輛的大量研究工作進行了調查。正如 Vecherin 等人(2020)所指出的,自主軍用車輛面臨著巨大的挑戰。具體而言,需要解決的任務包括:先進的當前地形感知、越野運行、運行時的未知地形、在開闊空間完全重定路線的可能性、確定可能的替代路線以及針對給定地形條件和車輛的最佳車輛控制。軍用自動駕駛車輛的主要區別在于:非公路運行、運行時的未知地形以及在開闊空間完全重新規劃路線的可能性。在這種環境下,智能自主控制所需的算法和環境感知能力與工業中民用的算法和環境感知能力不同。最新的研究結果表明,基于 ML 的算法可以成功地解決其中的一些難題,從而為軍用車輛的手動駕駛提供實質性幫助。DL 方法可能也適用于無人駕駛水下航行器。首批研究之一是無人潛航器上聲納的自動目標識別方法。在這種方法中,目標特征由一個在聲納圖像上運行的卷積神經網絡提取,然后由一個基于人工標注數據訓練的支持向量機進行分類(Zhu 等人,2017 年)。實際上,側掃聲納圖像在軍事和商業應用中都具有重要意義。在 Einsidler 等人(2018 年)的論文中,將該方法應用于現有數據的結果表明,該方法在探測海底物體/異常方面簡單而穩健。

值得一提的是,自主武器的首批正式軍事應用之一是 Kargu 無人機。這是一種小型便攜式自殺式無人機,由土耳其 Savunma Teknolojileri Mühendislik ve Ticaret 公司生產。它可以由個人攜帶,有自主和手動兩種模式。通過其實時圖像處理能力和平臺上嵌入的深度學習算法,“卡古 ”可有效用于打擊靜態或移動目標。自主武器正在迅速擴散:在可獲取性、自主程度、國際開發商、情報、偵察和致命打擊等方面(Longpre 等人,2022 年)。有很多挑戰者,如自主系統,仍然極易出錯,表現出很差的魯棒性、可解釋性和對抗脆弱性。此外,需要強調的是,國際政策仍然模糊不清,缺乏現實的問責和執行機制(Hayir,2022 年)。

挑戰和威脅

DL 軍事應用帶來了許多積極的機遇,但同時也產生了大量的風險和問題。這種權衡視角如表 1 所示。

表 1. 在軍事應用中應用機器學習的優缺點

優點/優勢 風險/缺點
OODA 決策和情報分析 決策質量更高、更精確;縮短決策時間;成本效益;減少情緒和偏見;危機情況下的理性行為;根據預測分析生成潛在方案的可能性;處理海量情報數據的可能性; 極易受到網絡攻擊;分析錯誤:偏差、假陽性和假陰性錯誤、風險治理;假陽性和/或假陰性錯誤的成本;缺乏解釋能力;不知道對 “黑天鵝 ”事件的反應;開發和維護機器學習模型需要很高的技能;決策環路的加速和缺乏人工干預可能會導致危機升級而不是降級。
軍事行動和自主平臺 通過遠程操作降低傷害風險和受傷士兵人數;精確瞄準;減少戰備時間;成本效益;危機情況下的理性行為 極易受到網絡攻擊;有被對手控制的風險;假陽性和假陰性錯誤的代價巨大;由于缺乏足夠的訓練數據,不清楚是否可以在復雜情況下使用自主平臺;基于 “盲目 ”執行損失函數的意外行為可能意味著沖突升級。

軍事人工智能應用在設計和操作使用方面面臨的主要挑戰有

1.復雜系統建模:戰爭中戰場信息(包括作戰單位和武器裝備)超載。現實情況極其復雜,包括意外情況(如 “黑天鵝”),這些情況可能不在訓練數據中。

2.信息不準確:在對抗情況下,獲得的信息總是有限的,信息的真實性也無法保證。在信息不準確的情況下做出決策并確保利益最大化,需要綜合權衡。

3.訓練數據的數量和質量:可接受的 DL 系統性能水平主要取決于高質量、低偏差和大量的數據。目前,從戰術到行動計劃的生成,樣本學習的來源都存在很大困難。實戰經驗仍面臨訓練數據量不足的問題。

此外,軍事系統的網絡安全也是關鍵問題之一。

結論

人工智能技術并非無所不能。它需要與傳統技術相結合,如 OODA 循環中的人類,其中領域知識和常識的作用不可或缺。在戰略決策層面需要某些保障機制。在這種情況下,機器學習最重要的一個方面與軍隊士兵和軍官的教育、培訓和選拔有關。

兩項重大技術進步將很快對人工智能的軍事應用產生強烈影響。首先,生成式人工智能的發展為合理處理文本等非結構化數據提供了絕佳機會。其次,Metaverse 技術的發展可能會徹底重新定義未來戰場。這兩個技術方向需要從軍事角度進行深入而有意義的分析。

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本文從情報和安全服務的角度探討了對抗性威脅不斷演變的性質。文章探討了混合威脅和非線性戰爭在戰爭與和平之間日益模糊的安全環境中的影響。研究旨在了解灰色地帶新出現的動態,以及這些不斷演變的威脅給情報和安全部門帶來的新挑戰。文章采用定性方法,借鑒全球實例,包括國家和非國家行為者對混合戰爭的戰略利用。此外,研究還探討了技術進步,特別是人工智能(AI)和機器學習(ML),以評估它們在塑造現代威脅方面的作用。文章認為,現代對抗性威脅在強度和復雜性上都不同于傳統威脅。混合威脅橫跨多個領域,融合軍事和非軍事戰術,同時利用社會的弱點。文章強調了人工智能和機器學習在進攻和防御戰略中日益增長的重要性,以及國家無法控制的快速技術進步所帶來的挑戰。文章最后指出,情報和安全部門必須采取靈活的綜合戰略,以適應這些多維威脅。加強國際合作、先進的技術整合和注重應變能力將是應對混合威脅的關鍵。研究結果強調,情報部門必須超越傳統邊界開展行動,以有效管理未來安全環境的復雜性。

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這份簡報是關于未來作戰網絡和聯合全域指揮與控制 (JADC2) 的系列簡報中的第三篇。該系列的第一份簡報探討了作戰網絡對現代軍事行動的重要性,并提出了構成作戰網絡的五個功能要素框架。第二份簡報利用以往嘗試改進作戰網絡集成的經驗教訓,探討了美國國防部如何正確界定其試圖解決的問題的范圍,并組織自身有效、高效地獲取實現 JADC2 愿景所需的系統。本簡報重點關注將盟國和合作伙伴納入未來作戰網絡的重要性,尤其是在印度洋-太平洋地區。它探討了現有協議、簽訂新協議的機會,以及盟國和伙伴國在作戰網絡整合方面面臨的技術和政策挑戰。報告最后評估了與盟國和伙伴國的聯合作戰網絡如何成為實現新抵消戰略的關鍵技術。

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本文是探討美軍未來作戰網絡——聯合全域指揮與控制(JADC2)——的系列文章中的第一篇,探討了作戰網絡對現代軍事行動的重要性,并提出了構成作戰網絡的五個功能要素框架。該框架為概念化和比較現有系統和擬議的新能力提供了一個共同基礎,即它們如何為 JADC2 做出貢獻。該系列的第二份簡報探討了國防部(DoD)在為未來部隊設計作戰網絡時必須考慮的因素,包括作戰限制、戰略和政策問題以及替代性獲取方法。

圖 1:作戰網絡五大功能要素示例圖

本文提出的框架將作戰網絡的組成部分分為五個功能要素,如圖 1 所示。在每個功能要素中,人員、流程和工具(即技術)的組合制約著該要素的工作方式以及它在整個作戰網絡中所能提供的能力。網絡中的每個要素都可以包括多種類型的平臺和有效載荷,其中一些平臺和有效載荷可以同時隸屬于多個功能要素。例如,E-3 預警飛機可以是作戰網絡中傳感器和處理功能要素的一部分,因為它裝有用于探測和跟蹤飛機的強大雷達,以及實時處理和分析數據所需的計算機系統和人員。

傳感器要素

傳感器要素的功能目的是收集戰斗空間內發生情況的數據。這些數據可用于探測部隊并確定其地理位置、識別參與方或參與對象、描述所使用部隊的活動或類型,以及跟蹤在戰場上移動的部隊。傳感器要素還可用于評估所采取的行動的效果,即通常所說的戰損評估。數據收集的目標可包括敵軍、友軍和非戰斗人員,而傳感器要素最重要的作用之一就是區分這些目標。操作人員可以使用各種傳感器技術來獲取所需的數據。主動傳感器,如主動掃描雷達和聲納,發射能量源并測量物體反射回來的能量,以確定其位置、大小、相對運動或其他特征。被動傳感器,如光學和紅外攝像機或被動雷達和聲納,則依靠收集物體發射的能量或自然源反射的能量。主動傳感器有可能被對手探測到,并泄露傳感器的位置和使用方式,而被動傳感器則可以在較低的被探測概率下工作。

通信要素

作戰網絡的通信要素往往最受關注,因為它提供了在系統和操作人員之間傳遞信息的數據鏈路。傳輸的信息可包括語音、視頻、單向數據廣播或雙向數據鏈路。來自高保真傳感器的原始數據通常需要高數據速率的通信鏈路,而壓縮數據、處理過的數據或遙測數據則可以使用低得多的數據速率。

處理要素

處理要素可能是戰斗網絡中最容易被忽視但又極其重要的功能要素之一。處理要素用于分析、匯總和綜合各種傳感器來源的數據,為決策提供依據。例如,必須對來自合成孔徑雷達系統的原始數據進行處理,以生成雷達圖像,并識別戰斗空間中感興趣的目標或運動。處理還可用于在傳輸前壓縮數據,過濾或標記決策者可能感興趣的數據,以及生產特定的情報產品。例如,商業公司已開發出分析衛星圖像的算法,用于計算停車場的汽車數量或某一區域的船只數量。重要的是,處理要素的輸出有時可能是一組數字(帶有統計置信參數),而不是圖像或定性評估。

決策要素

決策要素可能是作戰網絡中最重要的部分,因為它是將信息轉化為行動的地方。在哪里決策、如何決策以及誰參與決策,都取決于正在考慮的行動類型。在可預見的未來,重大決策(如使用致命武力)很可能會在一定程度上涉及“人在環內”,而這在歷史上一直是作戰網絡中大多數決策的默認方式。人在回路中的決策仍可涉及多種形式的計算機輔助或人工智能和機器學習(AI/ML)增強流程,以便更好地為決策提供信息并加快決策過程。

效果要素

戰斗網絡的第五個也是最后一個要素是將信息轉化為戰斗空間中的效果。這些效果既包括對敵軍造成物理傷害或摧毀的動能火力,也包括電子戰、定向能武器或網絡攻擊等非動能火力。聯合作戰的一個關鍵部分是在時間和地點上跨域協調這些效果的能力,以便在對友軍和非戰斗人員造成最小風險的情況下對對手產生預期效果。作戰網絡就是實現這種協調的方式。跨域效應--即一個域的部隊對另一個域的部隊發起攻擊--是利用不對稱優勢和使對手失去平衡的一種特別有效的方式。1991 年第一次海灣戰爭初期的空襲行動就是一個典型的例子,美軍利用其在空中和太空的優勢,在地面取得了比地面部隊單獨作戰更大的效果。

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物聯網的迅猛發展有可能對人類的多個領域產生影響,作戰領域就是其中之一。本文強調了物聯網在現代戰場場景中的應用前景,分析了物聯網在增強態勢感知、提供信息優勢和通過綜合分析補充決策支持系統方面的作用。在肯定技術優勢的同時,本文還探討了物聯網在軍事應用中的安全和倫理問題。

物聯網向戰場物聯網過渡

長期以來,國防領域一直是眾多新興技術的源泉。獲得戰場優勢一直是探索和嘗試激進想法的驅動因素。第一次海灣戰爭后,時任美國海軍作戰司令的威廉-歐文斯上將在美國國家安全研究所發表的一篇研究文章中提出了 “系統簇”這一概念,從而使這種想法開始成形。他闡述了數據和網絡改變作戰的方式。這一觀點轉化為 “網絡中心戰”概念,它是三個領域的融合,即物理領域(進行演習并從傳感器獲取數據)、信息領域(傳輸和存檔數據)和認知領域(處理和分析數據)。在這一概念提出二十多年后的今天,世界各地的軍事領導人和國防專家都對這一概念的實施持樂觀態度,這主要是由于物聯網技術的成熟。烏克蘭地面部隊廣泛使用標槍反坦克導彈和 “彈簧刀 ”隱形導彈來挑戰強大的俄羅斯裝甲部隊,這就是物聯網技術在戰區成功應用的例證。

物聯網技術不應被視為 “另一種獨特的利基技術”,相反,它涵蓋了許多此類技術。因此,將物聯網技術理解為一種理念更為恰當和合理。它是多種智能化、網絡化和動態構建的設備和技術融合的結果,可以在物理和虛擬空間產生效果。IoBT 的目標是管理復雜、智能的系統之系統,普遍安裝智能傳感器和執行器,以自適應學習過程為動力,實現軍隊的戰略和戰術目標。IoBT 網格通過各種有線或無線傳感器節點實現功能,所有這些節點都是網狀的。由地面預警和無人機傳感器、自主武器、智能士兵和最先進的指揮所組成的網絡可協調行動。它可以發揮收集情報和實施動能打擊的雙重作用。它可以將士兵從執行環節中剝離出來,讓他們處于最高級別的監督地位,從而使武器能夠高度自主地分配和攻擊目標。它還能加快行動節奏,消除戰爭迷霧。

圖 1:國防戰術邊緣物聯網的目標場景

戰場物聯網應用案例

物聯網在軍事領域的應用潛力巨大,其在戰術戰斗領域的應用似乎更勝一籌,有望帶來豐厚的紅利。在以網絡為中心的作戰場景中,物聯網可無縫、有效地整合戰場指揮官所掌握的所有可用資源,幫助其做出明智決策。下面簡要介紹一些可能的應用領域。

  • C4ISR。部署在各種平臺上的物聯網傳感器集成網絡可在有爭議和脅迫的環境中提供更好的態勢感知。地面和空中傳感器、監視衛星以及實地士兵的組合必然會收集到各種數據。這些信息可在一個平臺上進行過濾、處理、核對、確證和保存,該平臺可調節指揮鏈上下的關鍵數據傳輸,從而實現更好的戰場協調、指揮和控制。

  • 武器控制系統。目前正在探索利用傳感器網絡、機器學習和先進的人工智能分析技術實現自主武器系統和火力控制的可能性。這種傳感器射手網格可以提供精確的目標火力投送,并對攻擊做出完全自動化的實時響應。

  • 作戰物流。利用智能傳感器、RFID 標簽和 M2M 通信,可以輕松實現有效的車隊管理和高效的貨物跟蹤。邊緣物聯網設備可增強對軍械、關鍵物資、口糧和服裝的實時跟蹤和供應。在監控消費模式的同時,還可以根據固有的優先級和必要性來推動物資供應模式的實施,從而大大提高行動效率。

  • 人員管理。可穿戴物聯網傳感器可嵌入戰斗人員的個人裝備,如小武器、頭盔、服裝、背包等,實現無處不在的身體活動跟蹤和作戰數據收集。利用情境感知數據實時推斷和跟蹤士兵在行動中的健康參數和心理狀態,可提供重要的洞察力,有助于采取預防性措施以保護部隊。

  • 訓練。物聯網還可用于加強訓練和戰爭游戲體驗。IoBT 概念可融入軍事訓練,為未來行動提供更加真實、適應性更強和更有效的準備。可穿戴傳感器可用于跟蹤正在接受訓練的士兵的生理和認知狀態,從而提供量身定制的反饋和個人優化。

  • 管理。管理戰區的電力需求仍然是一個被低估的領域,但隨著戰場上電子設備的引入越來越多,電力和能源管理將給未來行動的規劃和執行帶來嚴峻挑戰。采用預測算法和實時物聯網數據可以大大節省軍方的能源消耗,并有助于了解使用模式。

  • 智能監控。先進的視聽和地震傳感器以及視覺人工智能和模式識別技術可促進智能監視和監測網的建立,該網不僅可覆蓋地面,還可覆蓋海洋環境。物聯網解決方案使感知和預測生態條件成為可能,從而隨時掌握大范圍內的海上作業情況。

  • 協作與人群感應。戰術資源的流動性和機動性給現代戰場帶來了一系列獨特的通信挑戰。協作傳感是指在移動設備之間傳播傳感器數據的過程,通常使用可靠的短程通信。物聯網節點可利用閑置傳感器來滿足自身的傳感需求。通過將傳感器與任務分配相匹配,可為任何臨時 ISR 任務提供便利。因此,作戰指揮官可支配的可用傳感和通信資源可得到最佳利用。

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本文介紹了海軍戰斗管理系統(CMS)的架構,該系統考慮了電子戰(EW)與人工智能(AI),以應對現代高超音速和低可觀測性威脅的戰斗環境,在這種環境下,反應時間可能很短,需要自動化。它使用一個反制案例研究作為數據需求,通過拍賣傳感器任務分配、人工智能流程和數據融合實現認知復合傳感。論文還強調了已發布的關鍵認知電子戰能力,以證明該架構的合理性。該架構的目標是用高反應時間的自動化人工智能認知決策器(DM)取代人類決策者。

在電子戰(EW)中應用人工智能(AI)時,它不僅要有助于決策者(DM)的態勢感知(SA),還要滿足點、面、區防御以及反目標活動的需要。電磁頻譜非常密集,有許多通信和雷達發射器。因此,將人工智能應用于能夠滿足 DM 需求的預警系統是一項挑戰。因此,它必須能夠分揀出感興趣的信號(SoI),如部隊信號和與指定任務無關的信號。這項工作的基礎是 “常規戰爭 ”中的反導反應,以便與傳統交戰進行更直接的比較。影響反艦導彈(ASM)成功與否的一些主要因素包括雷達截面(RCS)、紅外截面(IRCS)、視覺和紫外線(UV)特征。因此,目標艦艇的特征是決定被動軟殺傷反導措施(也稱為伎倆)性能的重要因素。不過,反艦導彈也可以使用主動雷達尋的來瞄準和跟蹤。因此,射頻(RF)和微波(MW)的截面特征以及光學輻射量子(或光子)、縱橫角和機動中的縱橫率都非常重要,并對其產生戰術影響。因此,現代作戰環境在處理電磁頻譜方面面臨挑戰,而人工智能自動化和自主化是應對這一挑戰的理想方式。

A. 動機、方法和局限性

本文描述了一種結構,其中包括使用箔條和干擾器的軟殺傷;使用導彈、火炮和火控系統的硬殺傷;以及用于跟蹤目標并協調軟殺傷和硬殺傷反應的指揮控制系統。本文僅限于假設反艦導彈在海上滑行時使用射頻主動雷達尋的進行瞄準和跟蹤。因此,這項工作的重點是信號管理、大型目標艦艇的規避機動、艦載被動型誘餌系統(如箔條和反射器)在反艦導彈跟蹤方案和交戰環境(包括風速和風向)方面的作戰性能。擊敗導彈威脅的一個基本因素是反應時間;隨著高超音速時代的到來,時間因素成為反應殺傷鏈的決定性因素。潛在導彈平臺的識別標準至關重要;它們將使精確打擊成為可能,并迅速讓反導系統消除發射平臺的威脅。由于反導彈連鎖反應的時間很短,人腦無法在短時間內計算大量信息并決定反應的類型,要么硬殺傷,要么軟殺傷,要么兩者兼而有之。因此,人類 DM 條令理論無法在遙遠的未來背景下使用,因為它要求對情況的分析速度、識別速度、對威脅的即時反應速度,以及在人類頭腦的指揮鏈中進行計算和決策,因此無法提供所需的反應時間。本文的最后一部分介紹了有助于加快平臺保護速度的體系結構,以定義 CMS 中的設備連接,以及一些已公布的關鍵技術。

B. 論文結構

第 1 節是引言、動機、方法和論文結構。第 2 節提供了需要架構支持的硬殺傷和軟殺傷的常規條令示例戰術和反制方法。第 2 節還介紹了軟殺傷反制方法的主動、被動和組合方法。此外,第 3 節是一個使用箔條和機動的交戰實例,展示了所需的關鍵數據。第 4 節介紹了所提出的人工智能/預警技術架構。最后,第 5 節是結論。

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本文件深入探討了戰爭技術的快速發展和當代戰場的復雜性所決定的軍事戰略向多域作戰的轉變。概述了戰爭從特定領域戰術到多域作戰綜合方法的歷史進程,強調了陸地、空中、海上、太空和網絡空間同步行動以實現作戰優勢的重要性。強調了空軍在這一模式中的關鍵作用,包括其在空中和太空優勢、情報、監視、偵察、全球快速機動以及指揮和控制方面的能力。此外,還討論了諸如互操作性、技術適應性和 MDO培訓等方面的挑戰,以及未來軍事行動的成功,這將促進合作和創新培訓計劃,以便在這個新的戰爭時代有效地對抗對手。

空軍和多域作戰

除俄烏戰爭外,通過對全球戰役的觀察,還可以分析如何將多域作戰的各個組成部分聯系起來并加以利用,使其成為每次行動的核心。例如,如果北約與俄羅斯發生軍事沖突,則主要是空中、太空和陸地行動,并借助海上部分。如果在太平洋地區開展軍事行動,則主要是海上、空中和太空行動,少量涉及陸地要素。如果是中東戰役,則首先是空中和太空部分,然后由陸地和海上部分實施行動。從這些例子和過去發生的軍事事件中可以看出,在大多數軍事行動中,無論是小型行動還是地區乃至全球行動,都需要空中和太空部分(一旦被視為一個要素)的存在和參與。

在全球范圍內,空軍在傳統的空戰領域之外開展多種多樣的行動,以加強地區穩定和應對安全挑戰。空軍的核心任務包括空中和太空優勢、ISR、全球快速機動、全球打擊以及指揮和控制(C2)。每個擁有空軍的國家和聯盟都會明確界定其作用和任務,以便為本國和盟國創造安全的領空。北約聯合空中力量通過其三大屬性:速度、覆蓋范圍和高度,在完成集體防御、危機管理和合作安全這三大任務方面發揮著關鍵作用。北約面臨著來自國家或非國家行為體、恐怖主義和網絡攻擊的威脅和挑戰,這些威脅和挑戰如今變得更加復雜。由于空中和太空覆蓋全球,該組織必須能夠在所有可能的地形和環境中使用空中力量。

另一個例子是,英國皇家空軍(RAF)參與了全球范圍內的多項行動,凸顯了空軍在全球范圍內維護穩定和協助盟友的重要性。英國皇家空軍的重要活動包括成立英國太空司令部以保衛太空領域、支持英國 COVID 航空特遣部隊以及在伊拉克和敘利亞打擊達伊什的 SHADER 行動。為了加強北約伙伴國之間的協調和戰備狀態,英國皇家空軍還參加了一系列演習,如與美國空軍共同進行的 “點空白”(Point Blank)演習,以及北約在歐洲東部執行的空中巡邏任務。

除這些行動外,美國空軍全球打擊司令部(AFGSC)還負責監督所有具備遠程核能力的轟炸機和洲際彈道導彈部隊,突出了美國空軍的戰略能力。這包括管理對全球打擊能力和威懾戰略至關重要的轟炸機,如 B-52 “平流層堡壘”、B-1 “藍瑟 ”和 B-2 “幽靈”。

在 MDOs 中,空軍的作用舉足輕重,因為它正朝著完全網絡化、一體化的現代戰爭方法邁進,而現代戰爭的勝利取決于網絡、傳感器和系統在空中、太空、海上、網絡和信息領域的協同運作。美國空軍第 21 任參謀長戴維-戈德費恩將軍強調,未來的作戰將不再依賴于單個平臺的能力,而是更多地依賴于互聯網絡的綜合實力。空軍的目標是打造一支每項資產都相互關聯的部隊,改變信息收集、評估和傳輸的方式,從而為對手制造多重困境,使其束手無策。他還提出,多用途作戰組織將改變戰爭的特點,利用在一個或多個領域的優勢,為對手制造壓倒性的挑戰,并找到他們的弱點。

從總體上看,空軍可為其領域做出的主要貢獻是 總體而言,空軍可為其領域創造一個安全高效的多邊行動環境,其主要貢獻包括:

  • 快速的全球機動性和覆蓋范圍;
  • 空中優勢和空間控制;
  • 情報、監視和偵察(ISR)
  • 精確打擊能力;
  • 指揮與控制(C2);
  • 適應能力和創新能力;

空軍在 MDO 中的作用是多方面的,可跨領域使用,通過利用自身優勢并與其他軍種和盟國整合,可極大地促進 MDO 的有效性和成功。在充分發揮 MDO 的潛力,以最有效的方式整合所有領域的所有特性,從而完美地完成目標之前,軍事和政治專家還需要分析前進道路上可能遇到的障礙,以及空軍必須面對的未來影響。

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本報告基于 2023 年 9 月在 RUSI 位于倫敦的總部舉行的為期一天的研討會上的討論,來自國防公司和英國國防部的多位代表出席了研討會。本報告中的意見均不可歸屬。研討會的目的是尋找早期機會,為整個聯合部隊的整合創造條件。研討會探討了國防部、各軍種,特別是英國戰略司令部(StratCom)及其新成立的一體化設計局(IDA)在哪些方面以及如何取得立竿見影的效果,以激勵更廣泛的努力,實現 “集成即服務”的既定愿望。

研討會重點討論了過去和現在的不同參與者如何應對數據集成挑戰的問題,并試圖研究從國防領域及其他領域(如金融部門)的先例中可以汲取哪些可借鑒的經驗教訓。本報告以研討會和隨后的二手文獻審查為基礎,探討了國防部可立即采取的措施,為實現多領域集成的更廣泛努力創造條件。

從當天的討論中得出的一個重要結論是,如果軟件驅動的演進在決定聯合部隊如何作戰方面將發揮重要作用,甚至可能比硬件適應性更強,那么前線指揮部(FLC)就必須能夠在各個階段凝聚能力,即使軟件在不斷適應,這一點也相當重要。

有人指出,這種變化的痕跡在烏克蘭等戰區已經顯現,軟件可以而且必須每六周調整一次,以保持領先于對手的網絡和電子戰能力;這種速度遠遠超過硬件的更換或調整速度。

如果聯合部隊要跨域作戰,FLC 就必須以協調一致的方式進行迭代變革。因此,研討會的具體重點是在國防范圍內實現通用數據標準。研討會和隨后的研究依賴于英國和其他國家的歷史案例研究,以確定集成工作成功和失敗的驅動因素。

當天的討論還研究了民用網絡的發展情況,民用網絡的成功得益于既有足夠寬泛的標準以實現變革,又有足夠明確的標準以實現互操作性。從中汲取的經驗教訓也適用于其他領域,在這些領域,所有部門的能力整合和標準化都是一個優先事項。

主要結論 當天的討論得出了以下主要結論,并通過對二手文獻的查閱得到了進一步證實:

  • 自上而下的成功整合先例有限。此外,成功的整合往往涉及到一些程序--由于其保密性--超出了正常程序。
  • 在一些領域,軍種和國防一級都有強烈的合作動機,但沒有任何一個軍種對結果負責。這就將業務風險與財務風險分開。幫助解決這些 “公地悲劇 ”領域的問題,將使國際開發協會能夠順應而不是違背各軍種的需要開展工作。
  • FLC 可以利用一套共同的基本標準來推動一體化進程,這可以作為一個起點。數據標準是基礎標準的重要組成部分。在一個領域實現標準可以產生功能溢出效應(一個領域的整合使其他領域在沒有整合的情況下難以運作,從而導致一個最終不需要自上而下監督的級聯過程)。
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本研究評估了美國空軍(USAF)機場作戰軍官(13Ms)應對敏捷作戰部署(ACE)挑戰的準備情況。ACE 是一項強調通過分布式作戰地點敏捷應對動態威脅的戰略。為應對不斷變化的全球挑戰,特別是近鄰國家日益增強的軍事能力,美國空軍已認識到需要從根本上轉變思想和作戰能力。ACE 要求從傳統的基地戰略轉變為由規模較小、分散、可能存在爭議、性能下降和作戰能力受限的地點組成的網絡,這帶來了獨特的挑戰。針對研究的核心問題,即美國空軍如何更好地培養機場運行人員,使其成功適應 ACE 的動態需求,從而抵御對手,本研究采用了結構化調查和訪談的方法,評估 13 名飛行員對 ACE 的熟悉程度,包括知識、技能和能力。研究發現了培訓方面的差距和不足,同時提出了寶貴的見解和建議,有助于美國空軍在教育、培訓和職業發展方面做出明智的決策。最終,這項研究旨在確保 13M 做好充分準備,以支持和執行 ACE 行動。

圖:關于將航空電子設備納入機場運營團體的關鍵主題的可視化展示

本研究調查了美國空軍如何讓機場作戰軍官(13Ms)做好更好的準備,以支持和執行敏捷作戰部署(ACE),從而抵御對手。研究發現,雖然 13M 接受過主要作戰基地行動的培訓,但他們為 ACE 動態、分散的行動環境所做的準備并不充分。研究最后提出了五項建議:(1)編纂并公布預期目標;(2)調整正規化的培訓計劃;(3)開發并整合全面的定制培訓機會;(4)優化 ACE 演習和培訓頻率;以及(5)通過結構化的導師制培養 ACE 能力并使其多樣化。

ACE 與機場運行人員未滿足的培訓需求

隨著近鄰對手發展,特別是在核領域和遠程精確打擊領域,美國空軍的傳統基地戰略越來越脆弱。采用 ACE 是一種戰略應對措施,旨在提高敏捷性和作戰靈活性。然而,對空中力量投射至關重要的機場作戰軍官目前缺乏執行 ACE 行動的培訓和經驗,這反映在他們對 ACE 概念的接觸有限,而且很少參加相關演習或訓練活動。

研究設計

本論文采用三階段綜合方法進行研究:對現有文獻進行綜述,開展包含自我評估部分和后續訪談的調查,以及對調查結果進行批判性分析。詳細分析了 ACE 及其在美國國防部轉向敏捷全球防御的現代戰爭中的作用,以及美國空軍如何將 ACE 轉變為作戰現實,確定了支持和執行 ACE 行動的機場作戰軍官在軍事條令和指導文件方面的空白。通過分析,我們分設計、創建和分發三個階段開展了一項調查,以評估機場作戰軍官的準備情況。除了收集人口統計數據外,該調查還通過電子郵件發布,探究了軍官培訓和知識的各個方面,特別是他們對 ACE 目標、促進因素和框架的熟悉程度,以及在培訓活動或演習中實際應用 ACE 的頻率。調查還包括自我評估項目,讓警官們衡量自己的 ACE 知識、技能和熟練程度。最后,調查旨在確定 13M 社區認為最有利于成功支持和執行 ACE 行動的理想教育和培訓主題。這些答復以及對希望進一步討論的人員進行的后續訪談,提供了有關當前培訓計劃有效性的大量數據,并確定了教育和培訓的不足之處以及其他需要加強的領域。事實證明,對調查反饋進行全面評估,對于制定完善機場運行官員培訓和準備工作的建議至關重要。

調查結果

調查分析結果顯示,雖然大多數機場運行人員都表示熟悉 ACE,但社區內仍存在很大的知識差距。ACE 教育和培訓主要發生在工作中,這為將 ACE 條令正式納入 13M 培訓管道提供了機會。此外,警官們的信心和熟練程度參差不齊,這表明需要開展有針對性的培訓活動。此外,機場運行軍官對 ACE 知識的應用也不盡相同,相當多的軍官表示不經常應用或根本沒有應用。頻繁的實踐經驗對熟練掌握至關重要。受訪者表示需要明確角色定位,制定有針對性的培訓計劃,并對各指揮部 13M 官員的角色有一致的理解。

本研究得出結論,機場運行人員在 ACE 教育、培訓和經驗方面存在巨大差距,并提出了轉變機場運行軍官教育和培訓的令人信服的理由。為了將這些見解轉化為可操作的戰略,本論文最后提出了五項戰略建議,主張公布角色期望、正式的 ACE 培訓計劃、綜合全面和量身定制的培訓機會、優化的演習和培訓活動以及結構化的輔導計劃。每項建議都旨在為機場運行軍官提供必要的知識、技能、能力和支持,以出色地支持和執行 ACE 行動。以下是五項建議中可立即實施的三項建議的預覽。

1.立即實施的建議:編纂和發布期望

實施策略:成立專門委員會,制定和修訂適用的 ACE 條令、空軍手冊 13-204 系列和 13MX CFETP。傳播對于確保所有機場運行軍官都能隨時查閱這些指南至關重要。

2.立即實施建議:調整正式培訓計劃

實施策略: 職業領域領導者、教官和培訓課程開發人員合作,調整和修訂正式培訓計劃課程、強制培訓要求和績效衡量標準。與主題專家合作,制定并將前面提到的培訓要素納入所有正規化培訓中,為每個階段制定明確的里程碑、目標和績效衡量標準。

3.建議立即實施:開發和整合全面的定制培訓機會

實施戰略: 成立兩個小組;一個小組負責開發 ACE 模塊的課程,另一個小組負責確定應優先考慮的技術和定制培訓課程,并將其規定為具體任務的必備條件。兩個小組都應確定跟蹤人員在 ACE 熟練程度方面進展情況的方法,并將其編纂成冊,以便實施。

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美國陸軍網絡部隊的技能和能力在其創建后的十年里得到了增長。本文重點介紹了陸軍網絡任務部隊部分所需的結構性變化,這些變化將使其繼續增長和成熟,因為陸軍過去的組織和結構性決定對當前和未來的效率和效果造成了挑戰。對當前形勢的評估強調了軍事領導層必須解決的領域,以使陸軍的網絡部隊繼續發展以滿足多域作戰的需要。

訓練和裝備一支能夠在新領域開展行動的新軍事力量是一個反復的過程。美國上一次開始這樣的努力是在二十世紀初,航空部隊的誕生和空域的出現。戰術、部隊結構和利用新能力的戰略是在軍事航空業建立后發展起來的,但被當時缺乏危機感的情況所界定和限制。第二次世界大戰迫使空軍迅速成熟,并導致了美國陸軍航空隊的建立,這是一支為應對空域挑戰而設計的有凝聚力的戰斗部隊。與陸軍航空隊一樣,陸軍的網絡部隊正在達到成熟的程度,擁有切實的能力和針對對手的作戰經驗,并將受益于評估先前的組織和人事決定的影響,為多域作戰做準備。

對軍事網絡的重大和復雜的入侵為美國網絡司令部(USCYBERCOM)的成立提供了動力,并使網絡空間與空中、海上、陸地和太空一起成為作戰領域。陸軍和國防部(DoD)已經在建立該領域的能力方面取得了重大進展。從部隊結構的角度來看,主要的亮點包括:

  • 在2010年建立美國陸軍網絡司令部(ARCYBER);
  • 通過在2011年創建第780軍事情報旅(網絡)來組建一支進攻性網絡部隊;
  • 在2014年創建網絡保護旅(CPB),以容納防御性部隊;
  • 在2019年建立第915網絡空間戰營(CWB),以滿足戰術網絡空間電磁活動的要求,以及所有網絡任務部隊(CMF)小組;
  • 在2018年實現全面作戰能力。

在人事方面,陸軍在2014年成立了網絡部,并在2018年整合了電子戰。最近,陸軍正式確定了網絡空間能力發展官員/準尉軍事職業專業(MOSs),以提供設計和創建特定網絡空間能力的有機能力。

從理論到培訓再到組織,該部門和網絡單位不得不確定需求,進行試驗,并制定解決方案,以滿足不斷變化的網絡空間行動的需求。在這篇文章中,我們研究了與兩個最初的部隊結構決定相關的挑戰,并提供了克服這些挑戰的考慮。

首先,當陸軍創建其網絡部隊時,進攻性和防御性網絡行動被隔離在兩個不同的獨立旅內。歷史上的分界繼續存在,并帶來了意想不到的后果。盡管創建了一個新的分支和軍事職業專業,但將進攻性網絡行動(OCO)和防御性網絡行動(DCO)分開的組織決定對人員和資源產生了負面影響。

其次,這些單位有復雜的指揮系統,有獨立的行政控制(ADCON)和作戰控制(OPCON)關系。目前,網絡小組的作戰指揮與小組的行政和領導不一致,包括人員評級、財產問責、統一軍事司法法典的權力和指揮本身(例如,連長跟蹤網絡小組的訓練和醫療準備,而小組負責人負責日常運作)。這些復雜的問題造成了混亂和驚愕,阻礙了統一的努力。

雖然這些組織決定是經過深思熟慮的,也是出于行動的需要,但它們阻礙了陸軍網絡部隊內部的統一行動,造成了組織和行動上的損失。整個聯合網絡社區正在進行反省。隨著所有的CMF小組最近實現了充分的操作能力,美國網絡司令部正在評估其目前的規模,并要求陸軍和空軍派遣更多的小組。為了給網絡空間帶來更統一的方法,空軍通過重新指定和重新分配第67網絡空間聯隊下的幾個單位來重新調整其內部組件的結構和組成。現在是重新審視陸軍內部結構以更好地支持網絡空間行動的理想時機。如果陸軍忽視了過去因需要而做出的決定的影響,而不重新評估其有效性,那將是一種失職。陸軍必須在網絡部門內部推動更大的團結,使該組織作為一支有效的網絡空間戰斗力量繼續前進。

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