美國在太空的成功以及在這一領域不斷升級的軍事任務，需要在太空和陸地上有一個永久和強大的醫療支持裝置。這項研究試圖回答這個問題：載人軍事空間任務的醫療支持需要如何組織、培訓和裝備，以實現國家安全戰略(NSS)的目標，將空間作為一個安全領域加以推進？假設是有必要建立一個專門針對美國防部空間作戰的醫療支持結構。使用了情景規劃研究方法，并對四種情景進行了比較。這四種模式包括使用目前的空軍醫療服務，目前的NASA醫療支持，兩者的混合，和一個完全獨立的醫療服務。關鍵的發現是，這些設想在很大程度上是基于美國防部選擇如何組織其空間資產。是否使用太空部隊、太空軍團或其他一些變革組織將極大地改變特定醫療支持結構的可行性。此外，與美國宇航局的合作，特別是在美國防部載人航天行動的早期階段，將是至關重要的。此外，美國防部缺乏一個可持續的空間醫學專家的培訓管道。建議包括：在美國空軍航空醫學院（USAFSAM）與德克薩斯大學醫學部（UTMB）合作開發一個培訓管道，利用美國宇航局的醫療支持進行早期的國防部載人任務，包括載人航天任務中的醫生，在可能的情況下提供任務中的醫療支持，并保持對空間醫療支持的靈活性和適應性。

1.0 評估建模和仿真的使用風險

1.1 背景

建模和仿真被開發和用作支持系統分析、設計、測試和評估、采集、培訓和指導以及更多領域的支持技術。如今，各種各樣的建模和仿真 (M&S) 工具正在更廣泛的不同應用和問題領域中使用。 M&S 通常在實際系統無法滿足用戶需求（例如，風險、可用性）或在其他方面比實際系統更有效（例如，成本、有效性）時應用。但是，本質上，所有 M&S 工具都提供了一些基于不同類型近似的系統（例如實體、現象、過程）的抽象表示。因此，M&S 功能不能完全取代實際系統，更重要的是，它們的使用會帶來不確定性。

M&S 的驗證和確認 (V&V) 是專注于在整個生命周期內評估 M&S 系統和軟件工程過程領域。實施 V&V 是為了提供必要的證據，以獲取有關 M&S 假設、能力和與可接受性標準相關限制的知識。 V&V 不僅利用系統工程和軟件工程，還利用信息科學、認知和行為科學以及其他相關學科。

北約 (NATO) 建模和仿真小組 (MSG) 進行了一系列努力，包括 MSG-054，它為 M&S 的有效 V&V 制定了標準和指導文件。 MSG-054 的努力得到了電氣和電子工程師協會 (IEEE) 標準 1516.4?-2007 聯盟的驗證、確認和認可[5]。除了建立 IEEE 標準外，MSG-054 還開發了 V&V 復合模型，從中選擇 V&V 方法和技術，以匹配 V&V 工作的風險和資源限制，同時遵守相關政策、標準和指導 [6]。V&V 復合模型是可能的活動和環境的超集。

MSG-073 實現了驗證和確認的通用方法 (GM-VV) 的標準化，如圖 1 所示，它提供了一個通用框架來有效地開發一個論據，以證明接受和使用已識別的模型、仿真、基礎數據、結果、和目標（預期）操作環境中的能力。 GM-VV 成功完成了仿真互操作性標準辦公室 (SISO) 標準化流程，以提供完全接受的驗證、確認和認可 (VV&A) 指導文件 [3]。 GM-VV 的目的是為 V&V 提供一般適用的指導：

? 促進 M&S 界內對 V&V 的共同理解和交流；

? 適用于 M&S 生命周期的任何階段（例如，開發、使用和再利用）；

? M&S利益相關者的接受決策過程導向；

? 由 M&S 利益相關者的需求和 M&S 使用風險承受能力驅動；

? 可擴展以適應任何 M&S 范圍、預算、資源和使用風險閾值；

? 適用于多種M&S 技術和應用領域；

? 將產生可追溯、可重復和透明的基于證據的接受論點；

? 可以在企業、項目或技術級別進行實例化；

? 促進 V&V 結果、工具和技術的重用和互操作性。

圖1: GM-VV參考框架

在這些先前的努力中，M&S 使用風險得到了認可，實際上是指南和標準中記錄的建議的驅動因素。盡管 M&S 界就該主題的重要性達成了共識，但沒有公認的方法可用于 M&S 使用風險的限定或量化，以說明項目特定的 M&S 要求和約束。此外，M&S 工具及其開發過程的復雜性日益增加，從而導致包括 M&S 使用風險在內的一系列風險。 M&S 使用風險與 M&S 結果的不當應用及此類應用對決策者的后果有關。

風險管理依賴于評估風險的影響（一旦實現）、定義減輕風險的方法以及評估減輕風險的成本。有效的風險管理需要識別風險和平衡額外投資以減輕風險的方法。這種評估是基于對風險實現的可能性和實現的影響的評估。識別和評估風險后，可以制定緩解策略。評估 M&S 使用風險的方法可用于確定開發目標的優先級、準備和響應資源可用性的變化，以及定制 V&V 活動。

1.2 MSG-139 目標、任務和成果

2014 年 9 月，北約合作支持辦公室 (CSO) 批準組建 MSG-139，建模和仿真 (M&S) 使用風險識別和管理。該任務組的主要目標是為 M&S 使用風險識別和分析，定義和部署具有相關方法和技術的通用方法。一套互補的、最先進的M&S使用風險識別、分析和緩解方法，通過以下方式促進未來北約和國家M&S項目的質量、可信度和效用保證：

? M&S使用風險識別的通用方法和指南；

? 對M&S使用風險問題和解決方案有共同的理解和知識;

? 一套M&S使用風險分析的方法和技術;

? 基于M&S使用風險而不是成本的替代方法和相關指導方針;

? M&S使用與M&S技術和系統生命周期范例無關的風險識別和分析解決方案。

報告結構

本文件報告了MSG-139在滿足上述目標方面的努力結果。具體來說，在第一章中，定義了問題，選擇和應用M&S使用風險方法論(MURM)的基本原理，并介紹了該方法的簡短歷史和概述。第二章從語義定義出發，推導了M&S使用風險方程，并給出了該方程的解，該方程在應用空間中以一個三維曲面表示。相關的數學證明和細節見附錄1和附錄2。第三章介紹了一個MURM的實現，并為從業者提供了建議和指導。在第4章中，一個基于實際應用的用例被提出，說明了在逐項需求的基礎上評估風險狀態的方法的有效性，同時也演示了為M&S的特定預期用途(SIU)降低風險的方法。

圖 2：建模和仿真使用風險方法論（MURM）建立在現有概念的基礎上

引言

本文件是北約 IST-151 研究任務組 (RTG) 活動的最終報告，題為“軍事系統的網絡安全”。該 RTG 專注于研究軍事系統和平臺的網絡安全風險評估方法。 RTG 的目標如下：

? 協作評估軍事系統的網絡安全，并在 RTG 的北約成員國之間共享訪問權限；

? 在 RTG 的北約成員國之間共享風險評估方法和結果；

? 將 RTG 的北約成員國使用的評估方法整合到一個連貫的網絡安全風險評估方法中，以使北約國家受益。

軍事平臺比以往任何時候都更加計算機化、網絡化和受處理器驅動。他們大量使用數據總線，如 MIL-STD-1553A/B、CAN/MilCAN、RS-422/RS-485、AFDX 甚至普通以太網，以及戰術通信的舊標準，如 MIL-STD-188C 和 Link 16。此外，捕獲器、傳感器、執行器和許多嵌入式系統是擴展攻擊面的額外無人保護的潛在輸入。結果是增加了網絡攻擊的風險。然而，這些平臺的持續穩定運行對于軍事任務的成功和公共安全至關重要。

軍事系統和平臺是網絡攻擊的首選目標，不是因為它們像消費電子產品那樣普遍，而是因為它們潛在的戰略影響。一旦受到影響，就可以實現各種短期和長期影響，從拒絕能力到秘密降低其有效性或效率。因此，軍隊必須在各個層面解決網絡安全問題：戰略層面，同時獲取平臺和系統；作戰層面，同時規劃軍事任務和戰術。

北約國家擁有大量可能面臨網絡攻擊的軍事平臺和系統。因此，北約將受益于利用當前的流程和方法來設計更安全的系統并評估當前系統的網絡安全。

本報告介紹了針對軍事系統和平臺量身定制的網絡安全評估方法，該方法由 RTG 團隊成員合作開發，并建立在他們的經驗和專業知識之上。團隊成員已經使用的流程被共享、分析、集成和擴充，以產生本報告中描述的流程。本報告的目標受眾是愿意評估和減輕其軍事系統的網絡安全風險的決策者。

圖一：網絡安全評估過程的五個主要步驟。

報告結構

第 2 節介紹了 RTG 團隊在其存在的三年中用于開發流程的方法。第 3 節列出了可以應用該過程的系統的一些特征。最后，第 4 節描述了評估流程，而第 5 節總結本報告。

執行總結

軍事平臺比以往任何時候都更加計算機化、網絡化和受處理器驅動。這導致增加了網絡攻擊的風險。然而，這些平臺的持續穩定運行對于軍事任務和公共安全的成功至關重要。

絕對的網絡安全是不存在的。必須通過迭代風險評估持續管理網絡安全。傳統 IT 系統存在許多網絡安全風險管理框架和流程。然而，在軍事平臺和系統方面，情況遠非如此。本文檔介紹了針對軍事系統量身定制的網絡安全風險評估流程。該流程由北約 IST-151 研究任務組 (RTG) 活動的團隊成員開發，該活動名為“軍事系統的網絡安全”。該過程可以應用于傳統的 IT 和基于固件的嵌入式系統，這些系統在軍事平臺和系統中無處不在。

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。

澳大利亞皇家海軍 (RAN) 最近推出了一項開發和使用機器人、自主系統和人工智能 (RAS-AI) 的戰略，該戰略將通過一項運動計劃來實施。蘭德澳大利亞研究團隊正在通過建立證據基礎來支持 RAN 的這項工作，以幫助識別和塑造基礎活動。本報告概述了近期和長期（到 2040 年）海上 RAS-AI 技術的現狀和軌跡，并對近期、中期和長期可能執行的任務進行了高級審查根據相關的技術和非技術推動因素。

本報告并沒有研究人工智能在海上行動中更廣泛的整合，而是關注支撐無人平臺的任務和技術的進步，包括無人空中、水面和水下航行器。除了概述近期和長期 RAS-AI 任務的關鍵技術推動因素外，該報告還指出了在 RAS-AI 能力發展中應考慮的三個關鍵原則：（1）關注多種技術（新系統和“遺留”系統），而不是單一的技術解決方案； (2) 考慮國防和商業 RAS-AI 系統的互補性進展； (3) 監測非技術因素，例如不斷發展的監管、法律、政策和道德框架，這些框架可能會顯著影響未來的技術采用路徑。

研究問題

• RAS-AI 技術和任務在海洋領域的前景如何？
• 到 2040 年，海上領域的 RAS-AI 技術和任務的可能軌跡是什么？
• 哪些可能的技術推動因素會塑造未來海上區域的 RAS-AI 任務？

主要發現

• 快速發展的技術環境使 RAS-AI 任務在海洋領域得以擴展
  • 無人駕駛飛行器 (UAV) 任務的跨度有所增長，特別是因為無人機的覆蓋范圍、適應性和生存能力不斷增加（盡管仍然相對有限）。
  • 由于通信、有效載荷和模塊化的進步，越來越多地使用無人水面航行器（USV）來支持海軍任務已經成為可能，盡管限制包括依賴載人平臺的遠程控制以及與其他車輛的有限集成。
  • 無人水下航行器 (UUV) 任務已經擴大，因為其在更深的深度、更遠的距離以及先進的傳感器和有效載荷下運行的能力越來越強。然而，水下通信、網絡和深水導航的有限耐力和未解決的障礙仍然對 UUV 任務施加了限制。
• 在所有平臺上，海上 RAS-AI 任務可能會在短期內擴大，這得益于幾個關鍵技術領域的進步
  • 在自治、集群、互操作性、安全通信和信息交換、生存能力、推進和能源管理以及先進傳感和多任務平臺開發等領域取得了進展。
• 從長遠來看，技術和非技術障礙可能會限制某些 RAS-AI 任務
  • 長期 RAS-AI 任務可能包括在有爭議的環境中部署以及在進攻性自主和動力應用中的部署，盡管后者可能會受到道德、法律和監管障礙的嚴重限制。
  • 長期任務和技術前景的特點是存在很大的不確定性，可能需要通過后續研究探索更多種類的具有潛在破壞性的未來 RAS-AI 任務、技術和戰術。

無人機行業現在正處于黃金時期，它的增長有望呈指數級增長盡管人道主義救援人員已經使用這種技術10年了，但市場的擴大和技術的發展正在推動越來越多的組織裝備這種設備。無人駕駛飛機(Unmanned Aerial Vehicles，簡稱UAVs)，也被稱為遠程駕駛飛機或“無人機”，是一種通過遠程控制或自主飛行的小型飛機。

這份報告關注的是非武裝民用無人機和無人機的使用情況。未來的報告可以探討無人水下航行器和地面無人機的影響和發展。2014年，人道主義協調廳在其人道主義應對政策文件中強調了無人機在人道主義行動中的不同用途，這表明無人機技術的使用越來越多。從理論上講，瑞士地雷行動基金會(Swiss Foundation for Mine action)在其報告《人道主義行動無人機(2016)4:測繪》中對無人機在人道主義行動中的應用進行了6類總結;向偏遠或難以到達的地點運送基本產品;搜索和救援(SAR);支持損害評估;提高態勢感知;監測變化(如城市和營地的增長、農業使用或道路或基礎設施的建設)。這份報告將揭示人工智能驅動的無人機是如何改進和修改這些用途的。

無人機的迅速采用可以通過現代無人機帶來的機遇和它們可以利用的日益增長的人工智能(AI)相關能力來解釋。一方面，它們的使用通過自治得到簡化和授權。另一方面，視覺分析性能的改進使得依賴于無人機圖像成為可能。這份報告旨在強調人工智能提高無人機能力的程度。

由于深度學習方法的普遍化，無人機可以進一步捕捉它們運行的環境，從而允許越來越復雜的任務。這項技術還可以顯著改善無人機的視覺識別和圖像分析。由于人工智能算法的使用需要較高的計算能力，因此它的應用往往發生在飛行后。這一表現將通過三個案例研究加以強調:

• 用于北加州野火應急響應的無人機(2018年11月)

• 聯合國兒童基金會在馬拉維使用無人機應對颶風“伊代”(2019年3月)

• 報告還探討了無人機未來的潛在功能。

本報告總結了 IST-144-RTG 在基于內容的多媒體分析 (CBA) 方面的研究進展，該研究由來自 NLD、NOR、美國和英國的團隊進行。這些科學家匯集了來自異構媒體源（文本、視頻和圖像）和人類評估的信息檢索策略。因此，可以通過基于內容的信息檢索和多媒體分析來利用多個異構數據源，以提供及時準確的數據概要，并結合人類直覺和理解來開發問題/解決方案空間的全面“視圖”。北約聯盟軍事領導人、指揮官和情報分析員需要這種可互操作的工具，這些工具可以交叉提示從一種方法獲得的知識以在另一種方法中生成任務，以加快態勢感知和決策制定，并應對國防信息空間的復雜性。提供了核心技術組件的描述以及它們在概念演示器中的組合應用的描述，該演示器解決了一個虛構但現實的場景，代表了聯盟面臨的防御挑戰。該報告總結了解決限制所需的進一步工作的發現和建議，包括技術和系統級別的差距，例如用于集成分析服務的開放分布式架構，現在和未來的預期。

本報告描述了北約第一個多領域小組IST-173所取得的成果。與會者包括來自不同小組和團體的科學家，以及來自北約機構和軍事利益攸關方、學術界和工業界的科學家，這為AI和軍事決策大數據這一主題創造了第一個利益共同體。該團隊在實踐中證明了一種新的STO方法的可行性，即任務導向研究，以激發公開對話、自我形成的研究合作和跨小組活動。此外，該方法還有助于為人工智能和軍事決策大數據這兩個主要能力領域聯合開發北約首個科技路線圖，以應對北約在這些領域面臨的作戰挑戰。由于新的組織(軍事利益相關者積極參與的多領域團隊)和這種創新方法的應用，確定了一些經驗教訓，應該支持軍事決策AI和大數據的進一步操作。

【報告概要】

認識到地面自主系統需要在未知的任務中運行，北約正在對地面車輛自主移動建模和仿真進行投資，以改進和準備未來運作。來自世界各地的北約工程師和科學家正在努力而有目的地塑造未來的作戰能力，并作為地面部隊保持準備和彈性。隨著北約展望未來，地面車輛界有機會幫助塑造陸軍在實現國家和國際安全目標方面的獨特作用。隨著情報、監視、目標獲取和偵察能力的快速發展，確保自主機動性和操作變得更加重要。北約的未來部隊必須能夠并準備好在極端條件下執行各種任務，因此它必須準備好運用地面力量/地面部隊，以在整個軍事行動中實現戰略成果。

地面自主系統是許多北約國家未來軍事戰略的關鍵部分，商業公司正在競相開發自主系統以率先進入市場。在這場部署這些系統的競賽中，仍然缺乏對這些系統的能力和可靠性的了解。自主地面系統的一項關鍵性能衡量指標是其在道路上和越野時的機動性。自主武器系統的開發和部署通常指向幾個軍事優勢，例如作為力量倍增器，更重要的是，可能需要更少的作戰人員來完成特定任務。與商業自治系統不同，軍隊必須在可能不存在道路的未知和非結構化環境中運作，但物資必須到達前線。在戰場上，機動性是生存能力的關鍵，指揮官知道在什么地形上部署哪種車輛至關重要。指揮官需要有能力評估自己和敵方部隊在作戰區域的車輛機動性，這將增加對任務規劃的信心，并降低因車輛受損而導致任務失敗的風險。

北約國家聯合探索評估地面自主系統性能和可靠性的方法，制定一項戰略，以制定一個總體框架，以開發、整合和維持先進的載人和地面自主系統能力當前和未來的力量。該活動利用了 AVT-ET-148、AVT-248 和 AVT-CDT-308 在下一代北約參考移動模型 (NG-NRMM) 上的結果，并共同證明了自動駕駛汽車具有專門的建模和仿真要求關于流動性。隨后，開發了任務領域，并組建了團隊以開展以下工作：

• 自主軍事系統 M&S 的挑戰和特殊要求；

• 與自主軍事系統相關的定義；

• 當前可用于評估自主系統移動性的軟件；

• 評估移動性與數據通信的相互依賴性的方法；

• 以NG-NRMM AVT-248 結果為基礎，確定評估自主系統越野機動性的方法。

這項工作提供了一份文件，簡要概述了現有能力、計劃的未來活動以及后續研究任務組 (RTG) 的戰略方向。這份總結報告將詳細介紹這些成就，并為自主導航框架的開發和實施提供建議。

低速、慢速和小型 (LSS) 飛行平臺的普及給國防和安全機構帶來了新的快速增長的威脅。因此，必須設計防御系統以應對此類威脅。現代作戰準備基于在高保真模擬器上進行的適當人員培訓。本報告的目的是考慮到各種商用 LSS 飛行器，并從不同的角度定義 LSS 模型，以便模型可用于LSS 系統相關的分析和設計方面，及用于抵制LSS系統（包括探測和中和）、作戰訓練。在北約成員國之間提升 LSS 能力并將 LSS 擴展到現有分類的能力被認為是有用和有益的。

【報告概要】

在安全受到威脅的背景下考慮小型無人機系統 (sUAS)（通常稱為無人機）時，從物理和動態的角度進行建模和仿真遇到了一些獨特的挑戰和機遇。

無人機的參數化定義包括以下幾類:

• 類型學，指的是無人機可以飛行的模式;
• 用于制造無人機的材料;
• 飛行性能;
• 螺旋槳種類;
• 分類;
• 導航系統;
• 遠程控制器特性(如果有);
• 有效載荷，考慮自身傳感器和可能的危險；
• 通信系統。

描述無人機飛行動力學的分析模型在數學上應該是合理的，因為任務能力在很大程度上取決于車輛配置和行為。

考慮到剛體在空間中的運動動力學需要一個固定在剛體本身的參考系來進行合適的力學描述，并做出一些假設（例如，剛體模型、靜止大氣和無擾動、對稱機身和作用力在重心處），可以為 sUAV 的飛行動力學開發牛頓-歐拉方程。

在檢測 sUAS 時，必須考慮幾個現象，例如可見波范圍內外的反射、射頻、聲學以及相關技術，如被動和主動成像和檢測。

由于需要多個傳感器檢測 sUAS，因此有必要考慮識別的參數以便針對不同類型的檢測器對特征進行建模。此外，對多個傳感器的依賴還需要在信息融合和集成學習方面取得進步，以確保從完整的態勢感知中獲得可操作的情報。

無人機可探測性專家會議表明了對雷達特征以及不同無人機、雷達和場景的聲學特征進行建模的可能性，以補充實驗數據并幫助開發跟蹤、分類和態勢感知算法。此外，雷達場景模擬的適用性及其在目標建模和特征提取中的潛在用途已得到證實。

然而，由于市場上無人機的復雜性和可變性以及它們的不斷增強，就其物理和動態特性對無人機簽名進行清晰的建模似乎并不容易。

sUAS 特性的復雜性和可變性使得很難完成定義適合在仿真系統中使用的模型的任務。這是由于無人機本身的幾個參數，以及考慮到無人機的所有機動能力和特性所需的飛行動力學方程的復雜性。

此外，sUAS 特性的復雜性和可變性不允許定義用于評估相關特征的參數模型。

圖1 無人機類別與其他類別/參數的關系（part 1）

圖2 無人機類別與其他類別/參數的關系（part 2）

圖3 參考坐標系

【報告目錄】