無人機作戰樣式因其特有的“快、精、廉”等特點被廣泛用于現代戰場,并取得了非凡的實戰效果。總結現代戰場無人機作戰特點,結合世界先進的反無人機技術,分析目前無人機作戰樣式存在的不足,并以此為出發點,以滿足未來戰爭需求,應對防空反無人機技術體制為目的,探索軍用作戰無人機未來發展方向,以期為軍用無人機及其作戰樣式的研究提供參考。無人機自 ２０ 世紀 ６０ 年代越南戰爭時期，首次被 派到戰場執行偵察任務，正式進入軍事作戰領域，其作 為一種新型作戰樣式，開啟了無人化作戰先河［１］ ，幾十 年來，無人機以偵察、預警、電子干擾、空地打擊等“多 面手”的角色出現在海灣、科索沃、阿富汗、伊拉克、土 敘、納卡等局部戰爭或沖突中，并取得驚人效果［２］ ，尤 其在納卡沖突中，無人機首次作為主戰裝備參與作戰， 更是第一次將無人機協同作戰從概念轉化為實戰，并 取得卓越的戰績，充分證明了無人機作戰的軍事價值。可以預見，隨著世界新軍事革命的不斷推進，無人機作 戰必將成為無人化作戰的重要組成部分。無人機作戰能力雖已多次經過現代戰爭檢驗，但 縱觀現代戰爭中的無人機實戰案例，可以發現其存在 一些共性缺陷，如弱／ 無自主，不注重隱身，嚴重依賴無 線電通信技術及衛星導航技術，而現代反無人機技術 正是利用這些缺陷作為切入點，成為無人機在戰場上 的克星。隨著戰場環境的日益復雜化，防空反無人機 技術高速深入發展以及戰爭由信息化向智能化的轉 變［３］ ，軍用作戰無人機必須針對性地做出改進，才能適 應未來高烈度、高技術、高電磁復雜度、威脅目標多樣 的戰場環境。本文以彌補無人機作戰樣式不足為出發點，以適 應復雜的未來戰場環境，應對防空反無人機技術體制 為目的，結合現代及未來可預見的技術，對軍用作戰無 人機未來發展方向與特征進行探索與思考。

作者：Tamir Eshel，專知防務編譯

1 無人機蜂群的優勢

2 對抗無人機蜂群

3 攻擊蜂群網絡

4 理解態勢圖

5 態勢感知：生存的關鍵

6 擊敗無人機

7 蜂群信息

8 LEONIDAS

9 無人機與無人機蜂群

10 高功率激光器

11 總結

前言

集群無人駕駛系統代表了無人作戰的顛覆性演化階段。在本文中，將蜂群視為一組以協調方式自主運行以執行任務的無人駕駛系統（UXS）。UXS組件可以是空中、陸基、水面或水下機器人平臺，執行的任務包括：

• 情報、監視和偵察（ISR）；
• 目標獲取與攻擊；
• 壓制和摧毀敵人防空系統（SEAD/DEAD）；
• 攔截高優先級目標，如指揮所、通信設備和雷達。

在海上，成群的無人船或游蕩的武器和無人潛航器可以用來摧毀敵方艦隊的脆弱資產，如雷達和通信或聲納。蜂群也可用于先發制人地壓制敵人在特定區域的活動，如機場、降落區或彈道導彈發射場。

單個無人機或巡航武器的攻擊需要有人類控制者參與，而無人機蜂群攻擊與此不同，蜂群收到簡報并自主執行任務，根據任務階段不斷協調其行為以最有效地實現目標。例如，它們可以計劃和機動從不同方向攻擊目標，或同時攻擊多個目標，或者犧牲蜂群中的一些元素以觸發目標在被擊中之前做出反應暴露自己。人類控制員主要發揮監督作用，只有在需要或蜂群要求時才會干預和指導無人機。

1 無人機蜂群的優勢

群體行動的無人機可以由人類單獨控制，也可以作為一個群體完全自主運行。其他操作方法遵循羊群行為，其中一些成員充當領導者，而其他成員充當追隨者。UXS蜂群通常由一個多發射器和地面控制站控制，從而簡化和加速部署。一旦啟動，單無人機的運行主要是自主的，使一個操作員能夠管理整個蜂群，而不是指導每架無人機飛行。

蜂群可能包括同一平臺的許多同類元素（被稱為同質蜂群）或不同的參與者形成的異質蜂群。每架無人機可能發揮類似的作用，或者專有功能，如信息收集、武器部署或通信中繼。其行為的關鍵是連接所有成員的網絡。通常情況下，這樣的網絡能夠通過不斷地轉發信息、位置和導航，使蜂群連接所有成員。特定的成員可以在不同的時間對整個編隊進行控制，以協調和確定行動的優先次序，分配任務，對障礙或威脅發出警報，或將權力移交給其他成員。如果一個控制節點被消滅，其他成員將根據網絡的自我形成、自我修復算法來重新控制。

大多數商用遙控無人機是通過跳頻擴頻（FHSS）控制的，使用先進的頻率敏捷波形，或通過無線局域網（WLAN）。從無人機發射的信號也使用FHSS、寬頻或WLAN信號。其他無人機可能依靠射頻（RF）、蜂窩或衛星通信（SATCOM）。蜂群經常利用臨時網絡技術（MESH網絡）在蜂群成員之間進行通信。這種方法在視線之外和在現有連接沒有保障的廣泛地區運行時特別有利。單個無人機可以隨時連接和斷開網絡，使得分散的自組織網絡結構非常適合它們的運行。

2 對抗無人機蜂群

盡管無人機和機器人是自主運行的，但在被派往執行任務之前需要進行全面的準備。路線規劃、飛行前網絡設置、GNSS鏈接建立、與控制器和其他小組成員的協調都要在起飛前完成，以啟動一個自主任務。這種活動大多有明顯的電子特征，可以被信號情報（SIGINT）活動探測到。但有些準備工作比其他工作更不明顯。例如，在其載體上打包準備發射的游蕩無人機經常在無線電靜默中進行這種準備，沒有任何信號發送，測試和設置都在載體上進行。

一旦蜂群被發射并分組，其成員可以機動成編隊，使單個目標的探測更加困難。對目標的導航可以采用全球導航衛星（GNSS、GPS）、慣性導航、基于圖像的場景匹配，或幾種方法的組合，使其更難被擊敗。編隊成員可以相互依靠來確定他們的位置，從而保持傳感器的冗余度，以克服特定的對抗措施，如GPS干擾。

與可以完全孤立執行任務的單一自主無人機不同，蜂群有一個重要的弱點——它所依賴的網絡。蜂群成員必須不斷通信，以分享信息、狀態和任務。由于這些網絡使用特定的波形，它們的活動可以被SIGINT檢測到，以提供該地區蜂群活動的第一個警報。因此，SIGINT被認為是對抗蜂群（或反蜂群）的第一道防線，作為整個分層防御系統的核心。

3 攻擊蜂群網絡

隨著網絡信號的采集和跟蹤，以及信號情報（SIGINT）對網絡脆弱性的評估，防御者可能對威脅采取電子或網絡攻擊。考慮到這種探測的延伸范圍，依靠戰略性機載或天基SIGINT資產，防御者可以通過準備和執行應對威脅的通盤計劃來避免意外。對單個蜂群成員的探測和跟蹤構成了另一個重大挑戰，因為雷達和電子光學傳感器探測小型、低速和低空飛行目標的能力有限，特別是遠距離目標。對水下移動的目標探測幾乎是不可能的。此外，由于傳感器遇到的噪音和雜波，對移動中的目標探測也很有限。

C-UAS探測和對抗系統，如羅德與施瓦茨公司（R&S）開發的ARDRONIS，針對無人機的射頻信號活動，使用敏感的監測接收器收集和破壞無人機控制。據R&S稱，該監測器可以從5公里外探測到大疆Phantom 4迷你無人機。當使用FHSS與無人機接觸時，ARDRONIS將檢測到的信號與廣泛的無人機配置文件庫進行比較。這種“監測和匹配”過程為覆蓋區域內的任何威脅提供了可靠的早期警告。該系統還提供無人機遙測、視頻下行鏈路和控制單元的測向（DF），顯示操作員的位置。該系統還有一個集成的干擾器，可破壞目標無人機或無人機與控制器之間的通信，而對同一頻段的其他信號干擾最小。

羅德與施瓦茨公司和OpenWorks公司合作，在反無人駕駛航空系統（C-UAS）任務中建立了一個自主的三維探測和跟蹤系統。該系統已經通過北約新的“即插即用”協議集成，稱為“集成電子網絡技術的資產保護傳感”（SAPIENT），并在荷蘭德皮爾空軍基地的北約技術互操作性演習（TIE）活動中進行了測試。

ARDRONIS無人機探測解決方案與OpenWorks公司的SkyAI自主光學技術相結合，并與指揮和控制系統以及決策引擎相結合，以應對不斷升級的無人機威脅。ARDRONIS提供了一個主要的檢測能力，使用頻譜分析方法定位無人機和遠程控制器。SkyAI采用二維數據，并將其與通過SAPIENT網絡從遠程傳感器收到的信息相結合。然后，它控制與系統相關的EO/IR相機，自主地搜索無人機系統。利用實時先進的人工智能目標分類，EO/IR傳感器鎖定目標，并將高質量的視頻流傳給系統操作員，以進一步分析威脅。然后，對SkyAI ARDRONIS傳感器的數據進行融合，以提供被追蹤無人機系統的完整3D位置。

4 理解態勢圖

IAI的無人機衛士代表了另一種探測和攔截無人機和無人機蜂群的多層次解決方案。它由幾種被動和主動傳感器組成，通過一個統一的C2系統與軟、硬殺傷效應器集成。探測和分類層依賴于一個多任務三維X波段AESA雷達和SIGINT系統，該系統探測并對UAS數據鏈通信進行威脅探測和分類。一個日/夜EO/IR傳感器支持目標分類和獲取。無人機衛士使用各種攔截手段，包括干擾或接管作為軟殺傷措施和硬殺傷措施，如精確步槍瞄準器、火箭彈或無人機-殺傷-無人機（DKD）解決方案。

該系統的核心是指揮和控制元件，它從傳感器收集數據，自動關聯信息，定義優先級，并創建一個統一的態勢感知圖，以便及時部署針對威脅的對抗措施。該系統通過機器學習（ML）不斷學習和適應新的威脅類型，并配備了內置的先進決策和人工智能（AI）算法，用于威脅分析和手動、半自動或完全自主響應。

拉斐爾公司的Drone Dome是另一個“端到端”C-UAS解決方案，具有反蜂群能力，在一個多層架構中整合了各種傳感器。該系統采用了RADA的RPS-82雷達，采用靜態或車載配置，使用四個AESA雷達面板，覆蓋360度。除了目標探測和跟蹤外，RPS-82還采用了微多普勒算法進行目標分類。SIGINT元素覆蓋70兆赫到6千兆赫的頻譜，以定位無人機的位置及其操作者，并處理探測到的信號到達時間差（DTOA），以提高態勢感知。另一個自動化層是系統的EO/IR傳感器，支持視頻運動檢測（VMD），能夠根據無人機模式庫自動檢測、識別和跟蹤多個目標。

該系統生成了一個基于地圖的全面態勢圖，允許單個操作員進行可擴展的威脅緩解，采用響應性干擾（RJ）和GNSS反制措施，甚至使用高功率激光，這可對蜂群編隊進行有效打擊，快速連續擊敗多架無人機。

5 態勢感知：生存的關鍵

因此，態勢理解是盡可能早地擊敗蜂群的關鍵，通過目標定位網絡，將蜂群無人機解析轉化為先進的、幾乎堅不可摧的機器。將許多傳感器和信息源融合到態勢感知（SA）圖中，使防御者能夠針對蜂群的弱點，采取最有效的行動。根據行動策略，這些弱點可能是數據鏈、網絡或領導蜂群的“牧民”。行動可以采用軟殺傷，如進攻性網絡、電子戰斗（干擾、GPS拒止）。動能措施的范圍包括部署尼龍流和碎片堵塞無人機的螺旋槳和轉子，以及由C-UAS系統自主指揮和控制的高功率微波或高能激光器、空爆彈藥和火器的定向能量效應。

為C-UAS開發的最復雜的指揮和控制系統之一是Anduril的LATTICE。該系統通過自主解析來自數以千計的傳感器和數據源的數據，并將其轉化為一個智能的共同作戰圖，實時創建對戰斗空間的共享理解。使用傳感器融合、計算機視覺、邊緣計算、機器學習和人工智能，LATTICE可以檢測、跟蹤和分類操作員附近任何一個感興趣的目標。這個系統將SA從戰術層面擴展到戰略視角。Anduril的目標是將LATTICE作為一個全領域的任務引擎部署在陸地、海洋、空中和太空。它采用其網狀網絡來確保信息流，即使在偏遠和有爭議的地區，即使在帶寬有限的情況下，也能實現彈性的信息流和協作編隊。

6 擊敗無人機

其他C-UAS系統，如D-Fend的EnforceAir、DroneShield的DroneSentry-X支持戰術單位保護：

• 重要人員；
• 特種部隊；
• 下馬隊；
• 單個車輛；
• 車隊；

EnforceAir自動識別附近的無人機，然后利用網絡攻擊自動控制它們，并將其降落在一個安全的指定區域。據D-Fend公司稱，這種緩解方法采用了針對目標的協議，不會對友軍通信或授權無人機的運行造成干擾。該系統可以作為一個便攜式戰術套件使用，或安裝在車輛上，以支持靜態或移動操作，形成一個移動的保護“氣泡”。

在探測和識別階段，該系統保持被動，使秘密部隊能夠保持無線電靜默。由于無人機被迫降落在被保衛單位附近，軍事情報部門可以利用捕獲的無人機數據來了解使用的是哪種類型的無人機，它們從哪里發出，以及它們的攝像機記錄了什么。無人機接管只需要幾秒鐘，使該系統能夠有效地控制無人機小型蜂群。

DroneSentry-X是一個不同的移動C-UAS系統，因為它的擊敗能力依賴于干擾，不涉及協議操縱或“網絡”戰術。該系統可以在獨立模式下運行，并集成了傳感器和一個緩解器，以破壞其附近的無人機系統操作，并在360度范圍內保護平臺。

7 蜂群信息

DroneShield和D-Fend都采用“外科手術”行動來對付單個或小群無人機，在它們到達目標之前將其擊落。其他使用電磁脈沖（EMP）和高功率微波（HPM）發射器——更強大的手段，來根除該地區的所有電子系統和活動。這種行動可以一次擊落許多無人機，但也會損壞其他沒有受到這種“電子沖擊治療”保護的系統。這種類型的系統已經在市場上出現，表明該技術已經成熟，可以集成到無人機和C-UAV系統中。

這種武器被設計為“犧牲型”，這意味著它們在激活期間被摧毀或“可重復使用”。美海軍水面作戰中心的工程師們構思了一種爆炸形成的電磁脈沖，可以作為彈頭裝在導彈或無人機內，成為一種能夠攔截和擊敗無人機的武器。 這種EMP裝置被稱為“通量壓縮發生器”，由一個線圈編織成一個密閉的圓柱體構成。 圓筒中充滿了電離的鋰氣，在啟動時建立了一個強磁場。圓筒被炸藥壓縮，通過增加的磁場加速電離氣體分子，產生太瓦級的強大電磁波。球形EMP摧毀攔截的無人機，并使其附近的任何電子系統失效。

可重復使用的高功率電磁效應器采用不同設計的微波發射器來提供能量爆發，可以從遠處使電子電路失效。最初，這些都是大型（卡車大小）系統，需要強大的發電機和冷卻裝置來產生預期的效果。大多數陸基系統是定向的，而更緊湊的系統則根據爆炸產生的能量爆發覆蓋一個球形模式。最近，大功率固態HPM的進步使新的HPM效應器更加成熟，更適合于戰術使用。

8 LEONIDAS

其中之一是LEONIDAS，基于Epirus公司開發的SmartPower技術。它使用固態放大器，以極高的功率傳輸定向能量，造成反電子效應。Epirus公司利用人工智能支持的氮化鎵（GaN）半導體陣列來產生HPM傳輸所需的極端功率密度，而無需特殊冷卻。頻率敏捷系統可迅速發射一連串獨特的波形，以利用無人機系統目標最容易受到的特定頻率。這使得戰術上相關的反蜂群范圍超過了小武器打擊，即使是針對各種蜂群。

一個全尺寸的地面LEONIDAS效應器使用非常高的能量從遠處作業，而裝在吊艙中的較小版本則可由無人機攜帶，更接近目標。由于該系統使用電力，LEONIDAS有很深的彈倉，可以連續快速發射，以達到精確或區域火力的效果，而不會過熱或需重新裝彈。

這項技術已經與美國陸軍的一些防空能力相結合。2020年，諾斯羅普-格魯曼公司宣布與Epirus公司達成戰略供應商協議，提供LEONIDAS作為其反無人機系統（C-UAS）系統解決方案的一個組成部分。諾斯羅普-格魯曼公司的C-UAS解決方案已經提供了一個分層結構，具有完整的動能和非動能效應、空中和地面傳感器的前線防空指揮和控制（FAAD-C2）系統，該系統被美國陸軍選定為反小型無人機系統能力的臨時C2系統。該協議增強了系統的非動能能力，以擊敗無人機系統蜂群。在另一項協議中，Epirus公司在2021年底宣布，該公司已與通用動力公司合作，在美陸軍的IM-SHORAD系統上集成LEONIDAS，該系統已經在移動中為戰斗人員提供C-UAS保護，使陸軍能夠與無人機蜂群作戰。

9 無人機與無人機蜂群

目前LEONIDAS尺寸也被縮小，以適應無人機攜帶的小吊艙。該吊艙與現有的機載系統集成，去到最終用戶希望它去的地方，直接飛向威脅區。當與地面的LEONIDAS裝置一起部署時，兩個系統協同工作，以實現更大的功率和范圍，并創建一個分層防御力場。

其他運行HPM的C-UAS系統包括洛克希德-馬丁公司的MORFIUS C-UAS無人機。該公司使用Dynetics Area-I公司的Altius 600無人機，裝上洛克希德-馬丁公司的HPM效應器MORFIUS，在距離和速度上對付無人機蜂群。這種管狀發射的無人機攜帶一個HPM效應器有效載荷和一個尋的器，使其能夠從遠距離對目標進行定位。兩者都是可回收和可重復使用的。管狀發射無人機平臺可以從空中、地面或移動的車輛上部署，支持分層防御方法。

雷神公司最近用其COYOTE Block 3渦輪動力C-UAS導彈展示了一個類似的概念。在這次演示中，COYOTE使用一種未指定的非動能效應器擊落了一組10架無人機。目標組包括在尺寸、復雜性、機動性和范圍方面不同的無人機。該測試還證明了COYOTE可以在交戰后被回收和重新部署，可以在車輛、飛機、直升飛機和無人機上部署。

10 高功率激光器

高功率激光器也提供了有效的反蜂群能力，它能夠通過摧毀無人機的機身、能源、光學器件或電子電路來迅速擊敗小型和機動目標。以低成本快速“發射”多發子彈的能力使激光器適用于極短距離防空（VSHORAD）任務和對抗無人機小型蜂群。這種激光器已經被集成到一些C-UAS平臺上，如 Stryker的DE M-SHORAD、雷神公司的HELWS2和拉斐爾公司的激光無人機穹頂激光效應器，它們已經展示了擊敗小型無人機蜂群的能力。激光和HPM效應器都為操作者提供了一種低成本的單次射擊選擇，只需要電能就能操作。然而，激光器受到天氣的限制，因為它們不能穿透厚厚的云層，而HPM可能在其區域內造成附帶損害。

11 總結

自主的、由人工智能驅動的和聯網的無人機蜂群正在成為一種顛覆性的軍事能力，它們執行任務的能力遠遠超過單一無人機的規模和能力。沒有打敗無人機蜂群的銀彈，因為對抗措施需要一個至少與無人機本身一樣先進、復雜和不斷發展的系統，利用無人機使用的一些技術。

無人機蜂群來了！美國、中國和俄羅斯處于無人機群開發和利用的最前沿。然而，無人機的低成本和易得性使非國家行為者能夠以富有想象力和創造力的方式利用無人機，包括蜂群。本專著的目的是要解決以下問題：無人機群為軍隊提供什么效用？無人機群提供了許多優勢，包括持續的情報、監視、偵察和目標定位；對軍事人員和組織的低風險和低成本，以及癱瘓個體和組織決策的潛力。相比之下，無人機群有其脆弱性和挑戰。脆弱性包括從對手的黑客攻擊到反蜂群武器的存在，而一些挑戰包括組織上的抵制和國際法。無人機群就在這里，而且很快就會出現在戰場上，現在是解決如何最好地運用它們的時候了。在概述了無人機群的潛在好處和局限性之后，該專著最后提出了四項建議：需要敘述、建立無人機群理論、了解人機界面以及為無人機群的使用進行組織過渡。

本文件供加拿大陸軍發展局局長審議。在過去的幾十年里，西方國家的部隊在其技術優勢的幫助下，已經取得了對對手的優勢。戰術性的地面作戰軍隊由于其技術優勢而被驅使贏得戰斗。這種技術優勢在很大程度上取決于與信息時代相關的技術和概念的演變。因此，預計信息技術的不斷演變將發揮重要的驅動力，在現在和2050年之間塑造戰爭技術。本服務文件將強調人工智能（AI）作為一種變革性技術對未來三十年陸軍行動的基本性質的影響。

前沿作戰基地（FOB）防御是一項人力密集型任務，需要占用作戰任務的寶貴資源。雖然能力越來越強的無人駕駛飛行器（UAV）具備執行許多任務的能力，但目前的理論并沒有充分考慮將其納入。特別是，如果操作人員與飛行器的比例為一比一時，并沒有考慮提高無人機的自主性。本論文描述了使用先進機器人系統工程實驗室（ARSENL）蜂群系統開發和測試自主FOB防御能力。開發工作利用了基于任務的蜂群可組合性結構（MASC），以任務為中心、自上而下的方式開發復雜的蜂群行為。這種方法使我們能夠開發出一種基于理論的基地防御戰術，在這種戰術中，固定翼和四旋翼無人機的任意組合能夠自主分配并執行所有必要的FOB防御角色：周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應。該戰術在軟件模擬環境中進行了廣泛的測試，并在現場飛行演習中進行了演示。實驗結果將使用本研究過程中制定的有效性措施和性能措施進行討論。

第1章：導言

1.1 背景和動機

2019年，美國海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍發布了他的規劃指南，作為塑造未來四年的部隊的一種方式。他在其中指出："我們今天做得很好，我們明天將需要做得更好，以保持我們的作戰優勢"[1]。這句話摘自海軍陸戰隊司令大衛-H-伯杰將軍的《2019年司令員規劃指南》（CPG），呼吁采取集中行動，以應對海軍陸戰隊在未來戰爭中預計將面臨的不斷變化的挑戰。在為海軍陸戰隊確定未來四年的優先事項和方向的CPG中的其他指導，呼吁建立一個 "適合偵察、監視和提供致命和非致命效果的強大的無人駕駛系統系列"[1]。伯杰將軍進一步呼吁利用新技術來支持遠征前沿基地作戰（EABO）。EABO將需要靈活的系統，既能進行有效的進攻行動，又能進行獨立和可持續的防御行動。簡而言之，實現EABO將需要最大限度地利用每個系統和海軍陸戰隊。

從本質上講，伯杰將軍正在呼吁改變無人駕駛飛行器的使用方式。通過使用大型的合作自主無人飛行器系統，或稱蜂群，將有助于實現這一目標。無人飛行器蜂群提供了在人力需求和后勤負擔增加最少的情況下成倍提高戰場能力的機會。正如伯杰將軍所提到的 "下一個戰場"，海軍陸戰隊將必須利用各種技術，最大限度地利用自主性和每個作戰人員在戰場上的影響。

目前的無人系統使用理論是以很少或沒有自主性的系統為中心。另外，目前的系統依賴于單個飛行器的遠程駕駛；也就是說，每輛飛行器有一個操作員。部隊中缺乏自主系統，這在監視和直接行動的作戰能力方面造成了差距。此外，側重于一對一操作員-飛行器管理的無人系統理論要求操作員的數量與車輛的數量成線性比例。這對于 "下一個戰場 "來說是不夠的。相反，海軍陸戰隊將需要能夠讓操作員擺脫束縛或提高他們同時控制多個飛行器的能力系統[2]。

考慮到這些目標，美國海軍研究生院（NPS）的先進機器人系統工程實驗室（ARSENL）已經開發并演示了一個用于控制大型、自主、多飛行器的系統，該系統利用了分布式計算的優勢，并將駕駛的認知要求降到最低。ARSENL在現場實驗中證明了其系統的功效，在該實驗中，50個自主無人駕駛飛行器（UAV）被成功發射，同時由一個操作員控制，并安全回收[3]。

1.2 研究目標

這項研究的主要目標是證明使用無人機蜂群來支持前沿作戰基地（FOB）的防御。特別是，這需要自主生成、分配和執行有效的、符合理論的基地防御所需的子任務。這部分研究的重點是開發基于狀態的監視、調查和威脅響應任務的描述；實施支持多飛行器任務分配的決策機制；以及任務執行期間的多飛行器控制。

輔助研究目標包括展示基于任務的蜂群可組合性結構（MASC）過程，以自上而下、以任務為中心的方式開發復雜的蜂群行為，探索自主蜂群控制和決策的分布式方法，以及實施一般的蜂群算法，并證明了對廣泛的潛在蜂群戰術有用。總的來說，這些目標是主要目標的一部分，是實現主要目標的手段。

1.3 方法論

基地防御戰術的制定始于對現有基地防御理論的審查。這一審查是確定該行為所要完成的基本任務和子任務的基礎。然后，我們審查了目前海軍陸戰隊使用無人機的理論，以確定這些系統在基地防御任務中的使用情況。

在確定了任務要求的特征后，我們為基地防御的整體任務制定了一個高層次的狀態圖。子任務級別的狀態圖等同于MASC層次結構中的角色。

ARSENL代碼庫中現有的算法和游戲以及在研究過程中開發的新算法和游戲被用來在ARSENL系統中實現子任務級的狀態圖。最后，根據高層次的狀態圖將這些游戲組合起來，完成基地防御戰術的實施。

在游戲和戰術開發之后，設計了基于理論的有效性措施（MOE）和性能措施（MOPs）。通過在循環軟件（SITL）模擬環境中的廣泛實驗，這些措施被用來評估基地防御戰術。在加利福尼亞州羅伯茨營進行的實戰飛行實驗中，也展示了該戰術和游戲。

1.4 結果

最終，本研究成功地實現了其主要目標，并展示了一種包含周邊監視、關鍵區域搜索、接觸調查和威脅響應的基地防御戰術。此外，開發工作在很大程度上依賴于MASC層次結構，以此來制定任務要求，并將這些要求分解成可在ARSENL蜂群系統上實施的可管理任務。這一戰術在實戰飛行和模擬環境中進行了測試，并使用以任務為中心的MOP和MOE進行了評估。最后的結果是令人滿意的，在本研究過程中開發的戰術被評估為有效的概念證明。

1.5 論文組織

本論文共分六章。第1章提供了這項研究的動機，描述了這個概念驗證所要彌補的能力差距，并提供了ARSENL的簡短背景和所追求的研究目標。

第2章討論了海軍陸戰隊和聯合出版物中描述的當前海軍陸戰隊后方作戰的理論。還概述了目前海軍陸戰隊內無人機的使用情況，并描述了目前各種系統所能達到的自主性水平。

第3章概述了以前自主系統基于行為的架構工作，ARSENL多車輛無人駕駛航空系統（UAS）和MASC層次結構。

第4章對基地防御戰術的整體設計以及高層戰術所依賴的游戲進行了基于狀態的描述。本章還詳細介紹了用于創建、測試和評估這一概念驗證的方法。在此過程中，重點是對每一戰術和戰術所針對的MOP和MOE進行評估。

第5章詳細介紹了所進行的實戰飛行和模擬實驗，并討論了與相關MOPs和MOEs有關的測試結果。

最后，第6章介紹了這個概念驗證的結論。本章還提供了與基地防御戰術本身以及更廣泛的自主蜂群能力和控制有關的未來工作建議。