本文將介紹在美國海軍水面艦隊中使用自主無人水面艦艇的戰術建議。將評估目前由私人和美國防部項目開發的幾種現有技術，以分析在已制定的作戰概念方案中設定的參數范圍內使用這些技術的可行性。這項研究的目標是通過將自主和無人水面技術應用于近期海軍作戰的戰術中，最大限度地提高水面部隊的戰備狀態。這一作戰概念針對的是決策者、作戰規劃人員以及負責制造、采購、交付和使用艦隊自主無人水面系統的人員。海軍在很大程度上依賴有人水面平臺的戰備狀態來執行各種復雜任務。由于海軍繼續在部隊的維護、訓練和戰備之間平衡部隊需求，自主無人系統提供了額外的能力，有助于維持健康和物質戰備狀態。這項研究旨在通過自主和無人系統的任務性能以及在不久的將來可以整合的能力進行比較分析。這將最終為海軍部隊的持續戰備狀態可能出現的下降提供一個權宜之計。

美軍對無人平臺的使用已大幅改善。在過去 10 年中，無人平臺在航空領域的戰時和穩態使用極大地改善了軍事行動。無人機（UAV）為海外作戰部隊的作戰能力做出了重大貢獻。它們大大提高了關鍵信息流的及時性，同時降低了軍事人員在情報監視和偵察（ISR）領域的風險。無人機還通過增加駐扎時間、增加打擊行動次數來提高航空部隊的進攻打擊能力，并降低了現有載人航空平臺的總體成本、生命周期維護和多功能性。近代以來，自主無人技術的應用和作戰使用在水面艦艇部隊中受到的關注較少，投資也有限。最近，美國國防部對開發和使用無人水面系統執行 ISR 和獵雷任務產生了濃厚的興趣。自主模式技術的應用和使用主要是在學術和科學領域進行研究。隨著海軍繼續將目標無人水面飛行器（無人機）用于水面炮擊和導彈系統目標評估和模擬，技術應用和更復雜的作戰能力變得可行。

開發自主無人水面系統所需的技術已經成熟并可用。然而，對自主無人系統技術的信任仍然是海軍領導人之間最具爭議的話題。自主無人系統可用于執行有人駕駛平臺認為過于危險和平凡，人類無法有效或高效執行的任務。隨著自動無人系統能力的提高，它可以比有人系統更有效地執行這些常規任務，如情報監視偵察、海域感知和導航。

無人地面系統（UGS）的軍事試驗正在迅速展開。拆彈機器人已在武裝部隊服役數十年。現在，具有更強能力和自主性的系統正在開發和測試中。

其潛在用途包括運載貨物、傷員后送、偵察、化學智能體探測、通信和火力支援。然而，理想用途與現有技術能力之間存在巨大差距。將系統運送到使用地點、到達目的地后的實際用途以及機器與士兵的互動等問題經常未得到充分研究，但這些問題對于如何將 UGS 納入陸軍并提供真正的作戰優勢至關重要。UGS 的技術局限性必須反映在如何在陸軍中組織任務上。必須適當考慮 UGS 在戰場上的移動方式，因為這往往不是靠它們自己的動力。維護和修理 UGS 需要新的培訓課程以及與工業合作伙伴的密切關系。

可以得出的主要結論是，UGS 將需要人類的大力支持。此外，還必須考慮和管理操作人員的認知負擔。系統移動速度緩慢，在復雜地形中導航困難，這意味著它們不適合執行某些已提出的任務，如在復雜地形中的徒步近戰。重要的是讓盡可能多的士兵參與實驗，并讓他們盡早和經常接觸 UGS。要做到這一點，可以在士兵人數最多的地方（如射擊場和演習場）使用 UGS，并進行模擬。此外，初始培訓應包括對新兵的 UGS 教育和演示。這將有助于建立對這些系統的熟悉、好感和信任。

人機小組的潛力巨大，但炒作不應掩蓋 UGS 的局限性和將新技術融入現有結構的難度。

建議

1.作用和管理：由于目前的技術限制，在有使用紅利的情況下，應在后方地區使用 UGS。將較大型的 UGS 視為可以競標獲得支持的飛機，這樣就可以對供需進行管理，并避免 UGS 成為低空編隊的負擔。

2.部隊設計：現在就需要在部隊規劃中考慮到 UGS 對工程師和輔助人員（隱形尾巴）的額外需求。事實上，管理 UGS 可能需要更多士兵。

3.后勤負擔：必須對 UGS 的運輸和儲存以及電池管理進行詳細規劃，不能簡單地將其添加到現有任務中，否則會進一步消耗稀缺資源。這將確保新技術對整個部隊的影響得到充分考慮。

4.教育：與 UGS 有關的教育和培訓應在實驗進行時立即開展，而不是等到系統正式投入使用時才進行。基本培訓應包括有關 UGS 的教育，哪怕是最基本的形式，以便開始建立信任和熟悉感，為大規模整合 UGS 提供便利。

5.試驗：應將 UGS 試驗納入那些有大量士兵的地區，如射擊場。此外，應確保決策者和進行試驗的人員了解 UGS 試驗和活動的整體情況，并確保領導者在項目的整個生命周期中保持參與，而不是在開始和結束時。明確整個生態系統的所有權是至關重要的，同時鼓勵自下而上的參與將創建一個準備好充分利用用戶信 息系統的用戶群。

美國國防部長辦公室（OSD）和各軍種已經做出了廣泛的工作，將無人系統納入其現有的組織結構，顯示了無人系統考慮因素所代表的整體重要性。整個美國防部仍有改進合作的空間。將正在進行的工作標準化，盡可能地進行合作，并整合基礎政策和技術，將使無縫的團隊合作成為未來國防行動的亮點--無論這些團隊是有人的、無人的，還是聯合的。

無人系統技術的進步強調了將重點從特定領域過渡到不分領域的必要性。任何領域的進步都有利于所有領域的發展。未來的行動將在很大程度上依賴于多領域的能力，這些能力必須與聯合部隊的結構無縫對接和整合。

美國國防部、工業界和學術界擁有先進的技術、戰略和標準，對無人系統的發展及其與國防部任務的整合構成挑戰。這些主要的進步、挑戰和趨勢可以整合成四個關鍵主題，它們涉及到將繼續加速無人系統進入未來的基礎性利益領域：

• 互操作性 - 互操作性在歷史上一直是，并將繼續是無人系統集成和操作的一個主要推力。載人和無人系統已經越來越多地協同他們的能力，專注于使用開放和通用架構的關鍵需求。一個強大的可互操作的基礎提供了一個結構，將使未來的作戰取得進展。

• 自主性 - 自主性和機器人技術的進步有可能徹底改變作戰概念，成為一個重要的力量倍增器。自主性將大大提高載人和無人系統的效率和效力，為國防部提供戰略優勢。

網絡安全--無人系統的運作通常依賴于網絡連接和有效的頻譜訪問。必須解決網絡的漏洞，以防止破壞或操縱。

• 人機協作 - 如果互操作性奠定了基礎，那么人機協作是最終目標。人類力量和機器之間的協作將實現革命性的合作，機器將被視為重要的隊友。

支持政策、需求和采購環境必須繼續發展和進步，以跟上所有系統的快速技術和能力進步的步伐。為了確保我們的軍事優勢，應該把重點放在無人駕駛技術的發展、可用性和使用上。美國防部在無人駕駛系統方面的舉措的調整將影響美國軍隊的未來構成

在未來的空戰中，無人協同系統的整合將是一個潛在的巨大力量倍增器。其成功的關鍵因素將是編隊情報、協調任務規劃和跨平臺任務管理。因此，構思下一代機載武器系統的任務需要一個整體的系統方法，考慮不同的航空飛行器、其航空電子任務系統和針對未來威脅的整體作戰概念。為了盡早驗證可能的解決方案概念并評估其作戰性能，在過去幾年中，在空中客車防務與航天公司未來項目中開發了一個動態多智能體戰斗仿真。除了比實時更快的工程功能外，該仿真還可以進行實時人機對話實驗，以促進工程師、操作員和客戶之間的合作。本文介紹了動態任務仿真方法，以及在未來戰斗航空系統（FCAS）研究中應用此工具所得到的啟示，在此期間，我們清楚地認識到什么是未來應用的一個關鍵挑戰。實施一個強大的高層規劃算法，為復雜的空中行動生成臨時任務計劃，同時考慮反應性的低層智能體行為、人類操作員和在線用戶輸入。

1 引言

每一代新的戰斗機都可以通過一個或多個技術飛躍來定義，這些技術飛躍使其與上一代的設計有很大區別。毫無疑問，自從大約15年前第一架第五代戰斗機投入使用以來，幾乎所有的設計學科都有了顯著的進步。不同的飛機制造商，包括空客，已經宣布他們目前正在構思或研究第六代戰斗機[1] [3]。與目前最先進的飛機相比，這些項目很可能在各個領域都有改進，如飛行性能、全方面和全模式隱身、低概率攔截雷達和通信或武器裝備。但問題仍然存在：什么將是這一代的決定性因素，一個真正改變未來戰斗空間的因素？

一個常見的假設是，未來的戰斗空間將是 "高度網絡化 "的，即所有參與的實體都可以交換他們的態勢視圖，并以近乎實時的方式創建一個共享的戰術畫面。一方面，這使得多個平臺在空間和時間上可靠同步達到了以前不可能達到的程度。許多算法，特別是發射器定位或目標測距的算法，如果能從多個位置產生測量結果，會產生明顯更好的效果。另一方面，高質量數據的可靠交換通過分配以前由單一平臺執行的任務，使戰術更加靈活。對作戰飛機的主要應用可能是所謂的合作交戰概念（CEC），這已經是美國海軍針對反介入/區域拒止（A2/AD）環境的海軍綜合火控-反空（NIFC-CA）理論的一部分[4]，但其他應用也是可能的，例如合作電子攻擊。所提到的概念主要適用于任務期間單一情況的短期范圍，例如偵察或攻擊薩母基地、空對空（A2A）作戰等。然而，就整個任務而言，還有一個方面需要提及。鑒于所有參與實體之間的可靠通信，規劃算法可以交換任務計劃變更的建議，并根據其目標和當前的戰術情況自動接受或拒絕。這在一個或多個不可預見的事件使原來的任務計劃無效的情況下特別有用，盡管所有預先計算的余量。與其估計一個替代計劃是否可行，并通過語音通信與所有其他實體保持一致（考慮到船員在某些任務階段的高工作負荷和參與實體的數量，這是一項具有挑戰性和耗時的任務），一個跨平臺的任務管理系統可以快速計算出當前任務計劃的替代方案，并評估是否仍然可以滿足諸如開放走廊等時間限制。然后，一組替代方案被提交給機組人員，以支持他們決定是否以及如何繼續執行任務。

將上述想法與現在可用的機載計算能力結合起來，由于最近在硬件和軟件方面的進步，可以得出結論，未來一代戰斗機將很有可能在強大的航空電子系統和快速可靠數據交換的基礎上，采用卓越的戰術概念進行作戰。然而，這還不是我們正在尋找的明確游戲改變者--甚至現有的第五代戰斗機已經應用了一些提到的概念，例如，在NIFC-CA背景下的F-35[4]。因此，下一步不僅要改進飛機的航電系統，而且要在完全網絡化環境的前提下連貫地優化航電、戰術和平臺設計。這種方法允許思考這樣的概念：如果得到網絡內互補實體的支持，并非每個平臺都需要擁有完整的傳感器套件和完整的決策能力。因此，不同的平臺可以針對其特殊任務進行高度優化，從而與 "單一平臺做所有事情 "的方法相比，減少了設計過程中需要的權衡數量。很明顯，一個專門的傳感器平臺不需要或只需要非常有限的武器裝備，因此現在可用的空間可以用來建造更好的傳感器或更大的燃料箱。這已經可以使該平臺專門從事的任務性能得到顯著提高，但有一樣東西可以去掉，它的影響最大：飛行員。在這一點上，必須明確指出，目前沒有任何算法或人工智能能夠接近受過訓練的機組人員態勢感知和決策能力。這就是為什么在不久的將來，人類飛行員在執行戰斗任務時將始終是必要的。然而，如果飛行員（或更準確地說，決策者）被提供了指揮無人駕駛同伴的所有必要信息，那么就不需要在同一個平臺上了。因此，我們提出了一個概念，即一個或多個載人平臺由多個無人駕駛和專門的戰斗飛行器（UAV）支持。在下文中，我們將把至少一個載人平臺和一個或多個由載人平臺指揮的專用無人機組成的小組稱為包。我們聲稱，由于以下原因，無人平臺將作為有人平臺的力量倍增器發揮作用：

• 無人機是可擴展的，而空勤人員是不可擴展的。因此，無人機可以執行高風險的任務，并允許采用只用載人平臺無法接受的戰術。

• 無人機更便宜（即使不考慮機組人員的價值），因為它們可以在性能相同的情況下比載人平臺建造得更小。這意味著，在相同的成本下，更多的平臺可以執行任務，更多的平臺會導致更高的任務成功率。首先，因為有更多的冗余，其次，如果有更多的資產參與其中，一些任務可以更好地完成，例如發射器的定位。

• 不同的無人機和載人平臺可以任意組合。在任務開始前，可以根據需要組成包。在任務期間，在某些限制條件下，也可以重新組合軟件包，例如，如果交戰規則禁止不受控制的飛行，則指揮平臺之間的最大距離。這使得任務規劃和執行有了更大的靈活性，預計也能保持較低的運行成本和材料損耗（"只使用你需要的東西"）。

像往常一樣，沒有免費的午餐這回事。在我們的案例中，所有上述優勢對飛機設計師來說都是有代價的。不是按照一組技術要求優化單一設計的性能，而是必須設計多個平臺及其子系統，使其在各種任務和組合配置中最大限度地提高整個系統的性能。在本文的其余部分，我們將介紹FCAS原型實驗室（FPL），這是一個在FCAS背景下開發的模擬環境，用于解決這一高度復雜的問題。在第2章中概述了它在概念設計和跨學科技術原型開發中的作用后，我們將在第3章中介紹底層動態多智能體任務仿真的概念和架構。在第4章中，我們將介紹選定項目的結果，以概述該工具的多功能性。本文最后將介紹可能是未來最大的挑戰之一，不僅對模擬，而且對一般的無人系統的引進。實施一個強大的高層規劃算法，為復雜的空中行動生成臨時任務計劃，同時考慮反應性的低層智能體行為、人類操作員和在線用戶輸入。

FCAS原型實驗室（FPL）：動態多智能體任務仿真

FPL的核心是一個動態多智能體任務仿真，可以在一臺計算機上運行，也可以分布在多臺機器上，并使用不同的附加硬件組件。為了方便兵棋推演的進行，對人機界面技術進行原型測試，或用于一般的演示目的，模擬中的所有載人機載資產都可以選擇由硬件駕駛艙控制。如果沒有人類操作員參與，模擬必須能夠比實時運行更快。這對于在可能需要數小時的大規模任務中進行有效的開發和權衡分析尤為必要。為了以客觀和公正的方式評估概念和技術，每個模擬任務的過程都是由預先定義的系統屬性、物理效應的模擬和可配置的智能體行為和合作演變而來。不存在任何腳本事件，每一次新的模擬運行的結果都是完全開放的。藍軍和紅軍是在相同的假設下，以可比的抽象水平進行模擬。以下各章概述了如何在FPL中動態地模擬當前和未來機載系統的任務。介紹了我們的仿真結構，在對這類系統進行建模時最重要的設計權衡，以及行為建模的高層次規劃/低層次控制方法。

架構

FPL的仿真架構由三個邏輯部分組成：應用、仿真控制和通信中間件。該架構的一個核心特征是，模擬被分割成幾個應用程序。每個應用程序運行不同的模型，例如，有一個應用程序用于模擬自己的（藍色）航空器、敵方（紅色）航空器、綜合防空系統（IADS）以及更多的模型，如下所示。所有的應用程序共享相同的標準化接口，并且可以任意組合。這種模塊化允許只運行某個任務或項目所需的部分模型。所有的應用程序都是獨立的可執行文件，可以在同一臺計算機上以并行進程運行，也可以分布在幾臺機器上。通過交換編譯后的二進制文件，來自不同公司的模型的整合是可能的，而不會暴露詳細的基本功能。一般來說，不同公司之間的快速和容易的合作是FPL架構的一個主要驅動力。為此，提供了一個基礎應用類，它提供了所有與仿真有關的功能，如仿真控制狀態機、通信中間件接口和通用庫，例如用于不同坐標系的地理空間計算。通過簡單地實現一個新的基礎應用實例，新的模型可以被添加到仿真框架中。所有應用程序的執行都由一個中央仿真控制實例控制。它提供了一個圖形化的用戶界面，可以根據需要啟動、停止和加速模擬。在執行過程中，所有應用程序的運行時間被監控，仿真時間被動態地調整到最慢的模型。這使得分布式的比實時更快的模擬具有自適應的模擬時間加速。應用程序之間的通信是通過數據分配服務（DDS）標準[2]實現的。它使用發布-訂閱模式在網絡中實現了可靠和可擴展的數據交換。兩個不同的分區用于廣播仿真數據（如實體狀態、仿真控制命令等）和多播命令和控制數據（如通過BUS系統或數據鏈路實際發送的數據）。DDS標準的開放源碼實施被用來進一步方便與外部伙伴的合作。

圖1提供了我們的模擬架構的概況，包括大多數任務所需的應用程序。如前所述，這個架構并不固定，幾乎任何應用都可以根據需要刪除或交換。如黑色虛線箭頭所示，通過DDS中間件在仿真控制處注冊一個基本的應用實現，可以集成新的模型。藍色/紅色背景的方框描述了己方/敵方系統，混合顏色的方框可供雙方使用。仿真基礎設施組件的顏色為灰色，用戶界面的顏色為橙色。黑色箭頭表示模擬過程中的通信，灰色箭頭代表模擬運行前后的數據交換。

對于兵棋推演環節，不同的應用程序分布在FPL的多個房間內運行，以模仿真實的空中作業程序。在設置好一個場景后，藍方和紅方的操作人員使用任務配置工具，在不同的房間里計劃他們的任務。空中行動指揮官留在這些房間里，而飛行員則分成兩個房間，每個房間有兩個駕駛艙來執行任務。藍方和紅方空軍應用的任何飛機都可以從駕駛艙中控制，因此飛行員可以接管不同的角色，并相互對抗或作為一個團隊對抗計算機控制的部隊。所有房間都配備了語音通信模擬。任務結束后，各小組在簡報室一起評估任務，可以從記錄的模擬數據中回放。一個額外的房間配備了多個連接到模擬網絡的PC，可以選擇用于特定項目的任務，例如硬件在環實驗。

建模

為FPL選擇正確的建模范式事實上并不簡單，因為它涵蓋了操作分析工具（通常是隨機的）以及工程模擬（通常是確定性的或混合的）的各個方面。這個決定的影響可以用一個例子來說明，即如何確定一架飛機是否被導彈擊中。在隨機模型中，這個決定是基于可配置的概率，例如，被擊中的概率（導彈）和回避動作成功的概率（飛機）以及一個隨機數。為了使最終的任務結果對單一的隨機數不那么敏感，在實踐中經常用不同的隨機種子進行多次模擬運行。按照確定性的方法，導彈的飛出是根據導彈的發射方向、制導規律和固定的性能參數如推力、最大加速度等來模擬的。飛機在規避機動過程中的軌跡也是基于其初始狀態、空氣動力學、反應時間等。例如，當彈頭引爆時，如果導彈和飛機之間的距離低于某個閾值，那么飛機就會被認為被殺死。在一個確定性的模型中，在導彈發射時已經知道飛機是否會被擊中。確定性模型中必要的簡化通常是通過引入固定參數來完成的，比如導彈例子中的距離閾值。混合模型允許使用隨機數進行這種簡化，例如，作為失誤距離的函數的殺傷概率。

為了有效地測試和分析大規模的空中作業，在單臺機器上有幾十種藍色和紅色資產運行的情況下，模擬運行的速度至少要比實時快10倍（平均）。這對所用算法的時間離散性和運行時的復雜性提出了重大限制。為了保持快速原型設計能力，為新項目設置仿真或開發/集成新組件所需的時間應保持在較低水平。太過復雜的模型會帶來更多的限制，而不是顯著提高結果的質量。在這些方面，（更多的）隨機模型在運行時間和開發時間上都有優勢，更快。然而，在我們的案例中，有兩個主要因素限制了隨機模型的使用，使之達到最低限度。首先，模擬只有在給出他們的戰術和演習成功與否的確切原因時才會被操作者接受。此外，隨機模型是由數據驅動的，但對于未來自己和/或敵人的系統來說，所需的數據往往無法獲得。對于已經服役多年并在測試或實際作戰中多次射中的導彈，有可能估計其殺傷概率。然而，僅僅為未來的導彈增加這一概率是非常危險的，特別是因為隨機模型對這些參數非常敏感。從我們的觀點來看，通過將所有系統建模為基于技術系統參數的通用物理模型，可以實現對未來系統更健全的推斷。第一步，通過模擬已知技術和性能參數的現有系統，對模型本身進行驗證。對于未來的系統，技術參數會根據預期的技術進步、領域專家知識和他們的工具進行推斷。堅持最初的例子，未來戰斗機的回避機動性能的推斷，例如，基于從CAD和流體動力學模型計算出的更高的升力系數，或基于更高的導彈接近警告器的分辨率和靈敏度。

客觀評價未來概念在模擬中的表現的一個關鍵方面是環境和威脅的建模。必須考慮到，系統的方法在紅方和藍方都是有優勢的。現代國際防空系統的危險來自于結合不同的系統，從非常短的距離到遠距離。所有這些系統都有它們的長處和短處，但它們被組織起來，使個別的短處被其他系統所補償，并使整個系統的性能最大化。因此，第一個困難是必須對大量的系統進行模擬，并且必須確定這些系統的個別優勢和劣勢。通用物理模型的方法可用于這兩個方面。在通用防空系統模型被開發和驗證后，它可以迅速將新的系統整合到模擬中。根據模擬的物理效果，可以估計敵方系統的作戰優勢和弱點或未來可能的威脅概念。另一方面，使用通用模型的困難在于，必須將真實系統的功能映射到通用模型中，以便保留所有重要的單個系統屬性。這不可避免地導致了相當復雜和詳細的通用模型。我們將以地基雷達組件為例，概述我們平衡復雜性和保真度的方法。如圖2所示，IADS模擬中的一個實體由不同的組件組成。這些組件可以任意組合，以快速配置新系統。從功能角度看，地面雷達組件由控制器、探測模型和目標跟蹤器組成。根據實體的當前任務，控制器選擇所需的雷達模式，例如，360°搜索的監視或戰斗搜索，如果一個特定的部門必須優先考慮。為了對付干擾或地面雜波，可以使用不同的波形。根據雷達的類型，如機械或電子轉向的一維或二維，控制器有不同的可能性來適應搜索模式。在為一個波束位置選擇了波形的類型和數量后，探測模型根據目標、地面雜波、地形陰影、大氣衰減和電子對抗措施等方面的雷達截面模型，產生測量結果。測量誤差是由取決于隨機模型的信噪比引起的。由此產生的測量結果然后由目標跟蹤器處理，它執行測量-跟蹤關聯和跟蹤過濾。

這種詳細模型產生的另一個困難是必須估計的參數總數。在這一點上也要注意，模擬中的所有數據都是不受限制的。這一方面是由于大多數項目的限制，但另一方面，它在日常工作中也有實際優勢。我們必須牢記，模擬是用于概念驗證，而不是用于詳細的系統設計，所以在這個早期階段使用機密的威脅數據會對基礎設施和開發過程造成重大限制，而不會給結果帶來重大價值。基于此，所有的威脅數據都必須根據公開的來源或來自內部項目和外部合作伙伴的非限制性數據進行估算。這再次導致了大量的數據，而這些數據的詳細程度往往是非常不同的，或者是不一致的，例如，由于對限制性數據的去分類。隨著我們模型的不斷發展和多年來獲得的工程專業知識，我們有可能為不同的當前和推斷的未來威脅系統估計出一致的參數。這主要是在一個自下而上的迭代過程中完成的。根據現有的技術和性能參數，對缺失的模型參數進行估計以適應組件的性能。然后對單一系統的不同組件之間的行為和相互作用進行調整，以達到理想的系統性能。最后，在不同的情況下測試IADS內這些系統的協調，以使整個系統的性能最大化。

美軍將重新審視海軍陸戰隊后勤單位在海軍陸戰隊遠征軍（MEF）中的分配和排列，以滿足設想的未來戰斗需求。在一個近距離的、封閉的、可能有爭議的環境中作戰的能力是以反應迅速的后勤保障為前提的。海軍陸戰隊必須評估MEF中后勤能力的響應性和靈活性，以及部隊結構的變化是否符合海軍陸戰隊司令部的部隊設計的首要任務。海軍陸戰隊必須在內部重新調整后勤能力，以充分遵守2018年國防戰略（NDS）、2019年司令部規劃指南和2030年部隊設計中闡述的戰略指導。鑒于海軍陸戰隊目前的組織結構，海軍陸戰隊對近距離或步調一致的威脅進行高端危機響應的能力被削弱了。如果考慮到NDS的全球行動模式以及海軍陸戰隊在整個印太責任區的接觸層和鈍化層的行動要求，這一點就更加明顯了。

自人類誕生以來，作戰技術一直在改進，現代戰爭現在比以往任何時候都更加復雜，相互關聯，節奏更快。小型戰術行動產生了深遠的戰略結果，既有積極的也有消極的。處于這種復雜環境的刀尖上的是美國的特種作戰部隊（SOF）。盡管有精致的訓練和增強的戰場技術，實際的SOF操作者仍然是一個 "人類v1.0"。因此，美國軍方必須刻意為其特種作戰戰士實施生物人體強化（HE）計劃，并建立 "超能力作戰員"。

由于其特殊的文化，已經存在的支持結構，以及其行動的高后果，特種部隊是運行這樣一個項目的合適組織。為了解決這樣一個項目的道德問題，本研究通過士兵個人和軍事組織的角度來研究這個問題。本報告介紹了許多具有明顯軍事用途的高技術，包括認知和肌肉骨骼方面。由于對士兵、軍隊和社會的連帶影響，任何改進的持久性是最值得關注的。此外，士兵的決策自主權不應通過增強功能而受到影響。最后，這項研究提出了具體的政策建議，包括使用志愿者和防止脅迫的保障措施，以實施這樣一個計劃。

本專著追求的是確定美國陸軍如何能夠建立對定位導航和授時的共同作戰理解。規劃人員、分析人員和戰略人員必須了解如何實施空間使能因素和能力，以應對有爭議的作戰環境中的挑戰。最重要的是，本專著試圖回答美國陸軍將如何在未來的多域作戰中減輕定位導航和授時（PNT）的不利影響的問題。空間使能器對于成功彌補BCT級別的空間作戰差距以應對PNT戰爭中的近距離威脅是至關重要的。了解美國陸軍在MDO期間如何針對近距離對手開展行動，對于未來的任務規劃至關重要，這將使美國陸軍在多域作戰中應對作戰挑戰并保持作戰優勢。該專著將提供背景資料，確定美國陸軍在被拒絕、降級和中斷的空間作戰環境（D3SOE）中的GPS所面臨的當前問題，適用于PNT的當前文獻，并分析當前PNT的能力和局限性。最后，它的結論是關于美國陸軍必須如何認識到MDO的未來影響，并確定將阻礙美國陸軍未來行動的任何執行的脆弱性的建議。

引言

在當前的信息和技術時代，世界人口已變得越來越依賴實時數據。無論是手機、電視，甚至是電力，技術已經成為地球上日常生活中提供實時信息的主力軍。隨著這種技術全球化的增加，對美國國家安全的挑戰和保護美國國內外利益的復雜性也在增加。美國繼續在有爭議的作戰環境中投射力量。美國在被拒絕的、退化的和被破壞的作戰環境中通過空間能力投射力量的能力不能僅僅停留在戰略領域，還必須延伸到作戰和戰術層面。

今天，近在咫尺的對手威脅，特別是中國和俄羅斯，正在與美國進行一場越來越復雜的技術競賽。國防空間戰略（DSS）總結提出，由于俄羅斯等大國開發、測試和部署反空間能力及其相關的軍事理論，以便在沖突中延伸到空間，因此構成最大的戰略威脅。這與其說是創造最主要和最致命的武器的競賽，不如說是一場更專注于如何拒絕對手能力的競賽。了解到這些空間支持行動的戰略利益，外國政府正在發展威脅他人使用空間能力的能力。中國和俄羅斯各自將空間武器化，作為降低美國和盟國軍事效力和挑戰美國空間行動自由的手段。

這種拒絕對手能力的技術競賽可能導致信息傳遞的 "內容 "和 "方式 "的范式轉變。拒絕信息傳遞是信息作戰（IO）和多域作戰（MDO）的最前沿。美國陸軍目前在作戰層面上面臨的問題是對定位、導航和授時（PNT）以及空間能力如何在退化、中斷或被拒絕的作戰環境中實現任務規劃和執行缺乏共識。美國陸軍必須了解PNT戰爭如何在作戰環境中發生，以及如何在未來的MDO期間減少所有梯隊對PNT戰爭的敵對使用。

三種不同的基本能力的組合定義了PNT。定位是指在標準大地測量系統（如1984年世界大地測量系統或WGS84）中準確和精確地確定一個人的位置和方向的能力，或在需要時確定三維位置。導航是確定當前和所需位置（相對或絕對）的能力，并應用于修正航線、方向和速度，以達到世界上任何地方的所需位置，從地下到表面，從表面到空間。計時是指在世界任何地方并在用戶定義的及時性參數范圍內，從一個標準（協調世界時或UTC）獲得并保持準確和精確的時間的能力。計時還包括時間轉移。

授時是PNT的關鍵。它是定位和導航的基礎。GPS的定位和導航數據來自接收設備的授時信號。全球的用戶完全依靠美國空軍維護的衛星群來獲得授時信息。

由于平民依賴PNT，即目前現代技術的支柱，美國軍隊也極其依賴PNT及其能力。廣泛依賴衛星信號進行導航和計時，使美國的關鍵基礎設施和經濟活動處于危險之中。

從戰術層面上進行徒步巡邏的步兵到進行聯合演習的海軍艦艇，甚至是在戰略層面上投擲精確制導炸彈的B-52 "斷頭臺"，這些行動的成功執行所需的精確位置的計算都使用PNT。PNT的中斷可能有能力阻止美國軍隊的行動。人們越來越關注對手破壞GPS信號的方法和手段，從而使美軍無法獲得實現 "美國戰爭方式 "的定位和導航信息。美軍必須對付這些對手的措施，以便在被拒絕的、退化的和被破壞的空間作戰環境（D3SOE）中有效運作。

在D3SOE中有效運作依賴于幾個維持連接網絡的天基系統。天基系統和不受阻礙的空間訪問對國家的經濟福祉越來越關鍵，并與美國的國家安全相關聯。美國陸軍依靠空間能力來實現和加強陸地戰爭；幾乎每一個陸軍和聯合行動都受益于這些能力。了解這些涉及的復雜系統的風險將產生一種保護美國利益的預防行動的緊迫感。

基于空間的能力是軍事、商業和民用部門的一個組成部分。目前美國的空間政策闡明了基礎活動，通過加強機構間和商業伙伴關系來改善空間系統的開發和采購。長期存在的空間技術和成本障礙正在下降，這使得更多的國家和商業公司能夠參與到衛星建造、空間發射、空間探索和人類太空飛行中。私人商業公司Space X最近公布了其空間計劃。這可能促進美國商業空間能力和服務的新市場機會，包括依賴美國政府提供的空間系統的商業應用。促進商業應用對有保障的PNT的依賴，可以利用美國的能力來增強和鼓勵新興技術和空間能力的民用和軍用互操作性。鑒于上述概述，本專論將討論在美國陸軍作戰計劃中理解PNT的重要性。

研究問題

美國陸軍將如何在未來的多域作戰 (MDO) 中減輕 PNT 戰爭的影響？

假設

美國陸軍要求重點支持有保障的PNT和緩解技術，這可能使美國陸軍在MDO期間應對作戰挑戰并保持作戰優勢。為了應對有保障的PNT所面臨的近似挑戰，美國陸軍必須找到新的和全面的方法，通過同時使用其他作戰領域，如網絡戰和電子戰，來減少對計時系統的威脅。這也意味著要建立一個防御性的時間基礎設施和網絡，以維護和改善友好的授時源和授時分配，重點是精確授時的廣泛用途。在GPS被屏蔽的環境中，確保準確的PNT信息被傳遞給作戰人員是絕對關鍵的。為了采用這些技術，并有效地應對近距離的威脅，美國陸軍必須在作戰層面上提高整個部隊對空間能力和促進因素的共同理解。

重要性

美國陸軍必須認識到MDO的未來影響，并確定將阻礙美國陸軍未來行動的任何執行的弱點。了解美國陸軍在MDO期間如何對近距離的對手開展行動，對于未來的任務規劃至關重要。MDO方法將等同于美國陸軍如何減少其目前對PNT的過度依賴，同時繼續執行和實現任務的成功。

方法論

通過條令、歷史和理論的視角，研究將集中在公開來源的非保密檔案材料、當前和歷史上的軍事學說以及理論框架，以產生一個規范性的建議來回答研究問題。訪問聯合導航戰中心（JNWC）、美國陸軍空間和導彈防御司令部（USASMDC）、美國戰略司令部（USTRATCOM）和位于科羅拉多州彼得森空軍基地（AFB）的美國空間司令部（USSPACECOM）的人員資源，將提供歷史和當前背景以及與研究問題有關的信息。這將有助于指導研究，任何發現，并提供與此主題有關的額外背景。該專著將確定當前的MDO理論，包括當前的空間作戰理論，以了解已確定的PNT脆弱性，在可能的情況下減輕，以及在空間使能器可以彌補任何操作差距的情況下未減輕。空間使能器對于在BCT層面成功彌補空間作戰差距以應對PNT戰爭期間的近距離威脅是最重要的。

本專著將特別關注解決美國陸軍應通過實施集中的系統方法來理解PNT的過程。這個過程將通過在各旅戰斗隊（BCT）實施空間使能器和空間能力來提高對PNT戰爭的作戰理解。空間能力是投射陸地力量和贏得近距離戰斗的關鍵使能因素。本專著分為四個主要部分：第一部分是導言，包括背景信息，指出美國陸軍在D3SOE中面臨的GPS問題；第二部分提供適用于PNT戰爭的當前理論，以及對當前PNT戰爭能力和限制的理解；第三部分分析美國陸軍目前如何計劃和執行MDO；第四部分總結了影響、建議，以及必須進行的額外研究。

對指揮官的認知要求正在增加。由于創新和變化的速度，指揮官做出良好風險決策的能力受到挑戰。未來的戰爭不太可能像以前的沖突或訓練演習那樣以常規戰斗為主。美國的對手避免使用既定的理論，這提出了難以預料或減輕的危險。鑒于指揮官不能僅僅避免風險，而是要接受風險以獲得并保持戰爭的主動權，指揮官及其參謀部應考慮陸軍的風險理論和陸軍風險管理中心的理論風險梯度法是否足以應對多域作戰概念中描述的未來戰爭。

從對認知的研究來看，"風險認知 "的概念為風險管理人員（通常是參謀人員或主題專家）和風險決策者（通常是指揮官）如何評價風險分析方法提供了啟示。風險感知，即對風險水平的主觀判斷，這種想法與提出事實和數據就一定有說服力的想法形成鮮明對比。風險感知的研究已經證明了背景、敘述和簡單性在風險交流中的重要性。在風險決策者中，不熟悉、不了解、以及深深的偏見或恐懼會導致對風險水平的認知與專家的認知相差甚遠。

另外三種風險分析方法與陸軍理論風險梯度進行了比較。這些工具源自民用方法，被用于項目管理、工程和其他與風險和預見有關的領域。它們是故障樹、場景假設和風險三要素。雖然它們都有一些量化的元素，但它們為風險管理人員提供了同樣多的空間，甚至更多的空間，以應用批判性思維和分享背景，如預測的不確定性或與規劃行動的聯系。

正如陸軍出版物和文章所描述的那樣，未來的戰爭預計需要指揮官掌握五個領域--包括不熟悉的網絡和空間領域--在作戰領域往往比以前更廣闊，在行動中趨向于提高機動速度和創新。在這樣的環境中，無論是競爭、沖突、反叛亂，還是大規模的地面作戰，所有軍事專業人員都應該使用盡可能好的風險分析來保護生命和實現目標。為此，本文對理論、領導人發展和參謀部行動提出了潛在改變方法。

小型無人駕駛飛機系統（sUAS）的指數式增長為美國防部帶來了新的風險。技術趨勢正極大地改變著小型無人機系統的合法應用，同時也使它們成為國家行為者、非國家行為者和犯罪分子手中日益強大的武器。如果被疏忽或魯莽的操作者控制，小型無人機系統也可能對美國防部在空中、陸地和海洋領域的行動構成危害。越來越多的 sUAS 將與美國防部飛機共享天空，此外美國對手可能在美國防部設施上空運行，在此環境下美國防部必須保護和保衛人員、設施和資產。

為了應對這一挑戰，美國防部最初強調部署和使用政府和商業建造的物資，以解決無人機系統帶來的直接風險；然而，這導致了許多非整合的、多余的解決方案。雖然最初的方法解決了近期的需求，但它也帶來了挑戰，使美國防部跟上不斷變化問題的能力變得復雜。為了應對這些挑戰，美國防部需要一個全局性的戰略來應對無人機系統的危害和威脅。

2019年11月，美國防部長指定陸軍部長（SECARMY）為國防部反小型無人機系統（C-sUAS，無人機1、2、3組）的執行機構（EA）。作為執行機構，SECARMY建立了C-sUAS聯合辦公室（JCO），該辦公室將領導、同步和指導C-sUAS活動，以促進整個部門的統一努力。

美國防部的C-sUAS戰略提供了一個框架，以解決國土、東道國和應急地點的sUAS從危險到威脅的全過程。國防部的利益相關者將合作實現三個戰略目標：（1）通過創新和合作加強聯合部隊，以保護國土、東道國和應急地點的國防部人員、資產和設施；（2）開發物資和非物資解決方案，以促進國防部任務的安全和可靠執行，并剝奪對手阻礙實現目標的能力；以及（3）建立和擴大美國與盟友和合作伙伴的關系，保護其在國內外的利益。

美國防部將通過重點關注三個方面的工作來實現這些目標：準備好部隊；保衛部隊；和建立團隊。為了準備好部隊，國防部將最大限度地提高現有的C-sUAS能力，并使用基于風險的方法來指導高效和快速地開發一套物質和非物質解決方案，以滿足新的需求。為了保衛部隊，國防部將協調以DOTMLPF-P考慮為基礎的聯合能力的交付，并同步發展作戰概念和理論。最后，作為全球首選的軍事伙伴，國防部將通過利用其現有的關系來建設團隊，建立新的伙伴關系，并擴大信息共享，以應對新的挑戰。

通過實施這一戰略，美國防部將成功地應對在美國本土、東道國和應急地點出現的無人機系統威脅所帶來的挑戰。在這些不同操作環境中的指揮官將擁有他們需要的解決方案，以保護國防部人員、設施、資產和任務免受當前和未來的無人機系統威脅。