分析型兵棋技術挑戰

• 兵棋準備

  • 準備兵棋推演場景和人員配置的準備時間長
  • 往往只有有限的部件重復使用

• 兵棋執行

  • 對進行大多數游戲的人工支持功能進行大量投資
  • 手動移動單位
  • 為玩家生成情報和狀態報告信息
  • 開展裁決活動，并記錄損耗結果

• 兵棋推演后

  • 詳細的兵棋推演分析，沒有重復的機會或操作、情況和環境的修改是一個真正的挑戰。

聯合分析系統（JAS）——全球戰役模型

JAS是一個全球性的完全集成的 "單引擎 "模擬，包含了從計劃到裁決的許多內部子模型。

它以智能體為基礎，以事件為階梯，以數據為驅動，對大多數功能都是隨機的。

它是一個完整的多領域模型，具有平衡的空中、陸地、海上、太空和C4ISR，包括C2、EW、欺騙和網絡。此外，還完全集成了后勤和運輸、人類軟因素、TBM/TBMD和WMD。

人工智能是空中力量的一個強大推動力，但它的潛力還沒有被完全釋放與實現。只要承認其局限性并進行適當的管理，人工智能就有可能極大地改善空軍在不同戰爭層次上的規劃和決策過程。有助于簡化人工智能的使用并允許盡可能精確地利用最多數據的新投入將提高采用人工智能的潛力。從長遠來看，人工智能在聯合層面可能被證明是最有用的，因為它可以從每個部隊組成部分可以提供的大量數據和信息共享中受益。然而，在戰爭中擴大使用人工智能存在著復雜的挑戰和風險。為了建立一個未來的方向，需要考慮到人工智能在技術和人類用戶層面上的基本限制。

引言

當下人工智能（AI）的驚人發展并不總是能引起軍事飛行員群體的興趣。然而，最近人工智能與有經驗的戰斗機飛行員的空戰模擬引起了廣泛的關注（Ernest等人，2016）。在這些模擬中，人類飛行員被他們的人工智能對手擊潰。飛行員和許多其他行業一樣，最終會因為人工智能的進步而消失，這一觀點因此得到了越來越多的關注（Pashakhanloun，2019）。盡管人工智能加速發展，然而迄今為止，人類飛行員在空戰和領導空中力量投射方面的作用沒有什么變化。人類飛行員并沒有被取代，而是逐漸被允許在駕駛艙內積累人工智能的好處，就像駐扎在總部和空中作戰中心的空軍軍官一樣。

只要承認其局限性并加以適當管理，人工智能就有可能大大改善空軍的信息力量和損耗能力，以支持不同級別戰爭的規劃和決策過程。在評估人工智能在空中力量使用戰略的多個層面時，空軍領導人必須在關鍵的兩難問題上找到明確的方向。可以為人工智能開發哪些戰術、作戰或戰略應用？與其他戰爭相比，人工智能的使用是否更適合于特定級別的戰爭？我們如何將人工智能融入我們的戰爭方式？本文將在考慮人工智能的未來發展方向之前，探討與人工智能在經典戰爭層面的使用有關的一些基本挑戰，最后，討論擺在面前的關鍵相關限制和危險。

戰術層面的AI

從一個作者到另一個作者，對人工智能（AI）的定義有很大的不同。法蘭西共和國官方雜志》將人工智能定義為 "一個理論和實踐的跨學科領域，旨在了解認知和思維的機制，以及通過硬件和軟件設備對其進行模仿，以協助或取代人類活動"（2018）。基于這一定義，我們可以將人工智能理解為一種計算技術，它通過利用不斷擴大的可用數據量、不斷增長的計算能力以及軟件設計的進展來解決問題。人工智能的應用是多方面的，幾乎影響到所有領域。人工智能可以簡化行政任務。它可以提高機群維護的性能。它可以優化導彈的制導系統。

然而，正如邁克爾-C-霍洛維茨（Michael C. Horowitz）所指出的，人工智能不是一種武器（霍洛維茨，2018）。它是一個推動者，更類似于電力或內燃機等發明，而不是作戰坦克或戰斗機。現在，越來越多的軍事參與者正在將人工智能引入軍事行動，主要集中在戰術活動上。以色列是這一領域的先驅之一，最近在聯合行動中利用了三種人工智能的能力--《煉金術士》、《福音》和《智慧的深度》（Antebi，2022）。《煉金術士》利用戰術和行動數據，通過手持平板電腦提醒部隊可能的攻擊。《福音》為威脅識別提供建議，操作者必須驗證并決定適當的反應（Ahronheim, 2021）。據報道，這一應用節省了使用現有方法實現相同結果所需的一年的努力。最后，《智慧深度》能夠生成有史以來最全面的地下隧道地圖。

戰役與戰略層面的AI

人工智能在改變戰術層面的戰斗空間方面已經顯示出成果，但在更高的戰爭層面也有潛在的優勢。然而，由于戰略、作戰和戰術層面的戰爭需要不同類型的考慮和推理，人工智能的潛在應用和可獲得的結果也相應地有所不同。

根據克勞塞維茨的說法，戰略必須削弱并最終打破對手的意志。然而，衡量或量化戰略的這一目標并不容易實現。雖然軍事行動對對手造成的損害可以削弱他們的決心，但對于意識形態、政治或心理驅動的對手來說，這并不總是真的。戰爭不能簡化為一系列簡單的邏輯行動和可預測的結果，作為一種人類活動，創造力、驚喜、欺騙和心理因素都會發揮作用（Payne, 2021）。

人工智能無法探究戰爭的心理因素，也無法理解為什么戰場上的失敗并不一定意味著放棄戰斗意志。就像用于體育的軟件不能畫畫、走路，更不能預測比賽中發生的事情一樣，人工智能不能解決涉及人類的復雜互動所帶來的問題。人工智能將無法預測軍事行動中經常遇到的人類創造力和意外或欺騙因素，更不用說為其提供解決方案。人工智能的這些局限性的解釋是，能夠與人類的認知能力相匹配甚至超越的強人工智能目前并不存在。

• 人工智能將無法預測軍事行動中經常遇到的人類創造力和意外或欺騙因素，更不用說為它們提供解決方案了。

人工智能將越來越多地參與到從規劃階段到執行空戰的行動中，但空軍反而需要依賴狹義的人工智能。狹義人工智能僅限于特定的任務和角色，它能以超過人類能力的水平完成這些任務和角色。表8.1比較了窄人工智能和強人工智能中的屬性，后者仍處于發展的早期階段。雖然狹義的人工智能可以支持戰術活動，但它主要被證明不足以將這些聚集成行動層面上的決定性優勢。這樣的觀察在各種嘗試中都有記錄，例如美國海軍為海軍指揮官開發作戰層面的人工智能系統的努力（Aycock和Gleney，2021）。

表 8.1：狹義 AI 和強 AI 的屬性比較

如何最好地利用新興技術還有待觀察，因為僅僅擁有技術是不夠的。在第二次世界大戰中，盟國擁有的坦克相對多于德軍，但由于德國軍事理論的力量，他們的軍隊遭受了關鍵的失敗。人工智能已經成為美國和中國之間競爭技術優勢的核心問題，讓人想起冷戰時期的動態。然而，無論系統的技術有多先進，軍隊使用人工智能的結果將取決于它與之結合的理論和概念。人工智能解決方案必須根據軍事環境的具體限制和特點進行調整。因此，必須通過同時發展和整合理論和作戰概念來全面發展人工智能的能力。

同時，人工智能可以以更有限的方式加以利用，以深入研究特定設備的工作原理或關注對手系統的漏洞--這是約翰-A-沃頓（1995年）著名的 "重心 "概念之一。人工智能也開始被用于影響和心理行動（PSYOPS），這已經成為軍事活動的一個重要組成部分。在現代沖突中，各方都可以歪曲、操縱和傳播錯誤信息。人工智能在這種情況下有很多用途，并能以各種方式支持進攻性和防御性的PSYOPS。按照同樣的思路，人工智能將在信息戰中發揮更大的作用，在信息戰中，信息系統代表了所有各方的關鍵重心。

也許人工智能在作戰層面上最重要的用途在于其優化情報和提供預測分析的能力，使空軍能夠更好地預測威脅和環境的變化。特定的人、特定的關鍵詞和其他模式的存在可以提前提供有關對手意圖和未來計劃的信號。考慮到盡可能多的現成信息，如視頻、文本和圖像，這些信息可能沒有被有效融合和利用，人工智能可以產生強大的結果。通過主動情景規劃的收集和監測（COMPASS）計劃是一項雄心勃勃的努力，旨在通過結合幾個學科，如博弈論、建模和模擬，實現這一目標（Tucker，2018）。

同樣，人工智能可以通過支持對不同建議和行動方案（CoA）的評估和測試，在高層規劃中發揮寶貴的作用。通過對敵對勢力、他們的理論、能力、后勤以及可能的領導人的指揮風格進行建模，人工智能可以幫助指揮官和作戰計劃人員衡量哪些行動方案可能會產生最理想的結果。更進一步說，通過改變建模參數，人工智能可以豐富對假設的思考，突出文化偏見或新的見解。人工智能的應用可能有助于引起人們對被忽視的考慮，甚至有助于開發新的思考挑戰的方法。如圖8.1所示，人工智能在制定行動方案的不同階段有明顯的潛力，可以做出有價值的投入。

圖 8.1：制定行動方案的抽象流程圖

人工智能的未來發展方向

使用人工智能的行動結果和經驗表明，這項技術可以通過加強情報、部隊保護和協助決策來支持戰術活動的重要方式。本文所涉及的簡要意見為我們提供了對人工智能未來潛力的一瞥。越來越多地將人工智能引入國防，推動了始于20世紀末的軍事事務革命（RMA）。與20世紀90年代一樣，其基本目標仍然是整合新的智能技術，通過揭開 "戰爭迷霧 "來主導戰斗空間。

戰斗空間傳感器的增加加強了信息的收集，這些信息必須被處理、合并，并分配給部隊成員，以建立多重殺傷鏈。隨著仍處于早期階段的 "馬賽克戰爭 "概念的實現，這一趨勢將變得更加明顯（Clark和Schramm，2020）。人工智能與多領域作戰（MDO）結構高度相關，它將聯合能力匯集在一起，使早期發現對手的弱點并協調針對這些弱點的同步效應成為可能。人工智能使其有可能通過預測或識別甚至是暫時的弱點，例如，對手的雷達故障，并觸發快速行動和效果以利用時間敏感的目標。

作為一個系統的設計，人工智能的潛力被放大了。在思考空中力量的未來時，這方面出現了兩個有希望的方向：無人機群和忠誠的僚機。在無人機群中，微小的自主系統將像蟻穴一樣運作，其中每個單獨的元素不一定是高度專業化的，但結合成一個系統，提供了一種類似于集體的智能。由于一個元素抵消了其他元素的技術限制，在同步工作中，這些蜂群可以執行復雜的功能，如探測、欺騙和打擊。無人機群被視為未來飽和敵方防空系統的基本手段（Hamilton和Ochmanek，2020）。

另一方面，忠誠的僚機概念則更加雄心勃勃。目前正在開發的第六代飛機被設想為與自主無人機一起運行，協同執行任務。這些僚機將為它們的載人同行提高態勢感知和生存能力，并協助飛行員更快地做出更好的決定。忠誠的僚機將可以適應反映特定任務目標的角色--例如具有電子戰或打擊功能。在過去一個世紀里，領先的空軍利用質量擊敗對手的方法基礎上，忠誠的僚機將重新定義人機合作的動態，并導致未來空軍結構的根本變化。

人工智能相關的限制和危險

如果不強調等待用戶的限制和危險，對軍隊使用人工智能的任何概述都是不完整的。人工智能不是一個神奇的推動者。像任何新興技術或新技術一樣，人工智能將需要發展和測試--反映出未來需要大量投資。人工智能在軍事行動中的應用不是一個簡單的運行軟件的問題。人工智能需要各種投資流，以開發所需的系統、有利的基礎設施，當然還有人的因素，這將使其得到最有效的使用，并保護其免受復雜對手的攻擊。

• 人工智能需要各種投資流，以開發所需的系統、有利的基礎設施，當然還有人的因素，這將使其得到最有效的使用，并保護其不受復雜對手的攻擊。

必須創建新的數字架構、硬件和支持性基礎設施，以利用使人工智能成為可能的 "大數據"。將需要開發戰斗云來存儲數據，并且有必要確定數據和數據系統的性質和要求，以及適當的政策和治理框架。戰斗云和服務器的定位帶來了自己的挑戰--它們必須靠近用戶，但它們應該在空中還是在地面？無論答案是什么，它必須保證總部、指揮部和邊緣作戰人員之間的連接。

在當代軍事沖突中，各方都明白對連接和通信流的關鍵依賴。例如，在烏克蘭沖突期間，俄羅斯軍方瞄準了屬于商業電信服務提供商Viasat的服務器和數據交換節點，以阻止烏克蘭部隊的通信（Burgess, 2022）。事實上，人工智能有各種隱患，了解并能針對這些固有的局限性和脆弱性的對手可以利用這些隱患來損害其用戶的利益。例如，深度學習技術取決于所提供信息的質量和種類，以獲得準確的結果。

這就是為什么文化和無意識的偏見，限制了信息量，會導致操作員在與人工智能合作時做出錯誤的判斷。在人工智能所依賴的人機關系中，信任問題也會出現。如果人工智能比飛行員或受支持的指揮官更有創造力，并提供不尋常的方法來實現任務目標，這可能會引起懷疑和混亂，這在高速戰斗中是不可接受的。如果以同樣的方式產生的行動方案被推薦給盟友或聯盟伙伴，缺乏合理的推理會放大負面的后果。

另一方面，人類自然傾向于相信，當提供一個似乎連貫的結果時，機器是優越的。然而，過度自動化的風險會導致失常。在決策者處于高壓狀態下（例如等級或時間），通過依賴人工智能來指定目標，可能會造成錯誤，導致災難性的后果。

就像任何技術一樣，利用眾所周知的盾牌和劍的辯證關系，人工智能將不可避免地引發反戰略，并可能比預期更快地產生威脅。例如，北約空軍已經開發了自主無人機的進攻能力，卻沒有充分考慮到防御對手使用的類似系統。競爭對手在顛覆性技術時代發揮其能力的威脅有時被忽視，空軍需要告誡不要在人工智能方面重復類似的錯誤。這一點尤其重要，因為很多人工智能是利用商業上可獲得的或開放的軟件開發的，這使得對手有各種途徑來應對反戰略。

結論

人工智能是空中力量的一個強大的助推器，但它的潛力還沒有實現。有助于簡化人工智能的使用并允許盡可能精確地利用最多數據的新投入將提高其在不同級別戰爭中的應用潛力。從長遠來看，人工智能可能被證明在聯合層面上是最有用的，在那里它可以從每個部隊組成部分提供的大量數據和信息共享中受益。空軍領導人將需要決定可以給機器多大的自主權，以便在不影響戰略的情況下利用其品質。

• 人工智能可能被證明在聯合層面上最有用，它可以從每個部隊組成部分提供的大量數據和信息共享中受益。

空軍中通過壓縮時間周期來加快行動節奏和進程的爭奪，決不能成為目的本身。戰爭的目的最終是為了實現政治效果，而不是在最短的時間內開展行動。就目前而言，人工智能在軍事行動中的使用仍然不可能在三個經典的戰爭層面上持續進行。也不可能將人工智能置于軍事決策過程或戰斗空間行動的中心。為了改變這種情況，需要在技術和概念上取得重大進展，以及思維方式的轉變。當這種情況發生時，關于飛行員將消失的預測很可能很快就會實現。

這期雜志專門介紹了最近的多領域作戰研討會的成果。邀請了來自北約、學術界和工業界的專家來分享觀點，并建立一個共同的基礎，探討多域作戰對軍團總部的意義，特別是考慮到作為小型聯合行動（陸軍）的聯合特遣部隊總部的作用。戰爭正在快速變化，技術在戰場上的地位是我們可能沒有預料到的。研討會是磨練頭腦和避免意外的另一個步驟。必須努力確保我們的程序、戰法和產品能夠抓住進步帶來的機會。作為那些以指揮和控制為生的人，需要確保統一的意圖和任務，以及完成任務的效果，這些都是明確的，并且能夠有利于跨領域的協調工作。必須務實，集中精力解決需要解決的問題，并提醒自己，我們的行為很重要：這是合作的第一層，因為它確保我們都覺得是解決方案的一部分。

融合項目（PC）是一項美國陸軍學習活動，旨在整合和推進他們對聯合部隊（陸軍、海軍、空軍和海軍陸戰隊）的貢獻。根據研究和分析中心（TRAC）-蒙特雷的說法，"PC確保陸軍作為聯合戰斗的一部分，能夠快速和持續地整合或'融合'所有領域的效果--空中、陸地、海上、太空和網絡空間，以便在競爭和沖突中戰勝對手"（研究和分析中心[TRAC]2020）。目標是評估在PC21上展示的新的創新系統（SoS）技術是否滿足為聯合部隊提供必要的速度、范圍和融合所需的作戰能力，以產生未來的決策主導權和大國競爭的超能力。然而，鑒于PC期間各種現代技術的注入，TRAC-蒙特雷目前缺乏一種方法來衡量作戰效果以及作為軍隊和聯合部隊的融合是否正在實現。因此，本項目的重點是制定一個概念性的評估框架，以確定在PC21演習中測試的多域作戰（MDO）任務中SoS的作戰有效性。這個框架將集中在那些被證明可以減少傳感器到射手（S2S）時間的技術的行動有效性，以便在聯合MDO任務中消滅一個固定的目標。

該小組確定，對某一特定能力的功能分解，結合用于開發MOE的Langford綜合框架的修改版，將產生描述該特定能力的行動有效性的良好措施。為了將衡量標準轉化為價值分數，團隊使用了構建價值尺度的理想范圍方法，該方法為每個衡量標準建立了一個從最好到最壞的情況，使其具有適應任何能力的靈活性。帕內爾的搖擺加權法被用來量化利益相關者對每個蘭福衍生的MOE的重要性，以確定能力的每個MOE的加權價值分數（WVS）。WVS相加得出總分，這就提供了對運營有效性的最終評估。然后，該團隊產生了一個行動有效性量表，向利益相關者說明他們的能力在這個量表中的得分情況。

該項目最后針對概念評估框架應用了PC21用例，以衡量其在生成與用例中的能力最相關的MOE以及單一行動有效性分數方面的穩健性。該模型的最終驗證將在目前計劃于2021年10月開始的PC21期間進行。

總之，該團隊使用系統工程流程建立了一個概念性評估框架系統，該系統將使TRAC-Monterey有能力評估PC21期間展示的新的創新SoS技術的作戰能力。該團隊開發了一個利益相關者分析，一個由利益相關者衍生的目標層次，一個功能分解，以及一個創建良好措施的過程，將這些措施轉化為價值分數，量化措施的重要性，并將產生的價值匯總為一個單一的、行動有效性分數。該框架將為利益相關者提供信息，使他們能夠就進一步的技術開發做出明智的決定。TRAC-Monterey還可以將本研究中制定的衡量標準作為指南，在整個PC21和未來的PC活動中收集相關信息。

建議 TRAC 在 PC21 期間對照 S2S 用例 1-1 驗證概念性評估框架。還應采用其他用例來測試框架的靈活性和可用性。還建議進一步研究行動效率的認知方面，以及如何利用這些信息來擴大本評估框架的范圍。TRAC和JMC向團隊表示，PC的努力將有助于改寫聯合行動的理論。

摘要

兵棋模擬是一種決策工具，可以為利益相關者分析的場景提供定量數據。它們被廣泛用于制定軍事方面的戰術和理論。最近，無人駕駛飛行器（UAVs）已經成為這些模擬中的一個相關元素，因為它們在當代沖突、監視任務以及搜索和救援任務中發揮了突出的作用。例如，容許戰術編隊中的飛機損失，有利于一個中隊在特定戰斗場景中勝利。考慮到無人機的分布可能是這種情況下的決定性因素，無人機在超視距（BVR）作戰中的位置優化在文獻中引起了關注。這項工作旨在考慮敵人的不確定性，如射擊距離和位置，使用六種元啟發法和高保真模擬器來優化無人機的戰術編隊。為紅軍蜂群選擇了一種空軍經常采用的戰術編隊，稱為line abreast，作為案例研究。優化的目的是獲得一個藍軍蜂群戰術編隊，以贏得對紅軍蜂群的BVR戰斗。采用了一個確認優化的穩健性程序，將紅軍蜂群的每個無人機的位置從其初始配置上改變到8公里，并使用兵棋方法。進行了戰術分析以確認優化中發現的編隊是否適用。

索引詞：優化方法，計算機模擬，無人駕駛飛行器（UAV），自主智能體，決策支持系統，計算智能。

I. 引言

兵棋是在戰術、作戰或戰略層面上模擬戰爭的分析性游戲，用于分析作戰概念，訓練和準備指揮官和下屬，探索情景，并評估規劃如何影響結果。這些模擬對于制定戰術、戰略和理論解決方案非常有用，為參與者提供了對決策過程和壓力管理的洞察力[1]。

最近，無人駕駛飛行器（UAVs）作為一種新的高科技力量出現了。利用它們來實現空中優勢可能會導致深刻的軍事變革[2]。因此，它們的有效性經常在兵棋中被測試和評估。

由于具有一些性能上的優勢，如增加敏捷性、增加過載耐久性和增加隱身能力，無人機已經逐漸發展起來，并在許多空中任務中取代了有人系統[3]。然而，由于戰斗的動態性質，在視覺范圍之外的空戰中用無人系統取代有人平臺是具有挑戰性的。在空戰中，無人機可以被遠程控制，但由于無人機飛行員對形勢的認識有限，它將在與有人平臺的對抗中處于劣勢。然而，這種限制可以通過自動戰斗機動[4]和戰術編隊的優化來克服。此外，使用無人機可以允許一些戰術編隊和戰略，而這些戰術編隊和戰略在有人駕駛的飛機上是不會被考慮的，例如允許中隊的飛機被擊落，如果它有助于團隊贏得戰斗。文獻中最早的一篇旨在優化超視距（BVR）作戰中的飛機戰術編隊的文章[5]表明，空戰戰術是用遺傳算法（GA）進行優化的候選方案。該實施方案采用分層概念，從小型常規作戰單位建立大型編隊戰術，并從兩架飛機的編隊開始，然后是四架飛機，最后是這些飛機的倍數。在模擬中沒有對導彈發射進行建模。當一架飛機將其對手置于武器交戰區（WEZ）的高殺傷概率（Pkill）區域內一段特定時間，簡化的交戰模擬器就宣布傷亡。事實證明，所提出的方法的應用是有效的，它消除了團隊中所有沒有優化編隊的飛機，并為整個優化編隊的飛機團隊提供了生存空間。

Keshi等人[6]使用了與[5]相同的分層概念，從由兩架飛機組成的元素中構建大型戰術編隊。模擬退火遺傳算法（SAGA）被用來優化編隊，使其能夠克服對局部最優解的收斂。對16架飛機的編隊進行了優化，提出的最優解表明SAGA比基本的GA更有效。最后，為了探索一個穩健的SAGA，對不同的馬爾科夫鏈進行了比較，事實證明自調整馬爾科夫電流更適合所提出的問題。

Junior等人[7]提出使用計算機模擬作為一種解決方案，以確定BVR空戰的最佳戰術，使擊落敵機的概率最大化。在低分辨率下使用通用參數對飛機和導彈進行建模，并改編了名為COMPASS的模擬優化算法，模擬了兩架飛機對一架飛機的BVR戰斗。低分辨率模型假定在水平面的二維空間內有一個均勻的直線運動。使用優化的戰術表明，擊落敵機的平均成功率從16.69%提高到76.85%。 Yang等人[8]提出了一種方法來優化飛機對一組目標的最佳攻擊位置和最佳路徑。該工作考慮到飛機能夠同時為每個目標發射導彈，并將飛機與目標有關的攻擊性和脆弱性因素作為評價攻擊位置的指標。一個高保真模擬被用來模擬每個導彈的飛機、雷達、導彈和WEZ的動態特性。這項工作并沒有解決在BVR戰斗場景中優化一組飛機對另一組飛機的編隊問題。

Li等人[9]提出了一種基于指揮員主觀認識的編隊優化方法，即在空戰中目標設備信息不確定的情況下選擇飛機編隊的問題。首先，計算戰斗機的戰斗力，這是通過指揮員的主觀認識評估目標戰斗力的基礎。戰斗機的戰斗力以能力的形式表現出來，包括攻擊、探測、生存能力、通信、電子戰、預警系統等。因此，通過采用前景理論和綜合模糊評估來優化空戰訓練。最后，一個應用實例證明了該方法在小規模空戰中的可行性。作者聲稱，利用戰斗力評估戰斗情況的能力為優化空戰訓練提供了一種新的方法。

?zpala等人[10]提出了一種在兩個對立小組中使用多個無人駕駛戰斗飛行器（UCAVs）進行空戰的決策方法。首先，確定兩隊中每個智能體的優勢地位。優勢狀態包括角度、距離和速度優勢的加權和。在一個團隊中的每個智能體與對方團隊中的每個智能體進行比較后，每個航空飛行器被分配到一個目標，以獲得其團隊的優勢而不是自己的優勢。為一對對立的團隊實施了一個零和博弈。對許多智能體參與時的混合納什均衡策略提出了一種還原方法。該解決方案基于博弈論方法；因此，該方法在一個數字案例上進行了測試，并證明了其有效性。

Huang等人[11]開發了新的方法來處理UCAV編隊對抗多目標的合作目標分配和路徑規劃（CTAPPP）問題。UCAV的編隊是基于合作決策和控制的。在完成目標偵察后，訓練指揮中心根據戰場環境和作戰任務向每架UCAV快速傳輸任務分配指令。UCAV機動到由其火控系統計算出的最佳位置，發射武器裝備。合作目標分配（CTAP）問題通過增強型粒子群優化（IPSO）、蟻群算法（ACA）和遺傳算法（GA）來解決，并在歸因、精度和搜索速度等方面進行了比較分析。在進化算法的基礎上發展了UCAV多目標編隊的合作路徑規劃（CPPP）問題，其中提供并重新定義了獨特的染色體編碼方法、交叉算子和突變算子，并考慮燃料成本、威脅成本、風險成本和剩余時間成本來規劃合作路徑。

Ma等人[12]開展的工作解決了在BVR作戰場景中優化兩組（R和B）無人機對手之間的優勢地位問題。一個無人機ri∈R對一個無人機bj∈B的優勢是通過ri和bj之間的距離、ri的導彈發射距離的下限和上限、ri的高度和bj的高度之差以及ri的最佳發射高度來估計的。決定性的變量是無人機在兩組中的空間分布和每架飛機在這些組中的目標分配。無人機在三維作戰空間BVR中的可能位置被簡化（離散化），通過立方體的中心位置來表示。每個無人機組都有一組立方體。優化問題被建模為一個零和博弈，并被解決以獲得納什均衡。

Ma等人[12]提出的工作沒有使用高保真模擬來分析無人機空間分布的選擇和分配給它們的目標對BVR作戰的影響。高保真模擬對飛機、雷達、導彈及其導彈的WEZ的動態特性進行建模。這些動態特性也影響到BVR作戰時每架飛機的行動觸發，因此也影響到最終的結果。例如，如果在兩組無人機之間第一次沖突后的時間窗口內考慮高保真BVR作戰模擬，新的沖突可能會發生，直到模擬結束。因此，每個在交戰中幸存的無人機將能夠選擇一個新的目標，這取決于可用目標的優勢值。在[12]中沒有考慮與無人機行為有關的不確定性。有關敵方無人機在戰術編隊中的確切位置及其導彈發射距離的信息是行為不確定性的例子。這兩個信息和上面描述的其他信息在BVR戰斗中是相關的：它們直接影響飛機之間的交戰結果。

在這項研究中，我們試圖解決文獻中發現的一些局限性，如低分辨率模擬、與敵人有關的不確定性的處理以及缺乏對優化解決方案的穩健性的確認，旨在提高兵棋結果的質量。我們的目標是驗證哪些藍色蜂群的戰術編隊可以在BVR戰斗中戰勝紅色蜂群。作為一個案例研究，RED蜂群使用了空軍經常采用的戰術編隊，稱為line abreast[13]。為了評估BLUE蜂群解決方案的穩健性，我們解決了新的問題，改變了RED蜂群每架飛機的位置，目的是估計新的RED蜂群編隊對BLUE蜂群的優化戰術編隊的效率的影響。

我們使用自主智能體和高保真計算機模擬來優化BVR戰斗中的無人機戰術編隊，考慮與敵人相關的不確定性，如戰術編隊中的位置誤差和導彈發射距離。統一行為框架（UBF）被采納為創建自主智能體的基礎。飛機和導彈在三維環境中用六個自由度（DoFs）建模。

該程序將在接下來的章節中進一步討論。

戰爭的特點正在發生根本性的變化，這些變化對空中力量的影響尤其深遠。多域整合為空中力量和越來越多的空間力量在未來幾年內的一系列轉變做好了準備，這些轉變不僅與技術有關，而且與空軍組織和進行規劃和行動的戰略和作戰概念有關。

迫在眉睫的、不可避免的多域作戰似乎是空中力量的一個明顯的邏輯演變，它可能會引發這樣的問題：為什么我們沒有更早地沿著這些思路思考和發展作戰概念？畢竟，對優化、作戰協同和武力經濟的尋求在空中力量中是持久的。可以說，多年來，空軍及其相關部門事實上已經嘗試以某種方式或形式在多域背景下運作。然而，在整個部隊甚至整個戰區范圍內，為多域作戰（MDO）提出的早期作戰概念（CONCOPS），在多域作戰空間產生作戰協同和效果的努力是前所未有的。

諸如聯合全域指揮與控制（JADC2）這樣的結構闡述了一個作戰云賦能的未來戰爭，其中任務指揮和戰斗空間管理被有效地隱含在整個戰斗部隊中，觀察-定向-決定-行動（OODA）環路被加速到邊緣計算的速度。傳感器和通信網絡決定了空軍承擔幾乎所有傳統任務的功能能力。數據和數據流將變得比空軍傳統上對機動自由的依賴更加重要，并且有效地成為其戰略推動者。空軍力量將越來越多地與網絡而非平臺、數據而非武器系統有關。

任務的成功和失敗一直是由指揮官和作戰人員可用的態勢感知水平決定的。在新興的作戰模式中，空軍以近乎實時的速度收集、處理和利用數據的能力有效地使數據成為最大的工具和最令人垂涎的武器。收集、處理、匯總、分析、融合和傳播大量的數據、信息和知識將需要像未來有爭議的戰場上的事件速度一樣快。目前正在進行的戰爭數字化將導致在未來幾年內將 "大數據"廣泛用于作戰過程。空間領域將在實現全球范圍內連續的、有保障的和安全的通信方面發揮顯著的作用，除了更傳統的遠程監視用途外，它還被用作這種通信的運輸層。

對信息主導地位的追求將以新的和不確定的方式在物理、電磁和虛擬世界中擴展競爭的連續性。隨著空軍對帶有嵌入式人工智能（AI）工具和應用的作戰云的使用，新的風險、脆弱性和故障點將被引入。本出版物收集了來自世界各地領先的思想家的文章和見解，對多域整合和空中力量的信息優勢框架和概念的一些最相關問題提供了深入的觀點。這里的觀點和討論反映了當前對各種戰略、指揮和作戰層面的思考，讀者會發現這些思考對他們更廣泛的理解很有幫助。

這里介紹的專家展望本身既不樂觀也不悲觀，正如我們所期望的那樣，所確認的是各種新技術促成的 "飛躍"機會正在地平線上形成，但其有效利用帶來了復雜和破壞性的新挑戰。在強調其中一些關鍵的挑戰和更好地理解這些挑戰的必要性的同時，正如通常的情況一樣，沒有快速的解決辦法或現成的解決方案。然而，有令人信服的理由認為，今天所預見的眾多挑戰似乎在理論上和技術上是可以克服的，有些甚至在未來幾年內就可以克服。在未來存在的許多不確定因素中，可以肯定的是，空中力量將被徹底重新定義。

摘要

本研究論文使用問題解決框架，研究了美國武器系統如何在采購生命周期的操作和支持階段陷入持續的陳舊和停滯循環，并提供了解決這種情況的方案。一些美國武器系統保持著它們最初在幾十年前投入使用時的能力。關鍵的發現，如厭惡風險的文化、系統要求低于計劃目標備忘錄的切割線、對財務指導的誤解、嚴格的維持法規、繁瑣的采購流程以及高于必要的決策，都被認為是導致根本問題的原因。這篇研究論文提出了幾個解決方案，解決了部分包容性的問題。對解決方案的整體可行性、對作戰人員的好處以及與實施相關的任何潛在風險進行了權衡。最后的建議包括鞏固和利用財務條例對作戰人員的好處，允許增加運營和維護資金的靈活性，允許在F3I重新設計中增加靈活性和性能，盡可能利用領先的商業技術，以及改變維持的心態，從保持準備狀態到保持相關性。結論強調，美國空軍在技術上落后于近似對手，高級領導人必須像對手一樣思考，以確保美國的法規不會抑制空軍比敵人更快地穿越OODA循環的能力。

引言

自朝鮮戰爭以來，美國在每次交戰中都保持著空中優勢；然而，一些跡象表明，空中優勢在未來的沖突中可能不再有保障。據報道，他們最新的S-500防空導彈系統成功擊中了近300英里外的目標。中國在過去十年中對其軍事進行了大量投資，現在已經達到了一個關鍵的自信點。

這個問題可能源于美國如何運作和資助其軍事項目。美國空軍將 "維持 "定義為維持一個武器系統的現有基線能力。任何改進武器系統超過其現有性能閾值的手段都被認為是開發工程的努力，需要從研究開發測試和評估（RDT&E）撥款中獲得資金。許多系統一旦投入使用就不會獲得RDT&E資金，通常在其生命周期的剩余時間內由運營和維護（O&M）撥款資助。由于對現行財務條例的嚴格解釋，財務經理通常會拒絕使用運營和維護資金來提高系統能力和應對不斷變化的威脅的創造性努力。這使得綜合產品小組（IPTs）沒有什么選擇，只能對他們的武器系統進行意義不大的改變，以保持它們在操作上的相關性。

美國不僅在做錯誤的財務決定，而且在做這些決定時也很緩慢。在過去的幾十年里，采購時間周期已經增加。據美國空軍高級領導人目前的估計，從授予合同到投入使用一個系統的時間超過10年。美國的對手在采購周期上的運作速度至少是其兩倍。在過去的二十年里，一些主要的國防采購項目（MDAP）已經被取消。事實上，國防部（DOD）已經在那些永遠不會投入使用的項目上花費了超過460億美元。

為了解決這個問題，新的倡議，如第804條快速采購和破解國防部5000號文件正受到相當大的關注。雖然它們不能解決撥款問題，但它們試圖縮短采購時間周期。在幾十年來成本成為采購決策的主要因素之后，速度現在被強調為主要考慮因素。使用問題/解決方案框架，本文將研究美國武器系統是如何陷入陳舊和停滯的循環中的，以及可以實施哪些解決方案來有效維持美國武器系統。

本文將首先闡明這個問題，描述綜合維持活動組（CSAG）和空軍維持中心（AFSC）內的幾個低效的供應鏈政策。然后，它將討論系統過時和對商業技術的依賴，接著是國防部緩慢的采購過程。問題部分最后將詳細分析當前的撥款限制以及美國空軍的幾個文化問題。

解決方案部分將首先定義具體的評價標準。該文件將提出幾個潛在的解決方案，以及建議的行動。然后將根據規定的標準對每個解決方案進行詳細評估，包括實施中的任何潛在風險。還將討論其他被考慮但未被推薦的解決方案。最后，本文將對問題進行快速總結，提出最終建議，以及為什么這項研究與美國空軍有關。

摘要

當代和新出現的安全威脅以及從最近的軍事行動中吸取的教訓已經證明，為了在傳統的物理領域（陸地、空中、海上、太空）實現作戰目標，確保在非物理領域的主導地位至關重要，即網絡空間、電磁環境（EME）和信息環境。因此，除了物理作戰領域之外，在非物理領域取得優勢的能力對于實現戰役的軍事和非軍事目標具有決定性意義。

作戰人員將面臨消除沖突，協作，同步和整合行動的挑戰，以實現并發揮協同效應以應對多種威脅，其中可能還包括來自每個作戰領域對手的武裝沖突閾值以下的行動，包括非物質的。

本文探討了作戰環境聯合情報準備 (JIPOE) 作為支持聯合作戰規劃、執行和評估的主要工具的作用和意義，從而有助于多域作戰 (MDO) 的同步和協調。在這方面，基于政治、軍事、經濟、信息、基礎設施-物理、時間(PMESII-PT)方法，不可能將對當代作戰環境(OE)的分析局限于物理領域及其與非物理領域的關系。相反，作者們相信，確定一種合適的方法來關注在非物理領域單獨或聯合進行的活動影響，它們在PMESII-PT所有領域的相互融合和實際操作領域的相關性，將大大有助于友軍識別和評估對手的重心(COG)、關鍵弱點、意圖和行動路線(COAs)的能力，包括各自的指標。JIPOE將為聯合部隊指揮官(JFC)提供OE的整體視圖，將與戰術層面密切合作、共享和開發，通過結合不同領域的能力，應該能夠壓倒對手的部隊。這種集中控制和分散執行的方法將有助于在作戰和戰術層面之間產生協同效應。

引言

未來的軍事行動將以物理和非物理層面的融合為特征，眾多不同的行為者將在其中運作。任何部隊都需要適應極其復雜的作戰環境和大量的作戰變量，需要適應性地使用一系列武器系統來產生致命和非致命的效果。因此，除了物理作戰領域（即陸地、空中、海上和太空），在非物理領域（網絡空間、EME、信息環境）取得優勢的能力將對實現戰役的軍事和非軍事目標具有決定性意義[1, p.280]。

OE是影響能力運用和影響指揮官決策的條件、環境和影響因素的綜合體[2, p.3]。了解OE的因素和條件不僅是所有計劃活動，特別是行動設計的關鍵前提，也是友軍保護和許多其他相關任務的關鍵前提[3, p.41]。

JIPOE代表了一種系統的方法，用于分析有關OE和對手的信息。它可以應用于全部的軍事行動。指揮官和參謀部在危機背景、根本原因和具體動態方面，對戰區形成共同的理解和整體的看法。它使指揮官能夠直觀地看到問題的程度，以及他們如何塑造和改變OE，使之成為他們的優勢，這將為他們的決策提供信息[2, p.3-5]。

JIPOE產品極大地促進了聯合（即作戰）層面的軍事行動的規劃和執行。現代軍隊，特別是北大西洋公約組織（NATO）內的軍隊，幾十年來在討論跨領域（陸、海、空）的協調行動時一直使用聯合這一術語。如今，由于全球安全環境的巨大變化以及俄羅斯和中國日益增長的野心，為了挑戰潛在的同行對手，需要采取多領域的方法。在傳統的戰爭門檻下，盟國及其合作伙伴已經受到了跨越物理和非物理領域的持續攻擊[4, p.2]。MDO一詞不同于聯合行動，因為它旨在關注跨越多個領域的行動，而不考慮服務的歸屬，不一定是由多個部門進行的行動[5，p.49]。

圖1:支持聯合行動的當前JIPOE流程的可視化。

圖2:提出支持MDO的JIPOE過程方案。