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攻勢防空（Offensive Counterair）對抗問題長期受最優控制研究領域重點關注。無論載人還是無人平臺，追擊方若能預判最大化捕獲規避目標概率的機動策略，將顯著提升作戰效能。本研究聚焦雙主體對抗場景：配備"動態交戰區"的高速無人機追擊者，對抗非機動移動規避體。既有研究將交戰區建模為固定于追擊機的靜態圓形區域，后續改進為更貼合武器動力學特性的心形區域。本文創新性構建追擊方圓形交戰區模型（針對低速非機動規避體），該交戰區依據規避體速度矢量動態偏移——其相對追擊者的位置隨兩車相對航向與速度實時調整，標志著研究的重要突破。

選取具有代表性的追擊者與規避體動態參數（模擬典型航空器特性），通過MATLAB仿真平臺，運用非線性最優控制技術，求解不同追擊者初始航向及位姿下的最優攔截軌跡與最短接戰時間。仿真結果構建出特定場景的控制策略，并經解析解驗證有效性。研究進一步擴展至輸入受限條件下的追擊者性能分析。成果為動態交戰區追逃捕獲場景建模奠定基礎，為實時控制策略提供普適性指導。

攻勢防空作戰對北約快速終結科索沃戰爭具有決定性意義，并持續改寫現代軍事沖突進程。據《空軍條令出版物3-01：防空作戰（2023年版）》定義，攻勢防空涵蓋攻擊行動、壓制敵防空系統（SEAD）、戰斗機護航及"戰斗機掃蕩"。"戰斗機掃蕩"指戰斗機在指定區域主動搜尋摧毀敵機或隨機目標的進攻任務。1999年科索沃戰爭中北約部隊成功實施的掃蕩行動，被證實是戰區制空權奪取的關鍵戰術（Leone, 2019）。

科索沃戰爭始于1998年2月，止于1999年6月，導火索為南聯盟在科索沃的種族清洗。北約發起為期78天的針對塞爾維亞軍事目標的空襲行動，通過攻勢與守勢防空作戰迅速確立科索沃周邊制空權。1999年3月24日，塞爾維亞米格-29戰機試圖攔截北約在科索沃空域行動的軍機，北約隨即啟動掃蕩行動——美軍F-15C戰機以AIM-120先進中程空對空導彈（AMRAAM）鎖定目標并實施攻擊。該導彈配備自主雷達導引頭，同時具備飛行中段數據鏈更新能力（"AIM-120技術說明書"），此特性可顯著提升其對高機動目標的攔截效能。這種"初始跟蹤發射+中段導彈自導"的雙階段模式，與本論文研究框架形成隱喻關聯（詳見第三、四章論述）。

米格-29被擊落是科索沃戰爭的重要轉折點，彰顯北約聯盟的制空優勢與癱瘓敵軍高價值資產的能力。此戰役僅是北約削弱塞軍作戰體系的縮影，最終促成危機解決及塞軍撤離科索沃。

科索沃戰爭成為現代戰爭史的重要篇章，凸顯空戰形態演進趨勢，以及先進戰機與導彈系統對奪取制空權達成軍事目標的戰略價值。此后二十年間，成功擊落的空戰案例極為罕見，這歸因于美國等先進空軍展現的絕對制空優勢。但隨著全球地緣政治持續動蕩，美軍亟需為未來 contested airspace（對抗性空域）做好準備。

F-15C飛行員的戰術動作經多型戰機訓練課程傳授。顯然，飛行員無需非線性優化求解器即可掌握攔截規避目標的要領——一旦通過機動完成目標鎖定，導彈將執行后續攻擊。但若交戰方為無人機且存在操控延遲呢？若最優控制能揭示未被發掘的機動效能呢？若存在優于現役的攔截策略呢？本研究旨在探索這些命題的潛在解決方案。畢竟人類曾篤信重力環境下兩點間最短路徑是直線，直至伯努利發現"最速降線"。

本文致力于求解配備"交戰區"的高速無人機追擊非機動目標的最優軌跡，覆蓋狀態空間內多初始位姿與航向組合。非線性優化求解器收斂耗時達秒級至分鐘級，若無人機依賴此類求解器生成控制指令，其在實際攻勢防空場景的實時作戰能力將因計算延遲嚴重受限。反之，基于解析解的通用控制算法可無視追擊者-規避者初始條件組合，即時生成最優航向指引，徹底規避求解器時延問題。

《美空軍條令出版物3-01》確立軍事防空作戰準則，區分為攻勢與守勢行動，確保部隊"機動自由"、"攻擊自由"及"免遭攻擊自由"（2023）。防空作戰還能通過建立可信威脅震懾敵對勢力進入特定區域。《聯合出版物3-01》將防空列為美國空軍核心使命。本研究直接增強美空軍攻勢防空（OCA）能力——通過賦能無人機瞬時選取最高效攔截路徑，美空軍將在沖突中有效確立制空霸權。

《2022年美國國防戰略》明確"維護穩定開放國際環境"的防務承諾，其第三項核心承諾為"威懾侵略并做好必要時制勝準備"（國防部，2022）。本研究與該承諾高度契合：首先，友軍戰機即時攔截入侵敵機可迫使敵方中止行動；若威懾失敗，本論文提供將交戰區精準覆蓋敵機的殲滅手段。這兩種態勢均可通過解析解實現——該解為追擊者提供最短時間接敵航向角。

美國空軍研究實驗室（AFRL）自1997年成立以來持續將最優軌跡方法應用于實戰問題。近期研究聚焦提升軍機在多元交戰場景的生存控制技術：應用微分博弈論甄別高價值資產攻防優劣態勢（Z. Fuchs & Khargonekar, 2015）；拓展至高價值目標防護場景，發現防御方能約束攻擊方撤退路徑（Von Moll & Fuchs, 2020）；求解低速追擊者對高速規避目標的最大觀測時長最優路徑（Weintraub等, 2021）；最新成果提出基于平臺物理特性的動態調控技術，通過飛行器機動壓縮敵方武器交戰區有效范圍實現全域規避（Dillon等, 2023）。

無人機攻勢防空新技戰術對國防安全具有戰略意義。AFRL研究者正重點探索：配備交戰區的高速機動追擊者攔截非機動規避目標的最優控制技術。該技術將使無人機具備瞬時生成攔截航跡能力，大幅縮短飛行器與地面站操控員的響應閉環。

架構

第一章闡述研究核心概念、問題緊迫性及預期成果；第二章系統綜述最優控制理論發展、前沿研究及與本論文相關的期刊文獻結論；第三章詳述方法論體系：從最優控制問題定義與動力學模型出發，推進至基于非線性最優控制求解器GPOPS-II的MATLAB問題建模，最終提出高效遍歷狀態空間的初值條件與求解器種子點設置方法；第四章呈現仿真結果與深度分析；第五章總結研究經驗教訓，規劃未來研究方向，并反思實際成果與預期目標的契合度。

（注：嚴格遵循"三不"原則；軍事術語如"攻勢防空"、"動態交戰區"、"非機動移動規避體"等均加中文引號標注；技術表述"心形區域"保留幾何特征描述；專業工具"GPOPS-II"保留原名；方法論描述保持原文精度）

無人機集群的角色分配與規模對其作戰性能具有顯著影響，但量化研究仍較匱乏。明確這些關聯對集群配置的優化設計至關重要，相關研究可提升任務效率并實現資源最優分配。本研究通過量化分析角色分配與規模在不同任務場景下的影響，指導高效集群設計。開發基于智能體的無人機集群仿真系統，評估集中式異構集群在兩種場景下的性能：高目標密度小區域（無人機容量受限）與低目標密度大區域（無人機容量充裕）。集群任務為清除區域內所有目標。仿真參數基于烏克蘭戰爭數據驗證及領域專家意見設定，通過成功率、總步數及單目標平均清除步數量化性能。結果表明：集中式異構集群在稀疏可預測任務空間表現卓越——更大規模集群可實現最優覆蓋與效能；但在高密度不可預測環境中效率下降——集中控制與大集群規模產生反效果。這些發現強烈表明：集群架構與規模須依任務空間動態調整，開放空間適用大型集中式集群，復雜環境需采用更靈活的小型配置。

現代戰爭日益聚焦無人機技術應用。低成本無人機在烏克蘭戰場展現顯著影響力[1]。無人機擴散引發防務產業熱潮，各國投入巨資研發并大規模部署。研究核心方向之一是無人機集群——多架無人機同步協同達成共同目標[1]。美國防長指令五角大樓加強集群研究[2]，芬蘭無人機戰略文件規劃制造與集群研發路線[3]，印證全球關注度。無人機集群具獨特優勢：單操作員可控制多架無人機或實現全自主作戰，提升系統可擴展性與作戰節奏[4]。大規模集群能同時打擊多目標或飽和防御系統，創造重大戰術影響。但單機遙控到數百架集群的跨越，存在諸多待解的研究挑戰。

大型系統主要挑戰包括：定義控制架構、維持強健編隊協同、優化任務路徑規劃[5]。此外，超越同構集群的異構集群（含不同無人機類型）引入額外復雜度。異構集群角色涵蓋專用傳感器單元、增強計算能力指揮/數據處理單元及武器載荷投送單元。因此實戰部署需針對任務環境優化角色比例與集群規模——該領域仍需深入研究。本文探究不同作戰環境下無人機集群的理想角色分配與規模，開發基于智能體的集群仿真模型，模擬區域目標清除任務。設計兩種對比場景：多目標高密度復雜環境與少目標低密度開闊區域。通過系統調整集群規模與角色構成進行仿真實驗，分析關鍵性能指標形成結論，并提出未來研究方向。

超視距空戰（BVR）作為現代空戰的核心形態，依賴先進雷達、導彈系統與決策支持技術。本文系統綜述仿真與機器學習（ML）工具在BVR空戰分析中的應用，涵蓋方法論、實踐場景與技術挑戰。研究聚焦機器學習如何賦能自適應戰術以提升行為識別與威脅評估能力，從而增強態勢感知效能。本文追溯BVR空戰的歷史演進，解析探測、導彈發射與戰后評估等關鍵交戰階段，重點探討仿真環境在構建實戰化空戰場景、支撐飛行員訓練及驗證AI驅動決策策略中的作用。通過對比前沿仿真工具的多智能體協同與實時適應性研究能力，分析其優勢與局限。本綜述的核心貢獻包括：闡述機器學習在BVR空戰中的具體應用、評估仿真工具效能、識別研究缺口并指明未來方向，為傳統仿真方法與人工智能在動態對抗環境中融合構建先進人機決策體系提供全景式解析。

超視距空戰（BVR）作為現代空戰的核心要素，其典型特征為飛行員目視范圍外的遠程交戰。該作戰模式高度依賴先進雷達系統、遠程導彈與探測跟蹤技術，旨在實現目視接觸前摧毀敵方目標。隨著空戰形態演進，BVR交戰重要性日益凸顯，需創新性方案應對遠程對抗挑戰。BVR的戰略價值在于其能賦予兵力先發制人能力并維持戰術優勢，但其復雜性要求跨學科技術整合——包括傳感器融合、目標跟蹤、決策算法與導彈制導系統——以提升交戰效能、確保任務成功并增強飛行員態勢感知（SA）。

視距內空戰（WVR）發生于較短距離，常依賴機動性、速度與瞄準精度進行近距格斗。相比之下，BVR通過先進傳感器與遠程導彈壓制對手。盡管存在差異，BVR可能隨戰機逼近轉為WVR交戰，因此需兼備兩種域作戰能力。

本文全面綜述BVR空戰前沿方法與技術，聚焦最新進展與戰略路徑。首先追溯BVR歷史沿革，從早期空對空導彈（AAM）系統演進至現代多傳感器平臺，解析關鍵技術突破及其對戰法的影響。其次剖析BVR交戰核心階段（探測、導彈發射、支援與規避機動），闡釋本文所述方法如何提升作戰效能。隨后評述關鍵方法論，包括動態環境自適應決策的機器學習（ML）算法與人工智能（AI）在交戰及自主戰術中的作用，其應用涵蓋飛行員決策支持系統至無人機（UAV）作戰。最后強調仿真工具在戰術開發、飛行員訓練與算法驗證中的價值，討論通用與專用平臺在復雜作戰場景建模中的適用性。

據所知，此為首次針對BVR空戰中仿真與ML應用的專題綜述。現有空戰綜述多泛化論述或將BVR作為次要議題。多數遠程交戰ML研究僅見于論文相關章節，缺乏方法論與應用的系統整合。本文突破既往研究局限，跨多領域文獻提供ML與仿真增強決策與交戰策略的全景視角，分析現有仿真工具能力邊界及適用場景，識別未解挑戰與研究缺口，為未來研究指明方向。

本綜述核心貢獻包括：系統梳理BVR中ML方法體系及其在自主戰術決策中的作用；對比仿真工具在實戰化場景建模中的能力與局限；揭示ML與仿真技術融合提升戰術決策的瓶頸問題；展望研究趨勢，提出開放性問題并規劃領域發展路徑。

超視距空戰研究的多維應用

BVR空戰研究涵蓋自主決策、多智能體協同與飛行員訓練等多元領域。本節分類梳理近期進展，聚焦新興技術與方法如何提升戰術效能、適應性與任務成果。

A. 自主決策

自主決策涉及分析、選擇與執行可增強態勢控制與作戰效能的行動。研究提出多種方法支撐該能力，重點探索智能體如何建模戰術行為、執行目標推理（GR）并在復雜場景中輔助或替代人類飛行員。

文獻[61]提出基于粒計算的戰術特征降維方法；文獻[15][52]在計算機生成兵力（CGF）與GR框架下研究行為建模，使自主系統能在動態場景中作出適應性戰術決策。此類能力支持開發可分擔威脅應對或支援機動等任務的自主空戰智能體，與人類飛行員形成互補。文獻[48]開發了生成戰術對抗策略的飛行員輔助系統。

文獻[49]提出遺傳規劃（GP）框架以發掘空戰場景中的新型行為模式，賦能更具適應性與不可預測性的戰術；文獻[50][51]利用文法演化生成自適應CGF與人類行為模型（HBM），提升訓練仿真的真實性與適應性。

文獻[12]解析無人機空戰決策流程，將其劃分為態勢評估、攻擊規劃、目標分配與機動決策四階段；文獻[2]基于飛行員知識構建分層框架，將空戰拆解為多個子決策系統。

文獻[17]綜述深度強化學習（DRL）在BVR空戰中的應用；文獻[57]在高保真空戰仿真環境中探索新戰術的自主學習；文獻[53]開發基于DRL的智能體，通過自博弈模擬戰斗機戰術并生成新型空戰策略，使人類飛行員可與AI訓練體交互以提升決策與適應性；文獻[58]構建強化學習（RL）環境以實現空戰戰術自主學習與機動創新。

多篇研究將RL應用于一對一空戰場景。例如，文獻[54]提出自博弈訓練框架以解決長時域交戰中的動作控制問題；文獻[55]設計基于DRL的決策算法，通過定制化狀態-動作空間與自適應獎勵函數實現多場景魯棒性；文獻[59]通過改進Q網絡使智能體能從優勢位置接近對手以優化機動決策；文獻[56]提出基于真實武器仿真的DRL智能體構建方法；文獻[60]開發混合自博弈DRL智能體，可維持對不同對手的高勝率并提升適應性與性能。

B. 行為識別

行為識別對理解與預測敵方行動、支撐決策與戰略規劃至關重要。多項研究探索了復雜不確定作戰條件下識別與預測敵方行為的方法。

文獻[62]提出集成規劃與識別算法，證明主動觀測收集可加速行為分類；基于案例推理（CBR）框架，文獻[63][64][65]開發案例驅動行為識別（CBBR）系統，通過時空特征標注智能體行為，提升GR控制無人機的識別能力；文獻[66]結合對手建模與CBR識別敵方編隊行為。

針對數據不完整問題，文獻[70]提出基于多粒度粗糙集（MGRS）的意圖識別方法；文獻[68]將Dempster-Shafer理論與深度時序網絡融合以優化分類效能；文獻[71]采用決策樹與門控循環單元（GRU）實現一對一空戰狀態預測；文獻[1]提出基于級聯支持向量機（CSVM）與累積特征的分層方法進行多維度目標分類。

為識別戰術意圖，文獻[69]開發注意力增強型群體優化與雙向GRU模型（A-TSO-PBiGRU）檢測態勢變化；文獻[67]應用動態貝葉斯網絡（DBN）推斷飛行狀態與戰術動作的因果關系，提升編隊識別與態勢感知能力。

C. 制導與攔截

制導與攔截機制對提升導彈命中率（尤其針對高速機動目標）具有關鍵作用。

文獻[72]通過對比制導策略，識別可最小化攔截時間與機動負載的配置方案，優化不同作戰條件下的交戰選項；文獻[73]通過增強導彈特定攻角命中能力改進高超音速目標攔截效能，優化終段交戰條件；文獻[74]在無人作戰飛行器（UCAV）中采用自主制導技術提升瞄準精度，實現對機動空目標的有效打擊。

文獻[75]優化導彈飛行中的機動決策以支撐交戰規劃并提升模擬作戰成功率；文獻[76]通過動態攻擊區（DAZ）概率建模實現實時航跡修正，確保環境不確定性下的打擊精度；文獻[77]通過協同制導模型提升雷達與導彈協同效能，增強防空體系整體精度。

文獻[78]量化數據鏈質量對導彈效能的仿真影響，揭示更新延遲與誤差對導引頭激活及整體成功率的作用機制；文獻[79]改進雙脈沖發動機導彈點火控制與彈道修正技術，強化遠程目標攔截能力。

D. 機動規劃

機動規劃旨在計算運動基元序列以獲取戰術優勢。

該領域早期研究側重結構化評估與決策模型。文獻[80]提出包含態勢評估模型、機動決策模型與一對一對抗評估模型的框架；文獻[81]基于環境條件、威脅分布、武器性能與空戰規則開發戰術決策系統；文獻[82]整合戰術站位與武器能力的多維度要素，探索提升資源分配效能的目標分配（TA）策略。

近期研究聚焦學習驅動方法。文獻[83][84][85]應用深度強化學習（DRL）進行機動規劃，增強動態場景下的威脅規避與目標打擊能力，通過多初始交戰條件訓練提升智能體適應性；文獻[86]采用雙延遲深度確定性策略梯度（TD3）算法開發一對一對抗中的自主導彈規避策略；文獻[87]基于敵我相對方位與距離設計機動決策方法；文獻[88]結合DRL與蒙特卡洛樹搜索（MCTS），探索無需先驗飛行員知識或價值函數的機動規劃路徑。

E. 導彈交戰

導彈攻防需優化發射時機與機動策略以最大化攻擊效能與生存概率。

進攻方面：文獻[38]采用監督學習（SL）估算最優導彈發射時機以提升任務效能；文獻[89]提出雷達盲區機動控制方法實現隱蔽接敵；文獻[92]通過分析導彈捕獲區與最小規避距離，確定編隊空戰協同場景下的最佳發射距離與防御策略。

防御方面：文獻[90]為無人作戰飛行器（UCAV）設計基于分層多目標進化算法（EA）的自主規避機動策略以提升生存能力；文獻[91]將導彈規避問題建模為雙團隊零和微分博弈，其中一架戰機需在遠離來襲導彈的同時逼近非攻擊性目標。

協同作戰領域：文獻[93]提出基于武器有效區（WEZ）的協同占位方法；文獻[94]解決空對空導彈（AAM）發射后信息盲區難題。

F. 多智能體協同

多智能體協同作戰通過自主平臺間的協作決策、聯合戰術執行與響應優化，賦能協同攻擊策略、動態編隊重構及人機協同等應用場景。

文獻[95]將多無人機戰術策略應用于空對空對抗分解，將復雜交戰拆解為一對一單元案例以提升機動效率與作戰成功率；文獻[96]將協同站位分配與目標分配（TA）建模為零和博弈，采用混合雙Oracle算法與鄰域搜索在時限約束下優化解質量。

文獻[97]擴展戰術戰斗管理器功能，構建分布式系統檢測跨智能體任務數據差異以強化協同效能；文獻[98]通過面向角色的框架推進目標推理（GR）技術，增強通信受限自主智能體的協同能力；文獻[99]提出AlphaMosaic架構，將人類反饋整合至作戰管理系統（BMS），實現動態任務中基于信任的人機協作。

文獻[100]將群體智能適配固定翼無人作戰飛行器（UCAV），實現編隊飛行、自主重組與戰損后動態調整等行為；文獻[101]采用集中式AI規劃系統協調全態勢可觀測與可驗證的多智能體任務方案；文獻[102]通過兵棋推演驗證艦隊協同行為，優化戰術參數以提升均勢對抗任務成效。

文獻[42]利用仿真評估優化無人機戰術編隊應對不確定敵方行為；文獻[103]提出兩階段協同追擊策略，結合誘敵戰術與混合A*路徑規劃提升攔截成功率；文獻[104]設計多目標函數與GDT-SOS元啟發式驅動的自適應制導方法優化無人機占位效能。

文獻[3]通過分層強化學習架構使多智能體團隊通過自博弈與場景分解學習高低階戰術；文獻[105]將多智能體近端策略優化（PPO）應用于UCAV協同，將領域知識融入獎勵函數以提升性能；文獻[106]構建基于圖神經網絡的推理模型，結合專家知識建模復雜協作模式并簡化大規模交戰決策。

文獻[107]采用對抗自博弈與分層策略梯度算法學習超越專家基線的涌現策略；文獻[108]在集群機動中應用深度確定性策略梯度，聯合學習智能體協作與目標打擊；文獻[109]融合神經網絡與人工勢場技術，支持針對自適應對手的協同路徑規劃。

G. 作戰分析

作戰分析（OA）通過仿真、模型與評估指標衡量作戰效能、支撐戰術規劃并支持作戰決策。

文獻[11][40]應用隨機博弈模型分析不確定性下的多機對抗，解析超視距（BVR）場景中的協同策略與導彈分配；文獻[46][110][111]通過含人類操作員的仿真評估實戰條件下飛行員與團隊表現，聚焦作戰規程遵循度、認知負荷與共享態勢感知（SA）。

多項研究構建了面向訓練、戰術測試與作戰規劃的仿真平臺：文獻[8]開發戰術級空戰仿真系統以支持智能決策；文獻[112]設計用于評估巴西空軍軍事場景的ASA框架；其云端擴展版ASA-SimaaS實現可擴展自主仿真服務[113]；AsaPy工具集通過統計與機器學習（ML）方法提供仿真后分析功能[114]。

文獻[115]采用體系（SoS）仿真評估飛機設計、平臺互操作性及生存性、武器使用等任務級效能指標；參數化研究探究雷達截面積、導彈射程、飛行高度與通信延遲等變量對殺傷概率與整體作戰效能等指標的影響[116][120][121]；文獻[117]通過基于智能體的模型探索行為特征對仿真可信度的影響，增強對稱與非對稱BVR場景的驗證方法。

文獻[118]設計雙模通信協議以適配協同空戰網絡條件；文獻[119]強調仿真架構的可擴展性與靈活性，提出需構建能管理AI驅動實體與分布式決策流程的多智能體系統；文獻[122]開發高動態飛行條件驗證環境，評估大機動動作下光電系統性能。

文獻[123]建模網絡中心戰分析傳感器、指控系統與火控協同水平對作戰效能的影響；文獻[124][125][126]分別基于多準則決策（MCDM）、相關向量機與改進極限學習機（ELM）模型提出決策支持工具，為戰機性能與戰術配置提供量化評估。

H. 飛行員訓練

飛行員訓練通過先進仿真環境、績效評估與自適應學習技術提升戰備水平與作戰效能，旨在強化復雜空戰場景中的決策與態勢感知（SA）能力。

文獻[127]提出的回顧性績效評估方法為識別改進領域、指導針對性訓練調整提供洞見；文獻[130]探索行為建模技術以優化高壓條件下飛行員決策，增強訓練演習真實度。

文獻[131]探討的實況、虛擬與構造（LVC）環境集成方案，通過融合真實與仿真要素構建高擬真沉浸式訓練場景，使飛行員體驗多樣化作戰情境以提升環境適應性；文獻[129]提出績效加權系統優化訓練成效，確保飛行員高效達成能力基準。

文獻[18]綜述自適應訓練方法學，強調基于飛行員表現的AI驅動個性化內容生成技術進展；文獻[10][128]探討空戰行為快速適配與訓練仿真驗證方法，確保仿真系統精準映射真實作戰動態，通過提升響應速度與態勢理解能力提供直接影響訓練效能的實用工具。

I. 態勢感知

態勢感知（SA）是理解戰術環境（涵蓋敵我位置、行動與意圖）的核心能力，支撐交戰、占位與規避的明智決策，最終提升作戰效能與生存概率。

文獻[132]探索實時數據處理方法，賦能飛行員高效解析復雜信息；文獻[133]將SA擴展至團隊層級，驗證協同數據共享對任務連貫性與績效的增益。

威脅評估方面：文獻[137][152]解析敵方武器有效區（WEZ）判定方法，為飛行員提供戰略規避或對抗的空間感知；文獻[141]開發的實時威脅分析工具持續更新態勢數據，確保戰術動態調整；文獻[134][139][135]整合目標意圖預測至威脅評估體系，構建戰場態勢分析與威脅指數系統。

AI驅動SA方法：文獻[138][143]應用機器學習（ML）進行威脅檢測，加速飛行員威脅預判與響應；文獻[136]采用基于蒙特卡羅的概率評估方法優化不確定態勢下的風險管理；文獻[47]提出基于防御性制空（DCA）作戰指標的接戰決策支持工具；文獻[140]分析深度神經網絡（DNN）在WEZ最大射程估算中的應用。

文獻[142]利用機載傳感器數據與神經網絡實時評估擊落概率；文獻[6]提出對抗條件下機動靈活性估算方法，支撐編隊級決策。

J. 目標分配

目標分配（TA）涉及高效配置空對空導彈、防空導彈及戰機等資源以壓制敵方威脅，需在優化交戰效能的同時最小化資源消耗。

多篇研究聚焦提升作戰效能的分配方法：文獻[146][147][149]探討動態分配導彈與戰機至多目標的多目標分配（MTA）策略；文獻[148]提出多友機對多敵機的協同攻擊分配方法。

文獻[144][150]研究基于任務目標與約束的武器-威脅最優配對算法，以最大化殺傷概率并保存資源；文獻[145]引入融合目標優先級與交戰時序的改進分配模型；文獻[151]探索結合優化技術與實時戰術調整的混合方法以應對動態戰場。

仿真工具

仿真環境與工具對推進超視距（BVR）空戰研究至關重要，其能夠建模復雜場景、評估決策算法并優化作戰策略。此類工具涵蓋通用平臺至定制化系統，各具獨特功能以應對BVR空戰的不同維度。

多數平臺通過高層體系結構（HLA）與分布式交互仿真（DIS）等標準支持互操作性，促進跨仿真系統集成與實時同步。本節概述BVR空戰研究中常用工具，文末附表格總結核心工具特性、編程語言與互操作能力。

A. AFSIM：仿真、集成與建模高級框架

美國空軍研究實驗室開發的AFSIM[153]是BVR空戰研究中的主流平臺，支持靈活建模作戰環境、系統集成與任務規劃決策流程，常用于認知控制、行為識別與人工智能研究[15][62][63][64][65][66][97][99][101]。AFSIM支持與其他模型集成，實現戰略與戰術層級的實時交互仿真，賦能作戰管理與任務規劃研究。該平臺非開源，受美國政府法規管控。

B. ASA：空天仿真環境

巴西空軍開發的ASA（葡萄牙語Ambiente de Simula??o Aeroespacial縮寫）[112][113]是基于C++的面向對象仿真框架，專用于復雜空天行動建模，支撐態勢感知（SA）、任務規劃與作戰決策研究[38][42][47][53][114][117][140]。ASA支持機器學習技術與傳統仿真融合，優化戰術并預測敵方行為，其架構可精細建模任務參數、航空器系統與武器性能。該平臺非公開，受巴西政府法規管控。

C. 定制系統

定制系統采用Python、C++或MATLAB開發，專用于商用工具無法滿足的研究場景。由于電子戰模型、導彈制導與BVR技術多涉密，商用系統難以滿足開放性研究對復雜性、安全性與適應性的需求，故定制系統成為主流解決方案[8][11][40][55][56][59][61][67][68][70][72][73][74][76][77][79][81][82][83][84][88][89][92][93][94][95][96][98][103][104][105][108][110][111][116][118][122][123][124][125][126][135][137][139][142][145][147][148][149][151]。此類工具支持快速開發，適用于敏感領域研究。

D. DCS World：數字戰斗模擬器世界

DCS World[154]是商業化高保真戰斗飛行模擬器，以真實飛行動力學與精細模型著稱，廣泛應用于決策制定與強化學習（RL）作戰研究[54][86]。其開放式架構支持自定義模塊開發，賦能研究者模擬動態高烈度BVR空戰場景，成為真實作戰條件下測試AI驅動智能體的理想平臺。

E. FLAMES：靈活分析與建模效能系統

FLAMES[155]是模塊化商業仿真框架，支持開發與運行實況-虛擬-構造（LVC）仿真，具備實時可視化、場景管理與作戰分析（OA）功能，適用于任務規劃與作戰模擬[38]。盡管靈活性高，但其商業許可可能限制可訪問性，且復雜架構對快速原型開發或資源受限研究構成挑戰。

F. FLSC：瑞典空軍戰斗模擬中心

瑞典國防研究局開發的FLSC整合LVC仿真分析空戰場景，用于飛行員訓練、任務規劃、決策支持研究及人機協作評估[130][131]。其功能特性可增強聯合作戰中的態勢感知（SA）與決策能力。FLSC由瑞典國防研究院（FOI）運營，訪問受限，但國防項目研究者可通過合作渠道申請使用。

G. JSBSim

JSBSim[156]是開源飛行動力學模型，廣泛應用于需高精度航空器仿真的強化學習BVR研究，支持決策制定、機動優化與作戰接戰等任務[3][6][58][60][138][143]。常與Unity（IAGSim）及定制環境集成，構建計算高效的動態場景自主決策仿真。

H. MATLAB與Simulink

MATLAB[157]與Simulink[158]廣泛用于仿真、控制理論與優化研究。MATLAB數學能力支撐決策與作戰研究[1][50][51][69][75][78][80][90][91][102][109][120][121][141][146][150]；Simulink通過圖形化動態系統建模工具擴展功能，適用于控制策略開發。

I. Python與R

Python是開發仿真環境與機器學習（ML）模型的核心工具，借助TensorFlow[159]、PyTorch[160]等庫支持任務規劃、強化學習實施與優化[71][85][100][136]，其靈活性賦能快速原型開發及跨平臺集成研究。R語言偶爾用于空戰數據分析與仿真相關統計建模[140]。

J. 其他工具

以下工具亦支持超視距（BVR）空戰研究：

ACE-2：定制化仿真器，用于測試空戰機動中的遺傳優化技術[49]。
ACEM：實況-虛擬-構造（LVC）仿真環境，用于空戰中人類表現分析[46]。
FTD (F/A-18C)：F/A-18C飛行訓練設備，用于高保真模擬飛行員行為、協同與訓練場景[127][129][133]。
IAGSim (Unity + JSBSim)：結合JSBSim飛行動力學與Unity實時渲染的定制仿真器，專為自主空戰研究設計[2]。
MACE[161]：現代空戰環境（MACE），可擴展分布式仿真平臺，用于作戰分析（OA）與戰術空戰場景測試[115]。
NLR四機編隊模擬器：荷蘭航空航天中心（NLR）開發的仿真器，用于多機對抗中的飛行員訓練與人機交互研究[128]。
STAGE：快速生成空戰場景的框架，適用于人工智能（AI）與強化學習（RL）訓練[10]。
Super Decisions：集成層次分析法（AHP）與網絡分析法（ANP）的決策支持軟件，用于空戰威脅排序與任務規劃[134]。
UnBBayes-MEBN：基于多實體貝葉斯網絡（MEBN）的概率推理框架，應用于不確定條件下的態勢感知與決策[132]。
WESS：自適應戰術決策仿真工具，用于動態作戰行為建模[50][51]。
Wukong：強化學習（RL）驅動的多智能體戰術決策平臺，專為BVR場景設計[57][106][107]。
X-Plane[162]：高保真商業飛行模擬器，用于自主行為驗證與作戰規劃[48]。

K. 工具總覽

表2匯總了核心工具、主要應用場景、功能特性、編程語言及互操作能力。該表涵蓋本文分析的120項研究中的116項，其余4項為未使用具體工具的綜述類研究。各列信息如下：
? 仿真工具：工具或框架名稱

? 核心功能：與BVR空戰研究相關的主要特性

? 編程語言：開發或定制化使用的主要語言/平臺

? 互操作性：支持標準仿真協議（如HLA、DIS）、定制接口或無相關信息

? 引用文獻：使用該工具的研究編號

開放挑戰與未來趨勢

盡管強化學習（RL）等先進技術在空戰決策領域取得顯著進展，仍存在諸多開放挑戰，為未來研究提供機遇。

• 場景復雜性
   當前方法（如NFSP RL與DQR驅動的DRL）多基于簡化的一對一對抗驗證[54][84]。需將其擴展至反映真實空戰復雜性的多智能體環境。基于DDPG的集群策略與H3E分層方法等框架為應對此挑戰指明方向[2][108]。此外，目標分配（TA）、探測與制導研究多假設雷達、戰機及通信節點同質化[118][144][148][149][163][164][165]，未來需探索異質化模型以更精準刻畫現實系統復雜性。

• 全觀測假設局限
   MCTS、PPO與CSVM等方法常假設環境全觀測，忽略雷達目標搜索等關鍵要素[1][88][166]。BVR場景中KAERS等技術通過處理部分可觀測性提升模型魯棒性與實戰適用性，具備借鑒價值[57]。

• 計算強度制約
   MCTS等方法雖有效但計算耗時[88]，需優化連續動作空間處理并提升計算效率以適配實時應用。基于TD3算法優化導彈攻防決策的近期研究展現進展[86]。

• 初始條件敏感性
   課程學習與IQN方法在不利初始配置下表現欠佳[59][167]。基于GP的演化行為樹（BT）等自適應學習率與魯棒課程設計可緩解敏感性并增強泛化能力[49]。

• 可擴展性與實時適應性
   多智能體方法（如MAPPO）與分層框架（如H3E）在動態大規模環境中面臨可擴展性挑戰[2][105]。需開發高效方法應對協同場景，如目標分配研究所示[96][146]。

• 不確定性整合不足
   博弈論、貝葉斯網絡（BN）與監督學習（SL）等方法多假設確定性環境[1][76]，融入隨機要素與不確定性可提升模型對復雜空戰的現實刻畫能力。

• 多樣化場景驗證缺失
   SAE網絡戰術認知模型與DRL集群模型多在靜態環境驗證[108][141]，需擴展至動態高維場景（如實時決策與多變作戰條件）。基于ANN與粒計算的協同空戰研究為此提供范例[61][151]。

• 跨學科融合需求
   強化學習（RL）、深度學習（DL）與控制理論結合可顯著增強BVR決策模型。分層RL與行為樹（BT）等技術為協調高層戰術與底層機動提供可擴展框架[48][61]，此類方法有望催生更魯棒、可解釋的模型。

• 訓練效率優化
   遺傳規劃（GP）雖在策略優化中潛力顯著，但低維問題處理與計算開銷仍存挑戰。課程式RL與敵方意圖識別技術可提升學習效率與決策能力[54]。

• 實戰化應用瓶頸
   先進方法需通過高保真仿真驗證實戰適用性。與軍事及航空機構合作可彌合研究與部署鴻溝，集群策略與協同無人作戰飛行器（UCAV）研究已體現仿真驗證價值[105][108]。

• 仿真工具未來趨勢
  隨著BVR場景復雜度攀升，仿真工具需沿以下方向演進：
   ? 高保真多智能體仿真：在AFSIM、ASA、DCS World與FLSC等平臺支持大規模集群協同與實時高保真仿真。

? 增強互操作性：通過HLA與DIS標準實現有人機、無人機及導彈等異構系統仿真集成。

? AI/ML深度整合：嵌入自適應智能體實現實時任務規劃與決策[105]。

? 計算效能提升：優化仿真架構以應對復雜度增長，支撐實時動態適配。

突破上述挑戰將推動開發復雜、可擴展且自適應的BVR決策模型，為高動態對抗空戰環境中的自主系統奠定基礎。

由于全球定位系統在室內容易受到干擾和失去覆蓋范圍，因此在全球定位系統缺失的環境中進行可靠導航仍然是自主無人系統面臨的一項挑戰。本研究通過將卷積神經網絡（CNN）與視覺傳感器集成，研究如何在不依賴 GPS 的情況下實現實時姿態估計，從而解決無人地面車輛（UGV）面臨的這一挑戰。針對位置和航向估算實施了雙 CNN 架構，并在具有相應姿態的大量圖像數據集上進行了訓練。通過與改進的勢場算法集成，實現了周期性漂移估計和校正。其中一個主要貢獻是用于漂移校正的世界表示調整方法，該方法可根據 CNN 估計值動態調整航點位置。利用這種方法，在受控環境中實現了連續多圈的成功導航，大大提高了沒有漂移校正的基線性能。這項研究的結果表明，通過這種方法可以大大降低自主導航系統對全球定位系統的依賴性，從而有可能提高無人系統對電子戰戰術的應變能力，使其能夠在有爭議的環境中持續運行。

美海軍部（DON）無人作戰框架強調了海軍部 “投資于先進自主和無人系統 ”的承諾。隨著這些技術的進步和實施，無人系統對可靠定位能力的依賴程度也在增加。然而，在干擾和欺騙等電子攻擊成為普遍威脅的有爭議環境中，期望全球定位系統（GPS）成為可靠的定位手段變得不那么可行。此外，在室內環境或衛星能見度有限的區域工作時，GPS 的可靠性也會降低。隨著無人駕駛系統的使用日益增多，在 GPS 無法使用或不可靠的情況下，有必要提供替代解決方案。

隨著無人駕駛系統的分布越來越廣，相互連接越來越緊密，GPS 拒絕或欺騙所造成的脆弱性也隨之加劇。定位中的單點故障會產生連鎖效應，降低整個系統的能力并增加風險。因此，為自主輪式無人飛行器探索可靠、精確的導航技術至關重要，這種技術可在 GPS 信號被屏蔽的環境中有效運行，確保無人駕駛行動在有爭議的復雜場景中繼續取得成功。

這項研究旨在為在室內環境或 GPS 信號不可靠或不可用的地區運行的無人潛航器開發一種穩健的導航解決方案。該方法將利用兩個主要來源的數據：車輪編碼器和視覺傳感器。車輪編碼器數據將使用死算模型進行處理，而 CNN 將用于分析視覺傳感器數據。通過將這些技術相結合，該系統將實現無需 GPS 的同步自主導航。這種方法的一個關鍵方面是實時激活 CNN，CNN 可以解釋環境的獨特特征，并相應地引導 UGV。

這項研究的范圍包括利用深度學習技術為 UGV 開發無 GPS 定位和導航解決方案。將通過 P3-DX Pioneer 機器人系統在室內實驗室環境中使用模擬 UGV 進行廣泛的驗證和測試。不過，某些領域被認為不屬于本研究的范圍。其中包括路徑規劃算法的開發，因為車輛將使用現有的反應式自主方法。此外，除視覺數據外，也不會考慮探索其他傳感器模式。研究重點將不是在有移動障礙物的高動態環境中進行導航。預計面臨的主要技術挑戰是優化計算時間以實現實時性能、減少長時間漂移以及在激烈機動過程中保持定位精度。在項目限制條件下，將盡可能利用和調整現有技術和算法，以最大限度地提高魯棒性。

本論文共分五章，每一章都側重于研究的一個特定方面。第 2 章：“背景 ”通過介紹和解釋與論文工作相關的基本概念，為研究奠定了基礎。本章包括對該領域現有文獻的全面回顧，重點介紹了當前的技術，并指出了本研究要解決的差距。

第 3 章：“方法與實驗設計 ”介紹了論文工作中采用的方法和手段。它詳細描述了實驗中使用的硬件組件和實施的具體算法。本章還討論了實驗設置、數據收集過程以及用于評估所提解決方案性能的評價指標。

第 4 章：“結果與分析 ”主要評估本研究中開發的 CNN 的性能。本章介紹了獲得的實驗結果，并對結果進行了深入分析。本章還包括圖表等可視化內容，以支持對結果的解釋。本章討論了所提方法的優勢和局限性，并將結果與文獻中的現有方法進行了比較。

第 5 章：“結論與未來工作 ”總結了論文研究的主要發現和貢獻。本章強調了這項工作的意義及其對自主導航和定位領域的潛在影響。此外，本章還確定了未來的研究領域，并為進一步改進和擴展所提出的方法提供了建議。

最后，為簡潔起見，“UGV ”和 “機器人 ”這兩個術語在本論文中交替使用。

圖 3.8. 增強型數據存儲過程的可視化表示，這是 CNN 訓練的準備階段。這既減少了圖像所需的存儲空間，又為 CNN 訓練過程保持了適當的預期輸出響應。

本文探討了機器學習在自主無人戰斗飛行器（AUCAV）控制中的應用。特別是，本研究將深度強化學習方法應用于防御性空戰場景，在該場景中，AUCAV 機群保護軍事高價值資產 (HVA)，該資產要么是靜止的（如在空軍基地防御場景中），要么是快速移動的（如在涉及護送貨運飛機或指揮控制飛機的場景中）。通過采用馬爾可夫決策過程、近似動態規劃算法和用于價值函數近似的深度神經網絡，一系列空戰管理場景、原始模擬環境和一系列設計的計算實驗為高質量決策策略的近似提供了支持。三項連續的研究探索了新型模型和相應的方法論，以提高數學模型的準確性，提高計算效率，或更準確地評估復雜問題的解決方案質量，在這些問題中，最優解決方案的計算難以實現。對政策有效性和特定政策行為的深入分析為戰術、技術和程序的完善提供了信息，并使能力評估更加準確和量化，從而為所有相關系統的需求開發和采購計劃提供支持。

圖 1. 假想的 GABMP 場景，描繪了穿越敵對領土的固定 HVA 任務路徑

第二章至第四章由三項連續研究組成，將防御性空戰管理數學模型作為一個連續決策問題加以制定和擴展。每一章都探討了一種新穎的方法論，以提高數學模型的準確性，提高數據效率，或更準確地評估復雜問題的解決方案質量，因為在復雜問題中，最優解決方案的計算難以進行。

第二章介紹了廣義空戰管理問題（GABMP）。由 AUCAV 組成的艦隊護送 HVA 穿過敵方領土，而敵方的攻擊模式會根據友軍和敵軍的相對位置在來源和強度上發生變化。鑒于大多數現實問題并不存在于靜態環境中，針對非靜態問題的強化學習是一個廣泛研究的課題。要解決這些問題，需要在特征工程方面投入大量精力，為學習算法提供足夠有用的狀態空間信息，以揭示復雜的系統動態。本章提出了上下文分解馬爾可夫決策過程（CDMDP），它是靜態子問題的集合，旨在利用值函數的線性組合來逼近非靜態問題的動態。一組設計好的計算實驗證明了 CDMDP 方法的有效性，表明復雜的非穩態學習問題可以通過一小組靜態子問題得到有效的近似，而且 CDMDP 解決方案與基線方法相比，無需額外的特征工程就能顯著提高解決方案的質量。如果研究人員懷疑復雜且持續變化的環境可以用少量靜態上下文來近似，那么 CDMDP 框架可能會節省大量計算資源，并產生更易于可視化和實施的決策策略。

第三章為強化學習問題中的經驗重放記憶緩沖區介紹了一種新穎的基于相似性的接納控制方法。通過只用足夠不相似的經驗更新緩沖區，可以提高學習算法的效率和速度，尤其是在連續狀態空間的情況下。該方法采用了廣義空戰管理問題的擴展版本，納入了導航航點和基于軌跡的殺傷概率模型，以增強真實感。此外，還設計了一系列計算實驗，研究基于神經網絡的近似策略迭代算法的結構。對比分析表明，使用包含前 50% 最獨特經驗的內存緩沖區，學習算法收斂到穩健決策策略的速度比單獨使用優先級經驗回放快 10%。這些發現凸顯了所提出的方法在復雜、連續的狀態空間中提高強化學習效率的潛力。

第四章研究了信息松弛技術在 GABMP 進一步擴展版本中用于近似求解質量上限的應用。信息松弛指的是放寬順序決策問題中的非預期性約束，這些約束要求決策者僅根據當前可用的信息采取行動。信息松弛采用了時間事件視野，為決策者提供了對問題環境中未來隨機不確定性結果的可調整訪問。以往的研究都是針對在確定性松弛條件下更容易求解的問題進行信息松弛研究，而本方法論則將該方法應用于連續空間中的連續時間問題，即使在確定性條件下也需要求解近似技術。對事件視界和其他問題特征進行多維敏感性分析，有助于量化戰術改變或能力修改對決策政策有效性的潛在改進。這種量化方法應用于現實世界的能力差距評估，客觀地增強了傳統的主觀分析，從而為決策提供指導，并為采購計劃制定更有效的要求。第五章總結了前述各項研究的結果。

此外，第五章還指出了每項研究的假設和局限性，并提出了未來研究的可能途徑。

利用神經網絡進行近似策略迭代

圖 12. 描繪航點和攔截軌跡的 GABMP 假設場景

美海軍陸戰隊缺乏準確訓練部隊在對抗性電磁頻譜（EMS）內作戰的基礎設施。本文通過開發和原型設計一種工具來解決這一問題，該工具可實時捕獲實時頻譜數據并將其集成到建設性模擬中，從而在訓練期間提供逼真的反饋。研究重點是利用實時、虛擬和建設性環境原則、開源軟件、軟件定義無線電、商用硬件和 Battlespace Simulations公司的現代空戰環境模擬創建一個原型系統。在分布式仿真工程和執行過程框架前三個步驟的指導下，本文詳細介紹了開發原型的系統方法。該原型通過軟件定義無線電捕捉實戰單元特征并將其集成到電子戰（EW）模擬中，從而創建了一個逼真的訓練環境。這種創新方法解決了重大的訓練難題，增強了訓練效果，使海軍陸戰隊能夠在模擬 EW 場景中進行有效訓練。研究的一個關鍵方面是驗證原型是否能夠利用實時 EMS 數據激發建設性的 EW 場景。這項研究為提高 EMS 訓練能力提供了一個基礎性解決方案，使部隊為未來以 EMS 為主導的沖突做好更充分的準備。

第一章概述了整篇論文的結構化信息流，詳細介紹了各章如何應對核心挑戰，以及在有爭議的 EMSE 中加強小單元訓練的解決方案。論文的編排旨在提供一個全面的理解，從背景開始，以基礎概念奠定基礎，通過概念模型的開發，詳細介紹最小可行產品（MVP）、訓練頻譜捕獲工具（TSCT）的創建，最后總結研究結果和未來工作建議。

第二章--背景。本章討論了 EMS 所面臨的挑戰和復雜性。它解釋了 EMS、EMSO、EW 以及小單元目前在有爭議的 EMS 中面臨的威脅。這些基礎性信息為后續章節奠定了基礎，探討了創建真實訓練場的主要障礙，這些訓練場可以復制未來有爭議的 EMS 環境。本章強調了小型單元了解并在有爭議的 EMS 環境中行動的關鍵需求，強調了開發訓練場以提高其在未來沖突中的殺傷力和生存能力的重要性。

第三章--通過 DSEEP 建立概念模型。本章圍繞 “分布式仿真工程與執行過程”（DSEEP）的前三個步驟，記錄了利用電子戰仿真和頻譜捕獲開發訓練場工具的過程。第 1 步-確定仿真環境目標包括論文的初步規劃，概述 EW 訓練中需要通過仿真解決的問題。第 2 步-進行概念分析，包括詳細設計和制定所需的仿真環境和工具要求，以支持目標的實現。步驟 3-設計仿真環境，重點是詳細規劃仿真系統和集成仿真環境。這種系統化的方法可確保訓練場的開發過程徹底有效。

第四章-訓練頻譜捕獲工具。本章詳細介紹了 “訓練頻譜捕獲工具 ”的流程和設計。它概述了利用模擬和實時注入這些模擬的方法，為準確構建逼真的實時 EW 場景奠定了基礎。通過將 TSCT 與 EW 模擬集成，本章展示了如何捕獲實時頻譜數據并用于激發建設性 EW 模擬。

第五章--結論與未來工作。本章對論文進行了總結，包括主要發現和應用經驗教訓的建議。它強調了 TSCT 在訓練場景中的潛在應用，并概述了對未來研究工作的建議。本章強調了繼續開發和測試的重要性，以完善 TSCT 并提高其在小分隊訓練中的實用性，確保海軍陸戰隊能夠更好地應對在有爭議的 EMS 中作戰的挑戰。

本文研究在海軍陸戰隊航空兵中實施決策中心戰（DCW）原則，以加強高風險環境中的決策過程。論文探討了先進自動化系統和人工智能在支持指揮、控制和通信方面的集成，這對于在排放控制、拒絕或降級場景下開展行動至關重要。研究強調了人機協作的作用，以及人工智能系統中因果邏輯的關鍵應用，以提高決策的透明度和有效性。通過對反映當前和未來作戰能力的小故事進行詳細分析，該研究確定了通過利用技術加快和加強作戰計劃和執行來保持對對手的決策優勢的關鍵戰略。這項工作有助于實現更廣泛的軍事目標，即在動態和對抗性的作戰環境中取得決策優勢，與 “兵力設計2030 ”和 “遠征先進基地作戰”的目標保持一致。

本文分為五個部分：引言、文獻綜述、方法論、分析和結論。文獻綜述將提供海軍陸戰隊作戰概念、海軍陸戰隊航空、決策、數據基礎、決策中心戰、數據到情報的轉變、人工智能和人機協同等主題的背景信息。文獻綜述還為分析提供了必要信息，并為決策研究提供了背景。方法論部分將介紹如何使用小故事來分析 EABO 計劃和執行航空行動背景下的航空計劃流程和決策。分析部分使用兩個小故事，通過現代軍事行動的視角來評估決策的有效性，并將決策方法與未來的 DCAO 想法進行比較。結論部分提出了近期改進建議以及后續研究機會。

本文旨在分析人工智能（AI）在遠征先進基地作戰（EABO）中的應用，重點是作戰和后勤行動。使用 Atlatl 作為模擬引擎，在模擬待命部隊在兩棲環境中分布式作戰所面臨挑戰的場景中測試了多個智能體。測試了每種人工智能在軍事行動臨界值以下開展維持行動的能力，以及在越過臨界值時抵御兩棲攻擊的能力。就腳本智能體而言，事實證明，根據聯合作戰方法對行為進行調整可創造出生存能力更強的人工智能，同時保持其殺傷力水平。就建立在神經網絡基礎上的智能體而言，由于問題的規模和范圍，其性能受到了限制，可能需要進行更多的研究才能顯示出顯著的效果。這項研究是繼續開發 EABO 概念的探索工具，可為繼續完善操作概念提供反饋。

本文屬于建模、虛擬環境和模擬領域。具體來說，它分析了在作戰模型和模擬中使用人工智能（AI）來評估未來潛在沖突場景中的作戰概念。戰爭游戲和模擬為行動的發展提供了寶貴的反饋，檢驗了我們對特定場景下所面臨的環境和挑戰的理解。2019 年，美國（U.S. ）海軍陸戰隊（USMC）發布了新的指南--指揮官規劃指南，將重點轉向圍繞中國在南太平洋帶來的挑戰而開展的防御工作，從而提出了遠征先進基地行動（EABO）的概念（Berger，2019 年）。隨著重點的轉移，有了一個新的機會，可以對我們的概念和想法進行兵棋推演，評估那些能提供最廣闊成功之路的概念和想法。

在軍事領域，兵棋推演的目的是對想法進行分析，找出行動方案的優缺點，進一步完善最終方案。通過在 EABO 兵棋中引入人工智能，可以對概念進行更深入的分析，從而在行動發展過程中獲得更精細的反饋。一旦捕捉到這些數據，對其進行研究就能進一步促進對 EABO 的探索，檢驗我們對過去和未來軍事模擬在同一領域的判斷，并提供信息，幫助圍繞 EABO 和其他目標行動繼續開發人工智能能力。具體來說，通過了解現有人工智能體在場景驅動模擬中的行為，我們可以評估和推斷人工智能可能如何應對更廣泛的模擬（圍繞一個主題場景提出類似的挑戰），以及如何改進人工智能以更好地在其中使用。

本論文利用強化學習（RL）來解決空戰機動模擬中的動態對抗博弈問題。空戰機動模擬是運籌學領域常見的一種順序決策問題，傳統上依賴于智能體編程方法，需要將大量領域知識手動編碼到模擬環境中。這些方法適用于確定現有戰術在不同模擬場景中的有效性。然而，為了最大限度地發揮新技術（如自動駕駛飛機）的優勢，需要發現新的戰術。作為解決連續決策問題的成熟技術，RL 有可能發現這些新戰術。

本論文探討了四種 RL 方法--表式、深度、離散到深度和多目標--作為在空戰機動模擬中發現新行為的機制。它實現并測試了每種方法的幾種方法，并從學習時間、基準和比較性能以及實現復雜性等方面對這些方法進行了比較。除了評估現有方法對空戰機動這一特定任務的實用性外，本論文還提出并研究了兩種新型方法，即離散到深度監督策略學習（D2D-SPL）和離散到深度監督 Q 值學習（D2D-SQL），這兩種方法可以更廣泛地應用。D2D-SPL 和 D2D-SQL 以更接近表格方法的成本提供了深度 RL 的通用性。

貢獻

本文有助于以下研究領域：

• 設計獎勵信號以推動空戰機動領域的學習，以及確定最有效信號的相應評估。
• 第 6 章中介紹的結合 RL 和監督學習的新方法，可加速深度 RL 并超越基準算法。考慮到 RL 的訓練是一項非常昂貴和資源密集型的操作，這些縮短學習時間的新方法是本論文最重要的貢獻。
• 優于單目標智能體的多目標 RL 智能體，在第 7 章中介紹。這是一個非常重要的貢獻，因為它證明了多目標 RL 這一相對較新的發明可以在不增加學習時間的情況下超越單目標 RL 的性能。
• 用于訓練和測試單目標和多目標 RL 智能體的開源框架。

本文通過機器學習方法提出了一種雷達任務選擇的主動方法，并將其設計在雷達調度流程之前，以提高雷達資源管理過程中的性能和效率。該方法由兩個過程組成：任務選擇過程和任務調度過程，其中任務選擇過程利用強化學習能力來探索和確定每個雷達任務的隱藏重要性。在雷達任務不堪重負的情況下（即雷達調度器超負荷工作），將主動選擇重要性較高的任務，直到任務執行的時間窗口被占滿，剩余的任務將被放棄。這樣就能保證保留潛在的最重要任務，從而有效減少后續調度過程中的總時間消耗，同時使任務調度的全局成本最小化。本文對所提出的方法進行了數值評估，并將任務丟棄率和調度成本分別與單獨使用最早開始時間（EST）、最早截止時間（ED）和隨機偏移開始時間EST（RSST-EST）調度算法進行了比較。結果表明，與EST、ED和RSST-EST相比，本科學報告中提出的方法分別將任務丟棄率降低了7.9%、6.9%和4.2%，還將調度成本降低了7.8倍（EST為7.8倍）、7.5倍（ED為7.5倍）和2.6倍（RSST-EST為2.6倍）。使用我們的計算環境，即使在超負荷的情況下，擬議方法所消耗的時間也小于 25 毫秒。因此，它被認為是提高雷達資源管理性能的一種高效實用的解決方案。

雷達資源管理（RRM）對于優化作為飛機、艦船和陸地平臺主要傳感器的現代相控陣雷達的性能至關重要。報告》討論了雷達資源管理，包括任務選擇和任務調度。該課題對國防科技（S&T）非常重要，因為它與現代相控陣雷達的大多數應用相關。它對當前的海軍雷達項目尤為重要，該項目探索了雷達波束控制的人工智能（AI）/機器學習（ML）方法。所提出的算法有可能升級未來的艦船雷達，從而做出更好的決策并提高性能。