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盡管最近在美國防部參謀培訓和兵棋推演模擬中對后勤因素的表現有所進步,但后勤信息系統(IS)的表現仍然不足。許多指揮與控制(C2)系統可通過通用協議(如 OTH-Gold)與仿真集成,但許多后勤信息系統與仿真-信息系統(sim-IS)的集成則需要人力密集的 "人在回路"(HitL)過程。在已實現自動仿真-IS 集成的地方,通常無法仿真重要的社會技術系統(STS)動態,如信息延遲和人為錯誤,從而使決策者無法真實地了解物流 C2 的能力。本研究試圖通過開發和驗證一種通過機器人流程自動化(RPA)進行模擬-信息系統信息交換的新方法,克服傳統模擬-信息系統互操作性方法的局限性。RPA 軟件通過 IS 現有的圖形用戶界面支持 IS 信息交換的自動化。這種 "由外而內 "的 IS 集成方法減少了為自動信息交換而對 IS(或模擬)進行工程更改的需要。除了驗證基于 RPA 的模擬-IS 集成方法的潛力外,本研究還提出了分布式模擬工程和執行過程(DSEEP)覆蓋的建議,以指導模擬-IS 環境的工程設計和執行。

在現代工作場所和戰場上,日益強大的信息系統和相關業務流程的激增,需要有能夠體現信息系統(IS)和相關社會技術系統(STS)動態的人員培訓環境。需要這樣的環境來鍛煉組織流程和信息系統,并培養人員的能力。盡管在仿真支持的人員培訓環境中,一些指揮與控制(C2)系統的表現形式取得了進步,但在表現包括許多后勤信息系統在內的 "人在回路"(HitL)信息系統以及影響這些信息系統如何在作戰環境中填充的 STS 動態方面,仍然存在局限性。現有的模擬和 C2 系統集成手段不足以支持自動模擬信息系統(sim-IS)的信息交換和 STS 動態模擬。

這項研究探索了機器人流程自動化(RPA)如何促進模擬信息系統信息交換和 STS 動態模擬自動化的新方法。研究采用了設計科學研究(DSR)方法,以確定基于 RPA 的模擬-IS 信息交換方法能否支持自動化模擬-IS 信息交換和 STS 動態模擬,以及如何設計和開發這種基于 RPA 的模擬-IS 環境。這些研究問題是通過開發和驗證兩個 DSR 工件來解決的:一個是基于 RPA 的模擬-IS 信息交換架構原型形式的實例化工件,另一個是分布式仿真工程和執行過程(DSEEP)(IEEE Std 1730,2011 年)模擬-IS 環境覆蓋建議形式的方法工件。從 DSR 的意義上講,實例化工件已通過驗證,能夠支持自動模擬-IS 信息交換和指定 STS 動態模擬。模擬的 STS 動態包括時間動態(信息延遲和及時性變化)和信息內容退化(準確性、精確性和完整性變化)。這是通過建模與仿真(M&S)驗證和確認過程實現的,包括在實驗室和現場環境中對實例化工件進行定量和定性分析。

通過在受控實驗室環境中的兩個模擬-IS 環境中對原型的性能進行定量分析,對基于 RPA 的模擬-IS 架構支持自動模擬-IS 信息交換和特定 STS 動態模擬的能力進行了驗證。在一個模擬-IS 環境中,海軍陸戰隊空地特遣部隊(MAGTF)戰術戰爭模擬(MTWS)與海軍陸戰隊通用后勤指揮與控制系統(CLC2S)集成在一起。在另一個模擬-IS 環境中,實體級建設性模擬--聯合沖突與戰術模擬(JCATS)與 CLC2S 集成。在這兩個模擬-信息系統環境中,都使用了圖 1 所示的基于 RPA 的模擬-信息系統信息交換架構,將建構模擬和 HitL 后勤信息系統集成在一起。

圖 1. 基于 RPA 的模擬信息系統信息交換架構

對原型架構在兩種模擬-IS 環境中的性能進行定量分析的結果表明,基于 RPA 的模擬-IS 信息交換方法可支持自動模擬-IS 信息交換和 STS 動態模擬。在時間動態模擬方面,發現及時性和延遲分布的模擬與目標分布充分吻合,每個場景的奇平方擬合度檢驗值都超過了 0.95 臨界值。對信息內容退化的模擬觀察具有實際意義,但不具有統計意義。雖然該架構為模擬信息系統信息交換提供了足夠的準確性和精確性,但確定基于 RPA 的模擬信息系統信息交換的及時性需要考慮所支持的特定模擬信息系統環境。在設計和開發基于 RPA 的模擬-IS 環境時,開發了解決這一問題的技術,并在模擬-IS 環境的 DSEEP 重疊建議中得到了解決。

定量分析的結果是必要的,但不足以支持對基于 RPA 的模擬-IS 架構的驗證。在實地環境中為領域主題專家 (SME) 進行了架構演示,以支持對該工具在支持其預期用途方面的實用性進行定性驗證。演示和隨后的中小型企業訪談結果表明,擬議的基于 RPA 的架構將支持在促進員工培訓的模擬信息系統環境中的預期用途。這包括支持在人員培訓環境中表現更多的 HitL 信息系統的潛力,以及模擬 STS 動態的潛力,否則人力或成本將無法表現。

為 DSEEP 開發的方法工件--模擬-信息系統疊加建議,旨在促進模擬-信息系統環境的設計和開發,這些環境代表了目標集成業務流程和相關 STS 動態,包括使用基于 RPA 的模擬-信息系統信息交換方法。雖然 DSEEP 為分布式仿真環境的工程設計和執行提供了指導,但它并沒有為支持仿真-IS 環境提供必要的指導。本研究針對 DSEEP 重疊中需要解決的問題提出了 43 項具體建議,以指導模擬-IS 環境的工程設計和執行,重點是支持基于 RPA 的模擬-IS 信息交換。這些建議是在設計、開發和驗證基于 RPA 的模擬-IS 架構的同時提出的。提供的許多建議與設計、開發和測試基于 RPA 的模擬信息系統架構原型過程中發現的障礙以及為克服這些障礙而開發的工具和技術直接相關。

除了展示和驗證一種基于 RPA 的新方法,用于 Sim-IS 信息交換和工作人員培訓的 STS 動態模擬之外,這項研究還為設計支持其他領域的模擬-IS 環境提供了新的機遇。基于 RPA 的模擬-信息系統信息交換方法所帶來的低成本、模塊化模擬-信息系統環境,可以支持一種新的兵棋推演環境,增強對現實世界中的 HitL 信息系統以及填充這些系統的綜合業務流程的表現力。它還可以為集成業務流程本身的持續共同發展提供一個靈活的環境。本研究為探索和開發基于 RPA 的模擬信息系統信息交換方法邁出了第一步,該方法可支持在模擬支持環境中增強 HitL 信息系統的代表性,以支持人員培訓和其他重要問題空間。

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人工智能在軍事中可用于多項任務,例如目標識別、大數據處理、作戰系統、網絡安全、后勤運輸、戰爭醫療、威脅和安全監測以及戰斗模擬和訓練。

模擬作戰需要了解友軍和敵軍在既定友軍目標和可信敵軍目標方面的進展情況。在美國防部(DoD),這些目標的結構是分層的,從國家戰略層面一直到戰術層面。軍事評估旨在回答兩個主要問題: 1)是否創造了所期望的效果?對模擬作戰評估方法的研究很少。一些主要的評估應用領域是教育和游戲,它們為模擬軍事作戰評估提供了有益的借鑒。本研究從美國防部政策和這些領域的研究中總結出模擬作戰評估方法的幾個理想特征。在根據這些特征建立價值層次結構之后,本論文提供并評估了幾種可用于模擬作戰的候選方法--貝葉斯企業分析模型(BEAM)中現有的 "戰斗力與戰斗脆弱性 "方法、貝葉斯網絡、價值思維和線性規劃。每種替代方案的評估都是通過其在小型作戰模擬中的應用來進行的。然后,從 "價值思維 "和 "線性規劃 "中創造出一種替代方案,其評估結果優于其他四種方案。論文最后對線性規劃進行了總結,并提出了未來研究的想法。

與真實戰爭類似,作戰模擬需要了解友軍和敵軍的進展情況。這種知識將潛在的模擬停止條件擴展到時間之外,并允許分析與時間、資金和資產態勢相關的進展情況。雖然記錄資產的損毀和消耗品的使用情況可能會提供有價值的分析結果,但指揮官通常更關心的是一個更廣泛的問題,即這一場景是贏了還是輸了?要回答這個問題,模擬必須包含一定的勝負定義。要做到這一點,最簡單的辦法就是完成既定目標。戰斗模擬必須能夠評估作戰環境,并報告實現或未實現這些目標的進展情況。從具體的目標(如摧毀敵方所有港口)到較為抽象的目標(如實現海軍優勢),模擬中的單一作戰評估方法應具有足夠的通用性,以便在面對多種不同的勝負定義時,為勝負問題提供答案。本論文提供了這樣一種方法,可用于模擬戰爭的戰役級戰斗評估。

評估的一個直接定義是 "使用數據來證明既定目標和目的是否真正實現的過程"(1,第 554 頁)。在國防領域,美國參謀長聯席會議(JCS)將評估定義為 "在軍事行動中衡量運用聯合部隊能力的整體有效性的持續過程"(2)。一般來說,評估是一個用于持續或不斷反饋的詞,旨在改進一個過程。在更正式的場合,評估分為兩類:總結性評估和形成性評估。總結性評估,或有些人稱之為評價,是對表現進行事后審查。總結性評估的例子包括簡單的評分和與基準的比較,以及從過程產出中獲取比較結果的統計或其他分析方法。終結性評估的 "外部"(3,第 19 頁)特征自然會導致其結果的呈現是遙遠的和/或靜態的。終結性評估的一些例子包括年度人事審查和評估、學生考試和業務指標報告。相反,形成性評估關注的是持續的學習過程,目的是在特定過程中提供反饋(4)。在教育領域,形成性評估包括學生與評估者之間的合作,以 "積極創造[學生的]最佳表現"(5,第 242 頁)。形成性評估在本質上是互動的,它的目的是在一個過程結束之前提高學生的表現,利用數據(或經驗)為被評估方提供定制化的幫助。因此,形成性評估還可能包括進度跟蹤或報告。本論文重點關注戰役級模擬戰爭背景下的形成性評估方法。我們對 "如何在計算模擬中進行戰役級戰斗評估 "這一問題提出了建議。

模擬戰爭中的評估方法,尤其是用于軍事訓練或分析的模擬戰爭,應模仿實際決策者對戰爭努力的評估。在實際作戰環境中,軍事下屬和分析人員會準備一份評估報告,供指揮官了解態勢。指揮官利用評估結果為操縱作戰環境提供進一步指導。當我們在模擬作戰中模擬戰爭努力時,評估部分實際上應是下級/分析員評估與指揮官反饋相結合的模型。在第 3.1 節中,我們將這一概念納入了作戰模擬評估方法的價值層次中。此外,我們還提出了一個必要的特點,即評估方法應簡單易懂,便于向指揮官和其他決策者介紹。將評估結果歸納為不同類別(如勝利或失敗)對簡單交流非常有用,第 3.1 節將對此進行更詳細的討論。

作為聯合部隊行動的權威資料,美國聯合司令部的 "聯合出版物 3-0"(2)提供了模仿決策類型的見解。聯合司令部最關心的是 "行動評估",即 "衡量完成任務、創造條件或效果以及實現目標的進展情況 "的過程(2,第 II-9 頁)。聯合司令部聲稱,行動評估應 "從任務式指揮分析開始,由指揮員和參謀人員考慮衡量什么和如何衡量"(2,第 II-9 頁)。對于實戰中使用的計算模型而言,這一步將發生在模型運行之前,分析人員將在運行過程中設定初步目標和任何初始參數。此外,本定義中的 "目標 "是指指導行動方案的目標。目標可以是一個短語,如國防部的國家戰略目標,也可以是單項軍事任務的目標。無論如何,模擬戰爭評估方法中的目標決定了代理指揮官的注意力在哪里,以及他們建議的行動方向。

圖 1 提供了不同層次的戰爭與相應目標之間的嵌套關系。在軍事應用中,圖 1 中紫色箭頭所示的評估框架通常被稱為 "從戰略到任務 "框架(6;7;8)。在該框架中,目標之下是可評估的效果。效果 "是 "行動的結果、成果或后果"(2,第 GL-9 頁)。任務 "被視為軍事行動的最小單元,小到摧毀敵方資產,大到運送物資。有些任務本身就是目標,有些任務支持相應的目標,沒有中間影響。然而,如圖 1 所示,上級目標為下級目標提供依據,而下級目標又指導各級軍事行動。同時,評估是用于提供自下而上反饋的機制。在提供反饋時,評估應回答兩個關鍵問題: 1)"我們是否在[作戰環境]中創造了我們所期望的效果或條件?"和 2)"我們是否按標準完成了任務?(2,第 II-11 頁)。

這兩個核心評估問題的重點自然而然地將模擬戰爭的作戰評估引向形成性領域。盡管分析人員傳統上使用總結性評估方法對這些問題進行追溯性回答,但如果將形成性評估與回答這兩個關鍵問題的意圖結合起來,則可實現被動的模擬作戰環境。利用形成性評估方法,模擬環境(或指揮官)可收到與特定目標相關的作戰環境狀態的實時更新。與進行事后分析相比,形成性評估更接近于實時戰爭工作,即評估對友軍造成的戰損,以及任務匯報和關于敵方單元的情報報告。因此,本論文側重于形成性評估方法。

本論文的其余部分致力于將聯合司令部的作戰評估要求綜合為一個連貫的結構,以便在作戰建模模擬環境中有效部署評估方法。Gallagher 等人(9)利用分辨率定義了不同層次的作戰:系統/工程、交戰、任務、戰役、國防企業和整個政府。聯合司令部的條令規定,每個層次的戰斗分辨率都要分層評估。本論文并不試圖將評估范圍縮小到任何特定的交戰決議;相反,我們提出了一般結果,試圖盡可能廣泛地應用于國防部的各種應用。本研究的重點是回答兩個研究問題:

研究問題

  1. 程序化/計算機化模擬的作戰評估方法需要具備哪些特征?

  2. 如何在程序化戰爭模擬中進行戰斗評估?

下一章將通過其他主要應用領域介紹評估方法。根據第二章的經驗教訓和聯合司令部的評估指南,我們在第三章構建了一個價值層次。在第四章中,我們介紹了幾種可供選擇的評估方法,并在小型作戰模擬中對其機制進行了研究。然后,我們在第五章對這些替代評估方法在模擬戰爭中的應用進行評估。第五章最后提出了模擬作戰評估方法的建議。我們在第六章中提出了一些結束語和進一步研究的建議。

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美軍目前的條令基本摒棄了使用潛艇協同戰術(稱為 "狼群戰術"),原因是 "狼群 "之間和 "狼群 "內部的協調十分復雜。然而,最近的技術進步可能會大大提高在狼群中行動的潛艇之間進行安全通信的可行性。基于智能體的建模用于模擬潛艇在戰時環境下的海上行動。模擬了三種安全通信可用性:潛艇之間無通信、每 10 小時通信一次和持續安全通信。考慮了三種戰時環境:獵殺過境商船的潛艇、在中立航運環境中獵殺過境軍艦的潛艇,以及在中立航運環境中作為水面行動小組(SAG)獵殺過境軍艦的潛艇。效果以 "產量 "來衡量,即目標的平均殺傷數量與 "狼群 "中潛艇數量的函數關系。模擬結果表明,隨著戰時中立航運的增加,"狼群 "戰術的成功越來越依賴于潛艇的安全通信和態勢感知。

圖 1.1. 狼群攻擊階段

由于編隊間和編隊內協調的復雜性,目前的條令已基本摒棄了使用潛艇協同戰術(即所謂的狼群戰術)。最近,自主水下定位、通信和其他技術的進步提高了水下艦艇之間協同作戰的可行性。此類技術的興起要求圍繞更具生存力和殺傷力的水下能力重新思考當前的作戰條令。對這一主題的深思熟慮的探索已經開始,如 Cares 和 Cowden(2021 年)對分布式戰爭時代艦隊戰術的未來進行了仔細分析。重新審視 "狼群 "戰術將為海軍思想家提供價值,因為他們將繼續在未來自主無人系統日益增多的海戰環境中尋找最佳戰略。

仿真用于探索 "狼群 "戰術在七個不同場景中的有效性,這些場景既改變了戰時環境,也改變了潛艇獲得信息的頻率。對模擬輸出進行分析,以確定 "狼群 "戰術的成功率在潛艇與目標環境之間安全通信的不同限制條件下如何變化。考慮了三種安全通信的可用性:潛艇之間無通信、每 10 小時通信一次和持續可用通信。考慮了三種目標環境:獵殺過境商人的潛艇、在含有中立航運環境中獵殺過境軍艦的潛艇以及在含有中立航運環境中作為水面行動小組(SAG)獵殺過境軍艦的潛艇。潛艇被分配到不重疊的水域空間,每艘潛艇都不會離開其分配的水域空間,也不會試圖擊殺其水域空間外的目標。船只進入第一個水域空間,然后前往第二個水域空間,依此類推。潛艇靠近并將其水域內的船只分類為中立或目標。分類完成后,潛艇會殺死被列為目標的船只。潛艇在一個水域發射的武器不會影響其他水域的潛艇,也不會影響航運行為。效果用 "當量 "來衡量,"當量 "的定義是成功擊殺目標的平均數量與 "狼群 "中潛艇數量的函數關系。潛艇沒有后勤限制,沒有彈藥限制,敵方戰艦也不會試圖摧毀任何潛艇。

當潛艇進行通信時,它們會將完美的信息傳遞給艇外實體,而不會失去隱蔽性或被攔截的機會。只有當潛艇探測到目標,但無法在目標離開其水域之前對其實施攻擊時,潛艇才會與艇外實體通信。所傳遞的信息是潛艇無法起訴的目標的位置和未來路徑。只有下一個水域的潛艇才會收到來自艇外入口的信息;它會在確定的時間訪問這些信息。與中立航運有關的信息不會傳遞。因此,雖然存在通信的動機,但通信對平均擊斃目標數量的影響是有限的。在戰時環境下,目標與中性商船到達率之比非常小,通信可最大程度地提高 "狼群 "的性能,使潛艇能夠更好地采取行動,摧毀隱藏在大量中性航運交通中的水面行動小組。

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在訓練中,從演習文件中獲取背景信息可增強真實感。在真實世界行動中創建的文件必須為訓練演習而制作,這是一個耗時耗力的過程,產生的文件無法用于海軍陸戰隊的模擬演習。海軍陸戰隊正在制作 "實時、虛擬、建設性訓練環境"(LVC-TE),使分離的部隊能夠與模擬演習相結合。LVC-TE 包括演習設計工具,但不包括演習文件制作工具。本論文的重點是為直接空中支援中心(DASC)使用 FLAMES 自動仿真訓練器(FAST)進行的指揮與控制(C2)演習制作空中任務指令(ATO)。DASC 部隊無法獲得真實世界的 ATO 進行演習,這意味著 ATO 必須從檔案中提取或手工創建。存檔的 ATO 包括過時的飛機和彈藥,而手工輸入的 ATO 極易出錯。FAST 提供了上傳 ATO 的選項,如果文件正確,系統就會填充航空場景。本論文表明,可以設計和實施一種工具,以方便為任何空中 C2 演習創建 ATO 文件,FAST 可以正確攝取這些文件,從而加快場景生成。通過這一概念驗證,對擴展這一能力進行了初步調查,以簡化所有作戰功能的演習文件創建,并與 LVC-TE 的演習設計工具套件集成。

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海軍任務規劃器(NMP)是一種基于優化的作戰計劃工具,適用于設計海軍部署的各級決策者,從戰區級計劃到單個航母打擊群(CSG)或驅逐艦中隊(DESRON)。調度人員的任務過多,卻沒有足夠的艦艇來完成這些任務。該輔助決策系統采用多任務能力艦艇,在給定的規劃范圍內將其分配到任務中,目標是最大限度地提高完成任務的總價值,同時考慮到任務集的地理位置以及艦艇的能力和局限性。以前的版本使用獲得許可的商業軟件和求解器進行優化,并對可供選擇的艦艇部署進行有限的列舉。本論文的重點是通過使用開源軟件和求解器,使所有海軍人員都能使用海軍任務規劃器。此外,它還在優化過程中提供了持久性,允許調度人員在規劃期限內重新配置計劃,并將對之前公布的計劃的改動降到最低。我們還開發了兩種部署規劃方法,即隨機路徑枚舉和網絡流表述,這兩種方法都提高了海軍任務規劃器的任務完成水平。此外,我們還創建了一個 "兵力比護航"參數,允許非作戰艦艇在多艘具備防御能力的艦艇護航下通過危險區域。

執行總結

海軍任務規劃器(NMP)是一個基于優化的決策支持系統,適用于從海上聯合部隊作戰指揮官(JFMCC)作戰視角到驅逐艦中隊(DESRON)和航母打擊群(CSG)戰術視角的各級海軍規劃決策者。在考慮到多艘艦艇、它們的多種任務能力以及從一個地理區域轉運到另一個地理區域所需的時間之前,在整個規劃范圍內規劃任務已經是一項極具挑戰性的任務。我們還必須考慮到任何需要與支援任務同時完成的前提任務。確定后勤支持,預測在同一規劃范圍內何時何地艦船需要更多燃料和其他補給,也是一項挑戰。這對于 JFMCC 或海上行動中心 (MOC)、DESRON 或 CSG 來說,仍然是一個人工和耗時的過程。

NMP 接收用戶輸入的信息,包括任務、地理區域、可用艦船、綜合任務能力、按任務和艦船能力劃分的商品消耗率。NMP 將有能力的艦船分配到執行任務的地區,從而最大限度地提高完成任務的總價值。NMP 包括一個作戰后勤部隊(CLF)規劃要素,能夠跟蹤艦艇的物資水平,并就何時何地與客戶艦艇開展海上補給(RAS)活動提出建議。NMP 還提供護航和近距離護航選項,允許非戰斗艦艇由防御戰斗艦艇護航,可以是同一區域的一艘防御艦艇護航所有非戰斗艦艇(護航),也可以是同一區域的防御艦艇和非戰斗艦艇一對一護航(近距離護航)。

本研究探討了改進 NMP 的方法,即從未獲批準在海軍陸戰隊互聯網(NMCI)計算機、保密互聯網協議(SIPR)計算機或其他保密網絡上使用的昂貴的特許專有軟件轉向開源軟件。通過將 NMP 轉換為開源代數建模語言,我們消除了所有成本,而且該軟件已被批準或可被批準在安全計算機上使用。求解器也從特許優化軟件轉為開源混合整數編程求解器。

我們還將研究如何改進船舶在區域之間的轉運方式,并增加一種對之前公布的時間表影響最小的時間表變更方式。

NMP 以前計劃從一個區域到另一個區域的船只部署的方法涉及基于堆棧的部分枚舉,這限制了船只探索區域的多樣性。在這項研究中,我們將重點放在通過兩種額外的方法來改變這種區域間探索的多樣性。第一種是隨機路徑生成法;與基于堆疊的部分枚舉法類似,這種方法為每艘戰艦生成一定數量的部署路徑。但是,船只的部署路線是隨機的,這就增加了船只交替路線的多樣性。隨機路徑生成通過增加完成任務的數量來改進 NMP,并通過讓艦船到達 RAS 事件所需的位置來大大減少對商品消耗的懲罰。

我們的第二種方法在 NMP 中添加了網絡流部署模型,允許艦船探索從區域到區域的所有可能路線。與其他路由模型相比,網絡流大大縮短了 NMP 的運行時間,并為我們提供了一個接近最優甚至是最佳的解決方案。我們將隨機路徑生成和網絡流部署模型與基于部署堆棧的枚舉法進行了比較,在我們的韓國行動區域場景中,我們有 695 項任務需要在 15 天的規劃期限內完成。

這項研究專門為航空母艦或兩棲攻擊艦增加了額外的護航功能,因為它們在一個區域內需要不止一次護航。這種兵力配比要求每艘非戰斗艦艇在通過高危區域時都要由多艘具備防御能力的艦艇護航。我們在 NMP 的一個新場景中測試了這一功能,即一支從關島經菲律賓海前往菲律賓宿務的有防御能力的 CLF 護航艦隊。

最后,這項研究為 NMP 增加了優化的持久性,這一調度功能允許用戶在規劃期內隨時隨地增加或減少任務和/或艦船,并且只需對原有調度進行少量修改即可完成任務。這極大地減少了因命令過多艦船進行過多計劃調整而造成的動蕩、信息傳遞和混亂。

隨機部署路徑生成、網絡流部署模型和持久性的加入使 NMP 有了顯著的改進。隨機部署路徑生成顯示,在某些情況下,目標函數的增幅高達 45%,而對 500 萬條可能路徑的采樣率不到 1%,即對 1,058,826,559,993 條可能部署路徑的采樣率為 0.000019%。我們的網絡流部署模型探索了超過一萬億條可能的部署路徑,取得了最佳結果,使我們在某些情況下的目標值提高了 50%。與基于堆棧的枚舉法和隨機路徑生成法相比,網絡流部署模型的求解時間最快,大多數場景的求解時間都在一小時之內。

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對手對美國在太空、網絡空間和電磁頻譜上的優勢的競爭的崛起要求海軍陸戰隊的指揮、控制和通信(C3)發生變化。戰術空中指揮中心(TACC)是海軍陸戰隊中最關鍵的C3節點,在海軍陸戰隊的遠征先進基地作戰(EABO)概念下,在有爭議的通信環境中,目前所采用的方式將無法生存。

海軍陸戰隊必須轉變其對通信的概念化和理解,以促進在有爭議的通信環境中的指揮和控制。爭奪電磁頻譜內外的通信途徑將需要預測在通信斷續期間做出作戰決策所需的信息。TACC應該成為一個低可觀察性、小型和移動、具有聯合互操作性的網絡化的C3節點,在對手的武器交戰區內運作。通過這些改變,TACC將成為符合海軍陸戰隊EABO概念的有彈性、有條件的前方海軍空中作戰中心(AOC),并將為海軍-海軍陸戰隊團隊和聯合部隊提供重要的C3能力。

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訓練一名步兵軍官在軍事行動中選擇適當的排隊,傳統上需要投入大量的訓練資產。步兵訓練將受益于在普遍可用的平臺上進一步發展高容量的訓練。2018年,創建了一個基于計算機的模擬排隊編隊決策任務(PFDT),并利用認知與績效目標訓練干預模型(CAPTTIM)來確定哪些參與者達到了最佳決策以及何時發生。本研究在該工作的基礎上,在兩個流行的平臺上完善和測試PFDT。PFDT包括32個場景,每個場景隨機呈現四次,總共128次試驗。在這些場景中,有五個因素被操縱,一個中小企業確認了最佳、可接受和差的決策反應。基礎學院和海軍研究生院的27名學生在三種平臺中的一種完成了PFDT:平板電腦、虛擬現實(VR)或帶編隊的VR(為參與者提供在虛擬背景上描繪編隊的能力)。CAPTTIM表明,在達到最佳決策所需的試驗數量上不存在平臺效應。此外,參與者的經驗水平并不影響專家或新手在對方之前達到最佳決策。因此,PFDT是一個可行的軍事訓練模擬器,無論所使用的技術平臺或步兵訓練的數量如何。

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訓練一名步兵軍官在軍事行動中選擇合適的排陣型,傳統上需要大量的訓練資源。步兵訓練將受益于在普遍可用的平臺上進一步發展高容量的訓練。2018年,創建了一個基于計算機的模擬排級編隊決策任務(PFDT),并利用認知與績效目標訓練干預模型(CAPTTIM)來確定哪些參與者達到了最佳決策以及何時發生。本研究在該工作的基礎上,在兩個流行的平臺上完善和測試PFDT。PFDT包括32個場景,每個場景隨機呈現四次,總共128次試驗。在這些場景中,有五個因素被操縱,確認了最佳、可接受和差的決策反應。基礎學院和海軍研究生院的27名學生在三種平臺中的一種完成了PFDT:平板電腦、虛擬現實(VR)或帶編隊的VR(為參與者提供在虛擬背景上描繪編隊的能力)。CAPTTIM表明,在達到最佳決策所需的試驗數量上不存在平臺效應。此外,參與者的經驗水平并不影響專家或新手在對方之前達到最佳決策。因此,PFDT是一個可行的軍事訓練模擬器,無論所使用的技術平臺或步兵訓練的數量如何。

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訓練一名步兵軍官在軍事行動中選擇適當的排隊,傳統上需要投入大量的訓練資產。步兵訓練將受益于在普遍可用的平臺上進一步發展高容量的訓練。2018年,創建了一個基于計算機的模擬排編隊決策任務(PFDT),并利用認知與績效目標訓練干預模型(CAPTTIM)來確定哪些參與者達到了最佳決策以及何時發生。本研究在該工作的基礎上,在兩個流行的平臺上完善和測試PFDT。PFDT包括32個場景,每個場景隨機呈現四次,總共128次試驗。在這些場景中,有五個因素被操縱,一個中小企業確認了最佳、可接受和差的決策反應。基礎學院和海軍研究生院的27名學生在三種平臺中的一種完成了PFDT:平板電腦、虛擬現實(VR)或帶編隊的VR(為參與者提供在虛擬背景上描繪編隊的能力)。CAPTTIM表明,在達到最佳決策所需的試驗數量上不存在平臺效應。此外,參與者的經驗水平并不影響專家或新手在對方之前達到最佳決策。因此,PFDT是一個可行的軍事訓練模擬器,無論所使用的技術平臺或步兵訓練的數量如何。

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一個持久的、精確的和適應性強的安全應用是有效的部隊保護條件(FPCON)的必要組成部分,因為美國的軍事設施已經成為恐怖主義和暴力行為的常見目標。目前的軍事安全應用需要一種更加自動化的方法,因為它們嚴重依賴有限的人力和有限的資源。目前的研究開發了一個由嵌入式硬件組成的離網部署的聯合微調網絡,并評估了嵌入式硬件系統和模型性能。聯合微調采用集中預訓練的模型,并在一個聯邦學習架構中對選定的模型層進行微調。聯合微調模型的CPU負載平均減少65.95%,電流平均減少56.18%。MobileNetV2模型在網絡上傳輸的全局模型參數減少了81.59%。集中預訓練的MNIST模型開始訓練時,比隨機初始化的模型的初始準確率提高了53.94%。集中預訓練的MobileNetV2模型在第0輪訓練時表現出90.75%的初始平均準確率,在75輪聯合訓練后,整體性能提高了3.14%。目前的研究結果表明,聯合微調可以提高系統性能和模型精度,同時提供更強的隱私性和安全性,以抵御聯邦學習攻擊。

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許多國家都使用了像“三角洲” (Delta) 這樣的作戰管理系統(BMS),包括烏克蘭,使指揮部能夠共享態勢感知信息;本研究的重點是信息在作戰網絡中的分配。與自然系統類似,螞蟻和蜜蜂等自主代理遵循一套簡單的規則,BMS是一個由基地和電子作戰平臺組成的網絡,在國防條令的指導下,軍事資產作為網絡內的智能體。這種系統的可操作性的原理是基于多個子系統相互作用時每個子系統都是可靠的。然而,潛在相互作用的排列組合會引起不可預測的負反饋或正反饋循環,導致不可預測的和不想要的結果。突現行為的結果是出乎意料的,有時在情報和無線網絡等領域是不受歡迎的。理解突發行為對于理解復雜的工程系統是勢在必行的,并且要提出新的見解,采取切實可行的措施來改善復雜系統的設計和分析。本文介紹了BMS和網絡與用戶定義的系統集成的網絡士兵概念的例子。作者認為,烏克蘭和其他軍隊可以直接從利用元控制論、元元系統模型分析來控制突現。

圖2:作戰管理系統(BMS)的集中式指揮通信網絡

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