作為分布式海上作戰（DMO）的一個關鍵原則，盡管有人和無人、水面和空中、作戰人員和傳感器在物理時空上都有分布，但它們需要整合成為一支有凝聚力的網絡化兵力。本研究項目旨在了解如何為 DMO 實現有凝聚力的作戰人員-傳感器集成，并模擬和概述集成實施所需的系統能力和行為類型。作為一個多年期項目，本報告所述的第一項工作重點是建立一個適用于 DMO 建模、模擬和分析的計算環境，尤其側重于有人和無人飛機的情報、監視和偵察 (ISR) 任務。

在半個世紀的建模和仿真研究與實踐（例如，見 Forrester, 1961; Law & Kelton, 1991），特別是四分之一世紀的組織建模和仿真工作（例如，見 Carley & Prietula, 1994）的基礎上，獲得了代表當前技術水平的計算建模和仿真技術（即 VDT [虛擬設計團隊]；見 Levitt 等人, 1999）。這種技術利用了人們熟知的組織微觀理論和通過基于代理的互動而產生的行為（例如，見 Jin & Levitt, 1996）。

通過這種技術開發的基于代理的組織模型在大約三十年的時間里也經過了數十次驗證，能夠忠實地反映對應的真實世界組織的結構、行為和績效（例如，參見 Levitt, 2004）。此外，幾年來，已將同樣的計算建模和仿真技術應用到軍事領域（例如，見 Nissen, 2007），以研究聯合特遣部隊、分布式作戰、計算機網絡行動和其他任務，這些任務反映了日益普遍的聯合和聯盟努力。

本報告中描述的研究項目旨在利用計算建模來了解如何為 DMO 實現有凝聚力的戰斗傳感器集成，并建模和概述集成實施所需的系統能力和行為類型。作為一個多年期項目，本報告所述的第一項工作重點是建立一個適用于 DMO 建模、模擬和分析的計算環境。在這第一項工作中，將對當今的海上行動進行建模、模擬和分析，重點是有人駕駛和無人駕駛飛機的情報、監視和偵察（ISR）任務。這為與執行 ISR 任務的一個或多個 DMO 組織進行比較確立了基線。這也為與其他任務（如打擊、防空、水面戰）進行比較建立了基線。第二階段接著對一個或多個備用 DMO 組織進行建模、模擬和分析。

在本技術報告的其余部分，首先概述了 POWer 計算實驗環境，并列舉了一個實例，以幫助界定 DMO 組織和現象的計算建模。依次總結了研究方法。最后，總結了沿著這些方向繼續開展研究的議程。這些成果將極大地提高理解和能力，使能夠為 DMO 實現戰斗員與傳感器的集成，并為集成實施所需的系統能力和行為建模和概述。

由于成本、能力、政策和法規等因素，美國海軍（USN）和美國海岸警衛隊（USCG）艦艇上無人機系統（UAS）的使用目前受到限制。本分析報告的主要目的是研究 1-3 類 UAS 在執行情報、監視和偵察 (ISR)、搜索和救援 (SAR) 以及后勤任務時對水面艦艇性能的影響，并考慮小型 UAS 系統的哪些性能參數可能對執行這些任務最有意義。本研究使用的數據包括公開的無人機系統規格、艦船規格和指標，以及以前進行的成本/預算分析。這些信息被用來為潛在任務的各種模型提供信息，這一工具有助于根據用戶需求和成本分析選擇無人機系統。這些分析結果表明，無人機系統有利于其可能執行的任務--即相對于其他機載資產而言，能夠支持其較短的作戰時間和航程的任務。對于 ISR/SAR 場景，分析表明，與沒有航空資產的艦船相比，無人機系統可增加識別目標的數量，并縮短完全搜索作戰區域的總體時間。在后勤運送場景中，無人機系統被用于從港口取回貨物，與完全轉向港口的船只相比，無人機系統減少了運送貨物所需的成本和時間。

盡管目前美國海岸警衛隊（USCG）和美國海軍（USN）艦隊在較小的水面艦艇上使用的有機（即從艦艇上發射和回收）無人機系統（UAS）有限，但海軍作戰部長（CNO）的 2021 NAVPLAN [1] 包括了到 2045 年實現混合艦隊的目標。許多無人機系統資產能夠執行情報、監視和偵察 (ISR)、搜索和救援 (SAR) 以及輕型補給任務。在合適的行動中利用這些系統替代有人駕駛系統，可以節省實現任務目標所需的關鍵時間和精力。本研究旨在確定可提高美國海軍和美國海岸警衛隊艦艇執行關鍵任務性能的無人機系統參數，建立無人機系統行為和影響模型，與目前采用的替代方案進行對比，并提出一種方法，用于對考慮集成到水面艦隊的無人機系統替代方案進行早期評估。

本研究總結了無人機系統在一般情況下和海上環境中使用的相關文獻。研究還總結了所收集的有關無人機系統和船只類型的信息，以及它們的相關參數、規格和能力。然后，將收集到的信息綜合成 "無人機選擇工具"，分析無人機系統要求與船舶制約因素之間的相互作用。這個基于 Excel 的工具考慮了

• 哪些通用無人機系統參數在作戰場景中最有價值。
• 特定的無人機系統在這些參數上能達到什么能力。
• 哪些艦艇可以支持特定的無人機系統。

然后，該工具會計算出每種艦船類型可運行的無人機系統，以及每種無人機系統的相對價值。該工具可根據無人機系統、艦船類型和利益相關者偏好的實際數據輕松更新。利益相關者可利用該工具指導對特定無人機系統解決方案的進一步研究。

無人機選擇工具開發完成后，將考慮無人機系統對作戰方案的影響。這是通過場景開發和建模來實現的。首先，為 ISR、SAR 和后勤任務制定了名義上的作戰方案。然后，描述每種情景的相關指標（例如，搜索一個區域的平均時間）。最后，介紹包絡計算以及通過 ExtendSim [2] 進行的高保真模擬建模。ExtendSim 由 Imagine That Incorporated 公司開發，是一套功能強大的仿真軟件，可以進行連續、離散事件和其他形式的仿真建模[2]。然后使用這些模型來考慮各種艦船和無人機系統參數（例如無人機系統速度）的變化如何影響通過相關指標評估的任務性能。

對于所考慮的 ISR 場景，分析表明，加入無人機系統能力可顯著縮短搜索區域的平均時間。由于無人機系統的航拍時間是有限的，而搜索時間會隨著搜索范圍的擴大而增加，因此對較小區域的影響更大。隨著場景中目標數量的增加，無人機系統對縮短時間的影響也會增加。關于執行 ISR 任務的無人機系統參數，無人機系統的速度是關鍵--如果無人機系統的速度接近艦船的速度，無人機系統的影響就會減小。

在搜索和救援分析中，當使用無人機系統增加傳感器寬度時，無人機系統的能力可顯著縮短搜索箱的時間。在此，分析表明，無人機系統的總飛行時間是一個關鍵因素，無論是通過增加無人機系統還是延長續航時間來實現。無人機系統的傳感器寬度也是一個關鍵因素，傳感器范圍越寬，搜索箱所需的時間就越少。不過，雖然無人機系統可用來縮短搜索時間，但無人機系統的假定探測概率也很重要。如果探測概率較低，這種使用模式可能會導致總體探測次數減少。

還考慮了一種情況，即使用無人機系統提高總體探測概率，而不是增加傳感器寬度。在這種情況下，無人機系統實際上對場景時間沒有影響。與之前的合成孔徑雷達方案一樣，探測概率非常重要，在考慮的無人機系統探測概率較低的情況下，無人機系統對方案未探測到的影響可以忽略不計或為負值。在所考慮的無人機系統探測概率的高端（與假定的艦船探測概率相似），無人機系統對情景下未探測到的平均次數產生積極影響（即減少未探測到的次數）。最后，在需要發現的目標總數較少的情況下，無人機系統對未探測到目標的影響可以忽略不計，但隨著目標的增加，其影響也會增加。

此外，在水面艦隊中增加無人機系統執行 ISR 和 SAR 任務的影響方面，出現了以下趨勢：

• 在 ISR 情況下，無人機系統的速度是關鍵參數。
• 一般來說，在探測概率高的情況下，搜索次數越多，未探測次數就越少，而在探測概率低的情況下，搜索次數越多，未探測次數就越多。這意味著在獲取新系統時必須仔細考慮無人機系統傳感器。
• 與直覺相反，在搜索較小區域時，擁有無人機系統能力對 ISR 和 SAR 任務指標的影響更大。這是因為更大范圍的搜索需要更長的時間，而無人機系統的飛行時間有一個硬性上限。

當 ISR 和 SAR 環境中有更多目標需要尋找或確認時，無人機系統就更有可能產生影響。此外，還考慮了在水面艦隊中增加無人機系統的成本影響。分析表明，即使將無人機系統的采購成本計算在內，較小的現成商用無人機系統（COTS）解決方案的每小時成本也可能大大低于傳統的載人資產。隨著商用現貨無人機系統解決方案成本的增加，其每小時成本將接近載人資產成本的低端。這一分析取決于無人機系統的飛行小時數，因為其中包括固定采購成本。無人機系統資產的飛行時數越多，其比較單位成本就越低。本研究還考慮了無人機系統成本收支平衡的飛行小時數，或者說單個無人機系統的采購投資已經通過降低支持地面機隊的邊際成本而收回。這項分析假定無人機系統的飛行時數取代了載人資產的飛行時數。在此，如果假定所有無人機系統的飛行時數都能替代有人值守資產的飛行時數，那么成本較低和較高的 COTS 無人機系統都能迅速達到運行時數的盈虧平衡點。然而，對于成本較高的系統而言，運行小時盈虧平衡點在很大程度上取決于假定的替代率。對于假設的高端 COTS 無人機系統，如果單個無人機系統的 50%飛行小時可替代載人資產飛行小時，則達到運營小時盈虧平衡點的飛行小時數將比 100%替代率情況下增加約 680%。

歸根結底，在其他條件相同的情況下，將無人機系統納入水面艦艇編隊很可能會提高孤艦在 ISR 和 SAR 任務中的性能。將無人機系統集成到較小的水面艦艇中還將為指揮官提供更大的靈活性，以適應作戰挑戰。然而，并非所有的無人機系統都具備適當的速度、任務續航時間和航空電子設備組合，以提供有意義的能力。那些能夠提供有意義能力的無人機系統可能更大、更昂貴。這表明，必須謹慎選擇要集成的無人機系統。

旨在爭奪聯合部隊作戰準入的武器系統的出現，為許多國家提供了防止入侵其周邊領域的低成本選擇。由于認識到這些武器對美軍構成的威脅，參謀長聯席會議制定了 "聯合作戰準入概念"。該概念的第一個子概念是 "空海一體戰"，即使用空軍和海軍資產擊敗復雜的A2/AD系統的聯合概念。按照JOAC的初衷，本文考慮了使用美國陸軍和美國海軍陸戰隊炮兵和防空炮兵資產的跨域能力來對抗反介入威脅，同時為聯合部隊的利益再現相同的能力。它解釋了炮兵資產作為一種可快速部署、靈活的威懾選擇為聯合部隊指揮官帶來的戰略利益，以及在爭奪制海權的戰斗中為海上部隊指揮官帶來的作戰利益。最后，它向聯合部隊提出了整合功能和發展未來能力的建議，以便有效地使用這些資產來支持海上部分。

為了對未來做準備，美國陸軍正在追求多域作戰（MDO）。MDO不僅僅是以前陸軍作戰概念（AOC）的自然和邏輯的演變；它代表了一種差異，主要是在競爭時期的定義和競爭中陸地力量的預期作用。本專著認為，采用MDO作為AOC可能會在武裝沖突期間在陸地領域取得決定性的相對軍事優勢，但可能無法有效地阻止或拒絕對手在競爭期間對抗美國的霸權。美國陸軍有一個成熟和既定的框架來發展未來的概念并進行轉型以滿足未來的要求。然而，在聯合部隊將這一概念整合為一種有凝聚力的整體戰爭方法之前，MDO可能不會產生一個真正的多域解決方案。此外，美國必須正視當前和未來環境的現實，并決定如何在與俄羅斯等對手的競爭中最好地保護自身利益。

理解多域作戰

隨著俄羅斯等在網絡和空間領域的威脅增加，加上在物理領域公開使用軍事力量，美國陸軍承認有必要修訂AOC。2018年國家發展戰略將這一轉變編入法典，明確指出大國競爭已取代恐怖主義成為國家安全的首要關切，并確定俄羅斯等是美國利益的最有能力和最堅定的對手。 出于技術和戰術的目的，MDO將重點放在俄羅斯的威脅上，為軍事規劃者提供了一個已知的、一致的對手來研究。這減少了常規威脅的不確定性，但沒有考慮到在不斷擴大的網絡和空間領域中新的沖突手段和方法的日益復雜性。這些領域內的活動缺乏全球規范和法律先例，傳統戰場也不再有邊界。

此外，迅速出現的技術對未來戰爭的影響仍然是理論上的和不確定的。TRADOC的情報分析人員確定了技術急劇進步的領域，這些領域將是相互聯系和交叉的，并可能同樣具有破壞性和不可預測性，其中包括生物學和生物工程、優化人類性能、神經學增強、納米技術、先進材料科學、量子計算、人工智能、機器人和增材制造。TRADOC描述了兩個未來時期，供軍事規劃人員用來構思MDO。第一個時期是人類加速進步的時代，從現在到2035年。在這一時期，行為者可以利用技術進步和擴散，并在所有領域越來越多地挑戰美國的軍事力量。雖然沒有明確說明，但所描述的環境表明，軍事組織有機會在這一初始時期實現RMA。第二個時期是2035年至2050年的 "有爭議的平等時代"。TRADOC的分析人員預計，技術上的史詩般的突破將導致戰爭性質的重大變化，并有可能 "挑戰戰爭本身的性質 "的戲劇性和 "幾乎革命性的 "變化。有明顯的未知數，但在這第二個時期出現MR的可能性是存在的。

MDO概念確定了未來環境中的多個問題，為實驗、測試和能力設計提供了一個重點。兩個最重要的挑戰是對手在沒有武裝沖突的情況下實現目標的能力，以及利用 "分層對峙 "來阻止美國反擊他們的活動。在競爭期間，分層對峙包括外交、經濟和信息活動，以在政治上阻止或防止行動，并將美國與合作伙伴和盟友分開。對手受益于美國在獲得民族國家進行活動的準入和許可方面的限制，以及網絡和空間領域權力的模糊性質。具體而言，俄羅斯等尋求獲得戰略和行動空間和時間來實現目標，同時避免直接對抗。在武裝沖突期間，對手通過積極從物理和功能上分離聯合部隊，通過國家層面的軍事能力的威懾價值，通過進行網絡、信息和非常規戰爭，以及通過常規部隊的展示和定位來創造對峙。

為了回應美國陸軍在過去幾十年中對全球響應和可部署的陸地力量的關注，俄羅斯等都在先進的反介入/區域拒止（A2/AD）系統上進行了大量投資，以拒絕從美國大陸向潛在的區域性戰場進行戰略和作戰機動。在行動上，最重要的軍事問題是在不遭受不可接受的戰斗力損失的情況下進入一個武裝沖突地區。具體而言，滲透和瓦解A2/AD能力是獲得作戰和戰術機動自由的必要條件。敵人利用網絡和空間效應的全球范圍來阻礙美國在物理領域投射力量的能力。聯合部隊必須使敵人的情報能力、遠程A2/AD系統和機動部隊失效，以滲透到戰區，隨后摧毀或擊敗這些對手的能力，使系統失去整合。接下來，美國陸軍部隊利用由此產生的機動自由來擊敗對手的武裝力量，并以有利于美國利益的條件回到競爭中。在這個早期階段，一個可行的軍事問題的解決方案仍然是理論上的和難以捉摸的，但隨著概念發展的成熟，無疑會出現一個解決方案。

MDO的中心思想是："陸軍部隊，作為聯合部隊的一個組成部分，進行MDO以在競爭中獲勝；必要時，陸軍部隊穿透和瓦解敵人的反介入和區域封鎖系統，利用由此產生的機動自由來實現戰略目標（獲勝），并迫使在有利的條件下恢復競爭。" 這與以前的AOC和傳統的西方觀點有根本的不同，即軍隊通過消耗敵軍或摧毀敵人的重心，在決定性的LSCO中實現國家目標。MDO確定了一個沖突的連續性，包括競爭期、武裝沖突期和恢復競爭期。自1993年版的FM100-5以來，美國陸軍的每一本頂點作戰手冊都將和平與戰爭描述為沖突連續體的兩端，并確定了整個連續體中可能選擇的軍事行動戰爭范圍。競爭時期取代了和平來描述美國與對手的關系。這與綜合戰役聯合概念（JCIC）相一致，該概念指出聯合部隊必須 "消除過時的和平/戰爭二元作戰環境概念的機構殘余"。

根據MDO，軍隊通過在競爭期間使用軍事力量來實現國家目標，而不必訴諸于武裝沖突。MDO與JCIC的聯合指南相一致，該指南承認 "復雜和快速變化的作戰環境將需要一個在武裝沖突以下的競爭中使用聯合部隊的結構。" 競爭期間的關鍵目標包括以有利的條件阻止沖突，打擊對手在武裝沖突門檻以下擴大競爭空間的努力，并使其迅速過渡到武裝沖突。為了實現這些目標，美國陸軍部隊必須在多個梯隊和所有領域中保持持續和積極的參與。如果威懾失敗，武裝沖突成為必要，"前沿存在和遠征部隊能夠通過調整部隊態勢、多領域編隊和匯合的組合，迅速擊敗侵略，立即與敵人的深度攻擊進行較量。" 在擊敗敵人后，美國陸軍部隊產生并保持可持續的成果，鞏固對美國有利的成果，并適應新的環境。

三個原則支持美國陸軍進行MDO。第一條是校準的部隊態勢，即 "能力、能力、位置和跨越戰略距離的機動能力"。這就要求在競爭期間高級梯隊部隊的前沿存在，擁有以前由于政治和文化原因被文職領導限制的行動許可和權力。常備戰區和野戰軍有利于為作戰司令部（CCMD）校準陸軍部隊的態勢，并在競爭期間開展軍事活動以實現戰役計劃的目標。軍團和較小的戰術編隊是遠征性的，其部署是為了滿足野戰軍的要求。第二個原則是多領域編隊的存在，這些編隊具有 "容量、能力和耐力，能產生跨領域作戰所需的彈性"。美國陸軍編隊將進行組織和現代化改造，以便在梯隊中擁有多領域能力。

融合是最后一個原則，是 "在所有領域、電磁波譜（EMS）和信息環境中快速和持續地整合能力，通過跨領域的協同作用和多種形式的攻擊來優化效果，以戰勝敵人，所有這些都由任務指揮和有紀律的倡議來實現。" 融合要求指揮官能夠在所有領域 "看到"，并在所有領域采取行動或指揮行動，以 "刺激 "或 "打擊 "對手。跨域協同是聯合行動頂點概念（CCJO）中 "全球一體化行動 "的一個要素，是 "在時間和空間上跨域能力的互補性，而不僅僅是相加"。融合和跨域協同擴大了地面部隊指揮官在物理領域的傳統選擇，使部隊能夠抓住所有領域的機會，施加額外的復雜性，并針對對手的脆弱性。與 "空地戰 "采用的方法類似，MDO將針對敵方能力和編隊的匯合責任分給各梯隊。

分析

新興多領域環境的三個基本特征使MDO與以前的理論不同。首先，MDO認為傳統的CAM和同步化概念不足以管理21世紀沖突中的陸地力量的應用。在20世紀之前，陸地、空中和海洋是唯一可用的、與戰爭有關的領域。因此，比較以往戰爭中突出地面、空中和海上力量運用的戰役和戰斗是有意義的，但對于分析多領域環境來說并不完整或充分。傳統的CAM將軍事力量同步于戰術指揮官可以直接觀察或在地圖上繪制的物理戰場。跨域協同是CAM的演化，需要有能力實時識別每一方在所有領域所擁有的優勢水平，了解友方和敵方的能力，并在機會窗口出現時抓住主動。同樣地，融合取代了同步，以描述所有領域和EMS的活動的快速和持續整合。MDO的作戰勝利理論是，卓越的跨域理解和快速決策導致行動和對領域的控制，壓倒對手的有效行動能力。高級領導人最近關于美國陸軍轉型的聲明和努力表明，他們認識到目前的官僚和等級結構需要進行大規模的改革，以克服在追求融合和跨域協同方面不可避免的挑戰。

第二個根本區別是，一個確定的戰場或戰區已不復存在，各領域越來越多地相互聯系和依賴。導彈和火箭的有效射程將繼續增加和擴散，使國家和非國家行為者能夠在遙遠的距離上投射致命的力量。來自陸地、空中或海上的跨領域致命火力越來越能夠對其他物理領域施加有限的控制，或者至少能夠拒絕對手施加控制。網絡領域和信息環境的影響實際上是全球性的，而且影響幾乎是即時的。時間和距離在現代戰爭中越來越不重要。沒有一個部門可以在沒有依賴所有其他領域的能力的情況下運作，因此不能忽視任何領域的活動。領域邊界的混合使對手能夠實現分層對峙。聯合行動使不同領域的服務同步化，在多領域環境中可能被證明是不夠的。

第三，在與對手宣戰或開始敵對行動之前的競爭期間，擴大陸軍的作用，與以前的軍事力量使用概念不同。MDO尋求在競爭期間實現國家目標，而不訴諸武裝沖突，其成功有賴于改變軍事力量使用的傳統模式。在競爭時期，國家權力的其他要素傳統上會主導努力，而政治和文化因素通常會限制軍事活動。在MDO下，文職領導人必須使陸軍擁有前所未有的權力、許可和自主權，以便在競爭期間對抗對手的活動。在競爭期間設想的活動包括保持前沿存在以保證盟友，主動參與信息空間，并在情報、網絡和EMS領域采取行動。

戰術及戰役影響

在LSCO期間，追求MDO有可能在戰術和作戰層面上增加相對的軍事優勢。建立未來司令部和跨職能小組（CFT）所帶來的現代化將產生技術解決方案，使融合和跨領域的協同作用成為可能，并至少提高戰術部隊進行CAM的能力。實驗和測試將優化MDO的部隊結構，戰術和作戰部隊將修改領導者發展和單位培訓計劃，以獲得執行MDO的熟練程度。例如，美國太平洋陸軍（USARPAC）正在試驗戰術部隊結構，多域特遣部隊（MDTF）的第二階段試驗計劃將在今年開始。然而，這種優勢在相當長的一段時間內不會實現，也不會持續下去。敵人將繼續適應、發展和模仿美國的成功，并將使用不對稱和混合方法來應對這一優勢。在現代全球環境中，概念和技術自然會激增，對手能夠并且將會復制MDO。俄羅斯等在技術進步的關鍵領域也占有優勢，而且目前并不符合任何規范或法律上不愿意在競爭期間以敵對的方式行事。因此，民間和內部的壓力都存在，要求美國陸軍現在就實施MDO，而不是等待技術進步、驗證和接受這一概念。在這個初始階段，試圖理解和實施MDO的戰術單位面臨著巨大的挑戰，直到實驗驗證了這一概念，現代化的優先事項產生了有利的技術，以及預算周期將技術送到作戰人員的手中。

對聯合部隊的指揮和控制以及獲得在所有領域內控制效果的能力將構成一個重大挑戰。戰術和作戰指揮官必須擁有所有領域的進攻和防御能力，或者至少擁有立即調動其他部門或國家能力的權力或控制。目前戰術編隊的有機能力不能使指揮官和參謀部看到所有的領域，而要依靠更高的梯隊或國家資產從網絡和空間領域獲得支持。這種限制使編隊無法進行快速和持續的整合，而陸軍網絡的現代化可能是MDO最關鍵的優先事項。陸軍網絡的重點是提供一個共同作戰圖，將多個作戰指揮系統整合為一個，統一數據傳輸架構，提高從企業到戰術層面的機動性和生存能力，并提高聯合和聯盟的互操作性。此外，將戰術單位的行動一直連接到國家指揮機構的程序和過程需要改革，以有效地實現MDO。另一個需要探討的問題涉及到行動過程和任務指揮，以及參謀部傳統上用于規劃的深思熟慮的、分層的和詳細的方法是否足以滿足快速和持續變化的環境。幾十年來，美國陸軍一直非常重視對任務指揮的研究和教學，但由于官僚程序和結構缺乏任何實質性的改變，使得真正的任務指揮文化無法在整個部隊實現。創造性、創新性和分散的行動是MDO的一個關鍵要求，也是美國陸軍的一個文化缺陷，如果不充分解決，將限制MDO的實現。

美國陸軍在發展MDO方面似乎已經走在了其他軍種的前面，這很可能會產生一個以陸地為中心的戰術解決方案來解決未來環境的問題。如果沒有真正的聯合倡導，這種努力可能不會在作戰層面產生真正的多領域勝利理論。服務文化和組織自然會優化特定領域的概念和能力，并計劃從其他領域的效果來支持行動。海、空、陸平臺的通信和作戰指揮系統并不完全兼容，而是依靠聯絡或 "插件 "技術來實現同步和協調。 MDO要求開發和獲得跨服役的能力，以及一個提供共同作戰圖的戰斗指揮系統，并在所有領域內實現所有服役的訪問和控制。聯合需求監督委員會（JROC）和聯合能力與整合發展系統（JCIDS）對聯合能力的發展進行評估和優先排序，但在真正聯合起來發展MDO并確定所有軍種共同的聯合能力之前，存在著獲得特定領域能力的風險。各軍種仍然是國家安全機構中最強大的機構，減少了國防部、國會或政府影響軍種戰略以準備未來的能力。具體而言，國防部缺乏有效組織和協調為未來環境做準備的機制和監督。

戰略影響

在戰略層面上，MDO的功效不太確定，尤其是在競爭時期。俄羅斯等對國際秩序中的主權概念提出了挑戰，并對新興領域中的合理性和可接受性的界限進行了測試。然而，美國在這一時期可能會對使用軍事力量保持懷疑的態度。自二戰結束以來，大戰略一直試圖擴大參與美國主導的國際秩序的國家數量，其基礎是民族國家之間的互動和合作。國家之間的競爭是這個體系的特點。既定的規則和機制引導競爭保持在國家權力的非軍事要素內，并在維護和平方面通常是成功的。作為較小的國家，俄羅斯等的行動并沒有編入全球規范。作為霸主，競爭期間的某些行動可能會降低美國在參與國際秩序的國家中的可信度，使其他行為者的行動合法化，并產生意想不到的后果。美國的行動必須加強國際秩序，因此，文職領導層在競爭期間向陸軍下放許可和權力方面的克制將限制MDO的可行性。政治控制的一個現實是對互動和監督的要求，在武裝沖突之前和期間，對許可和授權進行持續的審查是必要的。

威懾、升級和戰爭門檻的概念在新的環境中不斷變化和發展，正如二戰結束后的情況。在核武器出現后，各國認為所有的戰爭都會自動涉及核交換，從而削弱了常規部隊的相關性。隨著核戰爭的破壞力和對雙方的生存威脅浮出水面，核武器的作用縮小到一小部分極不可能發生的情況。常規力量的威懾價值恢復了，而核力量的相關性下降了。盡管相關性增加了，但常規威懾被認為是 "不那么嚴格，更依賴于環境，而且最終作為戰略的指導更不可靠"。今天，全球政治和經濟的相互依存以及常規戰爭的殺傷力和成本的增加，削弱了核威懾和常規威懾的影響，武裝沖突的門檻也隨之提高。對侵略和戰爭的威懾應該仍然是美國安全戰略的核心，而大國沖突的成本使得即使是對大國的成功戰爭也是巨大的政策失敗。在評估MDO對威懾力的影響時，需要從多個角度來考慮。作為霸主，美國以相對強勢的地位行事，MDO試圖維持這種優勢。敵人明白這一點，也明白在常規沖突中擊敗美國的能力并不是阻止美國行動的必要條件。迄今為止，俄羅斯等的網絡活動、信息行動、非正規戰爭活動或使用常規軍事力量都沒有觸發美國的常規軍事反應。對手的行動將開戰的決定權交給了美國政府，這些對手從地理、外交和其他緩沖區中獲益，迫使美國做出反戰決定。因此，在競爭期間，常規的軍事優勢可能不會被證明是有效的威懾活動，有必要將常規威懾與其他軍事和國家手段結合起來，形成一個有凝聚力的戰略。MDO的一個意想不到的后果，以及由此帶來的常規殺傷力的增加和對對手的比較軍事優勢的擴大，可能會使戰爭的門檻更高，可能為對手在武裝沖突之前采取行動打開更多的空間。

在競爭時期，在新領域內采取軍事行動的戰略效果是不確定的。在基于消耗的戰爭和決定性的戰斗中，常規能力的傷亡和破壞可以衡量對敵人的成本和效果。對于網絡活動、信息戰和其他形式的競爭，定義成本和效果是完全不同的。特別是網絡力量已經證明了在武裝沖突中的戰術價值，并可能被證明是最有效的聯合軍事行動的推動者；但尚未證明它是否具有戰略價值。一般來說，網絡活動會對國家權力的其他組成部分造成削弱，而不是對軍事組成部分造成削弱。在沒有武裝沖突的情況下，要確定在網絡和信息空間使用軍事力量或指定軍隊作為主導的有效性是具有挑戰性的。劃分新領域中的角色需要在21世紀沖突的背景下進行大量研究。繼續強調提高國家權力的其他要素的能力將在長期內更有效地對抗對手。最近的歷史表明，這是一個不太可能的情況。

美國陸軍在許多年內都不會實現MDO的全部潛力，這本身就給這個概念帶來了風險。從歷史上看，軍事轉型在戰爭期間是困難的，而在和平時期，如果成功的話，可能需要幾十年。MDO所需的一些技術仍然是理論上的，而且預算在幾年內不會與新的計劃和優先事項保持一致。未來司令部應加速這一進程，但目前正處于建立的早期階段。美國陸軍已經產生了朝向MDO的機構動力，高級領導人也致力于此。實現MDO需要保持這種勢頭。MDO與大國競爭的回歸相一致，隨著時間的推移，美國民主的性質可能會對該概念的全面實現構成威脅。現任政府似乎已經準備好支持軍事轉型以實現千年發展目標；然而，未來政府的支持可能會下降，而持懷疑態度的國會可能會限制資金。公眾仍然普遍對美國海外軍事承諾的范圍和規模感到疏遠和不知情，而國內利用美國陸軍力量解決全球問題的傾向似乎正在減弱。因此，巴拉克-奧巴馬總統在打擊伊拉克和敘利亞伊斯蘭國（ISIS）行動的最初階段實行了克制，讓本土部隊而不是美國部隊擔任戰斗角色。最近，唐納德-特朗普總統關于削減阿富汗和敘利亞部隊的聲明表明，兩黨對目的不明確的海外軍事承諾的反對日益強烈。為了有效，MDO需要改變使用軍事力量的模式，并且必須克服對美國在沒有武裝沖突的活動中使用軍事力量的接受程度越來越低的情況。

結論

正如1981年的空地戰一樣，MDO不是一個未來的概念。在所有領域同時作戰是今天的一個現實，因此作戰和戰術編隊必須了解MDO在作戰環境中的影響。俄羅斯已經在烏克蘭頓巴斯地區的常規戰場上經歷了一次多領域交戰的現實測試；而且這次行動是高效的，其效果是毀滅性的。2014年7月11日，俄軍采用無人駕駛飛行器（UAV）、針對指揮、控制和通信系統的網絡攻擊以及短程多管火箭炮系統（MLRS）對付烏克蘭部隊，在幾分鐘內將其壓倒并使其失去戰斗力。美國部隊在與伊拉克和敘利亞的伊斯蘭國（ISIS）的戰斗中也獲得了經驗。聯軍沒有在識別ISIS后立即對其指揮所進行打擊，而是抓住機會通過網絡攻擊刺激指揮所，誘發反應，從而識別并摧毀其他重要的指揮所和ISIS高級領導層。雖然這些行動的計劃往往需要數周時間，但總體效果是更迅速地擊敗了敵人的防御。雖然這些例子不涉及大國沖突，但它們表明當代的環境是多領域的，在發生沖突時為目前的常規部隊結構帶來了一些擔憂。首先，MDO仍然是概念性的，大部分的使能技術都是理論上的，而且是多年以后的事情，盡管MDO開始在美國陸軍和聯合理論中實現。戰術單位必須理解MDO的原則，但也要理解組織和能力不足的影響。

對TRADOC內部未來概念發展的歷史回顧顯示，一個成熟的組織和框架已經準備好解決未來的問題。美國陸軍表現出一個面向未來的軍事組織的必要特征，擁有一種對未來的 "生產性偏執"。這使得一種文化能夠在和平時期減輕創新的挑戰，而重新集中于與俄羅斯等的武裝沖突對軍事規劃者來說是富有成效的和有益的。此外，軍事組織需要一個過程來不斷完善關于戰爭可能發生變化的愿景，參與激烈的辯論，并擁有創新和實驗的機制。最后，高級領導人必須愿意接受職業風險，倡導新的想法，并保護這些想法以留出發展時間。TRADOC在其存在的前45年里為美國陸軍奠定了堅實的基礎，而未來司令部則是這一演變的下一個迭代。

最后，有兩個問題值得強調。首先，一些理論家認為，技術進步和變革性武器將要求圍繞一個新的原則來組織和進行戰爭，而傳統的聯合行動概念將不再有效。MDO可能會成為新的原則，但目前是由軍種主導的。各軍種之間有合作，CCJO和JCIC的指導意見也承認了MDO的必要性。然而，軍種部門擁有每一個傳統的物理領域，因此物理領域驅動著關于人員、設備和訓練的決策。如果聽之任之，各軍種必然會試驗和測試這一概念的可行性，以主導其法定要求的領域，并將主要關注于戰術層面。各部門之間的文化和優先事項的沖突會使真正的多領域解決方案的實現面臨風險。國防部沒有機制或能力采用MDO作為未來在國家層面上發動武裝沖突的概念，這就阻止了對該概念進行嚴格的聯合實驗和測試的手段。

第二，競爭時期對美國軍隊和聯合部隊構成了一個悖論。在國防部之外，沒有其他部門或機構有能力或資源在競爭期間采取決定性的行動，然而MDO依賴于一種不太可能的范式轉變來使國防部在這一空間采取行動。此外，MDO試圖在沒有武裝沖突的情況下擊敗對手，但需要一種威懾價值，而這種威懾價值只能來自于陸軍的大量集結和現代化。在當前的政治環境下，這種軍事擴張可能并不討好。MDO在競爭中尋求軍事行動的程度嚴重影響了戰略選擇，而這可能是危險的。這不僅僅是一個孤立主義和民族主義與持續接觸和全球主義的問題；這也是一個關于美國愿意將稀缺資源用于何處的問題。最近，退役將軍貝爾發表了一篇文章，認為美國自冷戰開始以來持續的海外承諾和戰爭所帶來的人力和財政負擔是不值得的，需要進行重新規劃。 在競爭時期，需要對武裝部隊的作用進行更多的辯論。

MDO是否是什么新事物，以及對未來的預測是否被證明是正確的，都不如美國陸軍已經為未來選擇了一條道路這一事實重要，而且DOTMPLF的優先事項正處于為實現MDO而進行調整的早期階段。復雜性阻礙了對未來的可靠預測，因此需要有戰略來應對復雜性。采用MDO作為AOC是美國陸軍管理未來安全環境復雜性的一個合理的戰略。最重要的是，美國陸軍必須準備好在陸地領域支配敵人。常規武器、部隊結構和技術的現代化所帶來的融合和跨域協同的概念，將確保美國陸軍有能力執行LSCO，并且看起來足以管理陸地力量在廣泛的軍事行動中的應用。更重要的是確保美國有一個整體的戰爭方法，除非國防部和聯合部隊確保將美國陸軍的概念整合到一個有凝聚力的軍事戰略中，否則MDO在未來可能會落空。最后，作為一個國家，美國必須正視當前和未來環境的現實，并決定如何在與俄羅斯等過的競爭中最好地保護自身利益。

這項研究的目的是開發和評估一個通用本體和概念數據模型（CDM），該模型是為支持海軍領域而創建的，適用于海軍陸戰隊系統司令部（MCSC）和使用《2030年部隊設計》（Congressional Research Service Insight, 2022）作為總體指導的陸地領域。通用本體和CDM的開發是探索性研究的一部分，它考慮了系統數據實體、屬性和關系。這項研究工作確定了一個通用本體，并定義了一個CDM，從多個角度代表感興趣的系統，并允許從整體上探索系統。這是實現基于模型的系統工程（MBSE）環境的基礎。一個簡明的本體允許系統實體被還原到其原子水平，然后通過建立CDM（即數據模式）允許定義系統的虛擬表示。本體和CDM確定了必須開發接口以交換數據的領域，并確定組織、建模語言、表現框架和工具之間的數據邊界。研究方法考慮了設計一個通用本體的重要性，該本體全面地代表了整個生命周期的系統，分析了本體內定義的實體之間的關系，考慮了本體作為權威真理來源的基礎，最后，設計了一個建模計劃，描述了從基于文檔的系統工程過渡到真正基于MBSE的土地領域的建議路徑。總而言之，本體論和CDM的開發是為了定義整個系統在其生命周期中的實體和關系。這些產品利用代表美國海軍陸戰隊陸域的《2030部隊設計》的任務線進行了驗證。利用這個本體和CDM以及衍生的建模計劃，MCSC可以開始從基于文件的系統工程過渡到真正的基于MBSE的陸地領域。

這項研究確定了自主決策的維度（DADs）--在將決策能力轉移到智能自主系統（IAS）之前，人們應該考慮的潛在風險類別和原因。這項研究的目的是提供一些執行現有策略所需的工具，涉及法律、道德和軍事上有效使用IAS的問題。這些工具有助于識別并減輕或接受與使用IAS有關的可能導致負面結果的風險。這13個確定的DADs是由565個 "風險要素 "組成的綜合清單制定的，這些要素來自于支持和反對在武器系統中使用自主技術的各方所撰寫的數百份文件。我們將這些要素以問題的形式記錄下來，以便采購界在制定確保自主系統的道德使用的需求文件時使用，并由軍事指揮官作為風險評估清單，確保自主系統不會以不道德的方式使用。這樣，美國防部就可以在開發或部署自主系統之前做出完全知情的風險評估決定。

這項研究確定了自主決策的維度（DADs）--人們在將決策能力轉移到智能自主系統（IAS）之前應該考慮的潛在風險類別。這項研究的目的是提供一些執行現有政策所需的工具，涉及法律、道德和軍事上有效使用IAS的問題。這些工具有助于識別并減輕或接受與使用IAS有關的可能導致負面結果的風險。

本研究確定的13個DADs是由565個 "風險要素 "組成的綜合清單制定的，這些風險要素來自于全球支持和反對在武器系統中使用自主技術的人士撰寫的數百份文件。此外，這些風險項目超出了國防部目前的政策和程序，因為我們預計這些政策和程序會發生變化，而且自主技術會不斷發展。我們以問題的形式捕捉每個風險要素。然后，每一項都可以很容易地被修改為 "必須聲明"，供采購界在制定功能要求時使用，以確保合法和道德地使用自主系統。這種方法可以將人工智能（AI）倫理從一套主觀定義的、因而無法行動的政策和原則，提升為一套可衡量和可測試的合同義務。

軍事指揮官也可以將這些風險要素作為（可衡量和可測試的）行動前風險評估 "清單"，以確保自主系統不會以不道德的方式使用。這樣，國防部（DOD）在開發或部署自主系統之前就可以做出充分知情的風險評估決定。由于我們的研究結果是專門為在國防采購系統和軍事規劃過程中使用而設計的，它們為將有關自主系統的政策和道德原則轉變為實際的系統工程要求提供了第一步。

我們確定的13個DADs如下。

• 標準語義和概念：確保在自主系統的整個生命周期和不同的用戶群體之間使用共同的術語和概念，以防止因溝通不暢而產生的風險。

• 法律責任的連續性：確保人在任何時候都對IAS負有法律責任，在快節奏和動態的軍事行動中沒有責任的空白。

• 自主程度：確保可以對系統自主程度進行調整，以適應動態的操作條件，并與不斷變化的風險容忍度相匹配。

• 自主性的必要性：確保使用智能系統提供的軍事優勢（包括減少附帶損害的概率）與使用該系統帶來的任何額外風險相稱。

• 指揮和控制：確保采取所有切實可行的措施，防止失去對IAS的指揮和控制，并確保IAS能夠檢測和防止意外的后果，停用可能從事意外行為的系統。

• 存在不使用武力的人員和物體：確保IAS能夠識別并不以違反法律、政策或交戰規則的方式故意傷害人員或物體。

• 操作前審計日志：通過記錄數據、軟件、硬件、人員互動的出處以及從采購前開始到交付給車隊的過程，確保在采購期間對IAS的所有方面進行積極控制。

• 操作審計日志：確保記錄輸入、行動、互動和結果，以便進行操作后的分析，支持法律責任，分享經驗教訓，并對未來的戰術、技術、程序和技術進行改進。

• 人機合作：確保行使人的判斷力（特別是在涉及使用武力的時候）。

• 測試和評估的充分性：確保在測試和評估過程中最大限度地體現所考慮的作戰環境的深度、廣度和復雜性。

• 自主性培訓和教育：確保每個與開發和使用IAS有關的人都充分了解其屬性，以履行其責任，避免非法和不道德的使用。

• 任務時間和地理范圍：確保任務的時間長度和空間范圍不會使任務前的風險評估和規劃因素失效。

• 公民權利和自然權利：確保人工智能系統在用于致命性自主武器以外的其他用途時，在設計上既能保障公民權利和自然權利，又能識別和減少自主系統中有時出現的偏見。

本研究就如何最好地利用13個DAD及其565個風險要素，積極推動國防部人工智能倫理原則從闡述階段進入實施階段，提出了六項建議。

• 將道德使用促進因素的存在作為IAS的強制性關鍵性能參數：將道德原則轉化為可衡量和可測試的合同義務。

• 將國際會計準則風險緩解清單納入理論和規劃：提供必要的理論基礎，使國際會計準則相關的風險評估成為長期戰略和短期業務規劃的強制性組成部分。

• 維護權威性和標準化的聯合自主風險要素清單（JAREL）：將565個風險要素清單轉化為主要工具，以可重復和可調整的方式實施與國際會計準則有關的道德原則。

• 最大限度地公開JAREL：促進公眾對國防部使用國際會計準則的信任，提高國防部利用和吸引國際會計準則開發隊伍的能力，提高美國吸引盟友和合作伙伴的能力。

• 重新構想 "定義 "標準術語的方法：消除在道德相關政策中使用定義不清或未定義的主觀術語所造成的實施障礙，這些術語容易被誤解或產生不同的解釋。

• 創建一個研發組合：提供能夠符合道德規范的國際會計準則的技術。

最后，我們的研究結果支持國防部通過采取透明的方法來實施國防部人工智能倫理原則，對人工智能的道德使用做出承諾。為了證明這種透明度，本研究的發起人同意公開這份報告。這樣做可以減少參與戰爭系統中人工智能開發和使用辯論的許多組織和社區所做的聲明和意圖的誤導、誤傳和誤讀。

美國海軍陸戰隊正在建設反水面作戰領域的能力，特別是在獲得地基反艦導彈（GBASM）及其相關發射平臺方面。研究為分析與這種新能力相關的部隊結構提供了一種方法。研究方法使用離散時間馬爾可夫模型對GBASM炮組和敵方水面艦艇之間的戰術級決斗進行建模。這些模型有足夠的復雜性來解決關鍵的部隊設計問題，并且對決斗的關鍵特征進行了參數化，以便進行強有力的敏感性分析。

在海軍導彈作戰中，重要的是確定所需的炮彈規模S，以使炮彈有足夠高的概率殺死敵艦。GBASM概念的獨特之處在于，與從水面艦艇上發射導彈相比，它能夠將這種炮彈分散到幾個平臺上，并以更適合特定戰術場景的方式進行發射。在這種情況下，如果有一個大小為K的禮花彈，并將該禮花彈分散到N個平臺上，那么每個平臺在特定的禮花彈中發射?枚導彈，這樣K × N = S。有了這個公式，就能夠分析平臺數量和每個平臺發射的導彈數量在這些配置的殺傷力和生存能力方面的權衡。這為成本-效益分析提供了基礎。

對GBASM炮臺與敵方水面艦艇發生接觸的情況進行模擬。從簡單的場景開始，然后逐漸復雜化。讓GBASM發射器與一艘敵方水面艦艇進行決斗。GBASM一方被稱為藍方，水面艦艇被稱為紅方。最初假定雙方都有足夠的導彈供應，并且交換的時間是有限的，因此可以把供應視為無限的。GBASM以彈丸為單位進行發射，每個彈丸至少包括一枚導彈。在藍方的炮擊之后，紅方的水面艦艇有機會進行還擊。

在所描述的環境中，假設藍方具有首發優勢。鑒于GBASM的引入在沿岸地區造成的不對稱情況，首發優勢的假設并不是不合理的。GBASM是移動的，有可能移動到難以探測的地方，只有在準備開火時才出來。GBASM的目標是保持不被紅方船只發現，直到它成功瞄準紅方船只。一旦紅方船只成為目標，GBASM系統就會開火并移動到一個新的位置。如果沒有關于GBASM移動的完美信息，紅方艦艇將持續處于不利地位。

此外，該模型捕捉到了紅方對藍方的炮擊進行防御措施的能力。這些防御性的反措施是用參數λ來說明的，這個參數是紅方根據泊松分布可以攔截的藍方導彈的平均數量。以這種方式對紅方采取反措施的能力進行建模，說明了隨著藍方導彈規模的增加，紅方采取反措施的能力也在減弱。同樣，也說明了紅方針對藍方分布式發射器的能力下降。紅方殺死藍方分布式平臺的能力用參數?表示，根據泊松分布，紅方在還擊中可以殺死藍方平臺的平均數量。這再次說明，隨著藍方平臺數量的增加，紅方瞄準和殺死藍方的效果有限。

在對該模型的分析中，遇到了幾個關鍵的發現。首先，最重要的是確定理想的炮擊規模S，以提供足夠高的殺死敵艦的概率。這不是一個簡單的 "越多越好 "的問題，因為炮擊規模有一個收益遞減點。正如人們所期望的那樣，還得出結論，增加平臺的數量K可以提高生存能力，從而提高GBASM炮臺的殺傷力。然而，改進的幅度對其他參數很敏感，當炮彈規模足夠大時，改進的幅度通常很小。

該研究的主要產出是創建的模型和對它們進行進一步分析的能力。本論文中任何地方使用的參數值都不是由具體的GBASM系統或潛在的敵方水面艦艇的能力來決定的。因此，結果應該被看作是對參數空間可能區域的探索的概括。這些模型提供了根據有關特定系統的能力進行具體分析的能力。

美國負責采購和維持的國防部副部長辦公室（OUSD A&S）的任務是快速和低成本地向作戰人員和國際合作伙伴提供和維持安全和有彈性的能力。現在迫切需要開發適應性采購框架（AAF），以加快軟件開發和采購流程，加強作戰概念（CONOPS），如分布式海上作戰（DMO）。國防部（DoD）必須利用與國防戰略和全球威脅的性質相聯系的數據驅動的分析來塑造AAF，并擴展新的能力來應對新的威脅。威脅和能力共同演化矩陣（TCCM）解決了這一要求。威脅是一種能力試圖處理的問題。一種能力是代表威脅的問題的解決方案。共同進化算法探索了一些領域，其中一個能力或能力組合的質量由其成功擊敗一個威脅或威脅組合的能力決定。TCCM有可能在新的和有爭議的環境中系統地優化、推薦和共同演化能力和威脅。我們展示了一個關于幫助項目執行辦公室（PEO）使用從公開來源匯編的非機密數據對特定領域DMO的能力和威脅進行戰役的用例。

引言

不僅美國防部負責采購和維持的副部長辦公室（OUSD A&S）有必要制定采購戰略，而且整個國防部也有必要應用數據驅動的分析以及與國防戰略和全球威脅的性質相聯系的創新和適應性作戰概念（CONOPS），并為作戰人員擴展新的能力。

例如，為了提高部隊的總體戰備能力，并在廣泛的行動和沖突頻譜中隨時投射戰斗力，海軍需要靈活的指揮和控制（C2）組織結構來滿足CONOPS。例如，DMO是海軍的一個CONOPS，而遠征先進基地作戰（EABO）是美國海軍陸戰隊（USMC）的一個CONOPS。DMO和EABO都是海戰現代化的新興作戰概念。PMW 150是PEO C4I的C2系統項目辦公室，也是C2解決方案的主要提供者，它的工作重點是將作戰需求轉化為海軍、海軍陸戰隊、聯合部隊和聯軍作戰人員的有效和可負擔的作戰和戰術C2能力。PMW150的任務是 "以創新的方式滿足相關能力的操作要求，使作戰人員能夠保持C2的優勢"（Colpo，2016）。

另一方面，美國艦艇的海上行動，特別是在沿海地區，將繼續存在爭議和危險；因此，當務之急是發展DMO和EABO，以實現統一的行動愿景。DMO的目的是在有爭議的環境中支持國家和戰略目標。DMO的概念不僅將進攻性打擊視為在戰斗中獲勝的主要戰術，而且還將欺騙和迷惑敵人的能力確定為在有爭議的環境中獲得成功的關鍵任務。目前的工作重點是將現有的平臺、系統和能力與DMO的具體戰術相結合，以實現海上戰略和作戰目標。DMO被定義為 "通過使用可能分布在遙遠的距離、多個領域和廣泛的平臺上的戰斗力來獲得和保持海上控制所必需的作戰能力"（海軍作戰發展司令部[NWDC]，2017）。

DMO作為海軍和海軍陸戰隊資產運作的一個概念，其發展源于分布式殺傷力（DL）模型（Popa等人，2018）。DMO的概念采用了DL的擴展觀點，由三個支柱組成：通過網絡射擊能力提高單個軍艦的攻擊力，將攻擊能力分布在廣泛的地理區域，并為水面平臺分配足夠的資源，以實現增強的作戰能力（Rowden, 2017）。DMO還強調在所有領域，包括空中、地下和網絡戰，都需要更有彈性和可持續性的水面平臺。DMO的未來觀點是成為以艦隊為中心的戰斗力，通過整合、分配和機動性，允許在多個領域（有爭議的空中、陸地、海上、太空和網絡空間；國防部，2018）同時和同步執行多種能力和戰術，以便在復雜的有爭議的環境中戰斗和獲勝（Canfield，2017）。因此，DMO不僅包括傳感器、平臺、網絡和武器的傳統戰爭能力，而且還延伸到隨著新技術發展的其他戰術。DMO概念使用涉及ISR、機器學習（ML）和人工智能（AI）的先進探測和欺騙，特別是使用無人系統來增強進攻性戰術行動的能力；因此，通過潛在地利用平臺、傳感器、武器、網絡和戰術的不同組合，可以在所有海上領域放大一支多樣化但統一的部隊的戰斗力。

DMO的概念包括詳細的能力，如反措施、反目標和反介入的戰術。反措施是旨在轉移威脅的防御性能力。反目標可能是進攻性能力、欺騙性戰術和轉移威脅的作戰演習。欺騙性戰術包括無人資產群、機械和物理反措施、電子干擾和限制電磁輻射，或排放控制（EMCON）。反介入是為了消除威脅。

傳統上，基線部隊結構由一組固定的友軍艦艇和飛機組成，排列成行動組，包括航母打擊組（CSG）、遠征打擊組（ESG）、水面行動組（SAG），以及各種獨立的可部署單位，如EABO的遠征海軍部隊。

DMO的行動要求包括能力、人力、維護和供應等資源，需要仔細分析、計劃和執行，這需要正確的數據戰略、分布式基礎設施和深度分析。威脅與能力協同進化矩陣（TCCM）的技術概念解決了DMO和EABO行動的要求。威脅是一種能力試圖處理的問題，包括其復雜性和緊迫性。一種能力是代表威脅的問題的解決方案。來自ML/AI社區的協同進化算法探索了一些領域，其中能力或能力組合的質量由其成功擊敗威脅或威脅組合的能力決定。戰爭游戲模擬中使用的協同進化算法類似于國防應用中廣泛使用的蒙特卡洛模擬，只是它們參與了預測和預報、優化和博弈（minmax）算法等ML/AI。DMO和EABO概念要求處理不斷變化和發展的威脅的能力和資源網絡的靈活性和進化。

圖 1. 每個節點都使用 CLA 注意：每個節點的內容和數據可能包括能力；首先需要對能力進行索引、編目和數據挖掘。

圖 2. TCCM 和兵棋仿真的概念

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。