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納戈爾諾-卡拉巴赫和烏克蘭沖突的最新事件將焦點轉移到在大規模作戰行動中使用武裝無人機系統上，并塑造了未來戰爭的前景。這些武裝無人機系統配備了精確制導彈藥，推進了其應用的界限，改變了無人機系統僅僅是情報、監視和偵察資產的看法。

武裝無人機系統發揮了重要的近距離空中支援作用，為地面部隊提供支援，并對敵方防空資產、炮兵陣地、指揮和控制節點、集結區單元以及從后方向前線移動的后勤車隊執行空中攔截任務。武裝無人機系統還與友軍炮兵資產嵌入，從而提供精確的目標捕獲和準確的打擊后戰損評估。

馬其頓陸軍在 2025 年退役米-24 作戰直升機后，近距離空中支援和空中攔截能力將嚴重下降。本研究旨在為多功能武裝無人機系統制定解決方案，將其作為馬其頓陸軍的一個有利可圖的選擇，并將其納入正在進行的現代化項目，以成倍提高武裝部隊的整體能力，特別是火力、情報和指揮控制等作戰功能。

過去幾年來，大西洋上的敵對潛艇活動不斷加劇。此外，戰略對手開發出了先進的隱形潛艇，使其更難被發現。活動的加劇加上先進的平臺，使美國的對手得以挑戰其在水下領域的主導地位。雖然利用貝葉斯搜索方法對優化搜索策略進行了大量研究，但公開文獻中的大多數方法都側重于搜索靜止物體，而不是由藍方潛艇對移動的紅方潛艇進行搜索。因此，本文了建立了一個敵方潛艇模型，其目標是避免被發現。隨著搜索努力的消耗，敵方潛艇位置的后驗概率分布會根據負面搜索結果計算出來。提出了一種尋找搜索模式的方法，該模式試圖在貝葉斯框架內利用馬爾可夫特性使探測概率最大化。具體來說，研究了三種不同的運行窗口方法：一種簡單的網絡優化模型、一種在規劃整個路線的每個時間段后執行更新的網絡優化模型，以及一種只提前兩個時間段的動態程序。

圖 3：在場景 I-V 中，我們改變了 “紅方”的起始位置和 “紅方”的起始格數。請注意，場景 I 的起始位置是 SR 的右下方單元格。SR 的北端位于網格的頂部。左上角的單元格是（1,1），右下角的單元格是（20,20）。

過去幾年中，大西洋上的潛艇活動不斷加強，多艘紅色潛艇部署到大西洋。此外，美國的對手正在研制與美國海軍（USN）潛艇級別相當的高能隱形潛艇。正因為如此，美國高級領導人評估認為，大西洋不再是一個沒有爭議的戰場，這迫使美國海軍調整工作重點，以挑戰此類海底威脅。例如，2018 年，美國海軍重新組建了美國第二艦隊，以應對大西洋上的敵對潛艇活動 [LaGrone, 2018]。此外，海軍最近宣布成立一支新的驅逐艦特混艦隊，專門負責在短時間內做好部署準備，以應對大西洋上的獵潛艇[Shelbourne，2021]。在作戰方面，艇員在部署前都要接受額外的訓練和認證，以確保隨時準備應對敵對潛艇的海底威脅。

美國海軍正在采取的行動清楚地表明，大西洋上敵方潛艇存在的增加對國家安全構成了重大威脅。當 “紅方”潛艇部署到大西洋時，能夠快速定位和跟蹤它們對國家安全至關重要。俄亥俄級彈道導彈潛艇（SSBNs）的設計目標是成為核三巨頭中可生存的部分。SSBN 上的潛艇艇員在處于戒備狀態時，必須保持不被發現的狀態，這樣才能保持可靠的第二次核打擊能力，為總統決策提供更多的靈活性，并對戰略對手的核與非核侵略形成威懾。在 SSBN 附近水域活動的敵對潛艇，如果被前潛艇發現并跟蹤，可能會降低 SSBN 的生存能力。快速定位敵對潛艇的能力將使指揮官能夠調整 SSBNs 的位置，以最大限度地保證其生存能力，并將幫助海軍跟蹤紅色潛艇，以減輕其武器對本土的威脅。

從歷史角度看，反潛戰（ASW）真正開始于第一次世界大戰期間，目的是對抗德國帝國海軍的無限制潛艇戰戰略[Cares，2021]。從那時起，反潛戰演變為兩類：進攻性反潛戰和防御性反潛戰[Cares, 2021]。在進攻性反潛戰中，目標是獵殺敵方潛艇[Cares, 2021]。但需要注意的是，在和平時期的行動中，其目標會有所改變，即確定敵方潛艇的位置并與之保持聯系[Cares, 2021]。另一方面，防御性反潛戰的目標是保護資產免受敵方潛艇的攻擊[Cares, 2021]。這兩項工作的共同點是需要有效地發現敵方潛艇。潛艇指揮官會得到可在其中行動的水域空間、敵方潛艇的位置信息以及可能有關敵方潛艇任務的情報。有了這些信息，指揮官就需要制定搜索敵方潛艇的計劃，通常是在計劃范圍內（如 12 小時）進行搜索。

聯合全域指揮與控制 (JADC2) 并不是一個新問題。美國各軍種和情報機構在過去和現在都是以聯合的方式作戰。只是從未有過這樣的挑戰，即各組織之間的整合必須使用統一的整合手段，而不是由領導聯合任務的組織定義的專有手段。像往常一樣，總是需要高度橫向整合。新的挑戰似乎是要通過高效的設計，確保JADC2各級分層組織角色之間的縱向整合得到極大擴展。這不僅是跨組織聯合結構的需要。由于作戰空間的復雜性，指揮部的每個角色在出現人員傷亡（包括人員戰備狀態下降）時都必須易于替代。

態勢感知（SA）植根于對每種態勢從開始到結束的演變過程的了解，這一點至關重要。這是支持現代戰場局勢大幅波動的必要前提。對局勢的了解可確保對作戰空間的了解既符合實際情況，又能適應世界動態的臨時性質。不僅要不斷考慮情境參與者（主體和客體）之間的關系，還要考慮改變世界模型狀態機狀態的行動。必須認識到，所處的環境，如 METOC、EMW、Acoustic 等，是高度動態的，會導致條件不斷變化，并以環境事件的形式產生影響。這些外部閾值事件有助于積極主動地生成外部因素，從而因不斷變化的情況原因以及持續的規劃和重新規劃活動而產生新的條件。我們相信，在不斷變化的情況下，并發環境在任務環境的形成過程中發揮著重要作用。

從戰術邊緣自下而上地設計企業是至關重要的，因為只有從戰術邊緣才能獲得有關情況和背景的知識。與戰術層及以上各層（即作戰層和戰略/國家層）的高級角色共享背景知識，是管理 SA 以確保理解當前評估和預測情況的唯一策略。想象中的 "假設 "問題至關重要，因為它們通過揭示反事實來揭示因果關系。事實上，"反事實 "是一種發現新情況的機制，是發現情況的必要前提。

本研究將為戰術、戰役和戰略/國家各級不同角色的決策參與者做出重大貢獻。堅信決策就緒知識必須在不做任何進一步轉換的情況下提供給所有決策參與者。這些知識將以適當的粒度水平提供給每個決策者。這種自動推送驅動的流式交付將確保及時提供有價值的知識，并為決策者提供機會，使其能夠根據所提供的情境知識查詢后端。

知識交付需要后端了解決策者認為哪些知識對其各自的責任領域（AOR）有價值。還需要支持在戰術邊緣提取知識的 "原位知識 "概念。這就需要將收集到的觀察結果和持續發現的新情況植入智能信息-知識結構，使其適合于通過各種邏輯進行推理，包括因果、情況、行動、事件以及必要的其他邏輯。如果采用 "智能數據信息結構"，移動信息知識將被限制在最低限度，這對邊緣的有限網絡帶寬至關重要。

考慮到總結所捕獲的信息和知識對眾多決策者都有好處，實現這一點有幾個先決條件。首先，必須將智能信息數據結構嵌入到 "匯總容器 "中，以便匯總圖表、其他能夠捕捉智能結構、事件和世界模型的結構。其次，所有 "智能信息-知識結構 "都必須支持可組合性。要實現這一點，就必須采用本體論 "類型系統"，使類型可以表示為組合。

所提交的內容提要涉及各種跨學科概念。這是必要的，因為邏輯世界模型的信息和知識具有高度異質性、多維性和層次性。"類型系統 "是表示復雜多變的世界模型絕對必要的基礎概念。JADC2 需要使用匯總聚合引擎來向所有決策者提供知識。

圖 1-1: 演示潛艇對水流的影響。由于 UUV 靠近潛艇運行，這種尾流和流場會影響 UUV 的運行。

無人潛航器（UUV）操縱模擬器在模擬靠近移動潛艇的 UUV 運動時受到嚴重限制，因為它們無法實時確定復雜的湍流流體動力相互作用。潛在流求解器的速度通常足夠快，但它們忽略了粘度，從而帶來了很大的誤差，而粘度在控制中起著至關重要的作用。另一方面，計算流體動力學（CFD）可以精確模擬這些流體動力學相互作用，但模擬一個特定配置的單個 UUV 通常需要數小時或數天才能完成。因此，對于實時應用來說并不實用。為了彌補這一差距，我們開發了一個基于主動采樣高斯過程（GP）回歸的機器學習框架，以創建一個降階模型（ROM），利用最少的昂貴模擬次數實時預測水動力相互作用。

引入的主動學習框架（稱為 GP 回歸的非近視多保真（NMMF）主動學習）通過結合低成本的低保真潛在流動模擬來探索領域，以及優化選擇高保真 CFD 模擬作為訓練數據來提高模型的準確性，顯著而簡潔地加快了代理模型的收斂速度。結果表明，GP 回歸模型能夠準確有效地捕捉 UUV 與移動潛艇之間的流體動力學相互作用。基于所開發的算法，我們能夠定義運行包絡線，勾勒出 UUV 安全克服流體動力相互作用的區域，以及 UUV 受力過大并與潛艇發生碰撞的區域。這種方法還使能夠開發新的自主協議，通過調整所需的 UUV 航向和速度來補償水動力相互作用，從而使 UUV 安全地保持在所需的航道上。靈敏度分析證實了所提出的控制策略的穩健性。所提出的想法為復雜環境（如湍流邊界層）中的控制算法鋪平了道路，這些環境以前是無法實時導航的。

印太地區的大國競爭對美國來說并不陌生。西太平洋對后勤工作提出了獨特的挑戰，尤其是在海上領域。即使按照今天的標準，當前的海上后勤平臺也屬于傳統設備；它們缺乏能力和容量，是美國在對抗性海上環境中維持聯合部隊的關鍵弱點。然而，新興技術可以在短期內彌補這些差距。

人工智能可以協助人類制定航線和裝載計劃，提供船只控制，并以競爭激烈的戰場節奏實現快速數據匯總和決策。通過在各后傾節點之間自動進行兵力分配和供應動態分配，人工智能將使關鍵物資在正確的時間和地點到達。INDOPACOM 地區的地理距離自上一次大國競爭以來一直未變；增強指揮和決策速度對于實現和保持競爭節奏至關重要。

海上和陸地/海洋的自動化貨物運輸既能降低風險，又能提高效率。通過用自動化系統取代人類操作員來執行常規的、高強度的實際操作，指揮官可以控制部隊的風險。無人駕駛船只可以在沒有外部支持的情況下在海上運行數周。自動起重機和車輛可以不知疲倦地高效裝卸貨物。

實戰化的彈性系統意味著作戰人員可以信賴它們的持續性。推進器和貨物裝卸設備等關鍵系統的冗余可確保長途航行不會白費。零部件的通用性、自動維護操作和現成的商用解決方案避免了交付流程中的瓶頸，并實現了有利的齒尾比。以可承受的價格生產后勤平臺，意味著可以在行動開始時安裝更多的系統，并在需要時增加更多的能力。最后，擁有足夠多的成本效益高、易于保養、維修和相對容易更換的船只，有助于提高系統的彈性。

當前的技術可以彌補海事后勤的不足，而更全面的解決方案則可以解決體制上的缺陷。采用人工智能、自動化設備和彈性系統可以有效地使聯合部隊指揮官控制作戰區域內的后勤工作。

圖：人工智能支持的在途可視化

本文探討了自主無人機系統（UAS）的制導和控制。具體而言，研究了基于模型參考自適應控制（MRAC）的尾翼無人機系統，以及用于戰術機動和覆蓋的多旋翼無人機系統的制導和控制。調查了當前和潛在的應用，并找出了現有技術的差距。

為了解決四旋翼無人機這一特殊類別的尾翼無人機系統的控制問題，研究人員開發了兩種方法，以解決建模不確定性、未建模有效載荷、陣風以及執行器故障和失靈等問題。在第一種方法中，尾翼無人機系統的縱向動力學采用 MRAC 法進行調節，以在新穎的控制架構中實現規定性能和輸出跟蹤。用于規定性能和輸出跟蹤的 MRAC 法則結合了線性二次調節器 (LQR) 基線控制器，使用積分反饋互連。利用障礙 Lyapunov 函數對軌跡跟蹤誤差進行約束，并通過采用軌跡跟蹤誤差瞬態動態參考模型來保證用戶定義的軌跡跟蹤誤差收斂速率。在該控制系統中，平移和旋轉動力學分別分為外環和內環，以考慮到四旋翼雙翼飛行器的動力不足問題。在外環中，氣動力的估計值和 MRAC 法則用于穩定平移動力學。此外 此外，還推導出參考俯仰角，使飛行器的總推力永遠不會指向地球，以確保安全，并避免通常用于確定方向的帶符號反正切函數固有的不連續性。在內環中，氣動力矩的估計值和 MRAC 法則用于穩定旋轉動力學。此外，還提出了一種用于確定所需總推力的法則，該法則可確保如果飛行器的方位與所需方位足夠接近，則會施加適當的推力。還提出了一種控制分配方案，以確保始終實現所需的推力力矩，并滿足對執行器產生的推力的非負約束。仿真驗證了針對規定性能和輸出信號跟蹤采用 MRAC 的控制架構，并將規定性能 MRAC 法與經典 MRAC 法進行了比較。

在第二種方法中，提出了一種基于 MRAC 的統一控制架構，該架構沒有將縱向和橫向動力學分開。平移和旋轉動力學分別被分離為外環和內環，以解決尾翼無人機系統的動力不足問題。由于預計飛行器會發生較大的旋轉，因此使用無奇異性的四元數來捕捉尾翼的方向。此外，還通過使用障壁 Lyapunov 函數來解決卷揚現象，以確保跟蹤誤差四元數的第一個分量為正，從而按照最短的旋轉將飛行器的當前方位驅動到參考方位。在外環中，利用對空氣動力的估計和 MRAC 法則確定所需的推力。參考方位是根據正交普羅克斯特問題的解確定的，該問題可找到從當前推力方位到所需推力方位的最小旋轉。由于正交普羅克里斯特問題的不連續性質，角速度和加速度無法通過對正交普羅克里斯特問題解的時間導數來推導。奇異值分解的不連續性。因此，我們使用兩次連續可微分函數--球面線性插值，來尋找連接捕捉車輛當前方位的單元四元數和捕捉參考方位的單元四元數的大地線。一個有趣的結果是，角速度和加速度只取決于參數化球面線性插值函數的標量值函數的一階導數和二階導數；實際函數并不重要。然而，確定該函數的形狀并非易事，因此采用了受模型預測控制啟發的方法。在內環中，使用氣動力矩估計值和 MRAC 法來穩定旋轉動力學，并將推力分配給各個螺旋槳。建議的控制方案的有效性通過仿真得到了驗證。

提出了一種用于自主無人機系統的集成制導和控制系統，可在未知、動態和潛在的敵對環境中，按照用戶規定的不計后果或戰術方式進行機動。在該制導和控制系統中，戰術操縱是通過在飛行器接近目標時利用環境中的障礙物來實現的。不計后果的機動是通過在向目標前進時忽略附近障礙物的存在，同時保持不發生碰撞來實現的。魯莽行為和戰術行為的劃分受到生物啟發，因為動物或地面部隊都會使用這些戰術。制導系統融合了路徑規劃器、避免碰撞算法、基于視覺的導航系統和軌跡規劃器。路徑規劃器以 A? 搜索算法為基礎，并提出了可定制調整的 "到達成本"（cost-to-come）和啟發式函數，通過降低底層圖中捕獲靠近障礙物集的節點的邊的權重，利用障礙物集進行躲避。啟發式的一致性已經確定，因此，搜索算法將返回最優解，而不會多次擴展節點。在現實場景中，需要快速重新規劃，以確保系統實現所需的行為，并且不會與障礙物發生碰撞。軌跡規劃器基于快速模型預測控制（fMPC），因此可以實時執行。此外，還采用了一個自定義的可調成本函數，該函數權衡了與障礙物集的接近程度和與目標的接近程度的重要性，為實現戰術行為提供了另一種機制。新穎的避免碰撞算法是基于解決一類特殊的半有限編程問題，即二次辨別問題。避撞算法通過尋找將無人機系統與障礙物集分隔開來的橢球體，生成無人機系統附近自由空間的凸集。凸集在 fMPC 框架中用作不等式約束。避撞算法的計算負擔是根據經驗確定的，并證明比文獻中的兩種類似算法更快。上述模塊被集成到一個單一的制導系統中，該系統為任意控制系統提供參考軌跡，并在多次模擬和飛行測試中展示了所提方法的有效性。此外，還提出了飛行行為分類法，以了解可調參數如何影響最終軌跡的魯莽性或隱蔽性。

最后，介紹了用于自主無人機系統的綜合制導和控制系統，該系統可在未知、動態和潛在敵對環境中，按照用戶的要求，以不計后果或戰術的方式執行戰術覆蓋。覆蓋的制導問題涉及收集環境信息的策略和路線規劃。收集未知環境信息的目的是幫助服務組織和第一反應人員了解態勢和制定計劃。為解決這一問題，需要綜合考慮目標選擇、路徑規劃、避免碰撞和軌跡規劃。我們提出了一種基于八叉樹數據結構的新型目標選擇算法，用于為路徑規劃器自主確定目標點。在該算法中，由導航系統推導出的體素地圖捕捉了環境中各區域的占用和探索狀態，并被分割成捕捉大面積未探索區域和大面積已探索區域的分區。大面積未探索區域被用作候選目標點。目標點的可行性通過采用貪婪 A? 技術來確定。該算法擁有可調參數，允許用戶在確定目標點序列時指定貪婪或系統行為。這種技術的計算負擔是根據經驗確定的，并證明可在現實場景中實時使用。路徑規劃器基于終身規劃 A?（LP A?）搜索算法，與 A?技術相比，該算法更具優勢。此外，還提出了一種可自定義調整的成本-歸宿和啟發式函數，以實現戰術或魯莽的路徑規劃。提出了一種新的避免碰撞算法，作為上述避免碰撞算法的改進版本，改進了所產生的約束集的體積，從而使更多的自由空間被凸集捕獲，因此，軌跡規劃者可以利用更多的環境進行戰術機動。該算法基于半定量編程和快速近似凸殼算法。軌跡規劃器以 fMPC 為基礎，采用自定義成本函數，通過滑行障礙物表面實現戰術機動，并將所需加速度作為與掩體距離的函數進行調節；采用障礙函數約束飛行器的姿態并確保推力正向性；采用四旋翼無人機系統的輸出反饋線性化運動方程作為微分約束，以實現積極的機動。利用定制的 C++ 模擬器驗證了所提系統的功效。

本論文將探討在海洋環境中運行的自主無人機系統在制導和控制算法方面存在的一些不足。

威脅改變形式和特征的速度與陸軍改造能力的適應速度之間的差距，清楚地凸顯了陸軍轉型過程中所面臨的困難。

為了應對陸軍面臨的作戰挑戰，需要持續不斷地進行現代化改造。技術發展的極快速度和不斷變化的全球戰略環境加劇了這種狀況。

因此，陸軍必須有效采用能夠盡可能預測未來需求的組織流程，并提供能夠在戰略層面提高對實施適當轉型過程必要性認識的有效解決方案。陸軍迫切的轉型需求可以用圖 1 中的模型來表示。該模型結合了國家經濟增長（Y 軸）、陸軍與其他武裝力量的一體化水平（Z 軸）和國防愿景水平（X 軸）。當形狀規則時，模型顯示的是一個處于平衡狀態的系統，而當形狀不規則時，模型則突出了關鍵領域。

目的

本研究旨在指導陸軍轉型的長期進程。它將成為以下方面的主要概念參考

• 通過提出塑造未來陸軍的功能概念，指導未來的適應性研究；
• 假設未來可能的需求，以支持陸軍在不久的將來（2035 年后）的作戰活動， 整個文件的目的是概述意大利陸軍未來所需的能力發展，通常是在北約范圍內。

目標

本文件是陸軍開展的概念性工作的一部分，其目的是界定和確定主要行動者以及陸軍可能需要在其中行動的未來環境的性質。

因此，本文件的目的是描述假設情景和陸軍將面臨的主要挑戰。目的是找到可能的解決方案，以推動支持國防的能力發展進程。

本文件介紹了未來指揮官為更好地應對 "陸軍指揮官面臨的新挑戰 "而必須面對的各種論題及其影響。

方法

本文件將使用北約 "全球戰略趨勢分析 "文件和 "戰略前瞻分析 "文件中已確定的要素，同時還將引入復雜環境中的遠見方法要素，特別是規劃情景。

這項研究（也考慮到了作為遠見方法一部分的尋路方法）不僅考慮了分配給陸軍的主要任務，還考慮了戰略趨勢（地緣政治、人口、技術、經濟和環境）的演變。它希望勾勒出未來陸軍必須保持實質性優勢的領域。

隨著大數據的興起，信息的傳播速度也在不斷加快。速度將影響基于信息的決策。問題是，信息速度、連續性和真實性的提高是否有助于提高組織中決策者的決策質量。這種決策質量可以通過解決智能體在決策過程中對速度和準確性的權衡來解決。為了了解信息速度對決策質量的影響，本研究探討了速度對速度-準確性權衡的影響。本研究在決策過程中分析了這種權衡的背景。

現有工作

關于大數據的興起及其對組織決策過程的影響，目前已有相關研究。這些研究從所有四個方面對大數據進行了描述：數量、速度、種類和真實性；不過，有關速度對這些過程的具體影響的研究尚未問世。本研究有助于理解信息速度的概念以及這種速度對決策過程的影響。我們將通過描述信息速度對速度和準確性之間權衡的影響來探討這一問題。有關速度、速度-準確性權衡和決策過程的現有文獻為本研究提供了方向。

研究方法

為了探討信息對速度和準確性之間權衡的影響，本研究采用了基礎理論方法，在現有文獻和收集的數據之間反復推敲，以構建有關信息速度對速度-準確性權衡影響的理論。

我們在 Da Silveira 和 Slack（2001 年）的模型基礎上建立了一個模型，以解決速度對如何在速度和準確性之間進行權衡的影響問題。該模型經過調整，適用于智能體的行為影響過程中的權衡的情況。通過使用該模型，可以確定流程中的下一個因素：必要條件、一個目標給另一個目標帶來的變化、能力的有效性以及智能體如何平衡權衡的選擇。為了確定這些因素，采用了實證研究來解決這一問題，因為智能體的選擇是可以觀察和質疑的。實證研究是在一個案例研究中進行的：荷蘭國防部組織內的一個情報流程。實證研究采用了兩種方法：人種學觀察和訪談。訪談用于了解智能體所感知到的取舍，并深入了解導致這些取舍的因素。在人種學研究過程中，發現智能體在速度和準確性之間的實際權衡。數據收集過程的結果被整合到一個模型中，以解決信息速度對速度和準確性之間權衡的影響。

結論

通過實證研究方法收集的數據，我們構建了一個關于速度和準確性之間權衡影響的模型，如圖 S.1 所示。

圖 S.1： 信息速度對速度-準確性權衡的影響模型

該模型是通過分析在進行實證研究的背景下收集的數據構建的。這種環境受到以下背景因素的影響：所有接收到的信息都應進行分析的規則、交付結果的明確截止日期、流程中特定智能體的特定任務以及主要通過報告共享信息。

信息速度的影響既有消極影響，也有積極影響。積極影響包括信息可用性的提高，盡管這種影響只有在沒有信息進行分析過程時才會顯現。負面影響包括信息的可理解性降低，從而降低分析能力、速度和準確性。另外，當最后期限固定時，高信息速度導致的工作量增加要求智能體具有更高的速度水平。這種效應會導致結果的準確性降低，而在決策可能對人的生命造成高風險的情況下，這種結果往往是不可取的。

雖然速度提高后信息流動速度會加快，但如果不對當前決策過程的組織結構進行調整，決策過程的速度就不可能提高。而且，在特定情況下，當信息速度提高時，決策所依據的信息的準確性也可能降低。速度可以通過提高信息可用性為決策過程帶來機遇，但為了應對速度帶來的負面影響，應改變決策過程的組織結構。

下一步工作

在這項研究中，我們發現了信息速度對速度-準確性權衡的影響。這項研究是在特定背景下進行的，研究人員的主觀性影響了所構建的結果。為驗證研究結果，應在不同組織內，由多名研究人員和受訪者通過訪談和人種學研究開展更多實證研究。此外，基于 Da Silveira 和 Slack 模型開發的模型也應得到驗證，以適合解決智能體如何在目標之間進行權衡的問題。

海軍水面作戰中心胡內姆港分部發現，為了滿足未來的數據需求，需要改進艦岸數據傳輸能力。近年來，對更好的艦岸數據傳輸系統的需求日益增長，這主要是由于作戰系統元素日益復雜。這些數據需求，加上通信技術的進步，將有助于提供一個有效和高效的數據傳輸系統，超越目前帶寬的限制。增強數據傳輸能力和補充現有艦艇數據傳輸方法的一種方法是使用無人系統作為主要或輔助通信手段。本畢業設計提供了一個概念系統的作戰概念、系統架構以及建模和仿真分析，旨在滿足美國海軍提高艦對岸數據傳輸能力的需求。與目前的數據傳輸方法相比，這種方法的概念應用所顯示的結果可顯著縮短操作時間。在仿真和數據分析的支持下，操作時間的減少為使用無人飛行器的可行性和提高海軍艦艇上的艦岸數據傳輸能力帶來了積極的結果。

海軍水面作戰中心胡內姆港分部（NSWC PHD）需要改進艦岸數據傳輸能力，以支持美國海軍（USN）的測試活動，本項目正是針對這一需求而開發的。具體來說，需要一種更快的數據傳輸方法來增強現有的艦岸通信網絡，以支持美國海軍的測試活動。測試活動分析和遠程支持工作需要與岸基活動之間傳輸大量數據。現有通信系統對數據傳輸的限制會阻礙及時進行測試活動數據分析和遠程支持工作。測試活動通常在艦艇交付后或實施重大系統升級的可用期后進行。由于目前的目標是建立一支擁有 355 艘艦艇的艦隊（2020 年為 O'Rourke），而且艦艇系統的復雜性也在不斷增加，因此在可預見的未來，對改進數據傳輸能力以支持測試活動的需求將是持續而迫切的。為此，頂點團隊收集了相關信息，以制定頂點問題陳述： 近年來，對更好的艦岸（雙向）數據傳輸系統的需求一直是人們最關心的問題，這主要是由于作戰系統元素對數據的需求不斷增加。這些數據需求加上通信技術的進步，將有助于提供更好的決策支持和作戰能力，超越當前艦載系統的局限性。

頂點團隊發現了一個技術機會，即利用現有無人機（UAV）平臺的能力來填補這一能力差距，從而促進能夠滿足利益相關者要求的輔助通信線路。此外，該系統還必須在與美國海軍測試活動相關的環境條件下運行，與艦艇和地面站的操作人員連接，根據需要在艦艇和地面站之間建立并保持雙向數據連接，并具備連接和將數據寫入經批準的可移動媒體的能力。我們創建了一個概念性系統設計，命名為可部署空中數據鏈路（DAD），旨在表明利用無人機平臺可以實現利益相關者的目標。該系統旨在提高從船上到岸上的數據可用性。DAD 系統的操作概念包括使用艦艇部隊提供的可拆卸介質上傳至外部系統，然后與部署在無人機上的螺栓子系統通信，進行數據上傳或中繼。在圖 1 中，配備有 DAD 模塊化計算機子系統的美國海軍艦艇利用 DAD 系統通信線路，通過配備有 DAD 栓式子系統的無人機接收或傳輸來自 DAD 模塊化計算機子系統的數據。

圖 1 - DAD 作戰視圖

頂點團隊在系統概念化過程中使用了量身定制的系統工程 Vee 模型，該模型改編自國際系統工程理事會（INCOSE）和 Wiley（2015 年）。該研究提出了操作概念、技術方法、一套可行的候選解決方案、系統架構、系統模型和仿真以及可行性結果。得出的概念系統是對現有通信方法和相關系統的分析與運行目標的綜合。進行了替代方案分析（AoA），并確定了四種潛在解決方案供分析：(1) 繼續使用現有衛星技術，(2) 使用無人機作為中繼器，(3) 使用無人機進行接收和傳輸，以及 (4) 使用無人機進行數據上傳和硬盤移除。

根據得出的系統要求，通過應用分區標準將要求轉化為系統功能，開發了一個物理架構。然后進一步分解系統和子系統功能，并應用可行性標準來開發物理系統架構。功能、接口和系統組成在系統架構中得到進一步定義和捕捉，為此，頂點團隊使用基于模型的系統工程（MBSE）工具 Innoslate 創建了概念系統。圖 2 提供了一個高級 DAD 系統塊定義圖 (BDD)。

在確定了系統要求和系統架構后，確定了建模方法，以得出預期的系統性能。建模和仿真工具 ExtendSim 被用來分析特定場景條件下運行時間和數據傳輸率之間的關系。分析支持使用無人機作為數據傳輸平臺，并揭示了可取的系統配置和系統使用方法。初步研究結果表明，與現有通信系統相比，利用無人機的概念系統有可能以較低的運行成本為美國海軍提供更高的數據傳輸能力。

見解/關鍵判斷：

• 海上作戰概念（MarOpC）是一個基于效果的概念，它滿足了ISDR 21和IOpC的要求。
• 海上作戰概念是一種作戰方法，具有適應性；隨著作業環境的變化，有必要進行調整。
• 全球競爭、氣候變化、技術擴散、人口結構變化和可負擔性將可能成為未來安全環境的決定性特征。
• 海事部隊的效用最好被理解為使用中的應急。

愿景

"一個以人為本的組織，擁抱創新和技術，作為一個團隊工作，成為一個有效的全球海軍，處于國家努力的核心：保護英國，防止沖突，并隨時隨地準備與敵人戰斗。

目的

海軍作戰計劃是一個以受眾為中心的概念，它描述了海上力量對ISDR21和IOpC所提出的要求的回應。與皇家海軍戰略一起，它描述了海上力量的明智之舉，從一個基于平臺的、特定角色的、綜合的艦隊，到一個分布式的、作為一個系統運作的蛋白體部隊。利用皇家海軍的部隊水平產出，這個概念描述了海上部隊將如何提供國家作戰優勢和綜合行動，以及為實現這一目標所需的變化。

海軍作戰計劃提供了一個清晰的愿景，即海上對國家權力的軍事工具的貢獻，并定義了皇家海軍將如何發展。為能力管理戰略提供信息，《海洋綱要》為長期的資金和能力戰略提供了基礎，在未來的國防審查中為皇家海軍的主張提供信息。海軍作戰計劃應與皇家海軍戰略一起閱讀。

今天的政策對皇家海軍提出了要求，這些要求可以通過現在采用MarOpC，并在2025年預期的綜合/防御審查之前得到最好的滿足。但是，變化的發生需要時間，而組織變革、文化重啟和能力轉型的調整預計將在2030年以后發生。雖然成熟可能會在2030年代到來，但我們必須現在就采用MarOpC的操作方法，認識到定期審查的重要性。

現實性

應對當前和未來的挑戰是一項艱巨的任務。作為一種作戰方法，MarOpC必須具有雄心和適應性；隨著作戰作環境的變化，必須進行調整。同樣，雖然對變革的規模和速度毫不諱言，但MarOpC是有基礎的。困難、緊張和矛盾被強調。滿足國際合作組織提出的要求將帶來艱難的選擇，需要明確的目標和統一的努力。

實現MarOpC的風險

MarOpC描述了一個系統的方法，隨著地理分布的增加，越來越廣泛地使用無機組人員的系統，以及迫使早期選擇的明智的支點哲學 ，都產生了資源需求。明智的支點理念描述了如何評估相互競爭的價值主張；這既是一種行為，也是一個過程，不能把選擇看作是決定性的，特別是當情況發生變化時。MarOpC不是要預測未來，而是要"......不要偏離目標太遠，以至于一旦[未來]的特征被揭示出來，就無法調整"。

定義未來安全環境的特征

競爭性

全球競爭——國家之間對資源、準入和影響的競爭——將繼續升級和多樣化。國防和海上部隊所需的影響范圍和廣度將繼續增加。非國家安全挑戰（例如 VEO 和有組織犯罪）將對海上力量提出要求，并需要在廣泛的利益相關者之間交換信息。

氣候變化

氣候變化的影響將對全球安全產生重大影響，政府間氣候變化專門委員會報告說："......氣候系統的變化[將]變得更大，這與全球變暖的加劇直接相關。它們包括極端高溫、海洋熱浪和強降水的頻率和強度增加，一些地區的農業和生態干旱，強烈熱帶氣旋的比例，以及北極海冰、雪蓋和永久凍土的減少。這些變化的影響將加劇資源競爭，對生物安全產生不利影響，并將催生不可預見的健康挑戰。這些因素將促成一個不太穩定的世界。除了氣候變化對安全的影響外，海事部隊必須發展以滿足英國未來的碳凈值。這是一個巨大的挑戰，它將影響海事部隊所有未來系統和能力的設計和屬性。

技術擴散

技術擴散是一種威脅，也是一種機遇；在這兩種情況下，它都是海事部隊的一個決定性主題。高科技武器、傳感器和作戰協調技術的加速普及，使得對英國和/或綜合部隊的攻擊對于更多的威脅者來說更加可行。全面的技術優勢不能再被假設，再加上作戰優勢的喪失，將對戰略穩定構成明顯的風險。同樣，機會也是存在的，當我們的對手變得更加依賴技術時，我們可以獲得更多的攻擊載體，以及大規模擴散技術的成本分攤和規模經濟的潛力。

負擔能力

從根本上說，負擔能力是一個挑戰。傳統的大規模模式和整個部隊的平等能力標準已不再適合或負擔得起。相反，海上力量必須是有針對性的，專注于實現作戰優勢，以明確的目的，對抗最可能的對手。這種優先次序的確定將帶來困難的選擇；海上力量必須適應能力的不均衡分布，動態的和有限的機會，以及在設計、思考和執行中對不對稱性和非一致性的需要。

人口結構的變化

全球人口繼續增長，預計到2050年將達到97億人，到本世紀末將達到110億人。這一增長預計將主要發生在非洲和亞洲，并將伴隨著持續的城市化。這種人口增長的不均衡分布將產生安全挑戰；對資源的競爭（因氣候變化而加劇）、全球北方工作年齡人口的減少以及全球南方青年人口的增長都可能增加公共財政的壓力。財富和機會的不均衡分配將促使跨國移民的增加。不斷變化的人口結構有可能擾亂現有的社會模式，挑戰資源和財富分配，所有這些都可能表現為安全挑戰。

對聯合部隊的貢獻

海上力量的持久屬性繼續適用于海上部隊對綜合部隊的貢獻。這些屬性使海上力量能夠跨越競爭和沖突的范圍，提供戰略選擇、行動靈活性和戰術上的不可預測性。

海事部隊的效用最好被理解為使用中的應急。海事部隊是為全球參與、危機應對和戰爭而配置的。這一點--再加上在海洋領域提供的準入和持久性--使海上力量能夠不斷地與我們的對手競爭作戰優勢。這種優勢將被直接或間接地利用到所有的領域，而多領域整合則提供了協同效應的框架和動力。

綜合部隊的全球準入--特別是在危機應對和戰爭中--是沒有保證的。海上力量的設計是為了競爭、爭取和獲得進入作戰地區和整個沿海側翼的機會。這不僅僅是一場進入戰區的戰斗；它是通過持久性交戰實現的效果，它使我們能夠及早部署部隊，抵消了爭取進入的需要。

MarOpC

以下三個主題定義了MarOpC，并提供了判斷未來選擇的標準。

主題1--成為一支分布式的高素質部隊

海事部隊在設計上將變得更加分布式和保護性。

分布有兩個不同的目的。首先，一個更加常規化的部隊能夠提高持久性，并產生更大和更持久的效果。這確保了海上力量在沖突門檻以下，以及在不需要海上特遣部隊全部能力的情況下，能夠經常性地提供效果。其次，分布增強了殺傷力和生存能力。與系統方法相配合，海上力量將更經常地利用合作性的傳感器-決定器-效應器系統，以增加可將對手威脅置于危險之中或作為目標的范圍（和正面）。分布是為了使效果最大化，擴大殺傷力和提高生存能力。分布增強了海上力量的范圍、范圍和效果。

一支強大的海上力量從根本上說是平衡的，并且具有天生的適應性。更進一步說，海戰部隊是從高度具體的平臺優化轉向具有相互依存和可互換系統組件的部隊。它是一支由多個可擴展和靈活的系統組成的部隊，其組織和定位是為了效果而不是活動。海事部隊在設計上的 "保護性 "使其能夠利用技術、環境或形勢的破壞。它增加了海上力量的選擇和效用。

主題2--執行明智的支點

海事部隊的 "明智的支點"將使皇家海軍能夠通過識別那些正在達到其價值回報終點的活動、功能和能力（舊的），那些處于價值回報中期的活動（生命周期中期-現在），以及實現新的價值回報的新投資（新的），來駕馭向分布式保護部隊過渡的混亂。這種方法旨在圍繞這三個焦點來調整海上力量，通過不同的投資盡可能地釋放被困的價值，同時取消對過時能力的投資，以增加對現在和新的投資的自由。執行 "明智的支點 "就是要做出選擇，平衡今天和明天，盡早承擔量化的風險，并避免沉沒成本謬論的暴政。在實踐中，海事部隊的 "明智的支點 "將不是一個時刻，而是一種決策哲學，選擇的條件是三個重點（舊、現在、新）的相對權重。這種選擇被簡化為日落/日出；在實踐中，它是一套更加復雜和細微的決策。

主題3--采用系統簇方法

采用系統簇方法有兩個功能。首先，它打破了平臺和效果之間的聯系。在一個系統模型中，功能系統的組成部分被整合成一個相互依賴的系統，產生的效果大于各部分的總和。對于海上部隊來說--無論是單獨的還是作為綜合部隊的一部分--這種方法：通過增加傳感器和效應器來提高殺傷力；通過消除單一的脆弱點來提高可用性和復原力；通過增加可用的選擇來提高可用性、復原力和持久性，使海上部隊能夠更好地保持平衡。其次，通過打破平臺和能力之間的聯系--也就是傳統的模式，系統方法增加了能力和技術插入的范圍，提高了敏捷性，并最終促進了作戰優勢。實現這一目標是一個行為上的挑戰。如果半心半意或草草了事，那么以后就需要大量的額外努力，以使系統和能力適應系統方法。

交付IOpC

保護-參與-制約-戰斗的IOpC框架有助于按目的組織活動和效果。它并不意味著通過該框架的線性進展，也不意味著每一個都是獨立的組成部分。對于海上部隊來說。

• 繼續關注完整的能力，能夠通過保護、參與、制約和作戰來覆蓋所有的效果，而且往往是同時進行。這就是使用中的應急措施。
• 保持平衡，充分致力于 "保護-參與"，而不放棄 "制約-作戰"的選擇。這將與作戰設計和部隊組合一樣重要。

保護。一支有彈性的部隊能夠在水上和水下發揮優勢，提供跨政府的綜合反應，保護祖國和海外領土、我們的人民、我們的經濟和我們的生活方式。

參與。一支能夠在全球范圍內，在海上和岸上部署和維持任務小組、任務單位和人員的部隊，并與各機構和合作伙伴相結合。這種持續參與的組合提供了戰略靈活性和政治選擇，以投射英國的全球影響力。

制約。一支能夠通過常規和非對稱方法影響競爭對手決策的部隊，作為融合方法的一部分，通過綜合行動來實現。這將要求部隊能夠破壞對手的假設，并獲得局部升級的優勢。

作戰。一支利用技術和創新的作戰方法進行戰斗并取得勝利的強大力量。

海事部隊的組織是為了實現四個部隊級別的產出。這些產出單獨或共同使用，提供了實現IOpC的方法和手段。

• 北大西洋的本土和作戰優勢（OANA）。一支綜合的海上力量，是北約的核心；保護我們的國土和我們的盟友。
• 持久參與。一支經過優化的高實用性部隊，以提供持久的全球存在。
• 航母打擊。海事部隊和北約的作戰能力的核心，圍繞伊麗莎白女王級航空母艦建立。
• 瀕海攻擊。一支持續參與并具有技術能力的突擊隊，能夠進行打擊和特種作戰。