小型無人駕駛飛機系統（sUAS）的指數式增長為美國防部帶來了新的風險。技術趨勢正極大地改變著小型無人機系統的合法應用，同時也使它們成為國家行為者、非國家行為者和犯罪分子手中日益強大的武器。如果被疏忽或魯莽的操作者控制，小型無人機系統也可能對美國防部在空中、陸地和海洋領域的行動構成危害。越來越多的 sUAS 將與美國防部飛機共享天空，此外美國對手可能在美國防部設施上空運行，在此環境下美國防部必須保護和保衛人員、設施和資產。

為了應對這一挑戰，美國防部最初強調部署和使用政府和商業建造的物資，以解決無人機系統帶來的直接風險；然而，這導致了許多非整合的、多余的解決方案。雖然最初的方法解決了近期的需求，但它也帶來了挑戰，使美國防部跟上不斷變化問題的能力變得復雜。為了應對這些挑戰，美國防部需要一個全局性的戰略來應對無人機系統的危害和威脅。

2019年11月，美國防部長指定陸軍部長（SECARMY）為國防部反小型無人機系統（C-sUAS，無人機1、2、3組）的執行機構（EA）。作為執行機構，SECARMY建立了C-sUAS聯合辦公室（JCO），該辦公室將領導、同步和指導C-sUAS活動，以促進整個部門的統一努力。

美國防部的C-sUAS戰略提供了一個框架，以解決國土、東道國和應急地點的sUAS從危險到威脅的全過程。國防部的利益相關者將合作實現三個戰略目標：（1）通過創新和合作加強聯合部隊，以保護國土、東道國和應急地點的國防部人員、資產和設施；（2）開發物資和非物資解決方案，以促進國防部任務的安全和可靠執行，并剝奪對手阻礙實現目標的能力；以及（3）建立和擴大美國與盟友和合作伙伴的關系，保護其在國內外的利益。

美國防部將通過重點關注三個方面的工作來實現這些目標：準備好部隊；保衛部隊；和建立團隊。為了準備好部隊，國防部將最大限度地提高現有的C-sUAS能力，并使用基于風險的方法來指導高效和快速地開發一套物質和非物質解決方案，以滿足新的需求。為了保衛部隊，國防部將協調以DOTMLPF-P考慮為基礎的聯合能力的交付，并同步發展作戰概念和理論。最后，作為全球首選的軍事伙伴，國防部將通過利用其現有的關系來建設團隊，建立新的伙伴關系，并擴大信息共享，以應對新的挑戰。

通過實施這一戰略，美國防部將成功地應對在美國本土、東道國和應急地點出現的無人機系統威脅所帶來的挑戰。在這些不同操作環境中的指揮官將擁有他們需要的解決方案，以保護國防部人員、設施、資產和任務免受當前和未來的無人機系統威脅。

本報告描述了北約STO RTG IST-149無人地面系統和C2內互操作性能力概念演示器的研究和實驗工作。無人地面車輛（UGVs）在現代戰斗空間中正變得越來越重要。這些系統可以攜帶大量的傳感器套件，從前線提供前所未有的數據流。另一方面，這些系統在大多數情況下仍然需要遠程操作。重要的是要認識到，如果沒有適當的方式在聯盟伙伴之間交換信息和/或將其納入C2系統，ISR數據在很大程度上將是無用的。該小組的主要目的是找到改善這種情況的方法，更具體地說，調查從操作員控制單元（OCU）控制UGV和接收數據的可能標準，并在現實世界的場景中測試它們。

該項目的努力有兩個方面。比利時的貢獻是在歐盟項目ICARUS中所做的工作。這個項目涉及一個用于搜索和救援的輔助性無人駕駛空中、地面和海上車輛團隊。互操作性在幾個不同的實驗中得到了驗證。ICARUS聯盟由幾個國際合作伙伴組成，其中比利時是這個小組的鏈接。第二項工作是該小組的聯合努力，在小組內進行實驗，展示UGV和OCU之間的互操作性。該小組于2018年在挪威的Rena進行了最后的演示。

這兩項工作都使用了無人系統聯合架構（JAUS）和互操作性配置文件（IOP），以成功實現系統間的互操作性。試驗表明，有可能相當容易地擴展系統，并在相對較短的時間內實現與部分標準的兼容。弗勞恩霍夫FKIE和TARDEC都開發了軟件，將信息從IOP域傳遞到機器人操作系統（ROS），并從該系統中獲取信息。ROS是一個廣泛使用的軟件，用于開發UGV和其他類型機器人的自主性，并被該小組的許多合作伙伴所使用。Fraunhofer FKIE和TARDEC提供的軟件對試驗的成功至關重要。

報告還討論了如何在采購前利用IOP標準來定義系統的要求。該標準本身定義了一套屬性，可以在采購新系統時作為要求來指定，可以是強制性要求，也可以是選擇性要求。這使得采購部門更容易定義要求，供應商也更容易符合要求，同時也明確了OCU在連接到系統時，在控制系統和可視化系統中的數據方面需要具備哪些能力。

該小組2018年在挪威瑞納的試驗重點是對UGV進行遠程操作，以及接收UGV的位置和視頻反饋。由于這是一次成功的試驗，下一步將是使用更高層次的控制輸入和反饋來測試互操作性，例如，向UGVs發送航點，并根據系統的感知接收系統周圍環境的地圖。

這是MSG-145技術活動（TA）的最終報告，即標準化C2-仿真互操作性的實施。其目標讀者是北約技術界，特別是那些在指揮與控制（C2）和建模與仿真（M&S）領域工作的人。

本文件描述了MSG-145 TA的工作和發現，它是MSG-085的后續活動。MSG-085的背景在最終報告[1]中已有記載。

本報告描述了北約建模與仿真小組145（MSG-145）的工作和成就。該小組的主要目的是提供證據，支持仿真標準互操作性組織（SISO）的指揮與控制仿真（C2SIM）互操作性標準的實施，從而建議將該標準作為北約標準化協議（STANAG）予以采納。

這項工作建立在北約早期M&S活動的基礎上，特別是MSG-048和MSG-085，它們涉及聯合作戰管理語言和軍事場景定義語言（C-BML和MSDL）的開發和使用。這項工作的成功鼓勵了SISO致力于制定一個統一的標準，即C2SIM，用于初始化、任務/報告和由此產生的系統（我們稱之為聯盟）的同步操作。MSG-145進行了補充研究和實驗，以確定、測試和展示相關的用例。

MSG-145的活動包括：評估SISO C2SIM草案并向SISO提供反饋；開發有代表性的用例并在實驗環境中實施；提供一個持久的、分布式的實驗/測試和評估環境，即C2SIM沙盒；開發一個架構以提供C2SIM作為服務，并收集證據以支持小組提議采用C2SIM作為STANAG。

對C2SIM標準包的評估是通過檢查C2SIM的基礎數據模型（由一套本體表達）、審查文件和指導過程進行的。

由不同國家團體主導的用例涵蓋了：

• 無人駕駛自主系統（意大利）。

• 軍事行動訓練中的網絡戰（美國）。

• 軍隊的任務規劃（挪威）。

• 使用戰術數據鏈的空中行動（法國和德國）。

• 聯合任務規劃（英國）。

• 指揮所培訓（德國）。

這些用例中的每一個都提供了一個框架，用于測試C2SIM標準，并幫助SISO完善該標準。支持性實驗在國家和聯盟環境中進行，包括北約的聯軍戰士互操作性演習、實驗、檢驗演習（CWIX）和小組自己的迷你演習（MiniEx）。用例和實驗也證明了在幫助識別和探索利用機會方面的價值。其他工作描述了一個與系統開發者相關的參考架構，包括那些與M&S即服務（MSaaS）相關的工作。

已經開展了大量的推廣活動：在國內和國際上都提供了技術論文、演講、演示和輔導，如：ITEC、I/ITSEC、TIDE Sprint、ICCRTS和SISO SIW。ITEC, I/ITSEC, TIDE Sprint, ICCRTS和SISO SIW。完整的細節和參考資料見本報告的主體部分。

該小組的C2SIM沙盒是一個完整的C2SIM環境，承載著一個有代表性的建設性仿真、一個C2代用品和一個C2SIM網絡服務器，以提供網絡通信能力。用戶可以從世界任何地方使用安全的虛擬專用網絡（VPN）連接自己的系統。沙盒已被廣泛使用，目前在羅馬的北約模擬和仿真卓越中心（MSCOE）有一個持久的能力。

最后，報告總結了該小組是如何實現其目標的，確定了開發路徑以及如何使用和擴展C2SIM標準。它還總結了外展活動。最后，對北約來說最重要的是，它涵蓋了北約作為STANAG采用C2SIM標準所需的建議和過程。

該報告建議

• 應在SISO C2SIM標準基礎上提出并批準C2SIM STANAG。

• NMSG應向各國和業界推廣C2SIM標準。

• NMSG應向北約聯邦任務網絡（FMN）推廣C2SIM標準，并將該標準加入北約互操作性標準和配置文件（NISP）以及北約M&S標準配置文件（STANREC 4815）。

• 需要繼續開發決策支持和實施工具，以進一步發展業務能力。

• 實驗水平應擴大到包括更多的用例，以支持作戰計劃。

1.1 文檔結構

本報告的結構如下。

• 引言（第1章）。
• MSG-145概述（第2章）。
• C2仿真操作化任務（第3章）。
• 實驗、研討會和會議（第4章）。
• 識別的教訓和吸取的經驗（第5章）。
• 未來開發（第6章）。
• 結論和建議（第7章）。
• 參考文獻和書目（第8章）。

附件包括：

• C2SIM參考架構（附件A）。
• 2019年小型演習（附件B）。
• 2019年空中作業擴展演示（附件C）。
• 關于采用SISO C2SIM標準作為北約STANAG的建議（附件D）。

1.2 為什么要對C2SIM的互操作性進行標準化？

C2和仿真系統之間的互操作是現代軍事力量轉型中一個共同的重要主題。它被要求支持軍事企業執行業務活動和任務主線，如作戰訓練、信息共享和決策支持。這一要求意味著有能力將C2系統和仿真系統無縫集成，并提供有意義的、明確的信息交流手段。C2SIM互操作適用于在不同層次上為共同目標運作的系統:

• 1）服務內部。
• 2）跨部門（即聯合）。
• 3）在多國或聯盟背景下的國家之間。

此外，自主無人駕駛車輛系統（UVS）的出現導致C2系統和新興的機器人部隊類別之間需要增加相互合作。越來越多的無人系統的使用產生了開發和驗證新操作概念的需要，因此需要有實驗能力。C2系統和機器人系統之間的通信要求在許多方面與C2系統和仿真系統之間的通信要求相似。

在這樣一個 "系統簇"環境中，一個系統對另一個系統的控制需要一個明確的、自動化的機制，其中C2和M&S概念可以以有效和開放的方式聯系起來。

需要C2和仿真系統之間的相互合作來支持軍事活動，例如部隊的準備工作；對行動的支持；和能力的發展。目前，不同制造商和/或國家的系統之間的互操作需要專有的接口，需要時間和金錢來開發和維護。此外，在許多情況下，除了這些供應商的特定接口外，在軍事場景定義、初始化和執行過程中還需要人為干預。所謂的 "旋轉椅"界面需要向仿真操作員提供信息，他們必須將這些信息手動翻譯成仿真可以處理的指令。用標準化、自動化的界面取代這樣的操作人員，可以節省大量的費用，同時也能使操作更加有力和及時。

因此，制定定義C2和仿真系統之間交換軍事信息的通用接口標準，可以大大降低成本，并大大促進系統集成。

C2SIM互操作標準化的好處包括：降低成本和工作量；減少場景準備時間；提高真實性和整體效果。

1.3 C2SIM互操作性標準

利益相關者已經認識到建立一個國際公認的標準的重要性，該標準提供了一個獨立于系統的語言和協議。

1.3.1 C-BML

戰斗管理語言（BML）是一種不含糊的語言，用于指揮和控制進行軍事行動的部隊和系統。BML正在被開發為一種標準的表示和手段，用于交流數字化的C2信息，如命令和計劃，使軍事人員、仿真部隊和未來的機器人部隊能夠理解。此外，BML必須通過數字化報告提供態勢感知和共享的共同作戰圖像（COP）。在以網絡為中心的環境中，BML對于實現相互理解尤為重要。BML還必須在一個多國分布式綜合能力變得越來越普遍和重要的環境中促進C2SIM的互操作性。

BML是獨立于學說的，但提供了表達學說的手段。然而，BML并不作為標準化理論的手段：詞匯必須在各自的應用領域中得到很好的定義，以便在過程結束時毫不含糊地生成可執行的任務。BML必須以底層信息技術系統（M&S或C2系統）可以交換信息的方式對這些方面進行建模，同時也可以正確解釋結果。因此，仿真互操作性標準組織（SISO）承擔了BML標準的開發工作，即聯盟戰斗管理標準。

C-BML語言使用聯合協商指揮與控制信息交換數據模型（JC3IEDM）的數據定義，因為它代表了一套公認的、定義明確的信息元素。然而，JC3IEDM的信息結構不是C-BML標準的一部分。

2014年4月，SISO批準了C-BML的初始版本，這是一種標準化的正式語言，用于指揮和控制（C2）、仿真和自主系統之間的數字化軍事信息交流。C-BML是一種互操作性標準，可以大大促進軍事場景的準備和執行，以支持軍事企業活動。

1.3.2 MSDL

涉及C2系統和仿真系統之間信息交換的用例情景，往往需要對所有系統進行與現有作戰和/或仿真數據庫一致的預先初始化。

軍事場景定義語言的目的是減少場景開發的時間和成本，它能夠創建一個獨立于仿真的軍事場景格式，側重于現實世界的軍事場景方面，使用行業標準的數據模型定義XML，可以方便和可靠地被當前和不斷發展的仿真所使用。最初的MSDL能力是在美國陸軍的 "半自動化部隊"（OneSAF）計劃中，在2001年至2004年的早期架構發展階段進行的原型設計。一個SISO研究小組（SG）得出結論，全社會都需要一個標準化的軍事場景格式，以減少開發時間和成本，并實現寶貴場景產品的共享。標準化的場景格式還提供了一種方法，可以將主要由人工復制的場景自動化為多種仿真場景格式，并減少這一人工過程中引入的錯誤數量。

2006年，一個正式的SISO MSDL標準產品開發小組（PDG）成立，其具體目的是制作一個標準的軍事場景定義語言數據模型。PDG審查了OneSAF以前的工作，并將其與JC3IEDM進行了擴展和調整。由此產生的SISO標準的1.0版本于2008年11月獲得批準。除了OneSAF，MSDL還被美國陸軍建模和仿真辦公室（AMSO）、空軍和海軍陸戰隊以及北約活動所采用。

1.3.3 C2SIM

由SISO開發的MSDL和C-BML標準分別用于支持場景初始化和場景執行，目前正在協調建立C-BML/MSDL聯合標準，也稱為C2SIM標準。為此，2014年，SISO將C-BML和MSDL產品開發組（PDG）合并，形成C2SIM PDG。這就產生了第二代協調的標準，它保持了C-BML和MSDL的優點，也提供了可擴展性。

圖1-1顯示了操作概念，C2SIM實現了C2系統、M&S應用和自主系統之間信息（如計劃、命令和報告）和初始化數據的交換。

1.4 北約以前在C2SIM互操作標準化方面的工作

北約協調支持辦公室（CSO）的建模與仿真組（MSG）近年來支持了一些與C2SIM互操作相關的技術活動。MSG-145是2006至2014年開展的MSG-085和MSG-048技術活動的后續活動。在2016年3月MSG-145開始之前，北約探索小組-038（ET-038）于2015年9月舉行。

MSG-048展示了C2SIM的可行性，MSG-085展示了C2SIM互操作性的效用。MSG-145打算將C2SIM投入使用。

1.4.1 北約MSG-048技術活動

MSG-048技術活動探討了 "戰斗管理語言"（BML）作為一個開放框架的組成部分，在北約范圍內連接C2系統和M&S或機器人系統的技術可行性。

MSG-048的研究結果提供了一套經驗教訓，豐富了MSG-048實驗項目的經驗。一套關于C2SIM互操作的操作和技術要求已被證明對仿真互操作性標準組織（SISO）的C-BML標準化活動有用，并為MSG-085技術活動提供了參考。2013年，MSG-048因這項工作獲得了北約科學成就獎。

1.4.2 北約MSG-085技術活動

MSG-048的后續活動，即2010年啟動的MSG-085 TA的結果，主要得益于作戰團體的大量參與，為C2SIM互操作性確立了更清晰的范圍和完善的作戰和技術要求集。MSG-085通過幾次實驗活動證明了概念的正確性。他們首先確認了現有C2SIM互操作性方法的操作相關性并衡量了其效益。他們還確定了現有技術的局限性和需要改進的地方，并有助于向更廣泛的社區通報C2SIM互操作性的最新情況。最重要的是，從這些活動中獲得的經驗教訓有助于為正在制定C2SIM互操作性標準的SISO標準化機構制定一套建議。一個主要的建議是，C-BML和MSDL應該基于一個共同的數據模型，并合并成一個C2SIM標準。

1.4.3 北約ET-038技術活動

探索小組在2015年提出的范圍是探索和定義北約未來需要執行的技術工作，以實現C2SIM的互操作性。事實上，在改進C2SIM方面還有很多技術工作。MSDL和C-BML都需要有下一代的開發，以促進它們的合作以及它們能夠實現的互操作性的范圍。MSDL應該滿足廣泛的國家和北約系統的需求，而C-BML應該提高它所能代表的復雜性和使用它來代表復雜情況的便利性。利益相關者對合并這兩項活動以產生一個統一的、更易于管理和部署的C2SIM互操作性解決方案的共識進行了分析，以確定未來TA的范圍。這催生了MSG-145。

認知或完全自適應雷達（FAR）是一個受生物系統啟發的研究領域，其重點是開發一個能夠自主適應其特性的雷達系統，以實現各種不同的任務，如改進環境感知和光譜靈活性。FAR框架在一個軟件定義的雷達（SDR）系統和模擬感知行動周期（PAC）的環境中實現了一個動態反饋回路（感知、學習、適應）。FAR框架在SDRs上的實現依賴于基于求解器的優化技術，用于其行動選擇。然而，隨著優化復雜性的增加，對解決方案收斂的時間產生了嚴重影響，這限制了實時實驗。此外，許多 "認知雷達 "缺乏記憶組件，導致對類似/熟悉的感知進行重復的優化程序。

利用現有的FAR框架模型，在神經網絡的啟發下進行了完善。通過使用神經網絡、機器學習的一個子集和其他機器學習的概念，對應用于單一目標跟蹤的FAR框架基于求解器的優化組件進行了替換。靜態前饋神經網絡和動態神經網絡在模擬和實驗環境中被訓練和實施。神經網絡和基于求解器的優化方法之間的性能比較表明，基于靜態神經網絡的方法具有更快的運行時間，這導致了更多的感知，有時通過較低的資源消耗獲得更好的性能。還對靜態前饋神經網絡、動態遞歸神經網絡和求解器的模擬結果進行了比較。這些比較進一步支持了神經網絡能夠通過納入學習為認知雷達提供記憶組件的概念，從而走向真正的認知雷達。還進行了額外的研究，以進一步顯示神經網絡在雷達快速生成波形的應用中的優勢。

FAR框架也從單目標跟蹤FAR框架擴展到多目標跟蹤。FAR框架的多目標實現顯示了自適應雷達技術在多目標環境中的優勢，由于場景中存在的目標數量增加以及需要解決所有目標，復雜性也隨之增加。由于多目標環境，對現有的成本函數和探測/跟蹤框架進行了改進和補充。實驗和模擬結果證明了FAR框架的好處，它使一個穩健的自適應算法能夠在多目標環境下改善跟蹤和有效的資源管理。

除此之外，分層完全自適應雷達（HFAR）框架也被應用于需要執行多個任務系統的資源分配問題。分層完全自適應雷達的任務靈活性（HFAR-TF）/自主決策（ADM）工作將HFAR框架應用于一個需要參與平衡多項任務的系統：目標跟蹤、分類和目標意圖辨別（"朋友"、"可能的敵人 "和 "敵人"）。

本博士論文的目標是將這些目標結合起來，形成一個建立改進當前認知雷達系統的方法的基礎。這是通過融合機器學習概念和完全自適應雷達理論來實現的，以實現真正的認知雷達的實時操作，同時也將自適應雷達概念推進到新的應用中。

第一章：簡介

1.1 概述

現代雷達系統的發展促進了軟件定義雷達（SDR）系統能夠實現動態反饋回路行為，與傳統雷達不同。傳統雷達的前饋性質依賴于感知環境的假設特性，產生固定的參數設置，以保證預定的信號干擾加噪聲比（SINR）或雷達任務性能。然而，動態/變化的環境會導致任務性能下降或系統資源的管理不善。缺乏對雷達前端特性的自適應控制會導致雷達后端的信號處理工作增加，嚴重依賴雷達操作員或根據最壞情況設置靜態的雷達系統參數。

完全自適應雷達（FAR）框架旨在利用現代SDR系統實現的傳感器參數多樣性，允許自主適應雷達波形特征，以實現更好的環境感知和雷達任務性能。FAR框架的自主性質也轉向將雷達操作員的角色轉變為咨詢角色，以及減少用于目標信息提取的額外信號處理負擔。

FAR框架通過試圖模仿動物和人類中存在的認知的神經科學概念來實現自主適應。正如[2,3,4,5]所討論的，認知過程必須包括五個主要元素：感知、注意和分析（智能）、行動和記憶。在[6]中，Haykin討論了傳統主動雷達、FAR和認知雷達之間的區別。 雖然FAR能夠通過反饋鏈路將接收機感知的環境與發射機的波形探測聯系起來，實現對環境的更好感知，但由于缺乏 "真正"學習所需的長期記憶，它的智能受到限制。

為了在認知雷達處理中進行優化，經常使用非線性函數。這些非線性函數在優化塊中實現，可以通過非線性約束目標函數的最小化進行雷達參數選擇和更新。對于FAR框架，這種 "執行優化"是在一個 "執行處理器塊 "中實現的，它試圖在服務質量（QoS）方法中平衡捕捉雷達系統基于任務的性能（性能成本）和傳感器資源消耗（測量成本）的成本函數。

在FAR框架中，執行優化被視為最關鍵的組成部分。在FAR框架中，通過結合注意力和分析，利用目標狀態的跟蹤和過去觀察的先驗知識（記憶）來選擇最佳參數指數選擇，執行處理器實現了"有限學習"。由于執行處理器中調用的傳感器參數選擇的性質，雷達波形參數被映射到雷達任務和目標性能上，給定的是先驗知識。此外，由于這種基于優化的適應性，隨著優化的復雜性增加，解決收斂的時間也在增加，因此限制了實時能力。

在概念上與FAR相似，機器學習是人工智能下的一個研究領域，它研究人類如何獲得知識，或學習，并在機器中表示這些概念。機器學習的一個子課題是神經網絡，通過它們的能力來模擬和實現學習過程，關聯、模式識別和關系建模都是神經網絡的有效任務，它可以用來提供對系統處理的較低影響，并通過識別/記憶開始學習。

1.2 動機和貢獻

學習被證明是認知系統中的一個關鍵組成部分，導致人們相信學習是認知雷達的一個主要組成部分。在[5]中，學習被定義為使用過去的信息來提高一個人的局部成功度。 然而，為了充分地從記憶和行動中學習，實時能力和性能必須是可行的。正如前面所討論的，由于用于行動選擇的優化，可以看出，隨著問題的復雜性增加，優化的計算成本也在增加。高計算成本和缺乏記憶對實現 "正式 "認知系統構成挑戰。

在FAR和認知雷達研究領域已經取得了許多進展：然而，大多數集中在缺乏長期記憶和聯想的自適應系統上。同樣，在基于神經網絡和機器學習的雷達研究方面也取得了許多進展，但大多數集中在基于分類和圖像識別的問題上。 本博士研究將著重于展示包括基于回歸的神經網絡如何通過降低對系統處理的影響來改善FAR的現有性能，并通過包括更強的記憶概念和將其擴展到展示學習來幫助認知雷達任務的執行，從而促成開發一個 "真正 "的認知系統。

這里討論的工作對認知雷達領域的貢獻如下：

• 通過用前饋神經網絡取代執行處理器中的優化組件，以降低對系統處理的影響并整合其固有的識別/記憶組件，開發了一個神經網絡啟發的FAR框架，即基于神經網絡控制的全適應雷達（FAR-NN）。

• 收集了不同參數適應情況下的模擬和實時實驗結果，并對局部解算器的實施和神經網絡進行了比較，結果表明靜態前饋神經網絡能夠實現較低的測量成本、更快的優化時間和類似的執行成本性能。

• 通過在每個傳感器感知行動周期（PAC）的 "執行處理器 "中模擬傳感器參數選擇，在分層全自適應雷達（HFAR）框架中實施靜態前饋神經網絡，以降低由于執行多個優化而對系統處理的影響。

• 通過對傳感器參數選擇的模擬，在FAR框架中實施了一個動態長短期記憶遞歸神經網絡（LSTM-RNN），將基于狀態的對不斷變化的環境的適應性和更強的記憶概念納入神經網絡激勵的FAR框架的優化部分，FAR-NN。

• 開發了一個LSTM-RNN，用于在動態頻譜擁擠的環境中生成低延遲、接近最佳的雷達頻率缺口波形。

• 將LSTM-RNN與現有的專門解算器 "減少誤差算法"（ERA）進行比較，其波形生成的仿真結果表明，網絡和算法的波形設計結果相似，LSTM-RNN生成波形的時間減少。

• 將現有的全適應雷達單目標跟蹤（FAR-STT）框架擴展到全適應雷達多目標跟蹤（FAR-MTT）的實現中，修改了目標函數和擴大了多目標環境的Fisher信息矩陣/Cramer Rao Bound度量。

• 收集了模擬和實驗結果，以證明將完全自適應雷達方法應用于多個目標跟蹤的好處，即能夠實現目標分離并保持單個目標的跟蹤，同時消耗較少的測量資源。

• 為一個需要執行多種任務[例如：目標跟蹤、分類和目標意圖辨別（朋友、可能的敵人和敵人）并自主分配雷達資源的雷達系統開發一個HFAR框架。

• 收集的模擬結果表明，通過使用自適應波形參數與固定參數集，將完全自適應的雷達方法應用于一個從事多種任務的系統的好處。

• 突出了使用完全自適應雷達概念的模擬和實驗演示，以證明認知雷達概念的可行實現。

1.3 概要

本論文的其余部分組織如下。

第二章討論了基礎雷達、全自適應雷達、優化、神經網絡和統計學等與論文中提出的工作相關的背景。

第三章對認知雷達和神經網絡領域的類似工作進行了調查。

第四章討論了本工作中使用的全自適應雷達建模和模擬（FARMS）環境和算法，以及用于驗證模擬結果和實驗集合的實驗測試平臺的簡要概述。

第五章討論了神經網絡啟發的FAR框架的實現，以及與以前FAR和HFAR實現中使用的局部求解器的比較結果。

第六章回顧了一種用于快速生成缺口波形的神經網絡方法，并與現有的專門求解器進行了比較。

第七章討論了將FAR框架擴展到多目標環境中。模擬和實驗結果都被收集起來，以證明自適應雷達在多目標跟蹤環境中的優勢。

第八章討論了全適應性雷達的發展，即多功能雷達系統的問題，其中HFAR框架被應用于需要參與平衡多種任務的雷達系統：目標跟蹤、分類和目標意圖的辨別（朋友、可能的敵人或敵人）。

第九章總結了論文的結果，并給出了基于這項工作的未來研究領域。

附錄A介紹了FAR框架中使用的局部求解器與全局求解器程序的可靠性的進一步細節。

附錄B介紹了第七章介紹的FAR-MTT工作中使用的Fisher信息矩陣推導和預白化推導的進一步細節。

本文討論了F-35 "閃電"戰斗機對挪威皇家空軍指揮與控制（C2）可能的影響方式。它強調了協調的重要性，回答了有關F-35的實施對其他能力相互依賴性的影響問題。這一基礎被進一步用來討論對C2核心要素的可能影響，如程序、人員、通信和信息系統。基于F-35系統的能力，發現挪威武裝部隊中跨領域和C2級別的相互依存關系的發展；這些相互依存關系的復雜性，既受到空中行動執行的影響，也受到環境突發事件的影響，意味著組織需要靈活使用協調機制。我們發現，相互依存關系，以及如果要獲得成功所需的協調，對涉及F-35的空中行動指揮和控制有影響。我們建議該組織應更積極地使用分層和水平結構，以適應跨領域和C2級別的知識和信息共享。程序需要包括授權的方法和系統，人員需要了解相互依存關系和多域作戰。最后，通信和信息系統必須是可用的、可互操作的和強大的。

關鍵詞：挪威，F-35，指揮與控制，相互依賴，多團隊協調

前言

我們的同行競爭者，利用科學、技術和信息環境的新興趨勢，已經投資于挑戰美國和重塑全球秩序的戰略和能力。他們采用創新的方法來挑戰美國和盟國在所有領域、電磁波譜和信息環境中的利益。他們經常尋求通過在武裝沖突門檻以下采取模糊的行動來實現其目標。在武裝沖突中，武器技術、傳感器、通信和信息處理方面的進步使這些對手能夠形成對峙能力，以在時間、空間和功能上將聯合部隊分開。為了應對這些挑戰，履行美國陸軍在保護國家和確保其重要利益方面的陸軍職責，陸軍正在調整其組織、訓練、教育、人員和裝備的方式，以應對這些圍繞多域作戰（MDO）概念的未來威脅。

陸軍的情報工作本質上是多領域的，因為它從多個領域收集情報，而且可以接觸到合作伙伴，彌補陸軍信息收集能力的不足。在競爭中，陸軍情報能力作為掌握作戰環境和了解威脅能力和脆弱性的一個關鍵因素。在整個競爭過程中，陸軍情報部門為每個梯隊的指揮官和參謀人員提供所需的態勢感知，以便在所有領域、電磁頻譜和信息環境中可視化和指揮戰斗，并在決策空間匯集內外部能力。

這個概念描述了關鍵的挑戰、解決方案和所需的支持能力，以使陸軍情報部門能夠在整個競爭過程中支持MDO，以完成戰役目標并保護美國國家利益。它是陸軍情報部隊、組織和能力現代化活動的基礎。這個概念還確定了對其他支持和輔助功能的影響。它將為其他概念的發展、實驗、能力發展活動和其他未來的部隊現代化努力提供信息，以實現MDO AimPoint部隊。

本文總結

陸軍未來司令部的情報概念為陸軍情報部隊的現代化活動提供了一個規劃，以支持陸軍2035年的MDO AimPoint部隊在整個競爭過程中與同行競爭對手進行多域作戰。它提供了支持2035年以后MDO AimPoint部隊的見解。這個概念是對2017年美國陸軍情報功能概念中概述想法的修改：情報作為一個單位在所有領域的運作，有廣泛的合作伙伴投入。這個概念擴展了這些想法，以解決陸軍在進行大規模作戰行動中的頭號差距：支持遠距離精確射擊的深度傳感。領導陸軍情報現代化的舉措是組織上的變化，以提供旅級戰斗隊以上梯隊的能力，以及支持深層探測問題的四個物資解決方案。

支持MDO AimPoint Force 2035的組織變化使戰區陸軍、軍團和師級指揮官能夠以遠程精確火力和其他效果塑造深度機動和火力區域。在戰區層面，軍事情報旅的能力得到提高，新的多域特遣部隊擁有軍事情報能力。遠征軍的軍事情報旅被重新利用和組織，以支持軍團和師的指揮官，而不是最大限度地向下支持旅級戰斗隊。

支持MDO AimPoint Force 2035的物資變化，即將所有的傳感器、所有的火力、所有的指揮和控制節點與適當的局面融合在一起，對威脅進行近乎實時的瞄準定位。多域傳感系統提供了一個未來的空中情報、監視和偵察系統系列，從非常低的高度到低地球軌道，它支持戰術和作戰層面的目標定位，促進遠距離地對地射擊。地面層系統整合了選定的信號情報、電子戰和網絡空間能力，使指揮官能夠在網絡空間和電磁頻譜中競爭并獲勝。戰術情報定位接入節點利用空間、高空、空中和地面傳感器，直接向火力系統提供目標，并為支持指揮和控制的目標定位和形勢理解提供多學科情報支持。最后，通過分布式共同地面系統，陸軍提高了情報周期的速度、精度和準確性。

伴隨著這些舉措的是士兵培訓和人才管理方法，旨在最大限度地提高對目標定位和決策的情報支持。從2028年MDO AimPoint部隊開始，陸軍情報部門將繼續改進軍事情報隊伍，以支持2035年及以后的MDO AimPoint部隊。

這一概念確定了陸軍情報部門將如何轉型，以支持陸軍和聯合部隊在整個競爭過程中與同行競爭者抗衡。

圖1 邏輯圖

序言

指揮、控制和通信（C3）系統是所有軍事作戰的基礎，為國防部（DoD）的所有任務提供計劃、協調和控制部隊和作戰所需的關鍵信息。歷史上，美軍取得并保持了C3技術的主導優勢，但同行的競爭者和對手已經縮小了差距。國防部目前的C3系統沒有跟上威脅增長的步伐，也沒有滿足我們聯合作戰人員不斷增長的信息交流需求。聯合部隊必須配備最新的C3能力，為所有領域提供實時態勢感知和決策支持。

未來的沖突很可能由信息優勢決定，成功的一方將來自多個領域的分布式傳感器和武器系統的大量數據轉化為可操作的信息，以便更好、更快地做出決策并產生精確的效果。國防部（DoD）正在執行一項重點工作，通過綜合和同步的能力發展，在所有領域迅速實現靈活和有彈性的指揮和控制（C2），以確保對我們的對手的作戰和競爭優勢。這項工作被稱為聯合全域指揮與控制（JADC2），是決策的藝術和科學，將決策迅速轉化為行動，利用所有領域的能力并與任務伙伴合作，在競爭和沖突中實現作戰和信息優勢。JADC2需要新的概念、科學和技術、實驗以及多年的持續投資。

該戰略代表了國防部對實施國防部數字化現代化戰略中C3部分的設想，并為彌合今天的傳統C3使能能力和JADC2之間的差距提供了方向。它描述了國防部將如何創新以獲得競爭優勢，同時為完全網絡化的通信傳輸層和先進的C2使能能力打下基礎，以使聯合全域作戰同步應對21世紀的威脅。該戰略的重點是保護和保持現有的C3能力；確保美國、盟國和主要合作伙伴在需要的時候能夠可靠地獲得關鍵信息；提供無縫、有彈性和安全的C3傳輸基礎設施，使聯合部隊在整個軍事作戰中更具殺傷力。這一戰略的實施需要在作戰領域內和跨作戰領域內同步進行現代化工作，從完美的解決方案過渡到一個高度連接的、敏捷的和有彈性的系統。

本文件確定的目標為DOD的C3系統和基礎設施的現代化提供了明確的指導和方向。然而，現代化并不是一個終點，而是一項持續的工作。國防部將評估和更新該戰略，以適應在通往JADC2道路上的新的作戰概念和技術。

引言

美國防部正面臨著幾十年來最復雜和競爭激烈的全球安全環境。在這個大國競爭的新時代，國防部必須提高聯合作戰人員的殺傷力，加強聯盟伙伴關系，吸引新的合作伙伴，并改革國防部以提高績效和經濟效益。

當我們建立一支更具殺傷力的部隊并加強聯盟和伙伴關系時，DOD必須專注于關鍵的有利工具，以有效地運用聯合多國部隊對抗大國競爭。有效的部隊使用始于有效的C2，即由適當指定的指揮官在完成任務的過程中對指定和附屬部隊行使權力和指導。在現代戰爭中，這可能是人對人、機器對機器（M2M）的循環，或者隨著自主程度的提高，M2M的循環中也有人類。在其最基本的層面上，成功的C2需要有可靠的通信、發送和接收信息的手段，以及其他處理和顯示可操作信息的能力，以幫助指揮官進行決策并取得決定性的信息優勢。

圖1：指揮、控制和通信現代化

該戰略的重點是支持有效的聯合和多國作戰的C3使能能力（圖1）。C3使能能力由信息整合和決策支持服務、系統、流程以及相關的通信運輸基礎設施組成，使其能夠對指定和附屬的部隊行使權力和指導。這些能力使指揮官和決策者能夠迅速評估、選擇和執行有效的作戰方案以完成任務。

具體而言，該戰略為2020-2025年的C3使能能力現代化提供了方法和實施指南。作為2018年國防戰略（NDS）實施的一部分，聯合參謀部正在制定聯合和任務伙伴網絡的工作概念，以便在有爭議的環境中執行全域聯合作戰。根據這些概念，負責研究和工程開發的國防部副部長辦公室（OUSD(R&E)）正在開發和發展一個長期的（2024年及以后）全網絡化指揮、控制和通信（FNC3）架構。實施這些未來的概念和架構將需要時間來使得新的技術和多年的投資成熟可用。這個C3現代化戰略為彌合今天的傳統C3使能能力和未來的FNC3使能JADC2之間的差距提供了方向，以確保聯合部隊能夠 "今晚作戰（fight tonight）"，同時為聯合全域作戰所需的未來技術創造一個可行的過渡路徑。

戰略目標

本戰略提出的C3現代化目標與國防部數字化現代化戰略（DMS）和其他更高層次的指導意見相一致，包括國家發展戰略、國防部2018年網絡戰略、聯合作戰的基石概念：《聯合部隊2030》和《國防規劃指南》。它實施近期的現代化作戰和創新解決方案，通過更安全、有效和高效的C3環境提供競爭優勢。為此，國防部必須解決這些C3現代化的目標：

1.開發和實施敏捷的電磁頻譜操作；

2.加強定位、導航和授時信息的交付、多樣性和彈性；

3.加強國家領導指揮能力；

4.提供綜合的、可互操作的超視距通信能力；

5.加速和同步實施現代化的戰術通信系統；

6.全面建立和實施國防部公共安全通信生態系統；

7.創造一個快速發展5G基礎設施和利用非美國5G網絡的環境；

8.提供有彈性和響應的C2系統；9.提供任務伙伴環境能力。提供任務伙伴環境能力和服務。

圖2：DOD數字現代化戰略

圖3：DOD C3現代化和數字現代化戰略的一致性

圖2和圖3分別顯示了本戰略中實施的DMS要素以及兩個戰略之間的目標和目的的一致性。

DOD C3依賴于一個復雜的、不斷發展的系統，從網絡基礎設施和核心服務到戰術邊緣的手持無線電和移動設備。本戰略中包含的九個目標是對圖2中強調的六個DMS目標的更細粒度的分解。C3現代化的其他關鍵因素包括聯合信息環境能力目標、數據中心化和數據分析，分別包含在DMS、國防部云戰略和國防部人工智能戰略中。有效的國防部事業管理將確保這些戰略的成功同步和實施。

?標題
 On games and simulators as a platform for development of artificial intelligence for command and control

期刊
Journal of Defense Modeling and Simulation (JDMS)
美國國防建模與仿真學報

作者 Vinicius G. Goecks, Nicholas Waytowich, Derrik E. Asher, Song Jun Park, Mark Mittrick, John Richardson, Manuel Vindiola, Anne Logie, Mark Dennison, Theron Trout, Priya Narayanan, Alexander Kott

機構
美國陸軍研究實驗室

摘要
游戲和模擬器可以成為一個有價值的平臺，可以執行復雜的多智能體、多人、不完善的信息場景，與軍事應用有很大的相似之處：多個參與者管理資源并做出指揮資產的決策，以保護地圖的特定區域或中和敵方部隊。這些特征通過支持開發具有復雜基準的算法和快速迭代新想法的能力，而吸引了人工智能 (AI) 團體。人工智能算法在《星際爭霸II》等即時戰略游戲中的成功也引起了軍事研究界的關注，旨在探索類似技術在軍事對應場景中的應用。
本文旨在架起游戲與軍事應用之間的橋梁，討論了過去和當前游戲和模擬器以及人工智能算法如何適應模擬軍事任務，以及它們如何影響未來戰場方面所做的努力。
本文還研究了虛擬現實和視覺增強系統的進步如何在與游戲平臺及其軍事相似之處的人機界面中開辟新的可能性。

關鍵詞
人工智能、強化學習、兵棋推演、指揮控制、人機交互、未來戰場

論文 //www.zhuanzhi.ai/paper/71654e42b8904571dd62407e18db2827