本論文研究了 20 世紀 50 年代和 60 年代為美國空軍設計和開發的指揮與控制系統中人類操作員所扮演的角色。從國防研究的角度來理解,指揮與控制涉及高效捕捉和管理戰場信息,以實現特定的軍事戰略。盡管數字計算機在當時仍然是軍事-工業-大學研究網絡的高度無常的對象,但卻被反復提議作為一項關鍵技術,以實現對戰場更大、更精確的控制。
本文了通過對兩套指揮與控制系統的分析,探討了人類操作員所占據的話語領地,之所以選擇這兩套系統,是因為它們在使用數字計算機將以往手工操作的軍事實踐自動化方面具有重要意義。首先,研究了 20 世紀 50 年代末部署的 SAGE 系統為空軍機組人員制定的操作原則,并在蘭德公司(RAND Corporation)心理學家領導的一系列壓力心理研究中對這些原則進行了詳細闡述。在蘇聯沒有實際入侵的情況下,SAGE 機組人員進行了模擬空戰,同時對其集體表現的有效性進行了系統量化。第二個案例研究是美國空軍的 "反滲透 "計劃,該計劃針對北越陸軍向南越運送物資的車隊路線進行轟炸。將重點放在照片譯員和系統分析員在收集和核實用于確認所謂 "車輛活動 "和 "卡車擊斃 "的數據方面所扮演的角色。
在冷戰技術政治史中,這兩個案例研究經常被作為定量計算理性應用于軍事戰略規劃和實施的典范。然而,盡管這些文獻廣泛討論了數字計算機在這些系統的部分自動化中發揮的核心作用,但人類操作員在這些系統的日常運作中顯然仍發揮著重要作用,盡管看似次要。
本文對這些案例研究的討論是基于對 "灰色媒體"--美國軍方及其國防研究承包商等官僚機構內部產生的技術和行政文書--的細致文本分析。強調了灰色媒體對特定作戰實踐的結構化和標準化所產生的影響,以及它是如何劃分人類操作員和機器在戰場信息生產中所扮演的角色的。
根據福柯對權力的理解,本文認為人類操作員在對計算機生成的信息進行編碼和認證方面發揮了重要作用。這包括以機器可讀的形式對數據進行定期重組,以及對系統的戰略效果進行量化的長期任務。這些計算機化系統不僅提高了信息處理的效率,而且還被卷入了一個龐大而矛盾的 "實踐體系 "中,在這個體系中,手工作業大量增加。本文認為,為了充分理解數字化、網絡化技術如何重塑了戰爭的可能性領域,強調人類操作者所扮演的灰色、隱性角色至關重要。
第二次世界大戰是人類歷史上最大的全球性悲劇。歷史資料中對此有大量記載,但這些信息分散在不同的組織和國家,以多種語言書寫,并以不同的格式呈現。語義網技術為整合異構分布式歷史信息提供了解決方案。通過整合來自分散來源的信息,就有可能比單獨研究這些來源更深入地了解歷史。
本論文探討了如何利用語義網技術將異構的軍事歷史信息作為關聯數據來表示和建模,重點是描述第二次世界大戰中芬蘭的歷史。論文研究了來自分布式來源的軍事歷史數據的協調和整合,同時還研究了如何在基于網絡的用戶界面上搜索、瀏覽、分析和可視化由此產生的關聯數據。高度關聯的圖表集的維護面臨著新的挑戰,提出了解決這些問題的方案。這些主題都是在構建WarSampo信息系統的背景下進行研究的。
在WarSampo中,關聯數據和基于事件的CIDOC概念參考模型被結合使用,以實現異構軍事歷史數據集的互操作性。事件被用作粘合劑,將來自不同源數據集的信息結合在一起。基于事件的建模可以將國家軍事歷史描述為數據,并通過單個軍事單元和士兵的事件對其進行進一步豐富。WarSampo 語義門戶網站展示了這一理念,該門戶網站由九個不同的視角組成,可從分布式來源整合數據。每個視角都為 WarSampo 知識圖譜的特定部分(如戰爭事件、人物、戰時照片和地點)提供定制的用戶界面。
知識圖譜作為開放數據發布,是全球關聯開放數據云的一部分。所建議的方法和數據模型的實用性超出了本研究的地理和時間范圍。WarSampo 項目背后的愿望是,通過使軍事歷史數據更容易獲取,我們對戰爭現實的理解將得到改善,這也將促進未來的和平。
圖 3.1. 帶有實例數量和類實例之間聯系的核心類
軍事創新過程在戰時和平時具有不同的特點。戰時創新有戰場的直接反饋。和平時期的創新必須考慮到各種可能的未來,同時還要面對信息不完善所帶來的不確定性。軍事創新研究表明,實驗為克服這一挑戰提供了工具。現有的學術研究將實驗描述為一個迭代學習的過程,它能產生關于未來戰爭的新數據,并引用了美國航母戰和德國聯合武器演習等歷史實例。
本文認為,要理解實驗如何支持和平時期的創新,這種觀點并不全面。與其說實驗揭示了未來戰爭的本質,倒不如說實驗作為一種建立共識的工具最具價值。和平時期的軍事實驗是一個社會過程,在這一過程中,組織、團體和行動者影響著國防政策子系統內的意識形態競爭。社會過程包括構建知識,并就 "什么是真實的 "和 "什么是有效的 "達成共識。在戰爭期間,這一過程是通過戰場上的共同經驗實現的。在和平時期,這一過程發生在實驗過程中。軍事實驗需要高層領導的支持,但僅靠支持并不能在關鍵群體中達成足夠的共識。為了提高實驗向創新過程的實施階段過渡的可能性,國防政策制定者利用宣傳網絡(由國防政策制定者和政策影響者組成的松散聯盟)在整個國防政策子系統中建立共識。
本論文在三個案例研究中考察了這些論點:20 世紀 80 年代陸軍的摩托化概念實驗、20 世紀 90 年代陸軍的新路易斯安那演習和二十一世紀部隊實驗,以及 20 世紀 90 年代末和 21 世紀初聯合部隊司令部的聯合實驗。就國防政策而言,本文的研究結果表明,國防決策者應集中精力擴大宣傳網絡,將實驗與更廣泛的國防政策子系統聯系起來,以最大限度地發揮實驗的作用。此外,實驗還要求領導者在思想上與新理念保持一致,能夠傳達新理念的價值,擁有可靠的實戰經驗,并參與到宣傳網絡中,將實驗與關鍵群體聯系起來。最后,有效的實驗要求領導者在其職業生涯的早期經常接受必要的教育和體驗。
軍事創新過程
美國的各種經濟、社會和公民活動都依賴于網絡計算機。然而,網絡空間也為潛在對手提供了克服美國常規軍事力量壓倒性優勢的途徑。網絡空間的引入模糊了戰場的邊緣,使對手可以使用易于采購的設備,從任何地方攻擊商業或政府目標。這給戰爭各個層面(戰略、戰役和戰術)的許多傳統軍事概念帶來了挑戰。
本論文針對其中三個挑戰進行研究并提出解決方案。
在戰略層面,美國國防部已宣布網絡空間為作戰領域。網絡空間的超高速、多變和無所不在的特性使其與傳統領域有著本質區別。在問題、創新和戰略方面,戰略思想家們固守著過去的意識形態傳統。因此,在將過去的信條和術語強加給新領域之前,需要對這些遺產進行研究,看看它們是否相關以及相關程度如何。本論文推翻了以往與網絡空間有關的意識形態模式,確保使用正確的術語和框架,讓國防部更好地了解網絡如何融入戰爭領域。
在戰役層面,美國國防部嚴重依賴網絡技術在全球范圍內高效執行任務。這種依賴性使國家面臨關鍵信息資源失去保密性、完整性和可用性的風險,降低了完成任務的能力。我將介紹在網絡空間建立態勢感知的行動框架。使用該框架將為國家領導層提供及時、準確的信息,以了解作戰網絡環境,從而幫助各級決策。國防部已經開始將這一框架整合到行動態勢感知工具中。
在戰術層面,在使用社交媒體方面,軍事用戶的個人需求與軍事行動安全之間的矛盾日益突出。與每個人一樣,軍人也會發布看似瑣碎的信息和圖片,而這些信息和圖片可能會被對手匯總和擴充,以確定可能的情報目標。我調查了國防部社交媒體政策的現狀,使用自動化方法確定美軍成員提供的公開信息量,通過內容分析對其進行分析,應用機器學習技術,最后對每個人的脆弱性進行排序。總共發現了 1168 個潛在情報目標,其中 223 個被確定為易受攻擊。最重要的是,證明了自動化方法可以有效地發現對手容易瞄準的人員。
圖 3.1: 各類信息的交叉點需要持續評估,以提供網絡態勢感知并促成關鍵行動和決策
集中控制是聯合空中力量條令的基本原則,但在某些作戰情況下,一定程度的權力下放可能是合適的。本研究旨在定量評估在不同作戰條件下空中力量分布式指揮和控制(C2)的影響。研究采用實驗方法來檢驗有關控制權下放的假設。JAEX 是一個隨機的、基于消耗的藍軍與紅軍兵棋推演模型,它生成了所需的數據。
集中控制下的 JAEX 結果與分布式控制下的結果之間的平均差構成每次實驗的因變量。自變量是作戰條件和場景復雜程度。在紅方裝備戰斗機和地對空導彈防御系統的無對抗性場景和對抗性場景下,對三種作戰條件進行了評估。
第一種作戰條件對藍方飛機的航程限制越來越多,限制了藍方飛機在指定航段以外攻擊紅方目標的能力。在該實驗中,藍方最初的集中 C2 優勢從 20% 到 40% 不等,這取決于場景的復雜程度。因此,當藍方飛機無法覆蓋指定區域外的目標時,集中控制使用藍方飛機攻擊優先級最高的紅方目標的優勢就被抵消了。
第二個作戰條件在兩個相關實驗中進行了評估:一個是增加藍方飛機的數量,另一個是提高藍方飛機的能力。在增加資產數量的實驗中,藍方最初的集中 C2 優勢從 50%到 60%不等,當藍方庫存增加一倍時,這一優勢降至零。在提高藍方資產能力的實驗中,當藍方飛機的建模能力從低質量提高到高質量時,藍方集中 C2 的初始優勢從 50% 到 110% 降為零。因此,隨著各區藍方資產數量或質量的增加,集中控制在管理稀缺或低能力資產方面的優勢被抵消了。
第三種作戰條件使藍方集中式 C2 節點的性能日益下降,降低了其連貫實施集中控制的能力。當藍方 C2 節點嚴重退化時,最初的集中 C2 優勢從 40% 到 80% 不等,下降到 -20%(表明紅方優勢)。因此,嚴重退化的藍方集中 C2 節點產生的有效空中力量低于三個分散 C2 節點產生的空中力量總和。
本研究的結果有助于從數量上深入了解相關作戰條件與集中控制和分布式控制下結果平均差異之間的關系。這項研究的結果可為指揮官在設計 C2 結構時考慮的各種因素提供參考。此外,實驗框架可作為深入分析空中力量分散指揮與控制這一主題的模板。最后,研究方法和模型可作為專業軍事教育的工具,使從業人員更深入地了解分散空中力量指揮控制的影響。
圖 4. 戰區空地系統 (TAGS)。該圖顯示了整合多組件 C2 系統的復雜性。改編自 "空中組成部分指揮 "PowerPoint 演示,505 指揮與控制聯隊,2017 年,第 18 張幻燈片。
本研究論文調查了第一人稱計算機游戲能夠在多大程度上模擬戰術步兵交戰,以期提高其在未來步兵訓練中的實用性,并為后續的學術和軍事研究提供參考。由于經濟不景氣導致預算削減,迫使武裝部隊尋求更具成本效益的士兵訓練方法,因此這一研究領域與現代軍事機構的關系日益密切。由于現代游戲技術非常先進,而且開發單機產品的成本很高,因此使用現成的商用(COTS)視頻游戲作為訓練輔助工具變得越來越普遍。由于這些游戲同時適用于軍事和商業領域,因此開發商可以通過同時向兩個市場銷售這些游戲來獲取雙重價值。逼真性與娛樂性之間的內在矛盾不可避免地會導致產品在真實性方面的妥協,本論文認為,只有在步兵訓練的特定方面,實現這種雙重價值才是可行的。
迄今為止,幾乎沒有學術研究對 COTS 游戲在軍隊中的使用效果進行過研究,這主要是由于 COTS 游戲作為合法的訓練工具剛剛得到發展和認可。不過,由兩個不同專業所開展的相關研究主要有三條主線: 軍隊投入了大量資源來了解步兵戰斗模型和動態,其次是如何利用定制的虛擬環境來加強訓練,而社會科學家則對模擬環境的固有特征進行了評估,以研究心理上的沉浸感。
本論文將把這些研究領域聯系起來并加以擴展,這些領域研究了迄今為止商業視頻游戲和軍事模擬的不同方面。將這些方法結合起來,就可以從軍事角度評估商業游戲產品的逼真程度,同時研究它們與設計者的意圖和市場需求等社會學方面的關系。這將為評估如何成功地調整 COTS 視頻游戲以適應武裝部隊的需求鋪平道路,特別是在創建適合訓練步兵作戰特定方面的作戰環境方面。這項研究將彌合專業軍事和模擬界之間的差距,使模擬專業人員了解戰斗,使軍事專業人員掌握有效利用第一人稱射擊游戲(FPS)環境作為訓練工具的技能。
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。
聯合全域指揮與控制(JADC2)是將知識和信息迅速轉化為決策和行動的藝術和科學。它試圖通過所有的通信環境,在所有的戰爭領域整合所有的服務。本報告所描述的研究從海軍的角度出發,實現JADC2的概念化。一個比較性的案例研究被用來分析一個以海上為重點的聯合特遣部隊(JTF)的指揮和控制(C2),該部隊涉及跨軍種的綜合火力和灰區行動。主要結果強調了衛星通信對聯合特遣部隊整合的重要性,并闡明了在拒絕、降級、間歇或有限(DDIL)通信環境下出現的關鍵通信鏈接矩陣。這個DDIL通信矩陣可作為JADC2的優先需求集。建議的中心是確定這些要求的優先次序;闡明和傳播在DDIL環境中可以理解和實施的明確的指揮意圖;練習任務指揮、戰斗節奏擴張和邊緣C2;記住人仍然是JADC2中最重要的因素;以及發展JADC2成功所需的新知識、教育、培訓和實踐。
JADC2試圖解決所有領域和部門的C2的許多挑戰,但它需要周到的概念化,特別是從海軍的角度。一個比較性的案例研究被用來分析一個以海上為重點的聯合特遣部隊的C2,該部隊涉及綜合火力和灰區行動。基準案例代表了地理上分布的航母打擊群(CSG)、水面行動群(SAG)、空軍(AF)聯隊和海軍陸戰隊遠征部隊(MEF),通過常規的C2,以充分的通信能力聯合行動。對比案例描述了這個沒有衛星通信的聯合特遣部隊。
對這些案例的比較分析暴露了許多C2方面的挑戰,并有助于概念化JADC2如何必須支持作戰和戰術層面的戰爭,沿著通信能力的連續體。這一分析還提供了對C2要素的洞察力,這些要素遠遠超出了技術的范圍;特別是組成聯合特遣部隊的人員、流程和組織,以及必須流動的知識、信息和數據,使他們相互聯系。
該分析使我們能夠應用代表最新技術水平的理論,并將代表知識管理、組織和C2實踐水平的工具和技術應用于聯合特遣隊的組織和行動。這也使我們能夠從對聯合特遣部隊行動的分析中獲得新的知識,從而有可能轉化為增強和完善海軍C2組織和方法。
主要結論強調了衛星通信對于實現聯合特遣部隊整合的重要性。這尤其適用于地理上分散的服務,尋求以綜合方式進行互操作。此外,通過對DDIL環境的分析,出現了一個關鍵通信鏈路的矩陣。這個DDIL通信矩陣可以作為JADC2的優先需求集。
海軍、空軍和海軍陸戰隊在CSG和SAG、AF翼和MEF內的戰術行動在DDIL環境中并沒有像他們尋求跨軍種綜合火力和行動的聯合和作戰對應方那樣受到很大影響。細節仍然超出本文件的分類水平。
此外,優先考慮的JADC2需求集涉及的不僅僅是技術。事實上,所有組織級別的指揮官都需要表達和傳播明確的指揮意圖,這些意圖在DDIL環境中可以被理解和執行,而各級下屬必須能夠理解并將這種意圖轉化為所需的行動。這需要實踐: 各級組織的指揮官和各級單位都需要在任務指揮和戰斗節奏擴張下進行長時間的操作練習,就像綜合潛艇作戰那樣。此外,這些指揮官和單位需要通過非常低的帶寬DDIL通信模式來練習綜合行動,這就闡明了邊緣C2的一個令人信服的案例。
最后,人仍然是JADC2中最重要的因素。在DDIL環境中,地理上分散的聯合行動可能與大多數軍事人員遇到的各種教育、培訓和經驗大相徑庭。這為額外的教育、培訓和經驗提供了一個使用案例,以發展和完善有效戰斗所需的必要技能和能力。
此外,這種行動可以促使人們重新思考標準操作程序(SOP);技術、戰術和程序(TTP);作戰命令(OPORD);以及類似的明確知識。關鍵是要預測、發展和完善那種豐富的、基于經驗的隱性知識,這種知識需要滲透到從甲板到指揮部的所有組織層面。這種隱性知識--一旦獲得和完善--可以指導對SOPs、TTPs、OPORD和類似文件的有效反思。
像海軍研究生院(NPS)這樣的海軍教育機構是按照這些思路進行反思的一個重要場所,戰術訓練小組也是如此: 海軍研究生院可以開發和教授適當的知識,而戰術訓練小組可以將其轉化為有效的程序和實踐。這可能代表了我們研究者最重要的發現:新的知識、教育、培訓和實踐是JADC2成功的必要條件。
相應地提出了五項建議: 1)使用溝通矩陣來確定本研究中出現的JADC2要求的優先次序。2) 教導和指導組織領導者闡明和傳播明確的指揮意圖,這些意圖可以在DDIL環境中長期被理解和執行。3)通過任務指揮、戰斗節奏擴張和邊緣C2,學習并實踐海軍和聯合行動。4)記住,人仍然是JADC2中最重要的因素。5)通過沿著這些方向繼續學習,以及通過新的教育和培訓課程的開發,發展JADC2成功所需的新知識、教育、培訓和實踐。
有五個建議供進一步研究。
1)通信矩陣指出了有效聯合特遣部隊(JTF)的知識和信息在服務、單位、平臺和地理邊界之間流動所需的關鍵通信環節;它顯示了哪些環節受到被拒絕的、退化的、間歇的或有限的(DDIL)通信影響最嚴重。這為更深入地研究每個環節提供了機會--從相關人員、流程、組織和技術方面。
2)教導和訓練領導者表達和傳播明確的指揮意圖,使其能夠在DDIL環境下長期理解和執行,應該從聯合特遣部隊的戰斗節奏的擴張開始。DDIL可能需要聯合特遣部隊指揮官減少接收知識和信息的頻率,而在指揮和指導下級指揮官和部隊的機會之間,間隔時間也相應延長。訓練和實踐將是必不可少的。這就為開發相應的課程和演習提供了機會。
3)任務指揮可能被理解得相對較好,但仍不清楚在艦隊和各軍種中的實踐頻率和持久性如何。在知識和信息交流不那么頻繁的情況下,聯合特遣部隊和大多數下屬指揮部都會遇到戰斗節奏緊張的問題,而不同層次的指揮部可能會遵循不同的節奏。對于只習慣于24小時節奏的指揮部和部隊來說,這可能需要大量的調整和練習。這就為制定相應的課程和演習提供了機會。
另外,邊緣C2不太可能被很好地理解,然而對于指揮官和部隊來說,通過極低帶寬的DDIL通信模式來整合行動是至關重要的。C2領域已經積累了超過20年的關于邊緣C2的研究,但令人驚訝的是,很少有相應的知識能夠進入海軍的理論和訓練。這為開發相應的課程和演習提供了機會。
4)像JADC2這樣的項目很容易淪為技術工作的組合,這也是慣例。然而,JADC2在實現 "感知-決策-行動 "循環的自動化之前,還有很長的路要走(如果有的話)。這尤其適用于后兩個步驟:決策者和其他人必須對情況有所了解,而戰士和其他人則發起并執行相關行動。循環變得越快--快速循環代表了JADC2的明確期望,DDIL限制變得越差--嚴峻的環境代表了JADC2的明確期望,循環的每一步都變得更有挑戰性。這為進一步研究提供了機會。
5)這些進一步研究的建議都指出了知識差距。有些差距(如2和3)是相對明確的,可以通過開發更多的教育和培訓課程,以及相應的練習和實踐來填補,而其他差距(特別是1和4)則不太明確,需要進一步研究。
在決策或推理網絡中進行適當的推理,需要指揮官(融合中心)對每個下屬的輸入賦予相對權重。最近的工作解決了在復雜網絡中估計智能體行為的問題,其中社會網絡是一個突出的例子。這些工作在各種指揮和控制領域具有相當大的實際意義。然而,這些工作可能受限于理想化假設:指揮官(融合中心)擁有所有下屬歷史全部信息,并且可以假設這些歷史信息之間具有條件統計獨立性。在擬議的項目中,我們打算探索更普遍的情況:依賴性傳感器、(可能的)依賴性的未知結構、缺失的數據和下屬身份被掩蓋/摻雜/完全缺失。對于這樣的動態融合推理問題,我們建議在一些方向上擴展成果:探索數據源之間的依賴性(物理接近或 "群體思維"),在推理任務和量化不一定匹配的情況下,采用有用的通信策略,甚至在每個測量源的身份未知的情況下,采用無標簽的方式--這是數據關聯問題的一種形式。
我們還認識到,對動態情況的推斷是關鍵目標所在。考慮到一個涉及測量和物理 "目標 "的傳統框架,這是一個熟悉的跟蹤問題。但是,來自目標跟蹤和多傳感器數據關聯的技術能否應用于提取非物理狀態(物理狀態如雷達觀察到的飛機)?一個例子可能是恐怖主義威脅或作戰計劃--這些都是通過情報報告和遙測等測量手段從多個來源觀察到的,甚至可能被認為包含了新聞或金融交易等民用來源。這些都不是標準數據,這里所關注的動態系統也不是通常的運動學系統。盡管如此,我們注意到與傳統的目標追蹤有很多共同點(因此也有機會應用成熟的和新興的工具):可能有多個 "目標",有雜波,有可以通過統計學建模的行為。對于這種動態系統的融合推理,我們的目標是提取不尋常的動態模式,這些模式正在演變,值得密切關注。我們特別建議通過將雜波建模為類似活動的豐富集合,并將現代多傳感器數據關聯技術應用于這項任務,來提取特征(身份)信息。
研究的重點是在具有融合觀測的動態系統中進行可靠推理。
1.決策人身份不明。在作戰情況下,融合中心(指揮官)很可能從下屬那里收到無序的傳感器報告:他們的身份可能是混合的,甚至完全沒有。這種情況在 "大數據 "應用中可能是一個問題,在這種情況下,數據血統可能會丟失或由于存儲的原因被丟棄。前一種情況對任務1提出了一個有趣的轉折:身份信息有很強的先驗性,但必須推斷出身份錯誤的位置;建議使用EM算法。然而,這可能會使所有的身份信息都丟。在這種情況下,提出了類型的方法來完成對局部(無標簽)信念水平和正在進行的最佳決策的聯合推斷。
2.動態系統融合推理的操作點。在以前的支持下,我們已經探索了動態事件的提取:我們已經開發了一個合理的隱馬爾科夫模型,學會了提取(身份)特征,有一個多伯努利過濾器啟發的提取方法 - 甚至提供了一些理論分析。作為擬議工作的一部分,將以兩種方式進行擴展。首先,打算將測量結果作為一個融合的數據流,這些數據來自必須被估計的未知可信度的來源。第二,每個這樣的信息源必須被假定為雜亂無章的 "環境 "事件(如一個家庭去度假的財務和旅行足跡),這些事件雖然是良性的,可能也不復雜,但卻是動態的,在某種意義上與所尋求的威脅類似。這些必須被建模(從數據中)和抑制(由多目標追蹤器)。
3.數據融合中的身份不確定性。當數據要從多個來源融合時,當這些數據指的是多個真相對象時,一個關鍵的問題是要確定一個傳感器的哪些數據與另一個傳感器的哪些數據相匹配:"數據關聯 "問題。實際上,這種融合的手段--甚至關聯過程的好方法--都是相當知名的。缺少的是對所做關聯的質量的理解。我們試圖提供這一點,并且我們打算探索傳感器偏差和定位的影響。
4.具有極端通信約束的傳感器網絡。考慮由位置未知、位置受漂移和擴散影響的傳感器網絡進行推理--一個泊松場。此外,假設在這樣的網絡中,傳感器雖然知道自己的身份和其他相關的數據,但為了保護帶寬,選擇不向融合中心傳輸這些數據。可以做什么?又會失去什么?我們研究這些問題,以及評估身份與觀察的作用(在信息論意義上)。也就是說,假設對兩個帶寬相等的網絡進行比較;一個有n個傳感器,只傳輸觀察;另一個有n/2個傳感器,同時傳輸數據和身份。哪一個更合適,什么時候更合適?
5.追蹤COVID-19的流行病狀況。誠然,流行病學并不在擬議研究的直接范圍內,但考慮到所代表的技能以及在目前的健康緊急情況下對這些技能的迫切需要,投機取巧似乎是合理的。通過美國和意大利研究人員組成的聯合小組,我們已經證明,我們可以從當局提供的每日--可能是不確定的--公開信息中可靠地估計和預測感染的演變,例如,每日感染者和康復者的數量。當應用于意大利倫巴第地區和美國的真實數據時,所提出的方法能夠估計感染和恢復參數,并能很準確地跟蹤和預測流行病學曲線。我們目前正在將我們的方法擴展到數據分割、變化檢測(如感染人數的增加/減少)和區域聚類。
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
各軍種和部門的指揮官總是盡其所能獲得信息并與他們的部隊共享,因為信息是戰爭經濟中的資本。隨著陸軍內部、聯合部隊和商業部門的技術不斷發展,一個清晰的網絡架構有利于與其他網絡的有效整合,避免通信工作的脫節。本專著通過組織、訓練和理論以及設備的角度研究了無線電在第一次世界大戰期間在美國陸軍中的實施情況,以評估美國陸軍如何整合一項新的信息技術。為了更好地理解無線電在第一次世界大戰期間和戰間時期的實施,本專著還借鑒了兩位理論家丹尼爾-卡尼曼和赫爾南多-德索托的作品。隨著信息技術在民用社會中越來越普遍,假定對民用系統的熟悉可以轉化為操作人員天生就懂得如何整合和操作軍事系統是很危險的。整個聯合部隊共享信息的速度越快,效率越高,軍隊在戰場上發揮所有資源的效率就越高。為了充分利用不斷發展的通信技術來實現高效的信息共享,美國國防部(DOD)應該實施并保持一個慎重的過程,使整個聯合部隊的網絡架構、政策和理論標準化,以指導操作人員的培訓并為系統開發提供依據。