地面反艦導彈（GBASM）能力是美海軍陸戰隊的最高現代化優先事項，也是其"遠征先進基地作戰"概念與"部隊設計2030"計劃的關鍵組成部分。目前正針對這一新興能力的發射、瞄準及戰術、技術與規程（TTP）開展實驗與有限研究，但尚未對武器系統相關后勤問題進行探索。本項目采用隨機建模與仿真方法，研究由補給站支持的GBASM發射裝置與海上目標間的交戰動態。模型通過參數化設置以反映藍方火力單元數量、彈藥庫規模及齊射規模等變量因素。研究核心成果體現為優化藍方對抗戰略對手獲勝概率的作戰策略，為實兵實驗與戰術開發提供依據。

本研究旨在構建隨機模型，模擬海軍陸戰隊新型武器系統——地面反艦導彈（GBASM）的戰術級作戰與后勤體系，從而為實兵實驗與戰術發展提供洞見。我們開發了分析模型與蒙特卡洛仿真模型，呈現GBASM發射裝置與敵方海上目標間的炮戰對抗。本研究通過引入支持GBASM的補給站擴展前期研究成果，揭示后勤因素對戰場動態的影響機制。

第二節綜述現有作戰模型、齊射模型與戰役級后勤領域的運籌學研究文獻。第三節總結所探索的模型架構、參數設置及假設條件。第四節討論研究成果。第五節提出總結與后續工作建議。

圖1： 來源：《海軍-海軍陸戰隊遠征艦船攔截系統運用概念》，美國海軍陸戰隊戰斗發展與整合司令部，2021年8月5日。GBASM系統組件。本報告中"GBASM"特指單座導彈發射裝置（如右圖所示）。

本報告描述了一種名為導彈干擾與交戰模型（MJEM）的評估工具，該模型能夠通過分析導彈的位置、導航與授時（PNT）信息及目標定位信息的可用性，量化空射導彈對目標實施攔截的性能指標與效能指標。部分信息可能在導彈飛行過程中通過空基或天基資產信號實時更新。MJEM的開發旨在評估導彈在特定作戰條件下對這些資產信號的依賴程度。

本研究服務于兩項研究項目：第一項由HAF A2/6L委托開展，隸屬于美軍2024財年"確保復雜對抗性電磁環境中電磁作戰成功"項目；第二項由SSC/SZ-BC委托實施，屬于2024財年"殺傷鏈分析及對美國太空軍（USSF）與空軍（USAF）支持"項目。兩項研究均在蘭德項目空軍部隊的"戰力現代化與運用計劃"框架下完成。報告觀點僅代表作者立場，不反映美國國防部或政府的官方政策。材料審查不構成國防部對內容準確性或觀點的認可。

本報告適用于研究射頻干擾環境或太空支援降級條件（含多種遠程殺傷鏈場景）下空射導彈交戰的研究人員與分析人員。報告假定讀者具備基礎概率統計與鏈路預算分析知識，相關背景信息可通過引用文獻獲取。

核心問題

新興空戰任務涉及對遠程目標的空射導彈打擊。隨著導彈飛行距離增加，導彈與目標的位置誤差及不確定性可能累積，顯著降低攔截成功率。通過射頻通信在飛行中更新位置信息可減少此類誤差，但對手可能通過干擾GPS定位更新、目標位置/速度/航向信息更新，或對衛星/航空器實施動能/非動能攻擊來阻斷信息傳遞。關鍵問題在于：在特定作戰條件下，導彈的成功攔截多大程度上依賴這些信息？

方法論

為解決該問題，我們基于Python編程語言開發了MJEM數學模型。模型輸入參數包括：發射平臺、導彈、目標及干擾機的高度與射程；導彈射頻接收器及其電子防護措施；信息源可用性與更新頻率；發射器與干擾機功率水平；目標定位誤差；導航系統性能指標；導彈導引頭特性。MJEM將位置誤差與不確定性視為零均值高斯隨機變量，通過鏈路預算計算干擾范圍并估計飛行中誤差累積，最終輸出導引頭捕獲距離處的干擾范圍與橫向位置誤差作為性能指標，并以導引頭捕獲概率作為效能指標。

關鍵發現

• MJEM為量化導彈在特定條件下對信號與信息源的依賴程度提供了有效方法。
• 模型應用表明依賴程度因任務、導彈、目標等因素而異，但存在三個共性趨勢：
  • 慣性導航系統性能主要受載機傳遞對準精度主導。
  • 系統速度誤差估計涉及瞬時視場、亞像素分辨率、信噪比與傳感器穩定性等多變量，因缺乏精度數據需依賴簡化假設。
  • 效能指標高度依賴導引頭捕獲距離與視場范圍。
• 實際導彈交戰涉及海量變量，部分未納入模型的因素需不可行的組合運算評估影響。因此，模型不宜用于實際任務規劃或作戰結果預測，而應作為分析交戰依賴性與脆弱性的指導工具。

建議

• 當前模型已用于評估防空威脅任務群艦船打擊與攻勢制空任務高價值空中目標打擊的依賴性，建議擴展至陸基敵防空系統壓制/摧毀或其他威脅任務群艦船打擊等類似任務。
• 建議增加慣性導航系統加速度計建模以評估射程誤差，提升模型保真度并擴展至洲際彈道導彈打擊等應用場景。
• 需深入研究載機向導彈傳遞對準過程，因其主導慣性導航系統性能表現。
• MJEM目前僅支持單導引頭導彈建模，但部分導彈配備多模導引頭（如反輻射導引頭與末端導引頭組合）。分階段應用MJEM建模效率低下，建議升級模型以提升多導引頭支持效率。

美國海軍陸戰隊（USMC）正在通過其垂直起降（VTOL）飛機計劃投資航空技術，以增強任務優勢和戰爭主導權。美國海軍陸戰隊的一項計劃舉措是從未來的載人 VTOL 飛機上發射無人機系統 (UAS)，以執行混合（載人和無人）協作任務。這種混合 VTOL-UAS 能力將支持美國海軍陸戰隊的情報、監視和偵察 (ISR)、電子戰 (EW)、通信中繼和空對地動能打擊任務。

該畢業設計項目通過基于模型的系統工程分析、協同設計相互依存性分析以及建模和模擬實驗，研究了未來混合 VTOL-UAS 能力所涉及的復雜人機交互。頂點項目重點關注打擊協調和偵察（SCAR）任務，其中涉及載人 VTOL 平臺、VTOL 發射無人機系統和地面控制站（GCS）。該項目提出了系統要求和架構、概念設計，以及對未來 VTOL 能力的人機協作方面的實驗見解。

主要發現是，無人機系統擁有高水平的數字自動化，并與其人類伙伴有機地共享，這也意味著人類的計劃和執行必須以數字方式捕獲。這確保了合作伙伴之間能夠相互觀察、預測和指導，從而建立信任。第二個發現是，整個團隊需要一個安全冗余的主要、備用、應急和緊急（PACE）通信計劃，以支持彈性任務規劃、執行和任務后分析。最后，這項研究證明了使用網絡模擬器探索、評估和衡量人機協作效率的有效性。

研究建議美國海軍陸戰隊采取一項戰略，采購能夠進行自然語言處理、任務評估和政策更新協議的高級自主無人機系統。接下來，在使用 VTOL 和 UAS 時，繼續使用相同的技術對 USMC 的其他任務集進行評估。最后，進行更多分布式模擬實驗和評估。

圖：美海軍正在開發未來垂直升降（海上打擊）系統，以執行獨特的海上任務，主要從水面戰斗艦艇（DDGs、FFGs、LCS）執行任務。

MiNet 是一種基于深度學習的自動目標識別系統，由加拿大國防研究與發展（DRDC）大西洋研究中心開發，用于海軍反水雷措施。MiNet 既可用作任務后分析的操作員輔助工具，也可用作小型自主水下航行器上的高效即時獵雷系統。它可對側視聲納數據中的類雷物體和其他重要物體進行探測、定位和分類。本參考文件是一本用戶手冊，介紹 MiNet 軟件的安裝、操作和解釋。自動目標識別系統可自動分析聲納數據，并對海底的類雷物體進行探測、定位和分類，從而提高海軍反水雷能力。這有助于減少操作員的工作量，加快獵雷進程。

“鐵穹”是拉斐爾先進防御系統公司開發的一種有效的卡車牽引式多任務機動防空系統。

• 項目類型：防空導彈系統

• 首次測試：2008 年 7 月

• 最終測試：2010 年 7 月

• 最終部署：2011 年 3 月

• 覆蓋范圍：5 千米至 70 千米

• 開發成本：$200m

• 主要組件：探測和跟蹤雷達、戰斗管理和武器控制 (BMC)、導彈發射單元

• 制造商：拉斐爾先進防務系統公司

圖：鐵穹是拉斐爾先進防御系統公司開發的多任務機動防空導彈系統。資料來源：lDF

"鐵穹"是世界上使用最多的多任務防空導彈系統，由以色列國有國防技術公司拉斐爾先進防務系統公司開發。

以色列空軍（IAF）在前幾年與黎巴嫩和加沙沖突后，于 2011 年 3 月部署了該系統。

開發該系統是為了應對射程達 70 千米的超短程火箭彈和 155 毫米炮彈的威脅。它可以在任何天氣條件下使用，包括霧、沙塵暴、低云和雨天。全天候防空系統可保護居民和重要資產，并可進行戰略布置，以減少附帶損害。

"鐵穹"可探測、分析和攔截一系列來襲威脅，包括反火箭、火炮、迫擊炮（C-RAM）、精確制導導彈（PGM）、巡航導彈、無人駕駛飛行器、噴氣式威脅和密集炮彈。

該系統在十年內攔截了 2,500 多個來襲目標，成功率超過 90%。

圖：美國陸軍于 2020 年 9 月接收了第一套鐵穹系統。資料來源：Jim Garamone，美國國防部。

"鐵穹"的部署細節

"鐵穹"由以色列國防部選定，用于防御對以色列北部和南部邊境構成威脅的短程導彈和火箭。

2012 年 11 月，以色列在古什丹安裝了第五個鐵穹炮臺，以應對對特拉維夫地區的火箭彈襲擊。以色列在加沙地帶發起了 "防務之柱 "行動，該系統攔截了 400 枚導彈。

此外，在 2014 年與加沙的另一場沖突（又稱 "保護邊緣 "行動）中，該系統攔截了 700 枚導彈。

2021 年 5 月，在以色列和巴勒斯坦之間的一輪沖突升級中，"鐵穹 "防空系統攔截并擊落了數百枚來自加沙的火箭彈。

2023 年 10 月，為防范加沙導彈，以色列部署了 "鐵穹 "系統來應對打擊。目前，至少有十個 "鐵穹 "炮臺在運行，每個炮臺包含 60 至 80 枚攔截導彈。

圖：十年來，"鐵穹 "導彈系統攔截了 2500 多個來襲目標，成功率高達 90%。圖片來源：Amit Agronov/IDF。

鐵穹防御系統的其他版本

I-DOME 是該系統的移動版本，可部署在一輛卡車上。它是一種雙重任務、甚短程（V-SHORAD）和 C-RAM 防空系統。它由一個輪式 6×6 底盤發射器和十個 "鐵穹 "攔截器、一個雷達以及一個戰斗管理和武器控制（BMC）操作站組成。

C-DOME 是海軍版本，以色列海軍于 2017 年部署。C-DOME 系統可以保護重要的海軍和陸地資產免受復雜的彈道、空中和地對地威脅，甚至在涉及飽和攻擊的情況下也是如此。

鐵穹防空系統的背景和開發細節

2006 年第二次黎巴嫩戰爭期間真主黨發射的火箭促成了鐵穹系統的開發。海法和以色列北部其他地區遭到近 4000 枚火箭彈的襲擊，其中大部分是短程卡秋莎火箭彈。

約 44 名以色列平民在襲擊中喪生，約 25 萬公民被疏散并遷移到以色列其他地區。

2000 年至 2008 年期間，巴以沖突中色列面臨 4000 多枚迫擊炮彈和 4000 多枚火箭彈（主要是卡薩姆火箭彈）。由于采用了 122 毫米 "冰雹 "發射器，"卡薩姆 "火箭的射程擴大，近 100 萬以色列南部居民處于其射程之內。

為應對火箭威脅，以色列國防部于 2007 年 2 月決定開發一種機動防空系統。

該導彈防御系統于 2009 年 3 月測試成功。測試過程中沒有實際攔截導彈或火箭。2009 年 7 月，在國防部的一次測試中，該系統成功攔截了多枚火箭彈。

2009 年 8 月，以色列空軍成立了一個新的營，負責操作鐵穹系統。在 2010 年 1 月進行的一次測試中，成功攔截了多枚模仿卡薩姆和卡秋莎的火箭彈。

2010 年 7 月對鐵穹系統進行了最后測試。該系統只成功確定并攔截了來襲的導彈威脅，而其他飛向空地的導彈沒有被攔截。

鐵穹防御導彈系統詳情

鐵穹包含三個基本要素：戰場雷達，用于定位來襲導彈；BMC 系統，用于處理雷達傳輸的數據；導彈發射單元 (MFU)，用于發射速度更快的導彈，在更高的高度攔截來襲導彈。

鐵穹雷達在 2.5 英里至 43.5 英里（4 千米至 70 千米）的范圍內顯示了其有效性。

MFU 是一種首創的多任務發射裝置，設計用于發射塔米爾等多種攔截導彈，這些導彈有能力攔截從 4 千米至 70 千米距離發射的來襲威脅。這些導彈裝有光電傳感器和多個轉向翼，具有高機動性，并配有近炸引信爆炸彈頭。

鐵穹雷達在探測和識別火箭后，會對其路徑進行監控。根據雷達提供的信息，系統的 BMC 會分析威脅的路徑，并計算出預計的彈著點。

如果計算出的來襲火箭路徑構成真正的威脅，系統就會執行命令，發射攔截器對付威脅。來襲火箭將在中立區引爆。

每個 "鐵穹 "炮兵連包括三到四個固定式多管火箭炮單元、20 枚 "塔米爾 "導彈和一個戰場雷達。單個炮臺有能力攔截任何針對人口稠密地區的威脅，保護近 60 平方英里的區域。

導彈系統的開放式結構設計允許與綜合作戰指揮系統（IBCS）和間接火力防護能力（IFPC）框架內使用的其他元件（包括雷達系統）無縫集成。

鐵穹導彈系統的特點

該導彈系統具有晝夜和全天候能力、快速反應能力和禮炮攔截能力。它還能適應快速發展的威脅，同時應對多種復雜威脅。它既可作為獨立系統運行，也可作為多層防空系統中的一層。

鐵穹的其他特點包括垂直發射攔截器、彈頭和近炸引信、移動發射器以及與各種雷達和探測系統的兼容性。該系統的特殊彈頭使其能夠引爆空中的任何目標。

升級和測試

2020 年 12 月，以色列利用 "鐵穹"、"大衛之矛 "和 "箭"武器系統對多層防空系統進行了一系列實彈演習。

該系統可同時擊落多種復雜威脅的技術升級在三次系列測試中得到檢驗，其中最近一次測試于 2021 年 3 月在以色列南部進行。

鐵穹成功攔截并摧毀了模擬現有威脅和新威脅的目標。

訂單和交付

2011 年 8 月，雷神公司與拉斐爾公司合作，在美國實現了 "鐵穹 "武器系統的商業化。2014 年 9 月，雷神公司從拉斐爾公司獲得了一份價值 1.49 億美元的合同，用于供應該系統中使用的塔米爾攔截器組件。

2019 年 8 月，以色列國防部與美國國防部簽署協議，促成美國陸軍購買兩組鐵穹炮臺。第一組炮臺于 2020 年 9 月交付，第二組炮臺于 2021 年 1 月完成交付。

雷神拉斐爾區域防護系統公司是雷神公司和拉斐爾公司于 2020 年 8 月成立的一家新合資企業，目的是在美國建立一個鐵穹生產設施。

國際社會對機動防空系統的興趣

新型短程導彈防御系統用于維護駐扎在伊拉克和阿富汗的北約部隊。

2018 年 5 月，羅馬尼亞羅梅羅公司與拉斐爾公司合作，在羅馬尼亞生產鐵穹系統。

阿塞拜疆和印度也簽署了購買該導彈系統的協議。

以色列政府正在與一些歐洲國家進行談判，探討出售該系統的可能性。

相關承包商

鐵穹的雷達系統由以色列國防公司埃爾塔開發。

拉斐爾公司與以色列軟件公司 mPrest Systems 簽訂了開發鐵穹控制系統的合同。

參考來源：ArmyTechnology

陸基反艦導彈（GBASM）武器系統是美國海軍陸戰隊當前最優先的現代化項目，也是其最新作戰概念--"遠征先進作戰"（EABO）的基石。EABO 的目標是支持海軍的海上控制和海上封鎖任務，尤其是在太平洋地區；GBASM 為海軍陸戰隊提供了遠程火力能力，使其能夠控制重要的海上交通線。迄今為止，GBASM 的研究僅僅集中在武器的有效性以及射擊戰術、技術和程序（TTPs）的開發上，尚未對該系統的后勤考慮因素進行研究。本論文旨在通過對武器系統及其補給站進行建模來填補這一空白，從而深入了解考慮后勤因素時的戰斗動態。

在這項研究中，建立了三個模型：離散時間馬爾可夫鏈（DTMC）、蒙特卡羅模擬和分析模型。用于分析的主要模型是蒙特卡羅模擬。DTMC 用于驗證模擬結果，而分析模型則是對模擬結果的補充和加強。

模擬了 GBASM 發射器（"藍方"）在補給站支持下與對手海上目標（"紅方"）之間的炮火對決。決戰開始時，所有藍方射手向紅方目標開火，殺傷概率為 ??。如果 "紅方 "目標仍然活著，則向射手和倉庫還擊，射手的擊殺概率為 ??，倉庫的擊殺概率為 ??。對決一直持續到滿足三個勝利條件之一為止： 1) 藍方摧毀紅方；2) 紅方摧毀藍方所有射手；或 3) 紅方摧毀藍方倉庫。衡量模型有效性的標準是獲勝概率。

該模型有幾個基本假設和限制。假設藍方總是先開火，這與 GBASM 的使用概念一致，即強調在準備開火前隱藏武器。我們假定紅方擁有無限量的導彈供應；在基礎模型中，為了簡單起見，我們對藍方也做了同樣的假定，但在擴展模型中，這一假定被放寬了。我們假定所有藍方射手在每次發射時都會開火；單位戰術和火力控制不在模型中。該模型的一個主要限制是沒有考慮時間和距離，這意味著藍方無需前往補給站重新裝彈。我們認為這一假設并不影響主要結論，因為我們模擬了幾個波次的交戰，而且每波交戰后炮臺都會重新裝填彈藥。此外，該研究并未使用實際的武器殺傷概率，因為這會提高研究的等級。

我們運行上述基本模型，以了解藍方和紅方行為的趨勢。然后，我們運行了兩個擴展模型，一個是將藍方的彈藥限制在 GBASM 排實際擁有的導彈數量，另一個是考慮與紅方的兩個目標進行決斗。

研究得出了幾個重要發現。首先，"紅方 "的最優策略是一種閾值策略。在紅方面對的藍方射手數量的某個臨界值以下，紅方向射手開火更有利；在臨界值以上，紅方瞄準藍方倉庫更有利。這一現象在多次不同的迭代模擬中都能觀察到，分析模型也證實了這一點。這為 GBASM 部隊提供了兩個重要啟示：1）藍方射手的生存能力會隨著部署射手數量的增加而提高；2）補給站的特征管理至關重要，因為它很可能成為敵方的誘人機會目標。

研究的另一個關鍵發現與藍方補給站的規模有關。我們進行了多次模擬，同時改變藍方可用導彈的數量。我們發現，在某個臨界值之后，藍方獲勝的概率保持不變，這表明根據藍方射手的數量，補給站的規模是合適的。因此，對 GBASM 部隊的啟示是，后勤計劃人員應謹慎平衡部署到某一地點的藍方射手數量與增加可能不需要的彈藥的功效。

這項研究為 GBASM 操作人員和后勤人員提供了有關戰斗動態的重要見解，可用于武器 TTPs 的持續開發。值得注意的是，研究的具體數值結果在很大程度上取決于模型假設和參數值，不應被視為預測結果；相反，研究的關鍵產出是觀察到的總體趨勢和見解。

在這份科學報告中，研究了一個導彈防御的問題，其中有異質的來襲再入飛行器（RVs）。也就是說，這些再入飛行器由不同類型的導彈組成。防御系統利用也是導彈的攔截器來試圖攔截再入飛行器。我們建議，在有異質RV的簡單交戰場景中，防衛方可以使用最佳最后交戰機會（SLS-OLEO）的射擊戰術來優化其在最后交戰機會中的突襲否定概率（PRA）。為了優化這種方法，我們利用天體動力學、帶約束的微積分、微擾理論、動態規劃和生成函數以及PRA的凹特性來比較各種射擊戰術。這種方法使我們能夠確定針對RV的攔截器的最佳分配，使PRA最大化。此外，我們還考慮了PRA如何有助于綜合系統有效性的概率（PISE），這反過來又決定了彈道導彈防御系統（BMDS）的全球有效性。原則上，該方法一般適用于導彈。然而，我們確定交戰機會數量的方式是基于彈道導彈的。

對國防和安全的意義

在導彈防御方面，至關重要的是，防務部門要消除來襲的RV，以保護其資產和人口。眾所周知，有一種基于RVs數量、攔截器數量及其特性（如單發殺傷概率（SSBK）和交戰機會數量）的發射策略，可以最大限度地提高突襲否定的概率，即PRA。然而，當來襲的RV由不同類型的導彈組成時，這樣的策略需要修改，因為現在的情況更復雜了。我們表明，用本報告所制定的策略仍有可能使PRA最大化。這一點很重要，因為最大化PRA意味著最大限度地挽救人口中的生命數量。

引言

對防空的作戰分析可以追溯到1930年代（Kirby和Capey[1]）。從那時起，防空研究有了很大進展，特別是在導彈防御領域。目前關于彈道導彈防御系統（BMDS）的文獻的特點是，分析集中在整個系統的孤立方面。具體來說，有關于理論發射理論（Soland [2]）、射-看-射戰術（Wilkening [3]）、命中評估（Weiner等人，[4]）、軌道力學（Cranford [5]）和綜合概率模型，如綜合系統有效性概率（PISE）（Boeing Co [6]）的研究。相比之下，本科學報告側重于突襲湮滅概率（PRA），它是PISE的一個核心組成部分，也是BMDS有效性的一個關鍵決定因素。

為了證明PRA的重要性，我們在涉及異質再入飛行器（RVs）的交戰場景中比較了三種發射戰術。在對結果進行嚴格的比較后，我們說明，雖然 "射擊-觀察-射擊與最佳最后交戰機會"（SLS-OLEO）沒有產生最大的PRA，但它在一個簡單的交戰場景中提出了最實際有效的PRA。也就是說，我們并不假定來襲的RV的數量是完全已知的。我們還探討了是什么使PISE成為BMDS框架的一個重要組成部分，并提出了兩個可以提高PISE的戰術。我們相信，作戰研究界的成員將能夠利用這些發現來評估BMDS的全球有效性。

為了幫助關注這個問題，我們定義了一個由五個異質再入飛行器（RVs）和二十個攔截器組成的例子情景，（Wilkening [3]）。這個場景當然不是一個飽和的場景，即RV的數量超過了攔截器的庫存，正如（Dou等人，[7]）所調查的。由于彈道導彈防御（BMD）的復雜性，有些特點和方法我們無法在本報告中涉及或深入分析。與其他研究相比，我們的視角是單面的（僅是防御），而不是雙面的（防御和進攻，Brown等人，[8]；兩階段博弈，Hausken和Zhuang[9]）。我們的研究也主要限于地基攔截器（GBI），而不是其他發射平臺，如閑逛的飛機（Burk等人，[10]）。我們不考慮誘餌（Washburn[11]）。我們注意到，BMD也可以使用基于代理的模擬（Garrett等人，[12]和Holland等人，[13]），或使用馬爾科夫鏈（Menq等人，[14]）進行建模。Park和Rothrock[15]研究了在導彈防御中框定人類主體的效果。實時威脅評估和武器分配（TEWA）的細節可以用3維穩定的婚姻算法來建模（Naseem等人，[16]）。針對一系列RV的防御性武器的最佳組合可以用線性編程來建模（Beare [17]）。盡管有這些假設和簡化，我們相信我們的方法為理解BMD提供了一個簡單的方法，同時也為評估BMDS的有效性提供了一個直接和統一的方法。

本文的組織結構如下： 第2節描述了交戰機會的數量；第3節介紹了三種已知的可用于對付相同（同質）RV的發射戰術；第4節擴展了一些用于異質RV的發射戰術，并提出了一種新的戰術；第5節描述了PRA的凹性；第6節利用凹性來確定全球最佳PRA；第7節說明了有效性的措施；第8節討論了PISE和改進它的方法；我們在第9節中得出結論。

本文是2014年發表的另一篇論文（Nguyen [18]）的完整和擴展技術版本，增加了一些新的內容，包括考慮新的射擊戰術（在第4節）、PRA的凹性（在第5節）和全局最優PRA（在第6節）。雖然第7節中的有效性措施在現有文獻中可以獲得，但我們根據第4、5和6節的新穎性來確定這些有效性措施。據我們所知，在文獻中還沒有任何論文將所有這些方面的內容匯集在一篇關于BMD的文章中。這篇文章的初步結果發表在一個會議記錄中（Nguyen和Miah[19]），它利用遺傳算法來優化有效性的措施。

執行摘要

• 與俄羅斯的軍事理論一致，俄羅斯軍隊在烏克蘭的情報、監視和偵察行動中廣泛使用無人駕駛飛行器（UAV）。這使得它們能夠在炮擊、反炮擊和精確打擊任務中發揮突出作用。

• 雖然ISR無人機在俄羅斯軍隊的大部分目標定位過程中發揮了核心作用，但似乎反應速度很慢，使其在打擊移動目標方面面臨挑戰。

• 探測和瞄準時間的滯后突出了俄羅斯武庫中缺乏軍事級別的無機組人員作戰飛行器（UCAVs）。這些系統將使探測到殺傷的時間更快。雖然俄羅斯軍方顯然正在對這些系統進行投資，這一點從戰前的軍事公告中可以看出，它們不可能很快出現在戰場上。

• 商業無人機在俄烏戰爭中嶄露頭角，以解決緊迫的ISR需求，并充當初級的閑置彈藥。俄羅斯軍方和領導層在接受無人機的作用方面進展緩慢，但現在正在鼓勵俄羅斯部隊使用這些無人機。

• 盡管承認這些無人機的重要性，但俄羅斯軍事工業綜合體在生產俄羅斯部隊所需的大量無人機方面一直進展緩慢。一些生產的缺乏可能來自于國內能力的缺乏，組織間的競爭和缺乏溝通，以及俄羅斯中央政府在這個問題上缺乏領導。

• 解決商用無人機短缺問題的一個新出現的辦法是，俄羅斯國內有一些團體正在為俄羅斯部隊提供無人機和無人機零部件，并在如何在軍事行動中整合和使用商用無人機方面充當思想領袖。

• 使用無人機的戰術、技術和程序（TTPs）已經通過戰場上的經驗得到發展。對俄羅斯和烏克蘭國內團體使用無人機的觀察，促使了為俄羅斯士兵提供無人機使用的標準化培訓和TTP的倡議。

• 在許多方面，裝有彈藥的廉價商用無人機在使用和損失率方面變得更像彈藥；許多無人機被視為對軍事地點和平臺造成損害的消耗性、一次性使用的平臺。這種使用的額外效果是使它們成為防空系統的昂貴目標，在保護軍事單位和關鍵基礎設施之間產生了潛在的烏克蘭防空就業妥協。

• 為了解決其軍事無人機的挑戰，俄羅斯人正在廣泛地使用伊朗生產的軍用無人機。這些無人機具有數百公里的射程和抗干擾系統，已被證明能有效瞄準烏克蘭軍事平臺和關鍵基礎設施。

圖1. 俄羅斯的偵察火力和偵察打擊概念

圖2. 俄羅斯偵察-射擊和偵察-打擊概念

無人作戰飛行器（UCAV）是一種無人飛行器，用于情報、監視、目標獲取和偵察，并攜帶飛機軍械，如導彈、反坦克導彈和/或炸彈的硬點，用于無人機打擊。這些無人機通常由人類實時控制，具有不同程度的自主性。與無人監視和偵察飛行器不同，UCAVs同時用于無人機打擊和戰場情報。無人駕駛戰斗飛行器（UCAV）的推進技術與UCAV的飛行性能有很大關系，這已經成為航空業最重要的發展方向之一。需要指出的是，UCAVs有三種推進系統，分別是燃油、油電混合和純電動。本文介紹并討論了這三類推進系統的分類、工作原理、特點和關鍵技術。它有助于建立UCAV推進系統的發展框架，并提供電動推進UCAV的基本信息。此外，還討論了電動推進UCAVs的未來技術和發展，包括高功率密度電機、轉換器、電源。在不久的將來，電力推進系統將被廣泛用于UCAVs。高功率密度系統將成為電動UCAVs的發展趨勢。因此，這篇評論文章對UCAVs的推進系統提供了全面的看法和多種比較。

合成孔徑激光雷達（SAL）與合成孔徑雷達（SAR）有幾個不同的現象，使其成為自動目標識別（ATR）有希望的候選者。SAL的漫射性質導致目標上有更多的像素。光學波長提供厘米級的分辨率，其孔徑基線比SAR基線小10000倍。雖然漫反射散射和光學波長有一些優勢，但也有一些挑戰。與SAR相比，SAL的漫反射性質導致了更明顯的斑點效應。光學波長更容易受到大氣噪聲的影響，導致形成的圖像失真。雖然這些優點和缺點在理論上被研究和理解，但還沒有被付諸實踐。本論文旨在量化從鏡面SAR切換到漫反射SAL對算法設計的影響。此外，鑒于CAD模型的幾何和物理特性，提出了一種性能預測和模板生成的方法。這種方法不依賴于形成圖像，并減輕了生成多個斑點場和冗余光線追蹤的計算負擔。

圖2.1: MSTAR目標的例子和目標的照片。MSTAR圖像包含目標、背景和陰影信息。

引言與動機

1.1 自動目標識別

自動目標識別（ATR）是指從收集的傳感器信息中自動檢測感興趣的目標并進行分類的行為[72]。ATR是一個多學科的領域，包括但不限于信號處理、圖像處理、人工智能、統計和人的表現。一個ATR系統要經歷一個多步驟的過程。這些步驟包括但不限于：

• 感知--從感興趣的區域（RoI）收集傳感器數據。
• 檢測--選擇可能包含感興趣目標（ToI）的子區域。
• 切割--將有信息的像素從背景和噪聲中分離出來。
• 分類--宣布目標為某種類型。

圖1.1顯示了ATR過程的一個例子。

為了收集ATR數據，我們利用了各種傳感方式。這些模式包括合成孔徑雷達（SAR）、合成孔徑聲納（SAS）、3-D激光雷達、超光譜成像（HSI）、廣域運動圖像（WAMI）、激光測振和紅外圖像。這些模式的例子見圖1.2。

圖1.1: 一個改編自[14]的ATR管道實例。在這個例子中，收集的傳感器信息是一個場景的圖像。另外還采取了一些步驟，如雜波抑制。

圖1.2：各種傳感模式的例子。每種模式都有自己的一套優勢和劣勢，普遍的操作條件和使用案例。圖片分別來自[22、28、24、80、1、55]。

每種模式都有其自身的優勢、劣勢和使用案例。每種模式都有一套獨特的因素，影響ATR系統的有效性。這些因素被稱為操作條件（OCs）。對OCs的研究以及它們如何影響ATR系統是ATR研究的前沿問題。OCs可以分為三個主要類別[72, 54]：

• 傳感器OCs - 影響傳感器收集高質量數據能力的因素。此類OCs包括傳感器噪聲、相位誤差和運動補償。

• 環境因素--改變傳感器和目標的環境屬性的因素。此類OCs包括天氣、對抗性干擾器、無源能源、雜波、樹葉和大氣噪聲。

• 目標OCs--改變物理屬性或感興趣的目標的因素。此類OCs包括偽裝網、銜接、材料特性、型號變化、誘餌和操作模式。

任何給定的傳感器的OC空間可能大得無法估量。第2章討論了克服這一問題的策略。

本節前面提到的模式有大量的知識，討論了傳感器現象學、ATR算法和傳感器現象學。本論文的重點是合成孔徑LADAR。對于ATR的目的，SAL是相對未被探索的。正如第二章所討論的，SAL的知識體系主要包括傳感器設計和現象學。對現象學和設計進行了很好的研究，可以確定在SAL數據上設計一個有效的ATR的潛在問題。此外，還討論了SAR ATR的技術現狀。

本文件的其余部分組織如下。

• 第2章是對SAR ATR技術現狀的回顧。討論了分類技術、預測性能、操作條件和合成數據策略。對SAL現象學的歷史和討論進行了更全面的介紹。

• 第3章介紹了基于第2章的回顧，在SAL和ATR的知識體系中的研究差距。列出了目標貢獻和影響。

• 第4章介紹了SAL ATR研究的方法和結果，以及SAL ATR性能預測的擬議技術。

• 第5章總結了第4章的結果并討論了擬議的未來工作。列出了所提出的和擬議的工作的發表時間表。