對美國國防部（DoD）采購的武器系統進行嚴格的作戰測試（OT）是確保這些復雜的系統不僅滿足其既定要求，而且在面對使用其自身高能力進攻和防御武器的堅定對手時，在現實的作戰條件下也能發揮作用的根本。如果沒有足夠的OT，作戰指揮官將無法最有效地利用他們的能力，而作戰人員將對他們帶到戰場上的武器缺乏信心，或者，更糟糕的是，由于他們沒有從根本上了解他們的武器的能力和限制，可能無意中將自己置于危險之中。美國防部的測試和訓練場提供了地理、基礎設施、技術、專業知識、流程和管理，使安全、可靠和全面的OT成為可能。然而，靶場，以及使該系統發揮作用的有才能和有決心的靶場工作人員，正處于巨大的壓力之下。除非迅速采取行動解決長期存在和新出現的挑戰，包括測試能力、現代化、數字基礎設施、侵占和資源，否則國防部的靶場將無法在未來支持及時或充分的OT。

國家靶場基礎設施面臨的挑戰正在增加和加速。物質資源和勞動力的有限測試能力，測試基礎設施的年齡，測試先進技術的能力，以及侵占影響了告知系統性能的能力，綜合系統性能，以及測試的整體速度。對美國測試基礎設施的投資以及測試和評估（T&E）方法和數據處理的改變是必要的，以便為以與作戰需求相關的速度向戰場提供致命的、可生存的、可靠的和可負擔的武器系統提供信息。本研究借鑒了來自作戰、采購和測試背景的高級軍官和官員的證詞，以及測試和培訓專家、領先的技術專家、相關商業企業的領導人，以及在國防部和國會預算過程中有深厚經驗的個人。研究委員會對具有代表性的試驗場進行了虛擬和實際的實地考察；收集了試驗場在現代化、維持、操作和資源挑戰方面的意見；并審查了先前的研究和來自作戰測試與評估主任辦公室（DOT&E）、軍種測試組織和測試資源管理中心（TRMC）的報告。本報告提出了一系列相互依存的建議，委員會認為這些建議將使國防部靶場企業進入現代化軌道，以滿足未來幾年OT的需求。該報告強調了以下三個基本主題：

1.未來的戰斗將要求在聯合全域作戰（JADO）的環境下建立連接的殺傷鏈。美國防部設計、規定、開發和測試系統，以確保它們在這種新的現實中投入使用時是非常有效的，這是至關重要的。美國防部的采購流程、組織結構、測試方法和為測試單一領域的單個武器系統而優化的靶場基礎設施將不足以測試未來的綜合武器系統，因為它們將在跨越所有作戰領域（包括陸地、海洋、空中、太空和網絡空間）的機速戰爭中運行。

2.數字技術正在極大地重塑測試的性質、實踐和基礎設施。今天和明天的武器系統從根本上說是由數據和軟件促成的，美國防部的試驗場也不例外。自主性、人工智能（AI）和機器學習在整個國防系統中的重要性迅速增加，為OT創造了新的挑戰。此外，數字孿生和高性能建模與仿真（M&S）的出現使新的測試方式成為可能，甚至新領域和操作限制的組合使虛擬測試成為某些應用的唯一實用方法。

3.現場速度是今天衡量業務相關性的標準，而這又是一個不斷變化的目標。在許多基于數字、軟件和通信技術的全球擴散的推動下，美國的對手正在迅速和持續地部署新一代的武器，旨在否定美國的作戰優勢。同時，新的武器系統正在采用從未投入使用的技術，這些技術也在以摩爾定律所允許的速度發展。可用的武器系統被迅速投入使用，但也需要持續的測試和評估。

為了應對與這些主題相關的挑戰，委員會制定了結論和建議，分為以下五大類：

1.開發 "未來的靶場"，在聯合防務環境中測試完整的殺傷鏈。靶場企業必須適應新的作戰概念和新的測試方法，以進行真實的作戰測試，這包括為系統集成測試和不同領域的多個靶場的互操作性提供有利的基礎設施。[建議3-1] 2.

2.調整靶場能力要求程序，以實現持續的現代化和維持。在保持嚴格的作戰測試和評估的同時，實現快速進入戰場，需要快速實現新武器技術和新威脅的靶場現代化。同時，關鍵能力需要保持，甚至增加，以確保所需的測試能力和吞吐量，同時減輕物理和無線電頻率環境中的侵占所造成的問題。[建議3-2、3-3、3-4、3-5] 。

3.在整個武器系統開發和測試生命周期中，為無處不在的M&S啟動一個新的范圍操作系統。今天的許多美國防部項目不能僅在現場測試中得到有效的測試。高保真虛擬測試可以提高實際硬件測試的準備程度和成功的可能性，并且可能是進行某些類型測試的唯一環境。然而，廣泛和標準化地使用M&S進行作戰測試，將取決于一個新的M&S基礎設施，測試界的重大文化變化，以及在不斷變化的威脅和技術環境中驗證M&S的新方法。[建議4-1]

4.為未來的作戰測試和無縫靶場企業互操作性創建 "TestDevOps "數字基礎設施。重新定義TRMC和試驗場的企業支持的核心數字標準和能力，以利用國防部在軟件、數據、網絡、AI、網絡安全和M&S方面的規模。使基于模型的工程、不間斷的數字線路和持續集成/持續交付的軟件實踐成為試驗場敏捷性、快速測試演化和快速到場的基礎。超高帶寬的信息流必須變得無摩擦、按需和安全。[建議4-2、4-3]

5.重塑靶場企業的籌資模式，使之具有響應性、有效性和靈活性。今天和明天的資源需求反映了快速變化的技術和威脅的現實；持續的資本投資用于創建、升級和維護長壽命的靶場系統；以及對跨領域的系統測試和無縫整合的M&S的需求不斷增加。將DOT&E更早和持續地納入需求開發和采購過程，將更好地建立和證明靶場投資的及時性和充分性。[建議5-1, 5-2；結論5-1, 5-2] 。

圖 3.2 多域戰場中真實殺傷鏈測試場景的表示。 A表示潛在運輸的豎立發射器； B 表示敵方代表雷達； C 表示敵機。

圖 4.3 將測試與模擬相結合的新范例。

基于蘭徹斯特方程的戰斗模型描述了一支同質的藍軍對一支紅軍的戰斗。然而，在現實中，沖突涉及在多個領域運作的多個陣營。我們提供了一個兩方（藍方和紅方）各自可能有盟友（綠方等）的一般損耗模型。另外，如今的沖突不僅發生在物理領域，也發生在由新興技術創造的領域。例如，網絡戰略也包括在內，反映了當今多域作戰的復雜性。我們的模型是概率性的，即損耗率服從密度分布，并且是基于流行病模型的。它得出的指標包括沖突的持續時間和傷亡人數。因此，我們比較了兩種情況：a）藍軍對紅軍；b）藍軍和綠軍對紅軍。通過對參數空間的數據耕作（MSG-186）分析，我們確定了每一方的成功機會以及贏得沖突的條件。這使我們對涉及多因素的現代戰爭有了深入的了解，也許還能估計出多域作戰的可能結果。

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。

大衛-H-伯杰，美國海軍陸戰隊將軍、海軍陸戰隊司令員

在我們（美國）的歷史上，海軍陸戰隊經常處于我們國家前沿部署部隊的最前沿，感知環境并讓我們的盟友和伙伴放心。海軍陸戰隊員也接受過真正困難的作戰問題，并提出了沒有人認為可能的解決方案。海軍陸戰隊已經進入了其他人害怕進入的有爭議的地區，并取得了勝利。待命部隊的概念是在這條歷史道路上邁出的另一步。

安全環境是不斷變化的。今天，它的特點是復雜的傳感器和精確的武器的擴散，以及日益增長的戰略競爭。敵人采用系統和戰術將艦隊和更大的聯合部隊控制在一定范圍內。這使得這些對手能夠采用一種以有爭議的地區為盾牌的戰略，在這種盾牌下，他們可以對我們的盟友和伙伴采取一系列非戰爭的脅迫性措施。

進入海軍陸戰隊。作為2030年部隊設計的一部分，并有意與聯合作戰概念保持一致，待命部隊的概念旨在提供支持綜合威懾的選擇。作為待命部隊的海軍陸戰隊員將被派往前方，與我們的盟友和伙伴并肩作戰，利用全域工具作為艦隊和聯合部隊的眼睛和耳朵。

這一概念將在最終滿足聯合部隊指揮官要求的海軍戰役背景下進行。執行這些行動的海軍陸戰隊員的持久任務是在競爭連續體的每一個點上為這個海軍戰役進行偵察和反偵察。如果有必要，這些部隊將在指定區域進行海上拒止，以支持海軍作戰。我們必須準備好用我們現有的有機手段做到這一點，但同樣重要的是，我們需要完成海軍和聯合殺傷網，在需要時幫助發揮全域效應。在這樣做的時候，海軍陸戰隊將從有爭議的地區內擴大艦隊和聯合部隊的范圍。

為了重振我們作為美國前沿哨兵的作用，我們需要重新設想我們的方法，并將其結果作為發展我們的人員及其支持過程和系統的指南。待命部隊的概念》通過解釋海軍陸戰隊如何在有爭議的地區與盟友和伙伴有效地運作，使這一指南變得生動。

待命部隊在競爭的每一個環節上都會打亂對手的計劃。這是一個重要的聲明，因為它描述了我們在暴力門檻以下的戰略競爭中可以為國家提供什么。它是大膽的，這使它成為海軍陸戰隊的理想。

它也將是困難的。知道將 "待命部隊的概念"從想法變成現實是有難度的，這應該激勵我們用它來進行戰爭游戲、實驗和演習，以便我們能把它做好。這就是我們如何釋放海軍陸戰隊員的聰明才智并超越我們的對手，同時保持我們作為國家戰備力量的角色。

目的

待命部隊（SIF）使國家和美國盟友及伙伴感到放心。SIF通過建立旨在與盟友和伙伴一起在有爭議的地區持續前進的部隊來阻止對手運用軍事力量，為艦隊、聯合部隊、機構間、盟友和伙伴提供更多的選擇來對抗對手的戰略。SIF贏得全域偵察戰，以識別和對抗對手針對美國盟友、伙伴和其他利益的惡意行為，并發展對環境和對手能力的理解。SIF贏得全域反偵察戰，以保護合作伙伴和聯合部隊的機動自由，同時破壞對手獲得主動權的企圖。在發生武裝沖突的情況下，SIF在有爭議的地區與盟友和伙伴一起保持前進，支持海軍和聯合行動。在競爭的連續過程中，SIF有意擾亂對手的計劃。

待命部隊的概念是指產生新的能力和以新的方式運作。在這個意義上，它為部隊設計和部隊發展提供了一個目標點。為了使其方法和裝備完全成熟，需要進行反復的實驗和演習。

背景

《待命部隊概念》用于處理那些對聯合部隊使用（或威脅使用）反干預方法的對手。這些反干預方法依賴于成熟的精確打擊體系（MPSR）的進步，以破壞聯合部隊投射力量的能力，并在一段時間內保持這種能力。SIF提供了一種作戰級別的反應，使海軍部隊能夠在對手使用反干預努力的情況下保持主動。

這個概念是在海軍陸戰隊理論出版物（MCDP）"作戰"中海軍陸戰隊機動作戰理念的基礎上形成的，該理念將機動描述為采取行動以產生和利用對敵人的某種優勢，而不論其領域如何。這種優勢不僅是空間上的，也可能是心理上、技術上或時間上的。 作為 "全域 "組織，SIF必須理解并實施這種強有力的機動性定義，以完成其任務。

SIF的概念直接與聯合作戰概念中的作戰方式相一致。指揮官的規劃指南（CPG）指示公布SIF概念，以支持海軍的分布式海上作戰（DMO）概念。CPG解釋說，SIF與遠征先進基地作戰（EABO）概念相結合，描述了SIF將如何得到這些先進基地的支持。

最近，《海軍運動：海軍陸戰隊在戰略競爭中的作用》為不斷擴大的海軍概念系列提供了廣泛的框架，包括待命部隊。

這一概念主要用于全球作戰模式中的接觸層和鈍化層的活動，并使聯合部隊過渡到增援行動。這加強了這一概念背后的威懾意圖，也說明了它是如何在整個競爭過程中應用的。雖然海軍陸戰隊確實需要準備好在增援層開展SIF行動，但目標是以盡量減少對手決策者升級對抗的動機的方式來運用這一概念。

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。

1.0 評估建模和仿真的使用風險

1.1 背景

建模和仿真被開發和用作支持系統分析、設計、測試和評估、采集、培訓和指導以及更多領域的支持技術。如今，各種各樣的建模和仿真 (M&S) 工具正在更廣泛的不同應用和問題領域中使用。 M&S 通常在實際系統無法滿足用戶需求（例如，風險、可用性）或在其他方面比實際系統更有效（例如，成本、有效性）時應用。但是，本質上，所有 M&S 工具都提供了一些基于不同類型近似的系統（例如實體、現象、過程）的抽象表示。因此，M&S 功能不能完全取代實際系統，更重要的是，它們的使用會帶來不確定性。

M&S 的驗證和確認 (V&V) 是專注于在整個生命周期內評估 M&S 系統和軟件工程過程領域。實施 V&V 是為了提供必要的證據，以獲取有關 M&S 假設、能力和與可接受性標準相關限制的知識。 V&V 不僅利用系統工程和軟件工程，還利用信息科學、認知和行為科學以及其他相關學科。

北約 (NATO) 建模和仿真小組 (MSG) 進行了一系列努力，包括 MSG-054，它為 M&S 的有效 V&V 制定了標準和指導文件。 MSG-054 的努力得到了電氣和電子工程師協會 (IEEE) 標準 1516.4?-2007 聯盟的驗證、確認和認可[5]。除了建立 IEEE 標準外，MSG-054 還開發了 V&V 復合模型，從中選擇 V&V 方法和技術，以匹配 V&V 工作的風險和資源限制，同時遵守相關政策、標準和指導 [6]。V&V 復合模型是可能的活動和環境的超集。

MSG-073 實現了驗證和確認的通用方法 (GM-VV) 的標準化，如圖 1 所示，它提供了一個通用框架來有效地開發一個論據，以證明接受和使用已識別的模型、仿真、基礎數據、結果、和目標（預期）操作環境中的能力。 GM-VV 成功完成了仿真互操作性標準辦公室 (SISO) 標準化流程，以提供完全接受的驗證、確認和認可 (VV&A) 指導文件 [3]。 GM-VV 的目的是為 V&V 提供一般適用的指導：

? 促進 M&S 界內對 V&V 的共同理解和交流；

? 適用于 M&S 生命周期的任何階段（例如，開發、使用和再利用）；

? M&S利益相關者的接受決策過程導向；

? 由 M&S 利益相關者的需求和 M&S 使用風險承受能力驅動；

? 可擴展以適應任何 M&S 范圍、預算、資源和使用風險閾值；

? 適用于多種M&S 技術和應用領域；

? 將產生可追溯、可重復和透明的基于證據的接受論點；

? 可以在企業、項目或技術級別進行實例化；

? 促進 V&V 結果、工具和技術的重用和互操作性。

圖1: GM-VV參考框架

在這些先前的努力中，M&S 使用風險得到了認可，實際上是指南和標準中記錄的建議的驅動因素。盡管 M&S 界就該主題的重要性達成了共識，但沒有公認的方法可用于 M&S 使用風險的限定或量化，以說明項目特定的 M&S 要求和約束。此外，M&S 工具及其開發過程的復雜性日益增加，從而導致包括 M&S 使用風險在內的一系列風險。 M&S 使用風險與 M&S 結果的不當應用及此類應用對決策者的后果有關。

風險管理依賴于評估風險的影響（一旦實現）、定義減輕風險的方法以及評估減輕風險的成本。有效的風險管理需要識別風險和平衡額外投資以減輕風險的方法。這種評估是基于對風險實現的可能性和實現的影響的評估。識別和評估風險后，可以制定緩解策略。評估 M&S 使用風險的方法可用于確定開發目標的優先級、準備和響應資源可用性的變化，以及定制 V&V 活動。

1.2 MSG-139 目標、任務和成果

2014 年 9 月，北約合作支持辦公室 (CSO) 批準組建 MSG-139，建模和仿真 (M&S) 使用風險識別和管理。該任務組的主要目標是為 M&S 使用風險識別和分析，定義和部署具有相關方法和技術的通用方法。一套互補的、最先進的M&S使用風險識別、分析和緩解方法，通過以下方式促進未來北約和國家M&S項目的質量、可信度和效用保證：

? M&S使用風險識別的通用方法和指南；

? 對M&S使用風險問題和解決方案有共同的理解和知識;

? 一套M&S使用風險分析的方法和技術;

? 基于M&S使用風險而不是成本的替代方法和相關指導方針;

? M&S使用與M&S技術和系統生命周期范例無關的風險識別和分析解決方案。

報告結構

本文件報告了MSG-139在滿足上述目標方面的努力結果。具體來說，在第一章中，定義了問題，選擇和應用M&S使用風險方法論(MURM)的基本原理，并介紹了該方法的簡短歷史和概述。第二章從語義定義出發，推導了M&S使用風險方程，并給出了該方程的解，該方程在應用空間中以一個三維曲面表示。相關的數學證明和細節見附錄1和附錄2。第三章介紹了一個MURM的實現，并為從業者提供了建議和指導。在第4章中，一個基于實際應用的用例被提出，說明了在逐項需求的基礎上評估風險狀態的方法的有效性，同時也演示了為M&S的特定預期用途(SIU)降低風險的方法。

圖 2：建模和仿真使用風險方法論（MURM）建立在現有概念的基礎上

低速、慢速和小型 (LSS) 飛行平臺的普及給國防和安全機構帶來了新的快速增長的威脅。因此，必須設計防御系統以應對此類威脅。現代作戰準備基于在高保真模擬器上進行的適當人員培訓。本報告的目的是考慮到各種商用 LSS 飛行器，并從不同的角度定義 LSS 模型，以便模型可用于LSS 系統相關的分析和設計方面，及用于抵制LSS系統（包括探測和中和）、作戰訓練。在北約成員國之間提升 LSS 能力并將 LSS 擴展到現有分類的能力被認為是有用和有益的。

【報告概要】

在安全受到威脅的背景下考慮小型無人機系統 (sUAS)（通常稱為無人機）時，從物理和動態的角度進行建模和仿真遇到了一些獨特的挑戰和機遇。

無人機的參數化定義包括以下幾類:

• 類型學，指的是無人機可以飛行的模式;
• 用于制造無人機的材料;
• 飛行性能;
• 螺旋槳種類;
• 分類;
• 導航系統;
• 遠程控制器特性(如果有);
• 有效載荷，考慮自身傳感器和可能的危險；
• 通信系統。

描述無人機飛行動力學的分析模型在數學上應該是合理的，因為任務能力在很大程度上取決于車輛配置和行為。

考慮到剛體在空間中的運動動力學需要一個固定在剛體本身的參考系來進行合適的力學描述，并做出一些假設（例如，剛體模型、靜止大氣和無擾動、對稱機身和作用力在重心處），可以為 sUAV 的飛行動力學開發牛頓-歐拉方程。

在檢測 sUAS 時，必須考慮幾個現象，例如可見波范圍內外的反射、射頻、聲學以及相關技術，如被動和主動成像和檢測。

由于需要多個傳感器檢測 sUAS，因此有必要考慮識別的參數以便針對不同類型的檢測器對特征進行建模。此外，對多個傳感器的依賴還需要在信息融合和集成學習方面取得進步，以確保從完整的態勢感知中獲得可操作的情報。

無人機可探測性專家會議表明了對雷達特征以及不同無人機、雷達和場景的聲學特征進行建模的可能性，以補充實驗數據并幫助開發跟蹤、分類和態勢感知算法。此外，雷達場景模擬的適用性及其在目標建模和特征提取中的潛在用途已得到證實。

然而，由于市場上無人機的復雜性和可變性以及它們的不斷增強，就其物理和動態特性對無人機簽名進行清晰的建模似乎并不容易。

sUAS 特性的復雜性和可變性使得很難完成定義適合在仿真系統中使用的模型的任務。這是由于無人機本身的幾個參數，以及考慮到無人機的所有機動能力和特性所需的飛行動力學方程的復雜性。

此外，sUAS 特性的復雜性和可變性不允許定義用于評估相關特征的參數模型。

圖1 無人機類別與其他類別/參數的關系（part 1）

圖2 無人機類別與其他類別/參數的關系（part 2）

圖3 參考坐標系

【報告目錄】