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美國國防部（DoD）正迅速與各軍種合作，從多年期（如 7-10 年）傳統采購計劃轉向基于商業行業的軟件開發方法。雖然商業技術和方法為快速部署任務能力以應對威脅提供了機會，但商業技術是否適用于滿足水面作戰系統的實時要求尚不清楚。這項研究建立了技術數據，以驗證當前商業技術的有效性和適用性，從而滿足國防部作戰管理系統的硬實時要求。有學者進行了類似的研究；然而，微服務、容器和容器編排技術當時還未出現在國防部的雷達上。該領域的最新知識將為國防部未來的路線圖和投資提供參考。將采用基于任務的方法，利用任務工程為應用研究設定背景。已經建立了一個假設的但與業務相關的海峽過境方案，以便在評估假設時為確定實驗參數提供背景。將系統模型聯合起來形成一個系統架構，并利用云計算環境中的數據收集數據進行定量分析。

本文件編排如下：

• 第 1 章（導言）討論了擬議研究背后的理論體系，討論了本研究的目的，并確定了要解決的問題。

• 第 2 章（研究背景）介紹了文獻綜述，并討論了以往研究的局限性。

• 第 3 章（方法論）討論了方法論方法，闡明了任務工程背景，提出了預測和假設，并討論了原型測試環境的開發和實例化。

• 第 4 章（結果）討論統計分析結果。

• 第 5 章（討論）概述了研究結果，并討論了研究意義和局限性。

• 第 6 章（結論）介紹了本研究對工程管理與系統工程（EMSE）"知識體系 "的貢獻，并對未來研究提出了建議。

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。

通過與被稱為計算機生成兵力（CGF）的虛擬對手進行訓練，受訓戰斗機飛行員可以積累空戰行動所需的經驗，而其成本僅為使用真實飛機訓練的一小部分。但實際上，計算機生成兵力的種類并不豐富。這主要是由于缺乏 CGF 的行為模型。在本論文中，我們研究了空戰訓練模擬中 CGF 的行為模型在多大程度上可以通過使用機器學習自動生成。空戰領域非常復雜，在該領域內運行的機器學習方法必須適合該領域帶來的挑戰。我們的研究表明，動態腳本算法極大地促進了空戰行為模型的自動生成，同時又具有足夠的靈活性，可以根據挑戰的需要進行調整。然而，確保新生成行為模型的有效性仍是未來研究的一個關注點。

生成空戰行為模型

人工智能（ai）領域可以為行為建模過程提供一種替代方法，并通過糾正上一節中提到的兩種后果來提高模擬訓練的效果。這種替代方法是通過機器學習生成行為模型。機器學習程序在各種任務中的表現都優于人類，例如信用卡欺詐檢測、云計算資源分配，以及玩撲克和圍棋等游戲。對于此類任務，機器學習程序能夠通過以下三種特性的結合產生創造性的解決方案：（1）計算速度；（2）精確的約束滿足能力；（3）巧妙的學習算法。利用這三個特性并將其應用于行為模型的開發，我們就能獲得以下能力：(1) 以更快的速度開發行為模型；(2) 開發出比目前更多變化的行為模型。因此，使用機器學習程序開發行為模型有可能消除當前行為建模過程對訓練效果造成的兩種影響。

不過，在將機器學習應用于空戰模擬之前，我們必須先考慮空戰領域。空戰領域十分復雜，在這一領域內運行的機器學習方法必須適合該領域帶來的挑戰。五項挑戰：(a) 形成團隊合作，(b) 對 cgf 行為進行計算評估，(c) 有效重用已獲得的知識，(d) 驗證生成的行為模型，以及 (e) 生成可訪問的行為模型。這五大挑戰并非空戰領域所獨有。但是，這些挑戰需要適合該領域的解決方案。

研究問題

研究問題 1：能在多大程度上生成能產生團隊協調的空戰行為模型？

動態腳本使用獎勵函數來評估使用生成的行為模型的空戰 cgf 所顯示的行為。獎勵函數產生的獎勵用于調整新生成的行為模型，以尋找最佳模型。如前所述（見挑戰 b），空戰行為評估存在兩個問題。在文獻中，這兩個問題分別被稱為獎勵稀疏和獎勵不穩定（見第 4 章）。不過，文獻中提出的空戰行為獎勵函數并不總是考慮到這兩個問題。然而，這樣做可能會產生更理想的行為模型。這就引出了第二個研究問題。

研究問題 2：能在多大程度上改進空戰 cgf 的獎勵功能？

動態腳本將 cgf 在整個學習過程中積累的知識以權重值的形式存儲在規則庫中的規則上。每條規則的權重值表示該規則相對于規則庫中其他規則的重要性。就重復使用而言，在一個空戰場景中構建的知識也有可能在另一個空戰場景中得到有效應用。我們將知識重用置于遷移學習的背景下，即讓一個 cgf 在一個場景中學習，然后將其知識遷移到一個新的、未見過的場景中。這就引出了第三個研究問題。

研究問題 3：使用動態腳本構建的知識在多大程度上可以在不同場景下的 cgf 之間成功轉移？

我們的目標是將生成的行為模型用于模擬訓練。驗證模型是實現有效使用模型的重要一步。行為建模過程中的第 4 步說明了驗證的重要性。然而，由于行為模型驗證沒有放之四海而皆準的解決方案，我們首先必須確定驗證的正確方法。這就引出了第四個研究問題。

研究問題 4：我們應該如何驗證機器生成的空戰行為模型以用于模擬訓練？研究問題 4 的答案就是驗證程序。通過該程序，我們可以確定我們在研究中生成的行為模型的有效性。所選擇的研究方法引出了第五個研究問題。

研究問題 5：通過動態腳本生成的空戰行為模型在多大程度上可用于模擬訓練？

回答了這五個研究問題，我們就能回答問題陳述。

在第 1 章中，我們介紹了問題陳述和五個研究問題。此外，還介紹了解決研究問題的研究方法。

在第 2 章中，我們提供了有關四個主題的文獻背景信息（另見第 1.1 節）： (1) 行為建模過程的詳細步驟；(2) 在模擬訓練中使用機器學習的潛在好處和缺點；(3) 過去使用機器學習生成空戰行為模型的方法；(4) 動態腳本及其在空戰模擬中的適用性。

在第 3 章中，我們介紹了團隊協調的三種方法：(1) 默契；(2) 中心；(3) 體面。我們通過實驗研究團隊協調方法的益處，然后回答研究問題 1。

在第 4 章中，我們將深入研究動態腳本編寫過程的一個特定部分，即獎勵功能。我們將展示三種不同獎勵函數的使用如何影響我們的 cgfs 的行為，然后回答研究問題 2。

在第 5 章中，我們研究了 cgf 在某種空戰場景中積累的知識在多大程度上可以成功轉移到不同空戰場景中的 cgf 上，然后回答了研究問題 3。

在第 6 章中，我們設計了一個驗證程序，通過該程序可以驗證為空戰 cgf 生成的行為模型。此外，我們還介紹了 atacc，然后回答了研究問題 4。

在第 7 章中，我們將驗證程序應用于戰斗機 4 艦模擬器中新生成的行為模型，然后回答研究問題 5。

在第 8 章中，我們將對五個研究問題的答案進行總結，從而結束本論文。最后，基于這些答案，我們提出了問題陳述的答案。之后，我們將對未來的工作提出兩點建議。

美國海軍正在重組其艦隊結構。美海軍正在探索使用無人潛航器 (UUV) 平臺來補充艦隊的可行性。目前的 UUV 只能提供最低限度的監視和水雷探測能力；一種解決方案是在 UUV 平臺上增加攻擊性和增強型探測能力。本研究采用基于模型的系統工程（MBSE）方法，在聯合戰區模擬級全球作戰環境中探索具有增強能力的 UUV 的效果。該方法包括概念原型開發過程、作戰概念、效果衡量標準、不同的 UUV 因素（速度、組成和聲納類型）以及實驗設計。在對 540 次模擬運行的輸出結果進行分析后，結果證明所有三個因素對 UUV 的作戰性能都有重要影響，并表明使用先進的 UUV 可以提高特遣部隊的能力。此外，實驗還揭示了 UUV 的組成與探測和交戰速度之間的強相關性，并證實了使用主動聲納在作戰中的優勢，從而形成了 UUV 功能的交換空間。這項研究證明了 MBSE 在為未來艦隊進行可行性評估方面的實用性。

2016 財年，美國參議院軍事委員會下令海軍將艦隊規模擴大到 355 艘。然而，建造設施的缺乏阻礙了這一工作。負責預算的海軍副助理部長布萊恩-盧瑟少將估計，355 艘艦艇的目標要到 2050 年代才能實現（Larter 2018）。因此，美國海軍正在探索潛在的艦隊重組方案。海軍對用無人系統來補充傳統的有人海軍資產非常感興趣。無人潛航器 (UUV) 就是這樣一種系統。由于高層對艦隊和無人系統都很感興趣，海軍研究辦公室（N9）要求提供測試 UUV 未來能力的方法和流程，以及開展此類研究的實驗環境或工具。此外，目前的無人潛航器主要用于支持水雷戰和小型監視任務（美國防部，2007 年），因此還不了解其對其他角色的影響。

本研究的目的是在計算機輔助兵棋推演中使用基于模型的系統工程（MBSE）方法，特別是聯合戰區級模擬全球行動（JTLS-GO），以探索先進的 UUV 能力作為未來美國海軍艦隊資產的影響，以及作為日益減少的潛艇部隊的替代品的影響。

MBSE 方法是一個多步驟過程，從頭至尾探索整個項目。通過這種方法，我們開發出了一種先進的 UUV 概念和 "眼鏡蛇黃金 2018"（CG18）小插圖或作戰概念（CONOP），這是一種六國（太平洋司令部主辦）指揮所演習（CPX）。小插圖的創建允許對 CG18 進行反復檢查，以確定 UUV 可以解決的能力不足問題。在這種情況下，虛擬演習的重點是敵方（索諾拉）特遣部隊與盟軍特遣部隊（包括 USS Benfold (DDG-65) 和 RSS Endurance (LS-207)）之間的互動。實際演習的結果包括上述艦艇的傷亡。造成這些傷亡的原因是缺乏態勢感知和進攻火力。這些問題為在模擬中注入 UUV 以增強傳感器和火力提供了機會和動力。隨后，確定和建立新能力的作戰要求和限制的過程隨之展開。新的模擬 UUV 設計必須能夠提供額外的進攻和偵察能力。衡量無人潛航器的性能如何以及哪些屬性需要改變，從而制定了效能衡量標準（MOE）和性能衡量標準（MOPs）。這些衡量標準有助于指導實驗設計（DOE）的制定，從而指導名義 UUV 的實驗和評估。

性能指標包括探測效果和敵方減員。關注的性能因素（屬性）包括 UUV 速度、UUV 數量（UUV 艦隊組成）和聲納類型（主動或被動）。DOE 包括對這些因素在三個不同值（水平）下的測試。不同水平的因素組合產生了 18 個設計點。

JTLS-GO 模型是由 Rolands and Associates 設計的事件驅動兵棋推演模擬，用于測試多方聯合戰役和行動（Rolands and Associates 2018）。該項目測試戰爭的多個層面，包括政治、戰略、作戰和戰術層面。

雖然 JTLS-GO 在模擬交戰方面很有用，但根據 Cayirci 和 Marincic（2009 年）的說法，其功能是培訓總部人員更有效地指揮和控制單元。因此，僅使用 JTLS-GO 測試未來概念是不可行的，因為這需要大量資源。為了充分利用 CG18 的人的反應和結果，作者在 NPS 仿真實驗和高效設計（SEED）中心的幫助下，將原始 JTLS-GO 仿真程序轉換為自動化計算機輔助兵棋推演（CAW）仿真。這種轉換允許對未來能力進行多次重復模擬，以便進行統計分析。

這項工作涉及 540 次模擬運行，耗費了 810 個小時的計算機時間。通過回歸分析、趨勢分析和分區樹分析，得出了以下結論：

1.通過在 JTLS-GO 中的 CG18 自動版本中建立建模和實驗環境，MBSE 方法為評估未來 UUV 能力對作戰的影響提供了途徑。

JTLS-GO 中的 CG18 提供了一個框架，利用 MBSE 方法來定義操作差距、創建 UUV 原型、定義測量方式和內容（MOE 和因素）并快速進行實驗。MBSE 所要求的有條不紊和一絲不茍的努力表明，應用這一過程有利于探索 UUV 的未來能力，同時也表明它如何為考察未來艦隊的一系列能力提供機會。

2.UUV 的存在為提供態勢感知和攻擊火力提供了額外的能力，減少了水面的脆弱性。

即使增加了效果最差的因子組合的 UUV，也產生了積極的結果：3 個 "索諾蘭 "單元被擊斃，60% 的單元被發現。采用首選探測因子值的 UUV 使 RSS Endurance (LS-207) 在 30 次模擬中擊沉了 12 次。與此同時，USS Benfold (DDG-65) 在使用這些 UUV 的 30 次模擬演習中只擊沉了 2 次。當環境中存在具有優先損耗因子值的 UUV 時，RSS Endurance (LS-207) 在 30 次模擬中擊沉了 10 次，USS Benfold (DDG-65) 在 30 次模擬中擊沉了 2 次。因此，UUV 的性能導致模擬環境中盟軍傷亡人數減少。

3.主動聲納提高了殺傷力和探測能力，但在速度和 UUV 艦隊組成方面，并不是越多越好。

表 ES-1 列出了實驗中最佳和最差的 UUV 配置。根據該表，推薦的最佳組合是一支中等規模的 UUV 艦隊，以 8 節的速度航行并配備主動聲納。這種配置平均可摧毀近 88% 的敵方目標。

采用自動 JTLS-GO 仿真軟件包的 MBSE 方法所得出的結果可為先進的 UUV 性能提供深入見解，而無需投入大量人力和物力。海軍在規劃其未來架構的過程中，應考慮使用此類工具對平臺進行評估。此外，海軍還應考慮增加先進的 UUV 平臺以補充艦隊。

由于其復雜性，城市地區對于地面戰來說是一個具有挑戰性的多維環境。最近的技術進步使軍隊能夠利用不同大小的無人地面車輛（UGV）來支持各種任務。本論文介紹了為一些通用 UGV 蜂群開發的搜索和殺傷任務制導算法，這可能是一個有吸引力的應用，特別是對于在城市環境中運行的小型 UGV。研究通過一系列計算機模擬，評估了算法在室內和室外城市環境中執行此類任務的可行性和有效性。所開發的模擬可以改變許多參數，從而在使用不同的環境、平臺、傳感器和武器時接近真實情況。本文介紹的計算機模擬還可幫助軍事領導人選擇關鍵任務參數，以最大限度地提高未來潛在交戰的結果。

圖：美國防部陸軍UGV戰役計劃

圖：美國防部陸軍UGV能力時間表

由于多層結構、新的交戰條件以及對軍民關系的考慮，城市地區的戰斗極其復雜和具有挑戰性。最近的技術進步使軍方能夠采用機器人平臺，如爆炸物處理、重型物品裝載、火力下的地面狀況修復等，幫助克服城市環境中的作戰挑戰（Gage，1995 年）。軍用機器人領域的一個新興趨勢是蜂群機器人技術。根據美國國防部（DoD）機器人系統聯合項目辦公室（RS JPO）2011 年發布的無人地面系統路線圖報告，計劃在未來 25 年內開發出具有作戰能力的武裝 UGV（國防部，2011 年，41）。

本論文評估了三種算法（表 1），即最小訪問單元（LVC）制導、高級最小訪問單元（ALVC）制導和粒子群優化（PSO）算法在三種不同環境?open space、室外和室內?，以滿足 UGV 搜索和摧毀任務的適用性。UGV 的任務分為兩個階段。第一階段是搜索階段，其有效性的衡量標準是區域覆蓋。第二階段是跟蹤和交戰階段，其效果衡量標準是結束交戰所需的時間（迭代次數）以及藍方和紅方部隊的傷亡人數。

表1 本文研究的輸入參數綜述。

本論文中開發的 LVC 制導算法在空地、室外和室內城市行動這三種行動中都能很好地發揮作用。引入 PSO 算法后，在跟蹤和交戰階段定位目標所需的時間進一步縮短了約五倍。然而，PSO 算法在室內行動中遇到了困難，因為它無法克服 UGV 智能體與被探測到的敵方智能體之間的障礙。由于 PSO 算法不會改變交戰順序或殺傷概率，因此不會影響傷亡人數。作為對 LVC 制導的改進而開發的 ALVC 制導算法運行良好，對區域覆蓋有顯著影響，但僅限于搜索階段。與 PSO 算法類似，ALVC 制導算法無法克服障礙物，因此不適合室外和室內城市行動。因此，需要進一步修改 PSO 和 ALVC 制導算法。

對模擬結果的分析表明，增加 UGV 的數量將有助于在更短的時間內定位目標，并提高跟蹤和交戰階段的獲勝概率。分析還表明，提供進入作戰區域的多個入口點是有益的，因為這可以讓 UGV 在更短的時間內確定敵人的位置。此外，引入非整體性約束的結果表明，非整體性驅動提高了區域覆蓋率，從而使 UGV 能夠在更短的時間內定位目標。但事實證明，非整體性約束對于跟蹤移動目標的 UGV 來說是一個不利因素。增加探測距離更為有利，因為 UGV 對態勢有更好的感知，可以更早地啟動 PSO 算法，從而縮短總的交戰時間。

影響傷亡人數的三個輸入參數是殺傷概率、殺傷距離和殺傷順序。藍軍傷亡人數的增減取決于這三個因素。如果紅軍的擊殺概率越高，藍軍的傷亡人數就越少，藍軍需要的擊殺距離就越長，而且藍軍最先參戰。

建模概念遵循網格系統，其中作戰區域被劃分為 100×100 個單元。在每次迭代中，每個智能體都會通過評估緊鄰的八個周邊單元來確定自己的下一個位置。根據輸入參數（如非自主駕駛行為和避免碰撞）和環境條件（如障礙物），周圍的一些單元會受到限制。根據算法的選擇，一些不受限制的單元會比其他單元更受青睞。UGV 智能體與敵方智能體之間的交戰被模擬為概率事件。

本論文通過測量成功和不太成功的戰術表現背后的參數，研究當代戰斗中有效的軍事戰術。因此，戰術知識能讓戰爭研究領域的從業人員、學者和科學家更好地了解戰斗結果。論文的目的是對現有理論進行檢驗，以創建一個新的理論，說明是什么影響了戰斗中的戰術結果，并對導致戰術勝利的原因做出解釋。勝利可以用影響戰斗成功的戰術要素來解釋。此外，與決斗失敗者相比，勝利的戰斗可以通過戰術家所掌握的一些技能得到部分解釋。此外，本論文還是一種批判性評估戰術能力的方法，可以確定什么是成功的戰術，以及理論如何與實踐經驗保持一致。隨著對誰以及戰術如何影響戰斗勝負的深入了解，我們有機會提高研究、分析和實踐戰爭的軍事和戰術領域的技能發展。論文由四篇獨立文章組成。這些文章將專業知識水平、態度、一般智力和個人決策風格等個人能力與勝利水平聯系起來。總結所有四篇文章可得出三大結論：(1) 當類似對手交戰時，當代機動戰包含可衡量的成功要素。(2) 遵循代表 "戰術最佳實踐 "的理想模型中的步驟的戰術人員會增加他們在決斗中獲勝的機會，尤其是在對手沒有同時遵循任何或較少步驟的情況下。(3) 個人決策風格影響戰斗中的戰術結果。這些結論對今后制定有效的戰術以及戰術專家檔案具有重要意義。

圖 1. 《沖突建模的形式》，倫敦國王學院戰爭研究系菲利普-薩賓教授所著。

盡管電子游戲軍事化是一個有爭議的重要話題，但由于它關系到社會青少年的未來、軍事技術的發展以及軍方的經濟關系，因此此前并未受到廣泛關注。以往的相關研究并未深入探討軍事與電子游戲產業之間的關系。本文通過對不同領域的研究，如電子游戲對個人的影響、技術在軍事中的應用、軍隊的經濟關系等，試圖探討游戲產業與軍隊之間的關系。雖然沒有很多具體證據表明軍方從青少年玩電子游戲中直接受益，但兩者之間確實存在聯系。在對這一主題的研究中，很明顯，軍方和電子游戲產業之間的關系只會越來越密切，越來越牢固。

本研究探討了美國國防部（DoD）在冷戰早期對地對地導彈開發的管理，以及陸軍對 "朱庇特"中程彈道導彈（IRBM）的追求。在這些工作中，新興導彈技術對美國防部減少軍種間競爭和重復工作的能力提出了挑戰。盡管美陸軍闡明了使用遠程導彈的潛力，但卻未能說明為何應由陸軍來開發和操作上述武器。相反，陸軍利用 1950 年和 1954 年導彈協議中模棱兩可的措辭，廣泛應用其陸戰職能，蠶食了空軍的預期任務。這導致多個軍種爭奪有限的資源，并利用不成熟技術在當時不可預見的優勢，最終造成冗余。本研究發現，美國防部在 20 世紀 50 年代對導彈開發的管理使日益減少的國防預算捉襟見肘，限制了常規能力的現代化，并加劇了各軍種之間的緊張關系。雖然這些發現基于歷史研究，但卻具有持久的應用價值，因為它們揭示了限制性政策文件中模棱兩可的措辭所帶來的危險，并對參謀長聯席會議和類似的以軍種為基礎的委員會作為管理新興技術的組織的有效性提出了質疑。這些發現尤其適用于當今國防部的政策制定，因為冷戰時期的洲際彈道導彈爭議反映了當前軍種間在導彈開發方面的緊張關系。

研究問題

本研究探討了以下問題： 美國國防部（Department of Defense，DoD）對導彈這一新興技術的管理如何影響陸軍在 1955 年至 1956 年間對射程 1500 英里的 "朱庇特"導彈的追求？三個補充問題支持了這一研究問題： 第一，"朱庇特"導彈如何融入陸軍既定和調整后的服務職能？第二，美國防部在 20 世紀 50 年代制定了哪些限制措施來管理地對地導彈的研發？第三，是什么促使國防部長查爾斯-威爾遜在 1956 年明確了角色和任務，隨后終止了陸軍的 "朱庇特"導彈項目？

本研究認為，美陸軍利用美國防部對導彈發展的模糊指導來發展 "朱庇特"洲際彈道導彈--一種該軍種在作戰上難以自圓其說的武器。面對使命危機和有限資源的競爭，陸軍對新興導彈技術進行了大量投資，并對其服務職能和導彈開發責任進行了廣義解釋。反過來，陸軍不斷擴大導彈射程也造成了重復勞動，這是軍種間持續競爭的產物。遺憾的是，參謀長聯席會議（JCS）無法在內部解決這些沖突，國防部長最初無法解決，后來也不愿意解決，直到 1956 年 11 月才解決了問題。在這方面，20 世紀 50 年代國防部對導彈發展的管理使日益減少的國防預算捉襟見肘，限制了常規能力的現代化，并使各軍種之間本已脆弱的關系出現裂痕。

本專著重點介紹了美國陸軍現代電子戰（EW）能力發展的滯后情況。它比較了美國陸軍、空軍和海軍陸戰隊在電磁頻譜方面發生的技術變革。探討了從 1955 年到 2005 年作為 EW 學科倡導者的陸軍情報處是如何管理不善的。此外，這本專著還評估了陸軍的不同作戰概念，以及這些概念在多大程度上促進或延緩了電磁作戰能力。美國陸軍和情報部門在EW能力發展史上的不同時期非自愿和有意地忽視了EW能力。截至本專著撰寫之時，美國陸軍仍在忽視電子戰學科，即使其競爭對手仍在不斷推進其電子戰技術和戰術的發展。

圖 2. 軍事情報作戰電子戰和情報組織圖

美國正在失去電磁頻譜。對手在電磁頻譜概念和技術方面取得了進步，而美國陸軍卻沒有。陸軍前電子戰（EW）負責人杰弗里-丘奇上校（退役）公開描述了這一問題。他聲稱，俄羅斯等"在過去 20 年里一直在繼續發展和獲取電子戰能力，而......陸軍卻退出了這一行業"。EW，即戰場上電子發射器之間的戰爭，是一門失傳的藝術，陸軍要保持競爭力就必須恢復它。但在陸軍重新找回這門藝術之前，評估導致電子戰過時的教訓至關重要。必須認真思考是誰導致了戰爭遺留爆炸物的衰落及其原因。這樣，以前導致其衰落的因素就不會在重新引入時再次出現。

對于誰該負責的問題，答案似乎是美國陸軍情報處。丘奇上校在比較該部門過去與 EW 的關系和最近的整合努力時感嘆道，如果 EW 再次被置于情報部門之下，"情報人員將最終能夠擺脫 EW，再次將其接管并粉碎"。雖然這可能略顯夸張，但丘奇上校的說法不無道理。自 1955 年以來，情報處一直是 EW 的倡導者，并且仍然保留著該學科的部分內容。隨著陸軍組建電子戰單元并投入使用新的電子戰技術，電子戰的發展歷程在 20 世紀 80 年代逐漸加快。20 世紀 80 年代，作戰電子戰情報（CEWI）營和旅使 EW 達到了頂峰。這些單元為陸軍各師和團提供各種電子戰和情報兵力支持。20 世紀 90 年代，由于預算和部隊削減，CEWI 組織和 EW 技術逐漸萎縮。伊拉克自由 "和 "持久自由 "行動使人們不再關注在常規戰場上使用 EW。僅從時間順序來看，情報處在此期間似乎任由 EW 枯萎。以至于到 2005 年，EW 的支持者變成了消防處。然而，情報處并非故意忽視，而是將 EW 放在了次要位置。從 20 世紀 70 年代至今，陸軍的條令重點不斷變化，也是導致其衰落的原因。電子戰的故事對未來至關重要，因為士兵們正試圖重建這種能力；但僅僅追究責任和大致了解原因是不夠的。陸軍必須努力恢復電子戰能力，以保持與對手的競爭力。

本專著將試圖解釋情報部門如何由于內部偏見以及陸軍如何由于體制上的無知而忽視了國家的電子戰能力。作為 "積極防御 "條令的一部分，陸軍在 20 世紀 70 年代重點關注電子戰。盡管作戰概念發生了變化，電子戰技術也在不斷進步，但情報部門仍然堅持了這一重點。不過，在某些情況下，情報部門利用電子戰的名稱來爭取資金支持，而實際上并未將電子戰置于與信號情報（SIGINT）等其他學科同等的地位。全球反恐戰爭重塑了在反叛亂行動中使用電子戰的觀念。這些事件將陸軍的重點從特定的預警平臺上轉移開來。該部門無法為電子戰提供可行的途徑，于是將這一學科讓給了消防部門。

該部門忽視 EW 的一個主要原因在于 SIGINT 的復雜性和偏見。由于 SIGINT 與國家安全局存在監管關系，因此很難在軍團、師和旅各級整合 EW。負責情報工作的陸軍副參謀長斯科特-貝里爾中將承認了這一困難。他指出，EW 面臨的主要挑戰 "是整合問題......。[即]......。......未來部隊必須整合 SIGINT、電子戰和網絡能力，以提供態勢感知"。"這些理念是相輔相成的，過去曾在相同的技術和組織中結合過，但成效有限。

本專著還關注陸軍如何在下一場戰爭中通過承擔空軍的覆蓋范圍來補償減少的 EW。鑒于自 20 世紀 70 年代中期以來陸基電子戰的萎縮，陸軍依賴于其他軍種的電子戰資產。空軍和海軍陸戰隊（作為海軍的一部分）始終將以雷達干擾為重點的 EW 戰納入其能力范圍；因此，在某些情況下，陸軍將其 EW 需求外包是合理的。在海灣戰爭中，地面預警機的許多問題都暴露了出來。空軍在那場戰爭中廣泛開展了 EW，但地面 EW 的開展卻很有限。陸軍非但沒有努力解決問題，反而加倍重視空軍的 EW，任由地面系統萎縮。如今的問題是，專門執行預警任務的飛機太少。可能在下一場戰爭中為陸軍提供支持的飛機就更少了。

最后，本專著將探討陸軍安全局（ASA）（以前是陸軍的 SIGINT 分支機構）在破壞 EW 學科方面所扮演的角色。陸軍安全局的作用是悲劇性的，因為它為 EW 提供了最大的生存希望，卻在其消亡過程中扮演了主要角色。在陸軍官僚機構中，ASA 有足夠的獨立性和權力來實際創新 EW。但問題是它沒有這樣做。ASA 過分專注于其核心能力，而不是采取一種更長遠的方法來發展電子戰。

說到預警機，有三個部門必須明確。首先是電子戰支持，涉及電磁活動的攔截、識別和定位。其次是電子攻擊（EA），即在電磁頻譜范圍內采取蓄意影響敵方戰斗力的行動。這些行動將 "防止或減少敵方對電磁頻譜的有效利用"，包括干擾、破壞和欺騙。最后，電子防護是 "保護人員、設施和設備免受...... "的被動和主動手段。電子戰"。這三個部門合在一起就是陸軍內電子戰職能的廣度。

本專著側重于電子戰的非技術方面，以維持許可分類。它重點介紹了電子戰、情報處和陸軍在技術、組織和條令方面的關系。它將對其他相關主題進行簡要介紹，如其他軍種的電子戰和 SIGINT 的上級組織。從 1955 年情報處獲得 EW 的主導權至今，該書的研究范圍一直未變。不過，按時間順序排列的重點是 1973 年阿以戰爭后現代電子戰的出現，直至 2005 年消防處獲得部分電子戰學科。

本專著的重點是電子戰、情報處和美國陸軍條令概念之間的關系，并不主張完整的解決方案。本文的一些結論暗示了未來電子戰可能的行動方向。然而，作者在 EW 技術或本文范圍之外的更大學科方面并不具備必要的經驗。因此，下面的分析仍然是關于當代戰爭預警缺乏有效性的觀點，以及本應成為其倡導者的組織所導致的這一論點。關于美國陸軍電子戰未來積極作用的更大問題，必須留給該學科中了解該技術的實踐者和官僚機構中了解電子戰在美國國防大概念中的動態的人去解決。

在當代戰爭中，數據科學對于軍隊實現信息優勢至關重要。在這項研究中，通過綜合的、半系統的文獻綜述，對158篇同行評議的文章進行了分析，以獲得對該主題的概述。該研究考察了文獻在多大程度上關注數據科學在軍事決策中的機會或風險，并按戰爭級別（即戰略、戰役和戰術級別）進行區分。

在社會科學文獻中觀察到對數據科學風險的關注相對較多，這意味著政治和軍事決策者受到對數據科學軍事應用的悲觀看法的影響過大。然而，在正式科學文獻中，幾乎沒有涉及到數據科學的感知風險。這意味著對數據科學軍事應用的擔憂并不是針對能夠實際開發和增強數據科學模型和算法的受眾。對軍事數據科學的機會和風險的跨學科研究可以解決觀察到的研究差距。

考慮到戰爭的級別，與其他兩個級別相比，觀察到對戰役級別的關注相對較少，這可以說是一個研究空白。軍事數據科學的機會大多出現在戰術層面。相反，對戰略問題的研究大多強調了軍事數據科學的風險。因此，對軍事戰略數據科學應用的特定領域要求幾乎沒有表達。在當今的戰爭中，缺乏這樣的應用可能最終導致次優的戰略決策。

1 引言

如今，數據科學和相關概念吸引了大眾的關注。然而，分析數據以支持決策并不新鮮。考慮一下歷史文明中著名的人口普查的例子，可以追溯到巴比倫帝國（公元前4000年）。巴比倫人利用人口普查來調節糧食庫存，以確保整個人口有足夠的食物[1]。然而，相對較新的是捕捉一切事物和每個人的數據的傳感器的數量，產生的數據量不斷增加。結合計算能力的急劇增加，這為廣泛的行業帶來了分析的機會，例如癌癥研究[2]、金融[3]和公共服務[4]。對軍隊來說也是如此。除了這些機會之外，決策者也面臨著由于數據量不斷增加而帶來的挑戰。僅舉幾個例子。如何在決策過程中整合所有相關數據？我們使用哪些算法，為什么？我們是否被允許將所有可用的數據用于所有目的？然而，在競爭環境中，主要的挑戰和決定勝負的因素之一可能是比競爭對手更快地處理更可靠和詳細的數據的能力。在商業上，這相當于贏得或失去金錢或市場份額；在政治上，這可能最終導致地方或全球范圍的權力轉移。因此，軍隊--作為政治的工具--必須努力爭取權威的信息地位，這一點也得到了政策制定者的認可，例如[5]，[6]。

為了實現這種信息優勢，有必要處理所謂的戰爭迷霧，即與戰爭密不可分的不確定性。在當代信息環境中，數據科學對實現這一地位至關重要。換句話說，數據科學既是利用大數據機會的前提，也是回答那大量數據帶來的挑戰的前提。

隨后，關于戰爭行為中的信息優勢有大量的研究，例如[7]、[8]、[9]、[10]。有關軍事決策中的數據科學的研究大多集中在軍事行動的戰術層面上的數據科學機會，例如[11]、[12]、[13]，而關于軍事戰略決策中的數據科學的研究卻很少。那些針對戰略層面的研究主要關注算法決策的風險而不是機會，例如[14]、[15]、[16]。據我們所知，目前還沒有關于數據科學在各級軍事決策中的機會和風險的廣泛文獻調查。為彌補這一空白，我們重點關注以下研究問題：

• 問題1：關于軍事決策中的數據科學的學術文獻在多大程度上集中于機會或風險？

• 問題2：這種關注點是否因研究集中的戰爭級別而不同？如果是的話，這意味著什么？

• 問題3：在安全研究學科之外，有哪些關于數據科學的研究可以在理論上加強軍事決策？

我們對數據科學在軍事決策中的作用進行了綜合的、半系統的文獻回顧，對目前關于這一主題的研究進行了嚴格的評估，并確定了未來研究的差距。在社會科學文獻中，我們發現人們對數據科學在軍事上的效用持相對悲觀的態度，在戰略層面的懷疑程度最高。因此，我們建議加強對軍事數據科學的跨學科研究。

本研究的主要貢獻是對有關在軍事決策中使用數據科學的知識體系進行了廣泛評估。此外，還指出了一些未來研究的機會。除了豐富學術討論外，這也有助于改善實踐中的軍事戰略決策。

本文的其余部分結構如下。為了把我們的研究放在一個更廣泛的角度，第2節概述了先前關于軍事決策中的數據科學的研究，我們還提供了數據科學的定義和軍事決策發生的戰爭級別。第3節描述了研究方法，解釋了為本文獻綜述尋找相關文章的過程，我們在第4節介紹并討論了我們的主要發現。在結論部分，我們概述了本文獻綜述的理論和實踐意義，以及我們研究的局限性。

結論

為了在信息時代保持競爭優勢，軍隊必須利用數據和計算能力來獲得權威的信息地位[5]。然而，數據科學在軍事決策中的應用還沒有得到充分的發揮。我們對軍事決策中的數據科學進行了綜合的、半系統的學術文獻回顧，以獲得對該主題的概述，并對其進行批判性評估。此外，我們還分析了文獻在多大程度上關注了數據科學的機會或風險，以及這與研究集中在的戰爭層面有什么關系。我們在文獻回顧中包括了158篇文章。在這個結論部分，我們概述了我們研究的理論和實踐意義以及局限性。

5.1 理論和實踐意義

首先，社會科學文獻顯示出對數據科學風險的相對關注。由于我們假設對軍事決策感興趣的政策制定者很可能主要是由社會科學文獻提供信息，這意味著政治和軍事政策制定者受到對數據科學在軍事領域應用的悲觀看法的影響過大。

同時，在正式的科學文獻中，幾乎沒有涉及數據科學的感知風險。這意味著對數據科學在軍事上的應用的擔憂并沒有針對那些能夠實際開發和加強數據科學模型和算法的受眾。這表明，這些模型的進一步發展不會適合所有具體的軍事決策需求。我們相信，對軍事數據科學的機會和風險的跨學科研究可以解決所觀察到的研究差距。

當我們放大軍事決策時，我們觀察到與其他兩個層面相比，戰爭的操作層面的關注度相對較低，這表明在軍事操作數據科學方面存在研究空白。

軍事數據科學的機會大多出現在戰術層面。相反，強調軍事數據科學風險的研究往往主要集中在戰略層面，其中核威懾最引人關注。因此，軍事戰略數據科學應用的特定領域要求幾乎沒有被表達。在當代信息環境中，缺乏軍事戰略數據科學可能會導致次優的戰略決策。這本身就是一個道德問題。因此，進一步研究軍事戰略數據科學的機會對軍隊來說是非常有價值的。

我們為這種未來的工作提供了一些建議，主要來自非軍事文獻，再次強調了跨學科研究在加強軍事決策方面的價值。數據科學可以改善這種決策。顯然，這并不是說數據科學應該在決策過程中完全取代人類，但我們至少應該探索各種可能性，為決策提供最佳參考。

對軍事數據科學的進一步研究（特別是在戰略和行動層面）不僅是學術責任。我們同意梅茨的觀點，這也需要培養未來的戰略領導力，注重創業精神[61]。畢竟，只有當數學、計算機科學和商業知識齊頭并進的時候，數據科學才會成功。而后者又取決于商業領袖如何設想他們的未來。

5.2 局限性

首先，由于我們在廣泛的領域中進行了跨學科的文獻回顧，不可能選擇所有的相關文獻。因此，我們對與各學科相關的期刊進行了初選。鑒于現有期刊的總數，這種選擇本身可能會影響我們研究的有效性。為了盡量減少這種影響，我們又進行了一次電子搜索，如我們的方法論部分所述。

第二，我們只審查了學術文獻。未來的研究可能會受益于包括關于數據科學在軍事決策中的應用的非學術來源。

總而言之，盡管對某些文章是否強調數據科學的風險或機會的分類可能被認為是未定的，但我們相信，仔細閱讀最后一組論文的結果與所提出的評估類似。