《作战无人机系统（UAS）概念开发和实验的性能测量》加拿大国防研究与发展部2022最新35页报告

2022 年 10 月 11 日 专知

摘要

为了支持加拿大皇家空军（RCAF）领导的遥控飞机系统（RPAS）项目，加拿大国防研究与发展部（DRDC）-多伦多研究中心（TRC）在2016年开发了一个综合地面控制站实验和演练的试验平台，以研究中队级无人机系统（UAS）作战单元的关键作战概念。测量操作员的决策性能是分析、设计和评估人机交互（HMI）和智能自适应系统（IAS）概念的一个特别重点。在这份参考文件中，我们对直接和间接的性能测量（MoPs）进行了全面的审查，在无人机系统和人机协作的概念开发和实验（CD&E）方面。

对国防和安全的意义

本参考文件提供了适合于无人机系统模拟器实验和人类与自主系统互动的MoPs总结和描述。它为其使用提供了科学证据，并为其应用提供了指导，以可靠地评估和评价军事环境中涉及无人机系统和广义上的人类自主协作的作战概念。

1 引言

1.1 概述

本参考文件对无人机系统（UAS）和人机协作的概念开发和实验（CD&E）中使用的直接和间接性能测量标准（MoPs）进行了审查。直接性能测量标准，或基于结果的测量标准，包括决策准确性、决策效率、决策质量和操作者任务绩效的决策一致性。间接的，或与过程相关的测量，指的是培训效果、态势感知、操作员的工作量、人机信任、可用性、团队合作和操作员反馈。在加拿大国防研究与发展部（DRDC）--多伦多研究中心（TRC），这两种类型的措施都已成功地适应于无人机系统地面控制站（GCS）模拟器的使用。

1.2 背景

为了支持加拿大皇家空军（RCAF）领导的遥控飞机系统（原联合无人机监视和目标获取系统项目），DRDC多伦多研究中心在2015年开发了一个综合地面控制站实验和演练的试验平台，以研究中队级无人机系统作战单元的关键作战概念。这些概念包括GCS功能要求、适航认证、人类系统集成（HSI）、机组配置和操作员培训要求。

位于DRDC TRC的TIGER是一个GCS模拟器，用于远程驾驶中高度长寿命（MALE）无人机（UAV）（Hou，2015）。该模拟器包括飞行器操作员（AVO）和有效载荷操作员（PO）工作站，以及另外四个可重新配置的工作站，用于图像分析员和报告员（IMA-A和IMA-R），以及电子战分析员和报告员（EW-A和EW-R）。驾驶和传感器操作可由操作员进行，或根据编程脚本自主进行。该平台允许在组件的位置（工作空间安排）、训练或测试重点（团队、部分团队或个人）、环境视角（空中飞越、空中监视或地面观察）以及用于信息处理、利用和传播（PED）的指挥和控制（C2）单元方面有相当大的灵活性。TIGER可以是一个独立的GCS和/或支持网络中心战的分布式演习。表1描述了每个操作员的角色和职责，相关的工作站布局在图1中说明。

当前无人机系统任务的复杂性和无人机系统技术能力的不断提高，对操作人员提出了重大的认知要求。Arrabito等人（2010年）提供了一份关于一系列认知风险的综合报告，这些风险导致了许多与无人机系统有关的事件和事故，如操作人员的疲劳、工作量和情景意识（SA）的丧失。

表1：TIGER中无人机系统操作员的角色和责任

角色	工作职责
飞行器操作员 (AVO)	作为机组指挥官，驾驶无人机，并控制任何武器的释放
有效载荷操作员 (PO)	控制无人机有效载荷，确保传感器设置对当前任务是最佳的，并控制无人机的激光瞄准。
图像分析员(IMA-A)	查看来自无人机传感器的视频资料，识别任何潜在的重要事件和实体，并将这些信息传达给IMA-R
图像报告员（IMA-R）	审查来自IMA-A的事件和实体，并为无人机任务分配机构和AVO编写报告
电子战分析员(EW-A)	专注于无人机的电子支持措施，确定任何潜在的重要事件和实体，并将这些信息传达给EW-R
电子战报告人（EW-R）	审查来自EW-A的事件和实体，并为无人机任务分配机构和AVO编写报告

图1：TIGER中的UAS地面控制站布局。

本参考文件概述了根据NATO STANREC 4685《无人机系统人类系统集成指南》（Hou & Geesman, 2022）和人因设计标准HF-STD-004（联邦航空管理局，2009），使用无人机模拟器进行作战概念开发和测试的实验要求。这些研究强调了进行实验、调查和演示（包括动态模拟和软件原型）的重要性，以确定和解决人类工程问题，并评估操作员的认知负荷。测量操作员的决策表现是分析、设计和评估人机交互（HMI）和智能自适应系统（IAS）概念的一个特别重点（Hou, Banbury, & Burns, 2014）。这是一个不小的挑战，因为 "正确 "决策的概念，特别是在不确定的条件下，是高度主观和依赖环境的（Hou等人，2014；Banbury, Pelletier, Baker, Tremblay, & Proulx, R，2014b）。因此，一套定量和定性的MoPs被用来描述个人和集体的决策表现。本研究报告确定并总结了用于评估操作者决策过程的 MoPs，以及衡量其结果的 MoPs，并概述了在 DRDC TRC 的三项 TIGER 研究中所采用的措施。