《用于海岸警卫队搜救任的无人水面舰艇分析》95页

无人水面舰艇 (USV) 已成为加强海上行动的变革性工具。美国海岸警卫队（USCG）旨在在特定的关键任务中战略性地利用当前和未来 USV 的能力，使其成为战备力量的倍增器。本研究调查了将 USV 纳入 USCG 搜索与救援 (SAR) 任务集的可能性。系统工程概念用于模拟一般的 SAR 响应。对不断扩大的方形搜索模式进行了建模和模拟，以分析搜索遇险海员的 USV 的性能。搜索区域大小、探测范围、探测概率 (POD) 和船只速度是实验操作的相关因素，以便获得数据。回归分析表明，探测范围的扩大、船速的提高以及这两个因素相互作用的乘积是导致探测时间缩短的主要因素。比较测试的最不理想配置和最理想配置，发现分别缩短了 3 小时和 13 小时。然后，使用等高线图说明了基于任务时间限制要求的所需配置。最后，提出了指导未来研究和业务部署战略的建议，这些建议可能有助于为未来的搜救任务提供更安全、更高效的方法。

Pulkkinen （2023 年）报告说，美国海岸警卫队（USCG）面临着巨大的人力问题，征召的劳动力不足 10%。这种短缺导致 29 个小型船只站关闭，10 艘切割船停止作业，5 艘拖船减少到季节性作业周期。美国海岸警卫队已经实施了临时指南，将救生、国家安全和保护海上运输系统放在优先位置，以暂时缓解这些裁员造成的任务覆盖范围缺失（Pulkkinen 2023）。然而，这种指导只是暂时的，它表明需要长期的解决方案。无人水面舰艇（USV）的开发和应用就是其中一种解决方案。这些系统在开发和应用方面的最新进展为军事和商业应用提供了劳动力倍增的机会。本论文侧重于应用系统工程概念来开发、建模和模拟执行搜救（SAR）任务的 USV。

通过对学术文献的研究，促进了对 USV 及其应用现状的了解。随后对美国海岸警卫队的搜救参考文献、政策和先前的研究进行了审查，这对于准确理解搜救任务和 USV 在美国海岸警卫队中的现状至关重要。这种双管齐下的方法确保了分析的全面性，将技术进步与业务需求相结合，从而确定将 USV 纳入海岸警卫队搜救任务的机会。

任务工程是基于模型的系统工程的一种专门应用，通过采用扩大方形搜索法来描述和构建 USCG 一般搜索和救援响应。开发了两个小模型来模拟遇险船只的围堵情况。第一个小故事模拟了一个 5 海里乘 5 海里的方形开阔海域，代表了更高程度的围堵，增加了船只在其初始位置附近的可信度。第二个小插图是一个更大的 20 海里乘 20 海里的方形开阔海域，代表较低的围堵程度和较低的船只停留在最初报告位置的可信度。

通过在虚拟场景中配置参数，可以观察对探测时间的影响。三个相关因素--探测范围、探测概率 (POD) 和速度--被安排在不同的配置中，以观察它们的影响。此外，由最小探测范围和 POD 组成的基线配置代表了有船员的船只，可用作基本时间要求。

每种配置都模拟 100 次，以生成位置时间作为数据。根据这些数据，我们对保持一个因素不变而增加另一个因素的效果进行了比较，以观察是否有任何影响。通过保持 POD 不变并增大探测范围，预计定位时间会缩短，结果也是如此。通过保持探测范围不变并增加 POD，预计也会观察到类似的趋势。然而，增加 POD 并没有导致任何小节中探测时间的明显减少。

回归分析进一步证实了这一观察结果，即探测距离和船速在缩短探测时间方面具有显著的统计学意义。此外，分析还确定了这两个因素之间交互作用的重要性，并发现 POD 不显著。软件中的各种工具还提供了更多信息。预测剖析工具利用回归分析的数据来估算探测时间，同时考虑到用户选择的范围、POD 和速度值。最后，还绘制了等高线图来说明射程和速度的配置，以满足任务时间要求。本论文中使用的模型和模拟有可能在操作评估和测试之前用于 USV 性能设计特征的需求开发。

未来的研究应审查本论文在可用时间范围内无法完全解决的其他一些挑战和考虑因素。需要进一步发展的关键领域包括有人-无人团队（MuM-T）、使用涉及多艘船只的不同搜索模式，以及在美国海岸警卫队劳动力短缺和预算限制的情况下，需要进行成本和人员配备分析，以证明 USV 集成的合理性。根据这项工作的研究结果，上述每个领域都有进一步探索和发展的潜力。