现代综合防空系统(IADS)所带来的日益复杂的反介入区域拒止(A2AD)威胁,加上高端隐形平台所提供的日益强大的优势,促使美国空军高级领导人投资于彻底改变2030年及以后的空中力量。这一新设想的一个突出因素是蜂群武器,其目的是通过用大量低成本、可损耗的航空资产来压倒国际航空运输系统,并通过自主能力来解决这一挑战。这项研究提出了一个框架,按照三个独立的维度对不同级别的自主能力进行分类,即单独行动的能力、合作能力和适应能力。使用模拟、集成和建模高级框架(AFSIM)构建了一个虚拟作战模型,模拟以有人驾驶的穿透式轰炸机和自主巡航导弹群为特征的友军空袭包与以A2AD角色行动的敌军IADS之间的交战。通过使用自主性框架作为设计实验的基础,评估了不同水平的自主性对攻击包性能的影响。对实验结果的分析揭示了哪些方面和什么级别的自主性对促进这一模拟场景的生存能力和杀伤力最有影响。

1. 引言

1.1 动机和背景

战争的技术性质正在迅速发展,人们越来越重视对大量数据的收集、处理和决策。随着指挥与控制(C2)决策空间的复杂性增加,指挥系统根据现有信息采取行动的速度越来越成为一个限制性因素。具有不同程度的人与系统互动的自主系统为缓解这一不足提供了机会。美国2018年国防战略(NDS)[18]明确要求国防部(DoD)"广泛投资于自主性的军事应用",作为促进大国竞争优势的一项关键能力。

参与大国竞争的一个自然后果是反介入区域拒止(A2AD)环境在联合冲突的所有方面扩散。从美国空军(USAF)的角度来看,现代综合防空系统(IADS)构成了卓越的A2AD威胁,这严重抑制了通过常规手段建立空中优势的前景[2, 20]。这一挑战促使部队结构的优先事项发生了变化,因为将能力集中在相对较少的高端系统中的感知风险越来越大。美国空军科学和技术战略[26]设想,数量庞大的低成本、易受攻击的航空资产将很快发挥曾经由数量有限的高价值资产完成的作用。这种大规模的蜂群的任务规划和空战管理(ABM)工作的规模可能很快超过人类的认知能力,这使得它成为非常适合自主性研究和开发的应用领域。

1.2 问题陈述

本研究试图评估几种自主巡航导弹群的行为对A2AD环境中蓝方(友方)空中性能的影响。具体来说,所研究的A2AD场景考虑了红方(对手)的IADS被蓝方联网的自主巡航导弹群吸引,以促进穿透式轰炸机的后续打击。在任务规划时没有考虑到的突然出现的威胁,可能会进入该场景以增加红色IADS的力量。蜂群必须在没有外部反弹道导弹的帮助下,检测并应对这些突发威胁以及任何其他对抗性任务参数的变化。A2AD场景的建模是使用模拟、集成和建模高级框架(AFSIM)完成的。

1.3 研究问题

为了解决问题陈述,本研究将对以下问题提供答案:

1.具有自主反弹道导弹能力的巡航导弹蜂群能在多大程度上提高蓝方空袭包在A2AD环境下的生存能力(即避免被红方IADS发现和摧毁的能力)?

2.具有自主反弹道导弹能力的巡航导弹群能在多大程度上提高A2AD环境下蓝方空袭包的杀伤力(即探测和摧毁红方IADS元素的能力)?

1.4 论文的组织

本论文的其余部分包含四章,组织如下:第二章对包括自主性、A2AD环境、基于代理的建模和仿真(ABMS)以及实验设计(DOE)等主题的参考材料进行了回顾。第三章建立了A2AD场景、AFSIM模型实现和实验设计的结构,作为本研究的框架。第四章介绍了实验模拟运行的结果和附带的分析。最后,第五章讨论了从这项研究中得出的结论,以及对未来研究方向的建议。

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