《通过C5ISRT优势赢得竞争环境中的战术交战》

美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室（APL）精确打击任务区设想了一个2030年的战斗空间，其中物理领域（如陆地、海洋、空中和空间）和信息领域存在着激烈的竞争，并且在效果和结果方面紧密相连。在这个战斗空间中创造决定性的优势需要建立指挥、控制、通信、计算、网络、情报、监视、侦察和目标定位（C5ISRT）系统，以提供比对手更完整、清晰、准确、最新、有保证和可获得的作战画面。为此，本文提出了一个新的控制和分析框架，该框架将C5ISRT系统视为一个具有感知-行动周期的认知动态系统，它不断地协作协调其资源，以优化可用于战术决策的态势感知。文章描述了在战斗空间感知控制和反控制方面的研究和发展愿景，以实现连续的普遍的目标而不受惩罚。我们将由此产生的决定性优势称为C5ISRT优势地位。

1 引言

美国国家安全战略的力量和可信度取决于在全球投射军事力量的能力。然而，成功的战争史促使对手发展反介入、区域拒止的能力，旨在从他们的领土上越来越远地追踪和瞄准美国部队，使美国的作战部署复杂化，并挑战在战区的机动自由。这种战斗空间的重塑强调了信息战，美国陆军最近创建了第一信息作战司令部，美国海军在海上作战中心内推动成立专门了的信息战小组，美国空军最近在第16空军中设立了其第一个信息战司令部，美国海军陆战队的重组创建了海军陆战队远征军信息组，这都证明了这一点。如果不对基础技术的发展进行重大的战略投资，美国将无法实现信息战的益处，信息战正在迅速成为与同行对手冲突的一个重要领域，如果不是主导的话。

APL设想通过对产生、传输、解释和使用信息的信息战功能优势，在有争议的环境中赢得战术交战。这些功能存在于对方的指挥、控制、通信、计算、网络、情报、监视、侦察和目标定位（C5ISRT）系统中，并告知对方的战斗管理（BM）系统。我们将由此产生的决定性优势称为C5ISRT的优势。

近邻对手目前在执行和破坏美国在利益区的杀伤链方面享有优势，这些优势是通过成本不对称和战场接近（"主场优势"）自然产生的。实现C5ISRT优势地位的愿景将重塑战斗空间并扭转空中优势地位和力量投射领域的优势，因为它能够精确地提供效果以破坏对手的C5ISRT系统，同时加强美国和联盟的C5ISRT系统对反击的能力并提高其产生战术相关信息的能力。

传统上，战术任务目标定位能力的不足是通过大量投资于专门的和精致的传感资产来解决的。相反，对手杀伤链的弱点是通过发展战术、技术和程序（TTP）来解决的，这些战术、技术和程序拒绝或欺骗特定的感应系统。这自然导致了一个优势交替的永久循环，在这个循环中，资产和TTP的效用减少，而成本却在竞争中扩大。相比之下，这里描述的愿景是将不同准备程度的技术结合起来，以实现更大的集体和整体杀伤链效应，这有可能打破循环，以可承受的成本提供持久的优势。

我们需要一个新的控制和分析框架来理解、预测和影响C5ISRT系统对各种攻击机制的反应，无论是单独的还是合作的。这个新框架将C5ISRT系统视为一个具有感知-行动周期（PAC）的认知动态系统（CDS），这意味着它不断地重定向其资源，以优化可用来支持战术决策的态势感知。从这个角度看，攻击机制被应用于创造、调节和利用信息差距，以达到对对手决策过程的预期效果。相反，C5ISRT系统可以动态地调整其信息流，以抵制破坏和欺骗的企图。把这个框架和方法称为战区意识控制和反控制。

APL正在开发和使用新的控制和分析框架，以及一套强大的建模和仿真工具，以了解相互竞争的高度自动化和分布式C5ISRT系统之间的相互作用。该框架能够对动能、电磁、网络、物资和机动TTP进行综合有效性评估，并支持对C5ISRT和反C5ISRT能力和TTP进行端到端开发和量化评估。

APL的C5ISRT优势地位愿景利用广泛的能力，为解决问题提供端到端的方法（图1），包括制定TTP和攻击机制、建模和模拟原型开发、实验和假设测试、量化的性能分析、推断到未测试的条件、规划和演练现场实验和演示，以及过渡到作战部署。这些能力包括成熟的建模、模拟和分析环境、试验台和试验场--所有这些都来自于APL与战略、作战和战术作战团体的深入联系。

图1. APL的端到端开发和评估周期适用于C5ISRT的优势。

2 C5ISRT优势地位2030年愿景

APL设想了一个2030年的战斗空间，其中物理领域（如陆地、海洋、空中和空间）和信息领域存在着激烈的竞争，并且在效果和结果方面紧密相连。一个能够提供最完整、清晰、准确、最新、有保证和可获得的作战图景的C5ISRT系统将提供一个潜在的决定性优势。实现这一优势需要设计和控制C5ISRT系统的弹性，使其最大限度地提高与任务有关的认识，并尽量减少对干扰（例如，环境或与战争有关的干扰）的敏感性，并通过应用反措施，利用对手C5ISRT的敏感性来降低认识。

APL目前正在开发旨在为美国及其盟国提供破坏对手杀伤链的能力的技术。杀伤链要素的标准描述见图2。杀伤链通常从寻找目标并在空间和时间上定位（或固定）它们开始。然后必须对目标进行监视，以足够的精度跟踪其位置，以便进行瞄准和交战，随后进行评估，以确定可能需要重新交战。一个特别工作组研究了73种选择，以利用对手C5ISRT杀伤链在反介入、区域拒止环境中的弱点。这些选择被归类为动能、电磁战或网络行动。在2012-2018年的时间框架内，APL的独立研究和开发（IRAD）项目对其中一些选项和其他选项进行了调查。这些调查证实了攻击对手C5ISRT的特定技术的潜力，并导致了一系列赞助商资助的任务，这些任务正在推进选定方法的技术准备。

2030年争夺C5ISRT优势地位的战斗将包括改变被感知的环境刺激（非侵入性攻击）和破坏C5ISRT系统内的信息流（侵入性攻击）的攻击机制。非侵入性攻击或欺骗机制一般分为物质（如诱饵）、机动、动能（即对所感知的战斗空间进行物理改变）、电磁（如无线电频率干扰）和网络（如被动报告活动）。侵入性攻击机制包括动能（如破坏感知、通信和处理节点）、电磁（如干扰感知和通信节点）和网络（如向节点和链接注入虚假信息）。

图2. 杀伤链要素的标准描述。APL的愿景是攻击杀伤链中的信息生产、传输和利用功能。

每种此类技术通常都是为了减轻或击败对手C5ISRT能力的一个特定要素。由于这个原因，它们在很大程度上被孤立地研究，以评估有效性。然而，在现实中，同行对手的C5ISRT能力将是冗余的、分层的、分布的，并在某种程度上是综合的。因此，有必要了解协同应用的技术组合的效果。内部和跨类别的协调攻击将是非常有利的；效果可以通过改变呈现给收集系统的刺激、直接注入虚假信息、使关键节点和链接的能力超载、以及通过破坏或降低节点和链接直接降低系统能力等组合来实现。刺激物也可以被定制，以暴露对手的弱点供其利用。当这些活动可以在对手的杀伤链时间线内进行时，就有可能对对手的决策计算造成巨大的混乱，从而削弱他们的态势感知和潜在的战斗决心。

此外，对立的C5ISRT系统之间的竞争，每个系统都可能分布着许多高度自动化的部件，必然会涉及系统与系统之间的互动。图3显示了相互竞争的C5ISRT系统--左边是美国（以下简称蓝色），右边是一个有代表性的重要对手（以下简称红色）。双方都被分为情报、监视、侦察和瞄准(ISRT)功能(上块)和BM功能(下块)，以反映在民族国家组织中观察到的典型的关注分工，并便于分析和实施这一领域的使能因素。ISRT功能对传感器进行任务分配，并收集所产生的数据，将其处理成轨道和其他信息，以推动下一周期传感器任务的决策。这个PAC通常也被称为观察、定位、决定、行动（OODA）循环。BM功能有它自己的OODA循环。根据从ISRT功能中得出的共同作战图（COP），决定在战斗空间中采取什么类型的行动（例如，应用武器或反措施）。任何一方（蓝方或红方）采取的每项行动都可能被对方感知（感觉到）为需要回应的刺激。每一个反应也可能被认为是一个额外的刺激，刺激互动的继续。感知和处理每一方的行动所造成的影响会更新缔约方会议，为下一轮的决策提供输入。

目前，对图3中描述的相互作用了解甚少，相关的TTP也不存在，没有协调，或效果不确定。2030年C5ISRT优势地位的愿景是以协调方式攻击对手的C5ISRT系统，以实现精确的系统级效果。需要新的方法和技术来实现这一愿景，并实现所指出的更广泛和更灵活的分析。

图3. C5ISRT系统与系统之间的相互作用。左图：美国（蓝色）。右边，一个有代表性的重要对手（红色）。双方都表示由ISRT功能（上块）和BM功能（下块）组成。EM，电磁；GEOINT，地理空间情报；MASINT，测量和签名情报；SIGINT，信号情报。

3 C5ISRT系统冲突的战斗空间感知控制和反控制

将C5ISRT系统看作是一种CDS，它获取并保持对环境的态势感知，包括该环境中的特定实体（即用于目标定位）。在这种情况下，只有当一个系统在遇到类似的刺激时，具有回忆其先前行动的记忆时，它才是 "认知的"。这并不意味着该系统将采取相同的先前行动；这意味着该系统从遇到类似的刺激中获得信息并 "更加聪明"。CDS必须适应可能随着冲突的升级而变化的环境。这是C5国际空间站CDS的一个重要特性，它为负责创造预期效果以实现任务指挥官意图的BM决策系统（包括人类决策者）提供信息。ISRT系统作为一个反馈系统运行，其PAC不断地重新引导传感、传输和处理资源，并管理信息流以调节由此产生的态势感知。此外，ISRT-BM组合系统作为一个外部反馈系统运行，其PAC不断地重新引导武器和反措施以调节战斗空间的效果。

一套综合的C5ISRT系统在应对外部刺激时调整其任务、收集、处理、通信和目标定位能力的能力是一个研究不足的问题。此外，人们对如何控制这些系统以实现预期的性能和稳健性目标知之甚少。需要研究了解C5ISRT系统的属性和行为（特别是在CDS框架内），以及如何控制（和反过来破坏）它们。

在工程学科中，控制系统的设计通常是基于最优性（性能）和鲁棒性（抗干扰性）之间的权衡。一个控制法通常寻求在不受控制的外源输入的某些限度内保证性能或行为。在一个认知系统中，如ISRT-BM组合系统（我们的或对手的），信息流对性能和稳健性至关重要。我们应用新兴的认知控制理论领域来理解如何预测ISRT-BM系统对刺激的反应，如何利用我们所掌握的刺激来达到预期效果，以及如何拒绝或以其他方式减轻这种针对我们的企图。

CDS中的可用信息是从噪声测量（例如，从传感器）中提取的。可用信息可以被划分为相关信息和冗余信息，其中的划分取决于执行手头的任务需要哪些信息（相关的是需要的；冗余的是不需要的）。因此，相关信息是可用信息和冗余信息之间的区别。作为一个假设的、说明性的例子，为了估计一个缓慢移动的目标的位置，使其达到现代武器瞄准器所要求的精度，跟踪过滤器可能只需要每分钟一次传感器测量（可用信息）；而任何额外的测量可能被忽略（冗余信息）。CDS中的充分信息被定义为在所需的风险或质量水平上执行任务所需的信息。对于前面的例子，足够的信息是武器以高于期望阈值的概率打击目标所需的目标轨迹的精度。CDS中的信息差距被定义为相关信息和充分信息之间的差异（图4）。对于前面的例子，如果传感器的测量不够精确或接收频率不够高（例如，至少每分钟一次），就可能存在信息差距，以实现武器交战。

图4. 信息差距的说明。信息差距被定义为相关信息（粉色）和充分信息（虚线）之间的差异。相关信息是可用信息（带状）和冗余信息（红色）之间的差异。可用信息是从噪声测量中提取的。

认知控制的功能是通过调整从系统的感知部分到其执行部分的定向信息流来减少CDS中的信息差距。这些信息必须足以使一个目标处于危险之中。认知控制系统中的反馈信号是熵状态，它量化了信息差距，并取决于外生干扰、感知和处理的不完善以及问题的充分统计。很明显，可用的、相关的、冗余的和足够的信息的概念，以及由此产生的信息差距，都是根据情况应用于每个具体的任务或使命。此外，一个CDS可以同时管理多个任务；而一组任务和它们各自的充分信息要求可以根据情况不断变化。

我们将战斗空间感知控制称为认知控制概念在C5ISRT系统中的应用，该系统向BM系统提供攻击任务的信息。在这种情况下，信息差距将通过一个风险函数来量化，该功能与正确的打击决策所带来的任务收益有关，反之，错误的打击决策所带来的任务损失。战斗空间感知控制器必须动态地管理传感、传输和处理资源，以最大限度地降低任务风险（或最大限度地提高由任务关注点调节的 "感知"）。它还应该被设计成对干扰（故意的或环境的）的敏感性最小。

相反，反C5ISRT战略必须包括通过引入噪音、减少可用信息和降低相关信息与冗余信息的比例来调节对手的信息差距。例如（图5），可以对红方的ISRT系统进行攻击，以破坏其传感、通信、处理和决策，从而产生一个要么不代表现实，要么代表对蓝方有利的认知的COP。调节，而不是一定要最大化，对手的信息差距使我们能够控制对手检测和应对干扰的能力。换句话说，即使可以实现对对手的最大破坏，但为达到预期效果而调整行动往往更为有利。我们把这种方法称为战斗空间感知反控制。需要进行研究以了解如何应用战区感知控制和反控制以及不同技术对性能和稳健性的影响。

图5. C5ISRT攻击机制。可以对红方的ISRT系统进行攻击，以破坏其传感、通信、处理和决策，从而产生一个不代表现实或代表对蓝方有利的认知的COP。GEOINT，地理空间情报；MASINT，测量和签名情报；SIGINT，信号情报。

4 进展

APL正在朝着本文所述的目标取得重大进展。前面提到的一系列IRAD工作吸引了政府的资助，其中APL发挥了突出的作用。在一个项目中，正在开发协调和协调反措施的算法。这项工作依赖于正在通过APL与美国情报界的紧密关系开发的模型，这些模型对一套全面的对手威胁和自身力量特征进行参数化和描述。其他项目正在开发单独的、一对一的反措施，以破坏对手感知美国部队活动的能力。这些反措施已经在实战演习环境中进行了初步和积极的测试。一路走来，APL在C5ISRT优势方面的工作引起了部署单位的兴趣，从而形成了一项计划，APL的科学家被部署到作战人员所在地，从将使用这些系统的作战人员的角度开发基于算法的系统。

最近，人们关注的是联合欺骗战略，其目标不仅仅是尽量减少对对手ISRT的暴露。在这里，我们希望对有意的欺骗行为进行计划，并从对手那里发现同样的欺骗行为，同时确定他们的真实意图。为了让人相信，欺骗必须考虑到对手的行为和意识形态。有效的欺骗行为一经发现，就会使对手对他们对现实的看法失去信心，并在随后的真相面前犹豫不决。

目前IRAD的工作重点是控制红方感知（见本期Ward等人的文章）和连续通用目标，正在研究欺骗和反欺骗的技术。例如，乔纳森-德塞纳（Jonathan DeSena）关于怀疑性融合和感觉形成的IRAD项目表明，对输入数据持怀疑态度的融合方法，因此包含了欺骗的可能性，可以识别对手操纵蓝方战术图的企图。然而，这项工作并没有开发出一种方法来补偿所识别的欺骗行为。DeSena在他随后的IRAD主动反欺骗项目中建立了这些想法，该项目表明，协调的ISR重新分配任务和主动探测可以导致激发有针对性的观察结果，从而能够更有效地评估和识别欺骗假设，并能够在一定程度上稳健地减轻欺骗行为的建模错误。作为另一个例子，Zachary Akilan的IRAD项目名为 "以学习说谎为目标的训练强化学习"（TROLL），研究了使用强化学习来构建有代表性的欺骗策略集，并通过监督学习来识别它们。

从这些和其他IRAD工作中获得的技术或受其启发的技术最终将被组合成一种全面的、有凝聚力的作战能力，我们称之为 "不受惩罚的连续通用目标定位"（CUTI）。如图6所示，CUTI允许蓝方控制对战斗空间的感知，从而使蓝方在任何时候都能对每一个有影响的红方资产有目标质量的认识（持续的普遍瞄准），而红方在任何时候都对任何有影响的蓝方实体缺乏目标质量的认识（不受惩罚的操作）。为了实现CUTI，我们必须实现系统地（有目的的）、一致地（跨领域的）、同步地（以合理的顺序和时间）使红方感知战斗空间，从而使蓝方在战略、作战和战术上受益。

图6显示了CUTI概念中四个相互交织的过程或循环。蓝方部队试图保持对战斗空间的全面看法，尽管对手拒绝和欺骗，尽管部分可观察性和不完善的传感器和模型导致了错误（右上环）。蓝方也必须意识到并战胜红方通过网络攻击等方式直接攻击蓝方认知或感知的企图（右下环）。CUTI中设想的一个重要进展是利用蓝方对战斗空间的认识和理解，创造一个蓝方希望强加给红方的精心策划的虚构。为了强加这种可信的（对红方而言）虚构，蓝方必须计划并执行一系列的刺激，在假设它们会被红方观察到的情况下进入战斗空间（左上环）。尽管这些刺激和所需的反应是专门为影响红方对战斗空间的理解而设计的，但它们可能有额外的好处，那就是当蓝方观察到红方的反应时，它不仅能让蓝方了解红方的理解，还能减少蓝方对战斗空间看法的模糊性和不确定性。蓝方的刺激也可能被插入，直接影响红方感知战斗空间的能力（左下环）。显然，这是一个完全对称的命题；蓝方必须假设红方将试图影响和控制蓝方对战斗空间的看法，因此蓝方的认知必须考虑到红方试图将蓝方的看法向对红方有利的结果倾斜。

图6. CUTI的概念。图中显示的是这个概念中的四个相互交织的过程，或称循环。右侧反映了蓝方部队试图保持对战斗空间的全面看法，并保持对红方直接攻击蓝方认知或感知的企图的了解和战胜。左侧反映了蓝方试图控制红方的感知。

5 结论

本文描述了在战斗空间感知控制和反控制方面的研究和发展愿景，以实现CUTI概念和C5ISRT优势地位。它描述了一个新的控制和分析框架，以了解相互竞争（蓝方对红方）的高度自动化和分布式C5ISRT系统之间的相互作用，并预测和影响C5ISRT系统对各种攻击机制的反应，包括单独和协作。该框架将C5ISRT系统视为具有PAC的CDS，它不断地重新定向其资源以优化可用于支持战术决策的态势感知。从这个角度看，攻击机制被应用于创造、调节和利用信息差距，以达到对对手决策过程的预期效果。相反，我们的C5ISRT系统可以动态地调整其信息流，以抵制破坏和欺骗的企图。

未来对具有反介入、区域拒止能力的对手的空中优势和力量投射的成功，将取决于对方C5ISRT能力的相对实力。2030年C5ISRT优势地位的愿景是以协调的方式攻击对手的C5ISRT系统，以实现精确的系统级效果。侵入性和非侵入性攻击的效果以及扰乱对手C5ISRT的欺骗选择必须被理解并协同应用。这使动能、电磁、网络、物资和机动TTP的综合有效性评估成为可能，并支持C5ISRT和反C5ISRT能力和TTP的端到端发展和量化评估。

尽管美国部队正在朝着这些目标取得进展，但对手部队继续迅速发展其能力。美国增加和持续投资于C5ISRT的主导地位，对于保持领先于对手的进步和确保我们在全球范围内投射军事力量的能力是必不可少的。事实上，这些投资必须与在连续的通用目标和控制红色感知方面的补充投资相协调（见本期沃德等人的文章），以便充分实现CUTI的愿景。这样一个巨大的挑战最好通过一个政府主导的倡议来执行，该倡议协调学术界和工业界的工作，以开发和执行一个研究和开发活动，并将有前途的技术转变为作战能力，以确保国家在最近重新出现的高度竞争环境中的安全，而这些环境将成为未来几年全球安全环境的特征。