DARPA研究未来作战实时空域感知与冲突消除.docx

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1、DARPA研究未来作战实时空域感知与冲突消除目录1 .序言12 .ASTARTE项目技术领域61. 1.技术领域l(TA-l)理解和决策算法62. 2.技术领域2(TA-2)传感器：72. 3.技术领域3(TA-3)虚拟实验室试验台83. 跨技术领域互动94. DARPA启动未来战场空域全面感知项目114.1.项目背景114.2.项目目标114. 3.ASTARTE项目架构111. 3.1.第一阶段124. 3.2.第二阶段125. 3.3.第三阶段134.4.项目意义141.序言远望智库技术预警中心防务君随着作战平台的多样化，未来战场上空的空域预计将越来越拥挤，大量有人/无人机、弹药和导弹充

2、斥天空。为了消除友军的空域活动冲突，快速对抗敌人在战场上的行动，需要新技术来有效整合各个领域的效应。为此，美国国防高级研究计划局(DARPA)2020年4月8日宣布了其与陆军和空军合作实施的“空中空间快速战术执行全感知(ASTARTE)项目，旨在空域用户和联合火力之间提供实时、低风险的冲突解除，以支持战术部队，并在进行联合全域指挥与控制(JADC2)作战时，在反介入与区域拒止(A2/AD)系统下建立一个有弹性的空中图像。ASTARTE由一个人工智能(AI)引擎、运行理解和决策算法、结合创新、传统和非传统传感器的网络层组成。ASTARTE项目将提供更准确、更及时的空域图像，允许同时和动态的远程火

3、力任务、有人和无人飞机系统(UAS)以安全、高效的方式在同一空域内运行。它将与现有的指挥与控制(C2)系统进行互操作和协调，以确保空域用户和操作员拥有最新和最相关的信息。ASTARTE不仅将为蓝军提供一张不断更新的、实时的四维(空间和时间)作战空间动态图像，还将利用其传感器网络探测和绘制敌方空域使用地图，增强A2/AD环境中的态势感知。目前的空域规划和控制方法主要涉及分配“航线”和“区域”的手动和静态程序，这些程序禁止自适应重新分配任务，因此也增加了完成任务和错过任务机会的风险。止匕外，这种方法通常被认为是提供任何灵活性的唯一途径，但代价是对可用空域的使用效率极低。远程火力与空域用户之间的空域

4、解冲突是这一更大空域运行问题的表征。火力和空域用户之间的协调是缓慢和不精确的，通常需要在执行火力任务之前通过语音通信手动进行解除冲突，这大大提高了军队不受挑战地开火和机动的能力。空域被划分为不支持多种用途的大型三维块，并在很长一段时间内受到限制。止匕外，航迹关联和空域清理是人工完成的，新的武器和系统无法有效集成，并非所有的空中平台都可见或被跟踪，当前的空域管理系统由于数据连接和格式限制而难以相互连接。随着作战空间中自主飞行器和远程弹药群的预期增加，将带来更多的复杂性，而当前的空域管理系统和流程将难以支持这种复杂性。此外，在A2/AD环境中进行JADC2空域操作的传统方法可以通过容易检测到的射频

5、(RF)发射的性质暴露目标。最后，目前的空域管理系统对敌方空中和地面活动的了解不完整，这是充分了解空域所必需的一个基本要素。以前试图建立一个更具动态性、更具联合性的空域图像(如单一综合空中图像项目)依赖于一种过于复杂和繁重的集中式方法，这种方法试图将所有作战、数据和指挥与控制系统强制纳入一个共同的框架，并试图保持无法达到的高分辨率，所有飞行轨迹的实时更新。相比之下，ASTARTE试图收集数据，形成一个完善的空域图，并根据需要进行重新规划，以支持动态JADC2作战。ASTARTE项目将利用先进的理解和决策算法，结合传统的空域管理技术，如预先提交的飞行计划、来自任务规划软件的详细路线，以及自动报告

6、空中平台和非传统手段，如创新的射频和光学方法，以创造更完整的空域图像。无线电发射机的普及、低成本的处理能力、战场上传感器的普及以及机器学习的进步都将有助于ASTARTE的成功。阿斯塔特方法的一个关键方面是理解为了确定一个实体在哪里，我们只需要确定它不在哪里。大多数平台和武器只短暂占用空域，因此，目前为了支持一个平台而指定和限制大空域块的做法将大大改进为动态时间系统，允许多个平台和武器在同一空域共存。行动方针(COA)将通过评估与不同选择有关的风险(后果和可能性)来确定，允许在时间和空间上最大限度地利用空域。图1是利用大型空中走廊和限制运行区的当前空域运行与设想的未来的比较图形表示，在未来，AS

7、TARTE将把限制空域减少到每个空中平台和武器周围的估计概率很小的系统，从而提供所有实体的准确位置空域。这些概率系统将在数字世界模型中演化，允许ASTARTE试验不同的计划，预测冲突，任务传感器优化位置，提出包括风险评估的替代方案，并提供四维通用操作图(4dcop)。CurrentFutureArtisfsConcept图1ASTARTE项目未来空域作战行动ASTARTE项目将专注于最具挑战性的空域问题一一A2/AD系统下陆军师上方的空域。如图2所示，该空域约为100公里义100公里，从地面延伸至空中18000英尺处。该范围内容包括陆军、空军、海军、海军陆战队、特种作战部队、联军、敌方有人和无

8、人飞机以及进入和通过空域进行作战的弹药。它还包括执行火力任务的部队和近距离空中支援。空域还可能包括商用飞机和其他航空器。但是，系统必须认识到相邻的空域和分区空域上方的空域，以便将资产包括在该空间中。陆军师级空域管理是利用联合和联盟规划工具的第一梯队。这些工具的接口将有助于确保ASTARTE从地面设计为支持所有联合和联盟空域行动。第3页共14页l&Ooo代图2ASTARTE项目关注的作战空间容积图3显示了当前的军事C2系统：战区作战管理核心系统(TBMCS)和陆军作战指挥系统(ABCS)中的其他系统，如战术空域集成系统(TAIS)、先进野战炮兵战术数据系统(AFATDS)、防空和导弹防御工作站(

9、AMDWS),无人机系统(UAS)地面控制站，分布式通用地面系统陆军(DCGS-A)。这些系统使用标准的军事信息格式，如数据分发服务(DDS)、可变信息格式(VMF)、美国信息文本格式(USMTF)和其他数据交换，以便在彼此之间共享信息。ASTARTE算法解决方案应该是无中心的，并且设计有一个应用程序编程接口供1),该接口可以方便地与这一系列系统进行集成和互操作，以便操作员能够在他们已经拥有并接受过培训的本机环境中利用ASTARTE功能。笫4页共14页Plans/Guidance(Military&Commercial)TAISAMDWSTBMCSDCGS-A图3现行的军用空域管理和操作系统图

10、4显示了ASTARTE在规划和执行空域行动中的作用的概念可视化。图中的云表示C2系统接口和传感器系统。指挥与控制系统接口将通过许多现有军事系统(如TAIS、AFATDS、TBMCS、AMDWS、UAS地面控制站、DCGS-A等)提供计划、指导和决策。ASTARTE引擎将驻留在指挥所计算环境(CPCE)中，该环境已经托管了图中所示的几个C2系统。但是，ASTARTE应该可以扩展到其他计算平台或云托管。传感器系统可包括光电、红外、反迫击炮雷达、单基地雷达、射频传感器、激光指示器、气象雷达等。与C2系统接口层一样，ASTARTE算法解决方案也应该具有面I句传感器的API,以便与这一范围广泛的传感器和

11、数据源轻松集成和互操作。图4ASTARTE在空域作战中的作战执行1.1. ASTARTE项目技术领域ASTARTE项目将包括三个技术领域：理解和决策算法、传感器和虚拟实验室试验台。1.2. 技术领域1(TA-1)理解和决策算法TA.1的目标是开发理解和决策算法，利用人工智能、数据分析、强化学习和认知人机界面的进步。这些算法将模拟多个空域用户的行动过程，识别冲突，确定直接限制的操作区域，并提供评估风险水平的建议。TA-1算法将通过使用机载实体的状态、基于位置精度的这些实体的置信椭圆以及更新的任务分配，以预测和动态的方式估计空域需求，从而在空域作战的规划和执行阶段协助空域用户。此外，TA-1算法将

12、开发和执行传感器收集策略，以监测空域运行，同时考虑资源可用性、网络负载和信息需求。这些算法将改进和更新空域中的实体位置和平台不确定性置信椭圆，并根据传感器网络或其他数据源提供的信息预测未来位置。操作员将收到空域和火力计划中潜在冲突的警报，并将获得包含风险和理由的备用行动方案的解决方案。TA；算法的潜在方法可以包括图论、强化学习、粒子群优化全局优化和博弈论等方法来生成动作过程。提案者被鼓励与多个技术团队合作，如大学和有成就的人工智能专家，他们可以为整体创新算法解决方案做出贡献。提案应提供一种详细的方法，将：开发物理引导算法以生成多个CoA,识别和解决冲突，并评估风险水平；制定并执行传感器收集计划

13、和策略，以监控空域运行，提供计划更新；描述使用标准军事信息格式实时任务传感器的能力；细化空域实体位置，预测未来位置；在操作过程中提醒操作员注意冲突，提供解决方案，并提供风险和理由；根据来自传感器网络、其他数据源和预测的检测、位置和轨迹创建4D通用作战图；通过利用基于陆军指挥所计算环境(CPCE)的通用软件框架，支持从虚拟仿真到实际操作的无缝过渡;利用最佳DevSecOps实践和软件。1.3. 技术领域2(742)传感器：TA-2的目标是开发一个创新的分层传感器网络系统，能够在A2/AD环境中检测和跟踪飞机、武器和地面实体。传感器网络覆盖方法如图5所示。它由空域的多个覆盖区域组成。可以利用各种传

14、统和非传统传感器来优化实体位置。将对传感器进行建模和仿真，以确定性能、传感器放置规则、延迟和精度。传感器系统包括但不限于：新型光电/红外、雷达、激光指示器、轻型反火力雷达、转发器和通信系统。OuterRegion Long range Surveillance Low accuracy Moderate latency“ASTARTE 、layered sensor coverageMid-rangeAirspace Mediumrange Surveillance/track Moderateaccuracy ModeratelatencyHighValueAssets Shortrange

15、 Track/engage Highaccuracy Lowlatency图5ASTARTE传感器威力覆盖范围TA-2将包括传感器网络中每个传感器组件的设计和原型开发，其中可能包括高质量、低成本的商用现货技术或为ASTARTE项目重新调整用途的现有传感器。除了创新但不太成熟的技术外，这些传感器预计将是两种相对成熟的技术的混合体提议的传感器网络应包括每个贡献组件的足够性能细节，以及整个系统的足够性能细节。要考虑的传感器可以是静止的、移动的随机的传感器。DARPA鼓励提案者与几个技术团队合作，他们可以贡献具有不同和不同能力的创新传感器，从而实现有效的系统体系传感器网络解决方案提案应包括传感器网络内单独定价的单个传感器技术。提案应提供一种详细的方法，将:开发系统体系传感器网络框架和互操作性方法，以实现A2/AD系统下的完整空域覆盖；结合现有传感器和现场附加传感器的新用途来完成空中图像；允许系