小型无人航空系统(sUAS)构成的威胁,横跨军事、国土安全和执法职责。曾被视为爱好者工具的小型无人航空系统,现已转变为能够扰乱行动、实施监视和投送有害载荷的威胁倍增器。小型无人航空系统的扩散,为以往只有国家军队才拥有的个人和小团体提供了精确侦察和打击能力。它们价格低廉、适应性强且具有致命性。

美军联合跨部门特遣部队401(JIATF 401)的任务是协调美国防部的反无人机工作,以大规模快速交付联合作战能力,保护美国和盟军部队,并协助联邦机构和部门保卫关键基础设施及国土。特遣部队的一项效能衡量标准,是迅速将先进的反小型无人航空系统(C-sUAS)能力交到作战人员手中。实现这一成果需要的不仅仅是创新;它要求一种严谨的测试、评估和持续改进方法,将前景广阔的技术转化为大规模、与作战相关的解决方案。在这个充满活力的环境中,联合跨部门特遣部队401将果断行动,加速交付反小型无人航空系统技术,以保护人员、设施和资产。通过优先考虑快速创新和可扩展的解决方案,我们的联合部队和跨部门合作伙伴能够跟上威胁的步伐。

为确保作战人员以及各州、地方、领地和部落的执法部门配备最有效的系统,联合跨部门特遣部队401必须建立标准化的评估规程,以便为明智的采购决策提供客观比较。一个统一的框架对于促进互操作性、加速列装以及确保跨所有领域的结果具有可比性至关重要。

本《反无人机系统表征通用标准》(C4)为评估和鉴定奠定了基础。所附指南并非要取代各军种和跨部门机构进行的其他既有的开发、作战测试或安全认证。相反,在此提供的是加速评估商用反小型无人航空系统技术的权威方法。通过提供通用标准,我们确保在评估新兴反小型无人航空系统技术时的一致性、可扩展性和速度,同时利用先进的建模与仿真工具为分析提供信息。

随着反小型无人航空系统技术的发展,本框架将进行调整以适应威胁的复杂性,同时保持一致的方法论,以确保整个联合部队和跨部门合作伙伴间的共同性和可操作性。

目录

内容
1. 引言
2. 组织角色与职责
3. 威胁特征描述
4. 反小型无人航空系统能力特征描述标准
4.1 核心能力领域(探测、跟踪、识别、打击)
4.2 关键性能基准
4.2.1 探测关键性能参数示例
4.2.2 跟踪关键性能参数示例
4.2.3 识别与特征描述关键性能参数示例
4.2.4 目标质量关键性能参数示例
4.2.5 打击关键性能参数示例
4.2.6 自动化关键性能参数示例
4.2.7 指挥控制关键性能参数示例
4.2.8 生存性关键性能参数示例
4.2.9 辅助系统特性关键性能参数示例
4.2.10 成本关键性能参数示例
4.3 操作员与系统可用性
4.4 任务影响与风险评估
4.4.1 公众与蓝军安全评估
4.4.2 系统对抗对抗措施的弹性
5. 评估方法论与设计
5.1 评估原则
5.2 想定设计
5.2.1 测试矩阵示例
5.3 评估环境
5.4 用于评估的任务工程与建模仿真
ii
6. 数据收集与分析
7. 报告与数据管理
附录A - 缩略语与缩写
附录B - 政府参考文件
iii

1. 引言

尽管国防部多年来进行了大量专项测试和重大投资,但反小型无人航空系统(C-sUAS)领域面临一个显著的悖论:我们数据丰富但信息匮乏。一个庞大且不断增长的测试数据存储库,代表着无数次评估产生的海量工作成果,但在很大程度上仍无法用于企业级分析。我们缺乏一个整体流程来管理我们的测试数据以改进决策。由于缺乏通用标准和评估规范,加上数据存在于来源未知、质量不一的孤立孤岛中,使得聚合、比较或利用数据进行战略洞察变得几乎不可能。

标准提供了必要的通用词汇和模式,以转变我们为反小型无人航空系统技术快速评估与采办提供信息的方法。此方法确立了原则,即每一次测试活动、演示、作战评估或技术评估都是一次不可浪费的数据收集机会。通过要求所有评估捕获一系列核心数据点,联合跨部门特遣部队401将能够系统地聚合和综合信息,从国防部所有评估活动中创建一个统一、连贯且可靠的证据体系。

采用这些通用标准是未来反小型无人航空系统发展的关键使能因素。高质量数据是先进任务工程工具和建模与仿真(M&S)环境的基本要素。它将允许进行更严格的系统比较、对能力差距进行稳健分析,以及对那些成本过高或过于复杂而无法仅通过实况测试完成的任务场景进行高保真度的作战性能预测。最终,通过创建一个连贯可靠的证据体系,此方法将为决策提供直接信息并改进决策,从而加速将最有效、最可靠、最集成的反小型无人航空系统技术交付给作战人员和跨部门合作伙伴。

2. 组织角色与职责

联合跨部门特遣部队401:提供并维护反无人机系统特征描述通用标准(C4),并发布关于小型无人航空系统威胁的适用指南。 主要职责:根据需要协调测试与评估资源以支持反小型无人航空系统评估。与相应的资源经理协调,整合和组织从活动中产生的所有测试与评估数据,并确保其可供所有利益相关方使用。

反小型无人航空系统评估员:分析评估反小型无人航空系统性能、可靠性、安全性和生存性的实体。 主要职责:根据定义的效能/性能度量(MOE/MOP)确定评估目标,观察评估执行情况,裁定事件,生成最终报告,包括“能力与限制报告”和“安全发布报告”。

靶场作业:负责执行评估所需的所有后勤、仪器和设施支持。

主要职责:管理评估场地设置、靶场调度(空域/地表)、频率授权、数据收集、作战安全、爆炸物处理支持,以及所有设备和物资的协调。

分析团队:处理所有原始测试与评估数据,将其转化为可供分析使用的格式的中心枢纽。 主要职责:整理和分析数据,识别并报告系统性能问题,并向相应的评估员和其他利益相关方提供快速查看摘要。

威胁分析与规划团队:负责为所有测试定义威胁背景的跨军种职能部门。 主要职责:建立威胁特征,制定威胁战术、技术和规程(TTPs),并与测试规划人员协作,确保在测试过程中一致且适当地使用具有威胁代表性的配置。

建模与仿真(M&S)分析师:负责创建、验证和执行反小型无人航空系统、威胁及作战环境的数字模型,以支持和扩展实况测试活动与决策。 主要职责:开发和维护反小型无人航空系统与威胁的高保真模型;根据实况测试数据对仿真进行验证、确认和认可(VV&A);设计和运行虚拟测试想定,包括超出实况测试范围的想定(例如,大规模集群);向任务工程和分析团队提供建模与仿真数据。

任务工程分析师:负责分析反小型无人航空系统杀伤链的端到端性能,以评估系统的作战效能及其对任务成功的总体影响。 主要职责:进行交战时间线分析(ETA)以识别杀伤链瓶颈;使用实况和模拟数据进行权衡空间分析;将系统级性能度量(MOPs)与任务级效能度量(MOEs)关联;对照定义的敌方行动方案评估系统性能;识别能力差距,为未来需求提供信息。

3. 威胁特征描述

敌方小型无人航空系统通过情报、监视和侦察(ISR)行动以及直接动能攻击对美国部队构成双重威胁。作为回应,任何反小型无人航空系统都必须是可扩展、模块化且易于升级的。在此背景下,“打击”被定义为任何可摧毁敌方无人航空系统并阻止其完成预定任务的行动,无论是动能还是非动能。

随着商业市场生产出更快、更小的平台,敌方的小型无人航空系统变得越来越难以探测、分类和打击。为了跟上这种快速演变的威胁,反小型无人航空系统能力必须具有适应性并且本质上是联合的。未来的反小型无人航空系统作战将成为更大规模、多领域努力的一部分,需要能够快速适应任何作战环境的集成能力。这将通过一个开放的、模块化的、利用系统之系统方法的架构来实现。

4. 反小型无人航空系统能力特征描述标准

4.1 核心能力领域(探测、跟踪、识别、打击)

本节整合了评估反小型无人航空系统针对第1-2组无人航空系统威胁[1]端到端性能的最关键效能度量(MOEs)和性能度量(MOPs)的建议。这些通用的效能度量和性能度量是基准。本文档中没有任何内容禁止反小型无人航空系统评估员筛选附加标准。评估员必须评估哪些标准(或标准的哪些部分)实际上与其评估工作相关。统一的时间基准对于测量这些效能度量和性能度量至关重要。

[1] 评估员应参考国防部2022年11月向国会提交的《无人航空系统分类审查报告》。

4.1.1 标准1 - 探测与跟踪:系统通过所有模式发现并保持对小型无人航空系统威胁感知的能力。 效能度量1.1:无人航空系统探测

性能度量1.1.1:探测概率:系统正确探测到敌方无人航空系统的比例。

性能度量1.1.2:探测距离(地面距离):初始探测发生时距离的分布。

性能度量1.1.3:探测距离(斜距):初始探测发生时距离和高度的分布。

性能度量1.1.4:虚警率:单位时间内虚假小型无人航空系统探测的次数。

效能度量1.2:无人航空系统跟踪

性能度量1.2.1:跟踪概率:成功跟踪的被探测小型无人航空系统的比例。

性能度量1.2.2:跟踪连续性:稳定跟踪一个小型无人航空系统的时间百分比。

性能度量1.2.3:跟踪精度:与地面实况相比,跟踪的三维位置误差。

4.1.2 标准2 - 分类与识别:系统确定被探测威胁性质的能力。

效能度量2.1:目标分类与识别

性能度量2.1.1:正确分类概率:系统正确分类小型无人航空系统的比例。

性能度量2.1.2:正确识别概率:按类型/型号正确识别小型无人航空系统的比例。

性能度量2.1.3:识别距离与时间:实现正确识别时的距离和时间分布。

性能度量2.1.4:误识别率:被错误识别的小型无人航空系统的比例。

标准3 - 威胁打击与拒止:系统中和敌方无人航空系统并阻止其完成任务的能力。

效能度量3.1:威胁交战与打击

性能度量3.1.1:交战概率:被识别为敌意的小型无人航空系统中被系统交战的比例。

性能度量3.1.2:杀伤/打击概率(Pk):被成功打击或使其任务失败的交战小型无人航空系统的比例。

性能度量3.1.3:打击距离:成功摧毁小型无人航空系统时的距离分布。

性能度量3.1.4:打击交战时间:从交战命令到成功打击的时间度量。

标准4 - 系统互操作性与可靠性:系统在其预期环境中并与其他系统协同运行时有效运行的能力。

效能度量4.1:电磁兼容性

性能度量4.1.1:对同址系统的影响:描述系统的频率、功率和不同模式,以及这些因素可能如何影响附近系统。

性能度量4.1.2:对弹药、人员和燃料的影响:确定对弹药的电磁辐射危害、对人员的电磁辐射危害和对燃料的电磁辐射危害。

效能度量4.2:系统可靠性与可维护性

性能度量4.2.1:系统故障间平均时间:导致任务中止的关键系统故障之间的平均运行时间。

性能度量4.2.2:平均修复时间:诊断和修复系统故障所需的平均时间,不包括行政或后勤延迟。

标准5 - 作战可行性:系统在任务环境中由经过培训的人员安全有效操作的能力。

效能度量5.1:网络安全

性能度量5.1.1:风险管理框架(RMF)合规性:系统符合风险管理框架,并已获得运行授权和连接授权。

效能度量5.2:环境生存性

性能度量5.2.1:对抗环境运行:系统不得因威胁电子战(EW)而性能下降。

效能度量5.3:系统安全性

性能度量5.3.1:危险预防:系统设计应根据既定的军用标准,消除或控制对人员的潜在健康和安全危害,包括肌肉骨骼、噪音、辐射和化学风险。

性能度量5.3.2:附带损害缓解:系统应能成功与指挥控制系统交换限制射击扇区,以最小化附带损害并防止误伤。

4.2 关键性能基准

本节概述了定义许多反小型无人航空系统基本作战能力的关键性能参数(KPPs)和关键系统属性(KSAs)。关键性能参数代表一个系统必须实现的最关键属性才能被认为具有军事效能;未能满足一个关键性能参数表明该系统无法履行其预定任务。对于列出的每个关键性能参数,性能由两个不同的级别定义:阈值和目标。阈值代表系统有效所需的最低可接受性能,而目标代表期望的能力或作战实用性的显著提升。

为确保客观评估,评估员必须在测试执行前正式定义并记录每个关键性能参数的阈值和目标的具体数值。这些预先设定的基准不仅仅用于测试后分析;它们必须明确地集成到数据收集计划中,以确保测试设计能够捕获做出明确判断所需的精确数据。在测试与评估期间,评估员将通过执行结构化的测试想定来收集这些数据,最终评估将明确说明系统对于每个关键性能参数是达到了“阈值”、未达到阈值,还是达到了“目标”。

4.2.1 探测关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 1.1 距离 千米 系统必须能在距离所需防区的最小距离上探测到威胁。
关键性能参数 1.2 精度 % 在最小探测距离上探测到威胁的概率。
关键性能参数 1.3 视场 探测能力显著大于任务要求并能提供充分覆盖的能力。
关键性能参数 1.4 最低高度 在最小探测距离上能够探测到目标的最低离地高度(以米计)。
关键性能参数 1.5 最高高度 在最小探测距离上能够探测到目标的最高离地高度(以米计)。
关键性能参数 1.6 数量 # 可在最小探测距离上同时探测到的、具有指定雷达截面积(RCS)的目标最小数量。
关键系统属性 1.7 自动化 是/否 系统自动将探测识别为包含速度和移动的航迹,并在指挥控制系统中可视化显示。
关键性能参数 1.8 分辨率 传感器能够分辨不同标准目标尺寸的距离。

4.2.2 跟踪关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 2.1 距离 千米 能够从指定边界、在所需防区距离上连续跟踪/保持对威胁感知的最小距离。
关键性能参数 2.2 精度 +/-% 在距离上被跟踪目标的真实位置和速度与传感器报告的位置和速度之间的百分比偏差。
关键性能参数 2.3 数量 # 可在跟踪距离区域内同时跟踪的、具有指定雷达截面积的目标最小数量。
关键性能参数 2.4 自动化 是/否 系统是否自动保持对目标机动的感知?
关键系统属性 2.5 更新/重访率 次/秒 系统更新/刷新所有航迹所需的时间量。

4.2.3 识别与特征描述关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 3a.1 距离 千米 能够确定性地判定目标为小型无人航空系统的最小距离。
关键性能参数 3a.2 精度 % 在最小分类距离上对威胁进行分类的概率。
关键系统属性 3a.3 自动化 是/否 系统是否执行自动传感器融合以将目标分类为小型无人航空系统?
关键性能参数 3b.1 距离 千米 系统能够识别小型无人航空系统类型、品牌、型号或其他识别特征的最小距离。
关键系统属性 3b.2 自动化 是/否 系统是否执行自动传感器融合以识别小型无人航空系统的具体特征?

4.2.4 目标质量关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 4.1 距离 千米 传感器能够获得关于威胁的武器质量数据的最小距离。
关键性能参数 4.2 精度 % 在最小目标距离上获得武器质量数据的概率。
关键系统属性 4.3 数量 # 被分类和识别为威胁小型无人航空系统、并拥有武器质量信息的同步目标数量。
关键系统属性 4.5 自动化 是/否 系统是否在没有操作员输入的情况下自动提供武器质量信息?

4.2.5 打击关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 5.1 距离 千米 武器打击小型无人航空系统威胁的最小距离。
关键性能参数 5.2 数量(同时) # 系统能以指定杀伤概率百分比同时打击的无人机数量。示例:“同时打击定义为单个效应器在X秒内打击多个(#)无人航空系统目标。”
关键性能参数 5.2a 数量 # 攻击可同时夺取控制的无人机数量。
关键性能参数 5.2b 数量 # 窄带射频系统可同时攻击的无人机数量。
关键性能参数 5.2c 数量 # 激光在单位时间内可打击的无人机数量。
关键性能参数 5.2d 数量 # 高功率微波武器可同时打击的无人机数量。
关键性能参数 5.2e 数量 # 动能系统可同时打击的无人机数量。
关键性能参数 5.3 数量(随时间) #/小时 系统在一定时间内必须打击的、达到指定杀伤概率百分比的无人机数量。
关键性能参数 5.4 效能 % 在所需最小距离内打击所有无人机的百分比(杀伤概率)。必须定义“软”杀伤和“硬”杀伤的总数。评估必须在评估前定义“软”杀伤和“硬”杀伤。
关键性能参数 5.4a 效能 % 攻击可同时夺取控制(例如,电子接管)的无人机的杀伤概率。
关键性能参数 5.4b 效能 % 窄带射频系统可同时攻击的无人机的杀伤概率。
关键性能参数 5.4c 效能 % 激光在单位时间内可打击的无人机的杀伤概率。
关键性能参数 5.4d 效能 % 定向能武器可同时打击的无人机的杀伤概率。
关键性能参数 5.4e 效能 % 动能系统可同时打击的无人机的杀伤概率。
关键性能参数 5.5 发射器容量 数量 弹药数量。此外,评估员应注明弹匣、吊舱和/或导弹的容量。
关键性能参数 5.5 循环射速 发/分钟 射速。注:根据系统不同,评估员可以考虑其他适用于该技术的度量(例如,交战间隔时间)。
关键性能参数 5.6 每个拦截器的交战次数 数量 拦截器同时处理一次或多次交战的能力。评估员应注明效应器是否拥有多个拦截器。
关键系统属性 5.7 附带效应/损害 是/否 系统是否在可接受的附带效应/损害参数范围内运作以实现打击目标?可选地,如果可以客观衡量,评估员可按百分比对性能下降或损害进行分类。
关键性能参数 5.8 每次交战成本 $ 总成本 / 成功交战总次数。

4.2.6 自动化关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 6.1 工作负荷 # 人 操作该系统所需的人员数量。
关键系统属性 6.2 决策辅助 规范。 识别推荐。
关键系统属性 6.2a 决策辅助 是/否 武器配对。
关键系统属性 6.2b 决策辅助 是/否 交战区域(最早与最晚)。
关键系统属性 6.2c 决策辅助 是/否 拦截/命中时间。
关键系统属性 6.2d 决策辅助 是/否 交战成功率。
关键系统属性 6.2e 决策辅助 是/否 附带效应。
关键系统属性 6.2f 决策辅助 是/否 传感器融合。
关键系统属性 6.2g 决策辅助 是/否 声音告警。
关键性能参数 6.3 工作负荷 # 人 设置该系统所需的人员数量。

4.2.7 指挥控制关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 7.1 架构 规范。 开放/封闭/专有软件及集成选项。
关键性能参数 7.2a 互操作性 是/否 传感器集成。
关键性能参数 7.2b 互操作性 规范。 数据集成。
关键性能参数 7.2c 互操作性 规范。 接口开发。
关键性能参数 7.3 通用作战图 # 操作员必须使用多少个显示器和人机界面单元来监视并完成一次交战。
关键系统属性 7.4 分类 是/否 能够接收多级安全数据,总体保密级别最高可达XXX(提供保密级别)。
关键系统属性 7.5 网络化 是/否 能够通过网络接口连接系统。

4.2.8 生存性关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 8.1 防护等级 是/否 最低防护等级认证/评级为XXX
关键系统属性 8.2 弹性 是/否 在对抗环境中运行的能力
关键系统属性 8.3 漏洞 是/否 存在网络安全风险
关键系统属性 8.3a 漏洞 是/否 部件制造商或原产国
关键系统属性 8.3b 漏洞 是/否 不安全或配置错误的网络连接
关键系统属性 8.3c 漏洞 是/否 数据处理或传输/人为有意或意外交互
关键性能参数 8.4 可靠性 时间 系统故障间隔时间
关键性能参数 8.5 系统规范 规范。 网络(逻辑/物理)
关键性能参数 8.6 系统规范 是/否 腐蚀
关键性能参数 8.7 系统规范 规范。 中央处理器
关键性能参数 8.8 系统规范 规范。 硬件
关键性能参数 8.9 系统规范 版本 软件
关键性能参数 8.10 系统规范 列表 外部组件
关键性能参数 8.11 系统规范 列表 环境

4.2.9 辅助系统特性关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 9.1 电池续航 小时 电池续航时间
关键性能参数 9.2 重量 系统重量
关键性能参数 9.3 人工成本 $ 人员成本
关键性能参数 9.4 设置 时间 系统布设时间

4.2.10 成本关键性能参数示例

关键性能参数 度量 单位 描述
关键性能参数 10.1 系统成本 $ 系统采购和初始安装成本
关键性能参数 10.2 部件成本 $ 单个部件系统及安装成本
关键性能参数 10.3 维护成本 $ 生命周期成本
关键性能参数 10.4 人工成本 $ 人员成本

4.3 操作员与系统可用性

如果操作员无法在压力下有效使用,反小型无人航空系统的能力就毫无意义。操作员和系统可用性评估评估关键的社会技术系统方面,认识到系统操作员是杀伤链和整体系统效能的组成部分。在高压力、多目标环境中,操作员会被来自不同传感器的数据淹没;设计不良的系统可能导致信息过载、认知负荷高以及决策缓慢且易出错。因此,任何评估都必须关注用户界面(UI)和用户体验(UX)的清晰度和直观性,审视系统如何有效地将复杂数据融合成一个清晰、可操作的通用作战图。目标是确保系统通过减少认知负荷和实现快速、自信的决策来增强操作员的能力。评估员将使用一种或多种被认可的人为因素评估方法,视其评估需要而定:

  • 美国国家航空航天局任务负荷指数
  • 态势感知全局评估技术
  • 系统可用性量表

4.4 任务影响与风险评估

任务影响和风险评估提供了一个整体评估,超越技术性能,以回答最终问题:这个反小型无人航空系统是否对整体任务产生净正面效应?任务影响分析评估系统对保护被防御资产和支持友军作战的直接贡献,同时也考虑任何负面影响,例如其后勤足迹、电力需求或对友军系统的潜在干扰。相反,风险评估量化了行动与不行动的后果。它权衡威胁成功完成其任务的风险与反小型无人航空系统本身产生的风险,包括动能破片场的潜在附带损害或非动能系统的电磁效应。这种全面评估迫使评估员做出平衡的判断,确保反小型无人航空系统不仅有效,而且在其预期作战环境中具有作战适用性且安全。

4.4.1 公众与蓝军安全评估

全面的安全评估是所有反小型无人航空系统测试与评估的先决条件,确保对公众和友军部队的保护。此评估必须严格分析所有潜在危险,从可预测的动能拦截破片场和非动能系统的深远电磁效应,到被摧毁无人航空系统不受控制的坠落。评估最终建立清晰的安全边界,和旨在减轻所有已识别风险的实时监控程序,从而确保能够在不损害人员或公共安全的情况下实现测试目标。

4.4.2 系统对抗对抗措施的弹性

系统对抗对抗措施的弹性测试是反无人机系统评估的一个关键和高级阶段,其重点从“系统能做什么”转移到“能对系统做什么”。其目的是严格评估反无人机系统在被对手在对抗性作战环境中主动瞄准时,保持其核心功能(探测、跟踪、识别、打击)的能力。这种测试形式是理解系统真实生存性和任务保证的基础,因为它假设敌方部队不会是被动目标,而是会使用自己的战术来破坏或摧毁友军防御能力。

5. 评估方法论与设计

反小型无人航空系统的最终衡量标准不仅仅是其打击威胁的能力,而且是其及时打击以保护被防御资产的能力。交战时间线分析是一个关键的评估框架,旨在将反小型无人航空系统杀伤链分解为一系列离散的、可测量的时间门。通过量化从初始探测到最终摧毁每个阶段的时间,评估员可以超越简单的通过/失败评估,从而更全面地了解系统的速度、效率和作战可行性。

该框架旨在应用于一系列定义的威胁场景,最显著的是敌方的“最可能行动方案”(MLCOA)和“最危险行动方案”(MDCOA)。这确保了系统不仅在预期条件下接受评估,而且在对其性能和被防御资产安全构成最大挑战的场景下受到压力测试。

在进行任何时间线分析之前,必须明确定义将作为评估标准的威胁场景。这些场景决定了测量时间线的条件。

场景要素 最可能行动方案(MLCOA)示例 最危险行动方案(MDCOA)示例
威胁特征 单个、市售的第1或2组小型无人航空系统(例如,四旋翼)。 多个第1/2组无人航空系统的协调集群,可能混合高速第3组固定翼小型无人航空系统。
飞行特征 可预测的、相对较慢的飞行路径(例如,20-30英里/小时),在中等高度(例如,200-400英尺离地高度)。 高速、低空进入特征(地形遮蔽),沿直接攻击航向。可能包括跃升机动或急转。
任务目标 情报、监视和侦察,在被知悉的周界外游弋。 旨在压倒防御并以动能方式攻击特定高价值资产的饱和攻击。
电子特征 标准、未修改的射频指挥与控制链路。 射频静默操作(GPS航点导航),可能结合针对反小型无人航空系统传感器的主动电子攻击(干扰)。

基线性能(MLCOA):时间线分析首先针对最可能行动方案场景运行。这建立了系统在预期的、低压力条件下的基线性能。

压力下性能(MDCOA):然后针对最危险行动方案场景进行分析。这才是对系统真实弹性的测试。

预期结果:评估员可能会看到所有时间增量的增加。探测时间可能因干扰而增加。决策时间可能显著增加,因为操作员被多个航迹饱和。动能系统的效应时间可能增加,因为它们必须依次交战多个目标。

比较分析:该框架为比较不同的反小型无人航空系统提供了标准化的、定量的基础。分析可以说,系统A对付单个目标的总交战时间更快,但其决策-行动延迟在集群攻击期间恶化了300%,而系统B的性能保持稳定,使其更能抵御饱和攻击,而不是简单地说:系统A有8次杀伤,系统B有7次。

5.1 评估原则

为确保反小型无人航空系统的测试与评估严谨、可信并能产生可操作的见解,所有评估员应遵守以下核心原则。这些原则旨在超越简单的性能指标,转向对系统真实作战效用和任务效能的整体评估。

以任务为中心的评估:反小型无人航空系统的最终衡量标准不是其技术规格,而是其成功保护被防御资产的能力。所有测试场景、数据收集和分析必须明确与清晰的作战任务相关联。核心问题应始终是:系统是否能在现实条件下实现任务成功?此原则要求评估员在完整杀伤链的背景下并根据定义的威胁时间线来评估性能,而不是孤立地评估组件。

针对可信且多样化的威胁进行测试:一个系统的好坏取决于其所能打击的威胁。评估必须针对一系列能准确代表敌方的“最可能”和“最危险”行动方案的威胁进行。这包括多样化的小型无人航空系统平台(第1-3组,固定翼、多旋翼)、不同的任务特征(情报监视侦察、动能攻击)以及先进的战术,如集群、低空进入和射频静默操作。针对单一的、简单的威胁特征进行测试将产生误导性和过于乐观的结果。

系统之系统方法:现代反小型无人航空系统很少是单一的解决方案。评估必须将反小型无人航空系统视为一个集成的系统之系统,不仅评估单个传感器和效应器的性能,还要评估数据融合的质量、指挥控制工作流的效率以及组件间的互操作性。如果技术上优越的传感器的数据无法被架构的其余部分有效利用,那么它就价值不大。

在对抗环境中量化性能:必须假定反小型无人航空系统在对手积极试图破坏它的环境中运行。因此,评估必须包括专门的“红队”活动,以测试系统对抗对抗措施的弹性。这包括使系统遭受合理的电子攻击(干扰/欺骗)和传感器饱和战术,以衡量其在胁迫下的性能下降并识别关键漏洞。

操作员是系统的一部分:除了全自动系统外,人类操作员是反小型无人航空系统的关键组成部分。评估应评估“人在回路中”(HITL)的性能,衡量操作员的工作负荷、态势感知、决策准确性以及对自动化的信任度。界面混乱或导致高认知负荷的系统,无论其技术潜力如何,在压力下都会失败。

遵循数据驱动决策的通用标准:为确保评估结果具有可比性、可聚合性,并能为企业级决策提供信息,所有数据收集和报告必须遵循一个共同的、标准化的格式。此原则确保每一次测试活动,无论属于哪个军种或机构,都能为一个更大的证据体系做出贡献。这些经过整理的数据是先进建模与仿真(M&S)和任务工程(ME)工作的基本燃料,允许进行更深入的分析和更明智的投资决策。

联合跨部门特遣部队401认识到,每一次测试、演示和评估都将有独特的目标和约束。因此,我们强烈鼓励参与组织在规划过程中尽早与联合跨部门特遣部队401协调,讨论其具体需求。这种早期协作将使联合跨部门特遣部队能够推荐最有效的数据收集策略,确保满足独特活动的目标,同时仍与企业级聚合的通用数据标准保持一致。

严谨的安全和附带效应评估:保护友军和公众是任何测试与评估活动不容妥协的先决条件。在所有实况测试之前,必须进行严格的安全评估,包括清场区、安全距离、靶场安全官,建立清晰的安全边界和交战规则。此外,评估必须包括一个正式的方法来衡量和描述反小型无人航空系统的潜在附带效应,包括动能破片场和电磁干扰,以确保该系统不仅有效,而且在其预期作战环境中安全且适用。

5.2 想定设计

有效的反小型无人航空系统想定设计是任何有意义的测试与评估工作的基石,因为它提供了衡量系统性能的基本背景。它通过创建一个现实的作战叙事,将测试从简单的技术测量转变为以任务为中心的评估。一个精心设计的想定细致地定义了威胁特征、物理和电磁环境的复杂性,以及小型无人航空系统将采用的具体战术。这种严谨性确保反小型无人航空系统不仅仅是根据规格表进行评估,而且是在可信的、具有挑战性的条件下受到真正的压力测试,提供了验证其真实作战效能的唯一可靠方法。

5.2.1 测试矩阵示例

这个假想的测试矩阵概述了一系列复杂的飞行场景,详细说明了固定翼和多旋翼无人航空系统的具体测试条件。对于每次测试运行,它改变了关键参数,如发射点、飞行路径、速度和高度。为保持清晰,在整个事件中保持不变的变量(例如,反小型无人航空系统位置、导航模式)应单独记录,而不是在表格中重复。也强烈建议用飞行路线的视觉示意图补充此矩阵,以增强评估团队的态势感知。

概览 任务 目标平台 高度(英尺离地高) 速度(英里/小时) 时间 发射点
R-1 情报监视侦察 Raider 400 20 昼间 11/17
R-2 单向攻击 C5ISR 第一人称视角 100 60 夜间 夜间
F-1a 单向攻击(S形曲线) Talon Pro 800 70 昼间 11/53
F-2 单向攻击 Mojito 3000 125 夜间 51B
M-1 多目标-情报监视侦察 Raider 1000 39 昼间 51B
C5ISR 第一人称视角 400 80 11
Squidhawk 1200 100 30 10
M-2b 多目标-单向攻击 Raider 500 39 昼间 51B
Mojito 1000 125 53
Mavic Pro 1500 46 11

:M-1和M-2任务概览将使用三种不同的无人航空系统同时操作进行。a F-1概览中,平台将执行一个大的S形曲线(转弯)而不是直线飞行。b M-2概览将包括协调发射,以使所有目标间隔大约10秒到达。

表 2.1-4. 复制者2 打击性能测试矩阵

图1 - 假想测试矩阵

5.3 评估环境

评估环境是反小型无人航空系统测试中最关键的变量之一,因为它直接影响系统的性能和结果的有效性。最终目标是在具有作战代表性的环境中进行测试,该环境紧密模拟系统将实际部署的物理和电磁环境。在无菌、开阔的沙漠靶场进行测试可能会产生令人印象深刻的技术规格,但这会产生一种危险的错误安全感,因为这样的条件并不能反映现代作战环境的复杂现实。

一个真正具有代表性的环境是对反小型无人航空系统的最终试金石。城市峡谷造成视线阻挡,挑战雷达和摄像头的跟踪。人口密集地区产生的杂乱电磁频谱充满了Wi-Fi和蜂窝信号,可能淹没射频传感器并产生高干扰报警率。雨、雾和热霾等大气条件会显著降低光电/红外系统的性能。因此,在考虑到物理杂波、电磁干扰和大气效应这种复杂相互作用的环境中评估系统,对于验证反小型无人航空系统的真实作战效能至关重要。

5.4 用于评估的任务工程与建模仿真

任务工程(ME)是开发有效反小型无人航空系统特征的基础,因为它将系统性能置于更广泛的作战背景下。任务工程不是孤立地评估传感器或效应器,而是根据现实的威胁时间线和目标,分析从探测到打击的整个端到端杀伤链。建模与仿真(M&S)是补充这种分析的不可或缺的工具。建模与仿真允许对巨大的权衡空间进行具有成本效益的探索,实现对复杂场景(例如协调集群攻击或在高密度电磁环境中的操作)的可重复、高保真度测试,这些场景通常在实况野外试验中因成本过高、过于危险或不切实际而难以复制。通过建模与仿真,规划者可以进行“假设”分析,量化单个性能参数(如跟踪精度或效应器射程)的变化如何影响整体任务结果。最终,任务工程和建模与仿真的整合使国防部能够定义、验证和优化反小型无人航空系统的特征,确保在投入大量资源用于物理原型和测试之前,所开发的能力与任务成功直接关联。

为了充分利用任务工程和建模与仿真驱动的方法,为它们提供动力的数据必须既易于获取又可解释。因此,为所有测试与评估活动采用通用数据格式至关重要。当来自不同传感器测试、实弹射击事件和作战评估的性能数据以标准化模式记录时,它可以被输入到任务工程工具和仿真环境中。这不仅能够直接比较不同的系统,而且创建了一个强大的数字反馈回路。结果可用于持续验证和完善模型,为未来的实况测试事件提供信息,从而最终提高对基于仿真的研究结果的信心,并加速开发更有效的反小型无人航空系统能力。

6. 数据收集与分析

严谨的数据收集与分析构成任何可信评估工作的基石,将简单的通过/失败观察转变为对系统性能的更全面的诊断性理解。它提供了客观证据,用于识别关键的杀伤链瓶颈、量化特定条件下的性能,并验证系统随时间的改进。最终,有纪律的数据收集与分析策略超越了传闻反馈,使得能够就系统采办、条令开发和未来投资做出真正由数据驱动的决策。

7. 报告与数据管理

为确保反小型无人航空系统评估指标的完整性、准确性和标准化,所有评估必须遵守严格的报告和数据管理规程。各组织必须与指定的测试与评估活动进行协调,这些活动能够在整个特征描述过程中促进专业、高保真度的数据收集。数据捕获对于验证关键性能参数(KPPs)和支持稳健的系统分析至关重要。为满足此要求,联合跨部门特遣部队401将积极协助各组织协调必要的数据收集资源和基础设施,确保应用标准化的方法,并且所有生成的数据集都满足后续审查、分析和授权传播的基线分析标准。

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