本项目聚焦于通过基于模型的系统工程方法，在排级单位集成与实施反小型无人机系统技术，以支持作战实验。美国陆军“概念聚焦作战实验”汇集了多种反小型无人机系统技术，项目组利用系统建模语言对这些技术进行了筛选与建模。MBSE团队构建的模型与方法论将各项技术分解为其行为与组件，使能够全面掌握并理解其能力。块定义图等模型将整体系统分解为基础构件，而活动图则捕捉了相应系统的动作或行为。在利益相关方与指导教师的指导下，所开发的模型清晰、分层地展示了应对现代战争中无人机威胁的替代性解决方案。

关键词：小型无人机系统；反无人机系统；系统建模语言；步兵战士仿真系统

1. 引言

1.1 背景

对手小型无人机系统的迅猛增长对美国部队在现代战场上构成了重大威胁。作为回应，美军正测试多种反无人机系统技术，包括“无人机克星”、“移动式低速低空无人机综合防御系统”以及“天景”系统等（Paulsen, 2025）。通过与“作战聚焦作战实验”的合作，本毕业设计项目对四种反小型无人机系统技术进行了建模，分别是：远程自主综合防御交战漫游车、双光谱遮障筛查系统、探测-跟踪-识别系统以及多光谱伪装披风。在俄乌战争中，乌克兰陆军已设立独立的无人机军种——“无人系统部队”（Kirichenko, 2025）。现代战场正经历快速变革，各国军队的无人机体系必须适应这些新变化。未能适应者将在战争中被淘汰。鉴于敌方无人机系统能力增长迅速且杀伤力极强，轻步兵排亟需有效的反无人机能力。本毕业设计项目旨在通过基于模型的系统工程方法，对轻步兵排反无人机能力的设计与实施进行建模，并就排级作战行动的调整提出建议，以支持“概念聚焦作战实验”。

1.2 美国陆军应对策略

美国陆军“部队结构转型”计划将原训练与采办司令部重组为“转型与训练司令部”，负责统筹全陆军实验与训练指导工作（T2COM, 2025）。在转型与训练司令部框架下，陆军未来司令部被赋予重任，通过“概念聚焦作战实验”验证技术，弥合美军能力与近邻对手之间的差距（FUTURES and CONCEPTS COMMAND, 2026）。“概念聚焦作战实验”致力于通过集成实验推动陆军现代化，涵盖从步兵排级到战区级指挥控制、跨域火力以及分析系统建模与仿真等领域。MITRE等防务企业提供各类技术、研究与假设，指导“概念聚焦作战实验”的开展，为指挥官提供必要信息，以便将这些技术与所属部队集成，提升杀伤力。“概念聚焦作战实验”旨在验证新技术效能，提升士兵战场作战效率，并促进各军兵种与团队间的协作。

2. 方法论

问题陈述如下：希望通过基于模型的系统工程方法，对轻步兵排反无人机能力的设计与实施进行建模，并就排级作战行动的调整提出建议，以支持“概念聚焦作战实验”。该问题陈述旨在利用系统建模语言，从设计与行为两个维度对拟在“概念聚焦作战实验”中测试的技术进行建模，使实验团队能够最优设计防御敌方无人机的场景。与利益相关方的互动有助于识别“概念聚焦作战实验”中的关键难点，突破限制，从而开展仿真以模拟现实场景，并为轻步兵排提出改进建议。

作为方法论的初始步骤，确定了支持“概念聚焦作战实验”的技术清单。技术输入包括：远程自主综合防御交战漫游车、双光谱遮障筛查系统、探测-跟踪-识别系统以及多光谱伪装披风。陆军“接触转型”重点与国防采办变革相结合，要求采用动态方法理解新技术对部队的集成影响与效能。特别是，必须理解新技术对战术、技术与程序以及部队编制结构所引发的变革。陆军正通过从静态、预计划实验（如旧版“概念聚焦作战实验”）向动态、集成训练与转型活动的转变来应对这一挑战。这种新方法需要一种动态的分析、记录与沟通实验中发现的变化与经验教训的手段。本文所述的基于模型的系统工程方法为实验人员提供了动态能力，使其能直观了解并实时更新部队编制与作战行动如何受新技术集成的影响。这使他们能够清晰记录测试用例与结果，从而有效推动制度性变革。未来的工作将扩展详细方法，以便在训练与转型演习中运用此方法。

使用了两种系统建模语言图：块定义图与活动图。块定义图以分层方式展示技术，帮助全面理解系统结构。这有助于“概念聚焦作战实验”团队理解并审视其关注的标准，如模型中的速度、重量与生存性等。作为模型输入的一部分，利益相关方设定的评估标准已成为模型的组成部分。这些标准包括生存性、速度与重量。利益相关方优先考虑的价值指标是技术识别敌方无人机的速度，以及技术做出反应并实施对抗的速度。随后，团队通过活动图对每种系统的行为进行建模。活动图使用户能够理解技术在给定场景中的运作方式，以及士兵与系统之间的交互。活动图还展示了各项价值在给定场景行动过程中的相关性。

技术通过系统建模语言图展示的输出及其价值，构成了理解各系统工作原理的模型。每个模型将系统分解为“概念聚焦作战实验”团队需考虑的组成部分，并构建出融合评估技术与步兵排结构的图表。团队从活动与交互模型中得出的另一项输出，是理解士兵运用技术时可能面临的场景与决策。这些活动与交互模型将有助于界定仿真范围，从而准确模拟排级单位防御无人机所需的要素。

模型的约束与局限性在于，研究主要侧重于被动防御建模，限制了考虑对敌方无人机的主动防御能力，唯一的主动防御技术是远程自主综合防御交战漫游车。此外，仅能获取与“概念聚焦作战实验”团队商定技术的相关数据。为合理仿真技术，与“概念聚焦作战实验”团队需对许多数值进行假设。假设第二组及以上级别的无人机资产将由连级单位应对。第二组无人机重量约21磅或以上，最大速度与高度均高于第一组。其次，假设对手无人机资产具有开源文献所述的基线抗毁性，或类似于美国无人机能力。还假设公开发布的非密研究平台上的技术规格具有合理准确性。最后，假设“概念聚焦作战实验”团队制定的被动防御场景即为技术的实际运用方式。

2.1 建模方法

正在对最适合对抗第一组无人机资产的替代方案这一复杂问题进行建模。第一组无人机重量低于5磅，电池续航与飞行距离有限，相较于其他组别无人机资产，属于更小的无人飞行器。为此，使用Magic Systems: Systems Architect建模平台。选用该系统的原因在于其易于理解与可视化，且与系统建模语言具有良好的兼容性。建模此问题的目的是提供透明、易懂的技术快照，展示技术间的交互及其在对抗无人机资产时的整体价值（Estefan, 24）。利用该平台，对四项技术进行了建模：远程自主综合防御交战漫游车、双光谱遮障筛查系统、多光谱伪装披风以及探测-跟踪-识别系统。

2.2 系统建模语言

使用系统建模语言具有多重优势。其核心优势在于提供了清晰、详细的沟通渠道，且陆军当前正运用系统建模语言对当今世界与任务工程集成的复杂问题进行建模。同样，该语言与平台便于技术替换，以测试不同替代方案并评估其价值。系统建模语言包含三大支柱，本团队聚焦其中两大支柱构建模型。这三大支柱分别是结构、行为与需求（Delligatti, 5）。聚焦于结构与行为支柱，分别通过块定义图与活动模型进行建模。

3. 建模

3.1 块定义图

块定义图为团队所选技术在轻步兵排内的整体建模与集成提供了显著优势。通过系统建模语言将各项替代方案分解为其组成部分与价值属性。块定义图允许用户展示事物的结构，即展示构成块的组件与价值属性。在课题中，为每项技术绘制了图表，不仅展示其构成组件，还展示与之对应的价值属性。远程自主综合防御交战漫游车被分解为不同模块，如雷达系统、集装箱化武器系统、轻型底盘、机械装置与传动系统。所有模块均具有不同的价值属性，有助于定义与阐明模型。蓝色标记的“无人机”模块描绘了敌方无人机，并通过端口与注释展示了其与远程自主综合防御交战漫游车的关联关系，表明了各元素的相互识别机制。对于其余三项技术，也建立了类似的图表，描绘了各组件及其对应的价值属性。块定义图的重要性在于，它使利益相关方能够审视其技术的结构，以及团队在设计过程中所做的假设与变通。这些假设包括寻找具有相似电池寿命与柴油输入的同类设备进行插值，以准确模拟远程自主综合防御交战漫游车的性能。块定义图是模型最基础的结构模块，奠定了组织的基石与互联性，使项目团队能够在此基础上构建更复杂的模型，深化问题集的复杂度与深度（Delligatti, 24）。

3.2 活动图

作为块定义图的补充，活动图不建模结构，而是建模行为。这些模型直观展示了系统在“概念聚焦作战实验”团队制定的各场景中的响应方式。其中一个典型场景是：部队在任务巡逻途中遭遇敌方第一组无人机资产接触。针对每项技术，模拟了对区域内无人机威胁的响应流程。每项技术的行为被分解至不同的泳道，以显示技术的哪个组件正在执行何种活动。每个活动由一个圆角矩形表示，每个泳道拥有一个起始节点与一个终止节点，其间包含多个活动。这些特定图表采用迭代格式设计，以展示对第二架无人机或增援要素的响应。此类模型对于确定建模的实地测试环节至关重要。虽然此种建模方式无法获得与仿真同等的数据量，但它提供了更为简洁、清晰的概览，且当与块定义图结合时，能够提炼出理解系统所必需的关键数据，例如技术对威胁的响应方式或可行的特定行动方案。活动图作为仿真的建模支撑，使利益相关方与团队成员能够审视技术可能采取的路径。这对于陆军制定战术、技术与程序具有至关重要的意义。

3.3 模型的交互

块定义图与活动图相互关联。每一项活动均可追溯至特定的模块，如表1“分配矩阵”所示。第一列代表正在发生的活动，如图2所示。第二列显示该活动的类型或其归属。除首行外，第一列的所有内容均为活动，第二列全部标注为“行为”，表明该活动是技术正在执行的一种行为类型。第三与第四列分别显示活动的分配来源与去向。通过这两列，可以清晰地看到块定义图与活动图所描述的物理结构是如何与活动相关联的。如第2.2节所述，每个活动图均包含泳道，第三列显示了活动被分配至哪个泳道（如适用），这有助于追溯与组织，明确各组件负责的具体任务。这一逻辑适用于所有技术与图表。例如，“重新评估目标”活动被分配至“集装箱化武器系统”泳道，而“态势评估”活动则被分配至“披风活动图”及其他模块，同时也分配至“集装箱化武器系统”泳道，这表明两项技术在相似模式下使用了同一活动。第三列“分配自”显示了该活动与其他活动的关联。这对于以更清晰、更有条理的方式查看活动图中发生的事件序列至关重要。分配矩阵的重要性在于其可追溯性。构建如表1所示的矩阵，使利益相关方与团队能够追溯所开发模型所有组成部分的来源。这至关重要，主要原因在于支持实验。若团队需要替换某个模块或活动以获取不同或更新技术的测试结果，可以查阅矩阵，评估其对整体模型的影响。通过这种方式，它赋予了灵活性、测试的便捷性以及建模替代方案的能力，从而在仿真中探寻最优解决方案。

表1 分配矩阵

名称	归属	分配至	分配自
RAIDER	行为	RAIDER 远程自主综合防御交战漫游车 (RAIDER)	RAIDER
重新评估目标	行为	APKWS (CWS)	目标被摧毁
扫描增援无人机	行为	雷达系统
寻找掩护并等待指令	行为	RCV-L 底盘 (Ripsaw M5)
发送信号警告分队	行为	雷达系统
态势评估	行为	活动披风；继续执行任务 (上下文 APKWS (CWS))；交战无人机；等待目标进入距离 (上下文 APKWS (CWS))；总部武器	无线电上报上级
目标被摧毁	行为	目标被摧毁；重新评估目标 (上下文 APKWS (CWS))；压制目标；远程自主综合防御交战漫游车 (RAIDER) 无人机	目标被摧毁

这些技术的系统建模语言模型元素可映射至构造仿真的输入参数。这种映射并非完美的一一对应，因为建模数据并不总是直接对应于仿真输入。为展示此效用，开展了一项集成练习，将系统建模语言模型元素映射至仿真输入。块定义图中的价值属性对应于“步兵战士仿真系统”数据库中构建的能力参数，例如，远程自主综合防御交战漫游车的杀伤概率属性映射至“步兵战士仿真系统”数据库的失能概率。相应地，活动图映射至“步兵战士仿真系统”任务规划器。活动图与块定义图均从不同视角为分析各类技术层面提供了价值。能够团队协作撰写同步报告，深入剖析每项技术的优势与短板。这些报告也使团队更深入理解技术在“概念聚焦作战实验”设定的“遭遇无人机接触后响应”场景中的行为表现。这些信息被用于完善活动图，并在仿真中提高士兵动作的准确性。最终，对结果进行解读与清洗，为“概念聚焦作战实验”团队面临的问题提供优化解决方案建议。

4. 结论

4.1 建议

对远程自主综合防御交战漫游车、双光谱遮障筛查系统、探测-跟踪-识别系统及多光谱伪装披风的建模，使“概念聚焦作战实验”的利益相关方能够理解这些技术如何与轻步兵排系统的其他部分交互（见表1）。这影响了陆军及利益相关方在实施新战术技术与程序及开展实验时对技术的认知。陆军运用系统建模语言解决复杂问题，因此以通用语言提供模型，为任务工程概念提供了关键的理解与实用的集成途径，例如在遂行任务时量化替代方案的效能（研究与工程国防部副部长办公室，12）。模型提供了替代方案与结构价值属性，使利益相关方能够斟酌何种方案最符合任务需求。模型是本毕业设计的成果，其所提供的信息（如结构与特性）可为仿真建立基线。正如分配矩阵（表1）所示，模型提供了宝贵的可追溯性信息。这使利益相关方在实验过程中，若希望基于“在不牺牲速度或增加过重负担的前提下，最优对抗第一组无人机资产”的假设进行调整，能够追溯至最细微的细节与层级。总体而言，模型就技术在排级单位的结构与组织方式提出了建议，并就技术在遭遇无人机攻击时的行为模式提供了基础框架。团队为“概念聚焦作战实验”成功建模了四项技术；然而，基于模型与仿真运行的结果，并不存在单一的最优技术解决方案。在寻求特定任务线索（如士兵生存率）时，技术的组合运用通常能取得最佳效果。建议组合运用所建模的技术，例如双光谱遮障筛查系统与伪装披风，并针对拟完成的具体任务线索进行仿真推演。所构建的模型为仿真提供了基础起点，也为活动图所展示的可能战术技术与程序及行动提供了框架。

4.2 未来工作

在未来的工作中，可以引入不同的技术。陆军其他兵种可使用百余种技术。本次研究将自己限定在轻步兵单位可使用的技术范围内。也可以调整排级单位中各项技术的数量。模型的另一项可变更项是所做的假设。假设轻步兵排在气候稳定、无气象影响的条件下使用技术，这在实际环境中极不可能。假设地形类型为无障碍地形，未来可对部队在严重受限地形中的行动进行建模。地形改变可能影响模型结果，导致不同结论。此外，仅能获取公开信息，因此无法对存在的涉密技术进行建模。未来工作需涵盖的另一个主要变量是其他类型的敌方无人机。本次研究使用了第一组无人机，但还存在更具杀伤力与能力的敌方无人机系统。

5. 参考文献

略