无人机系统对在海上作业的海军舰艇构成持续且不断演变的威胁，其范围涵盖从隐秘的情报收集到具有杀伤力的动能攻击，正如红海等近期冲突所展示的。本文识别并分析了海军舰艇在面对敌对无人机系统时的关键脆弱性，并利用“发现-定位-跟踪-瞄准-交战-评估”杀伤链流程评估了有效的应对措施。本研究采用系统工程方法，基于开源数据进行建模与仿真，以分析动态海洋环境中的动能与非动能反无人机系统策略。通过分析，获得了提升海军部队生存能力、以应对敌对无人机系统的洞察，并为更广泛的国防界提供参考。具体而言，要使海军舰艇达到至少99%的生存概率水平，在中等威胁条件下需要对选定的传感器-反无人机系统配对进行针对性优化，而在更高威胁场景下，则需要对几乎所有传感器和反无人机系统的性能进行显著提升。因此，本研究结果明确了海上舰艇为应对日益严重的敌对无人机系统威胁，可采取的潜在自适应分层防御解决方案。

图：受限海域环境中的作战概念图。围绕指挥中心和海军舰艇的黑色同心环，展示了针对无人机系统、具有不同有效作用范围的各类“发现-定位-跟踪-评估”系统。围绕指挥中心和海军舰艇的红色同心环，则展示了具有不同有效作用范围的各类反无人机系统。

本文审视了海上海军舰艇面对无人机系统的主要脆弱性，以及为减轻相关脆弱性所需的应对措施。随着无人机技术持续进步和成熟，对手愈发能够利用无人机系统对海军部队防护和海上行动构成日益严峻的挑战。因此，部署在海上的海军舰艇不能再只针对常规威胁做好准备，而应采取分层防御策略，以避免成为日益复杂的敌对无人机系统的猎物。

文献综述探讨了无人机系统对海军舰艇构成的不断演变且重大的威胁，首先评估了无人机系统的属性、能力和战术应用，随后研究了从基于传感器的探测到动能与非动能在内的多种可用应对措施。同时，整合了过往研究中的关键见解，以论证海上舰艇采用分层防御策略应对敌对无人机系统这一方法的合理性。总之，文献综述提供了整体性的理解，以便在本研究中能够有效地执行建模与仿真。

在对两个关注场景进行建模与仿真之前，制定了两个作战概念，以说明海军舰艇如何在近海和开阔海域环境中运用分层防御策略应对敌对无人机系统。为支持建模与仿真工作，从公开来源收集了相关参数，并运用了多种系统工程工具，即 ExtendSim 2024 Pro、Innoslate 4 和 Minitab 22。关于仿真输入，共确定了七个关键参数，并使用全因子设计方法进行变化，生成了总计128个参数组合以供后续分析。

基于仿真结果，使用预先设定的分析指标进行分析，以评估场景1和场景2的基线结构。结果表明，即使减少任一场景中生成的无人机系统数量，两种场景的基线结构均不足以使海军舰艇达到规定的至少99%的生存概率要求。接着，对两种场景的变体结构进行了分析，为场景1提供了关键启示：从六个关键参数（排除“密集阵”近程防御武器系统的毁伤概率）中，强化至少一对传感器和一种反无人机系统能力，即可使海军舰艇达到规定的至少99%的生存概率要求。然而，对场景2的进一步分析表明，只有当从五个关键参数（排除 Safran 的探测概率和“密集阵”近程防御武器系统的毁伤概率）中，显著增强两种传感器和三种反无人机系统能力时，所有三艘海军舰艇才能达到规定的至少99%的生存概率要求。

本研究表明，海军舰艇有必要采用有效的分层防御系统，以减轻其在海上面对敌对无人机系统时的脆弱性。尽管本研究存在若干局限性，例如对敌对无人机系统所采用战术的简化，以及保守地假设敌对无人机系统造成的任何成功毁伤均会影响目标舰艇的生存概率，但所得出的关键见解对于舰艇适应并酌情改进针对不同数量敌对无人机系统的分层防御策略是有益的。此外，本论文的未来工作可考虑以下几个方向，即成本效益分析、对能够利用人工智能或具备混合能力的未来型无人机系统进行更深入研究，以及对军用无人机母舰概念的更多探讨。

本文共包含五章，重点在于应用分析研究方法，该方法涉及对问题的定量或计算分析，并结合数据的统计分析。具体而言，利用了基于模型的系统工程工具实现的建模与仿真，以及统计分析，来评估在假设场景下海上舰艇应对敌对无人机系统所能采取之应对措施的有效性。

第1章提供了论文的背景、问题陈述和研究问题。所呈现的整体信息阐述了本论文的研究动因和价值主张。第2章聚焦文献综述，这支持了现有印象，即在面对敌对无人机系统时，针对海军舰艇处于更动态、更危险海上环境的场景建模研究有限。总体而言，文献综述集中于无人机系统的威胁分析以及反无人机系统应对措施。第3章利用 ExtendSim 对关注场景进行了建模与仿真。场景建模基于设想的海军舰艇应对敌对无人机系统的作战概念。用于建模与仿真的数据来源于开源和公开可得的材料。第4章讨论了对关注场景建模与仿真所得结果的分析，以得出有价值的见解。第5章总结了本论文，给出了所获关键见解以及对未来工作的建议。