DARPA启动未来战场空域全面感知项目

一、项目背景

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、弹药和导弹充斥天空。为消除与友军之间的空域活动冲突以及快速对抗敌人战场行动，DARPA启动ASTARTE项目，通过研发新技术有效整合各作战域的影响。

二、项目目标

DARPA战略技术办公室项目经理保罗•扎布洛茨基表示，ASTARTE项目目标是在最复杂、最具挑战性的反介入/区域拒止（Anti-Access/AreaDenial，A2/AD）环境中提供动态空域的实时通用作战图。DARPA希望提供一个更为精确、及时的空域作战图，以在同一空域能够同时且更为安全地执行远程火力任务以及开展有人驾驶飞机和无人机作战。

ASTARTE不仅可为友军提供持续更新的实时、4D战场动态图，还可利用其传感器网络探测并绘制对手的位置，从而提高美军在A2/AD环境下的态势感知能力。与先前创建动态空域通用作战图的尝试不同，ASTARTE并非寻求开发联合及联盟合作伙伴必须使用的软件及硬件通用框架，因为ASTARTE的“引擎”或“大脑”旨在与各军种目前及将来使用的指挥与控制系统（Commandand Control，C2）兼容，并自动将最新相关的空域信息推送到所有联合作战单位。

三、项目技术领域

ASTARTE将重点解决最具挑战性的空域问题——在敌人的A2/AD环境下作战的陆军师级单位以上的空域。该空域包含陆军、空军、海军、海军陆战队、特种作战部队、联军以及对手的有人驾驶/无人驾驶飞机及弹药等。为实现项目目标，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。

（一）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-1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。

（二）技术领域2（TA-2）：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。传感器网络覆盖由空域的多个覆盖区域组成，可以利用各种传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。

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。

（三）技术领域3（TA-3）：虚拟实验室试验台

TA-3的目标是开发一个虚拟试验台环境，其中包括对空域、传感器和虚拟机模型或现有C2系统的实际实现进行比实时更快的模拟。ASTARTE还将与情报反馈接口，这将使ASTARTE了解和影响联合任务。这个测试平台将充分利用开放架构和最佳DevSecOps实践和软件。它将允许探索空域操作算法和感兴趣的传感器模型的完全虚拟实现。通过利用基于陆军指挥所计算环境（CPCE）的通用软件框架，该环境将支持从虚拟仿真到实际操作的无缝过渡。系统的整体性能将通过建模与仿真以及现场试验和演示进行评估。

（四）跨技术领域互动

每个ASTARTE技术领域是独立的，有独立的目标，并将独立评估。然而，ASTARTE的执行者必须从整体系统的角度来理解一个技术领域的决策是如何影响另一个技术领域的。根据设想，当基于真实作战场景、真实情报或指挥与控制数据、真实威胁系统或真实蓝军平台和武器的算法用于开发、训练、试验或测试系统时，ASTARTE引擎和传感器网络将在秘密级别运行。ASTARTE执行者必须具有在机密级别处理和生成机密信息的适当能力。

四、ASTARTE项目架构

ASTARTE项目有3个阶段，共46个月。这3个阶段如下：

阶段1：组件开发，14个月；

阶段2：虚拟环境集成，14个月；

阶段3：实时环境集成，18个月。

提案人必须在一份提案中提出一个解决方案，涉及所有技术领域，即TA-1、TA-2和TA-3。每份投标书应包括第1阶段（基础）和第2阶段和第3阶段的单独定价方案。不包括所有助教和阶段2和阶段3的单独定价选项的提交将不予考虑。预计ASTARTE第1阶段将有多个演示验证者。第2阶段和第3阶段选择权行使的决定将基于前一阶段的业绩和资金可用性。

（一）第一阶段

第一阶段，基期，14个月。第一阶段，TA-1的任务是开发算法并对算法进行单元测试以验证性能。这些算法将模拟多个空域用户的行动过程，识别冲突，确定当前和预计的空域使用要求和相关的置信水平，并提出具有评估风险水平的替代解决方案。这些算法还将开发一种传感器收集策略，根据计划监测空域运行，并为网络中的多个传感器源分配任务。预计开发的算法将从虚拟环境无缝过渡到真实环境，并在虚拟环境中比实时运行更快。执行者还将开发方法和接口，使算法能够在TA-3虚拟实验室试验台上运行。执行者将确保TA-1技术能够从空域管理和操作系统中检索数据并将数据传送给空域管理和操作系统。在第一阶段结束时，执行者将向政府提交他们的算法。

在第一阶段，TA-2的任务是设计一个符合ASTARTE规范的传感器网络架构，为虚拟环境开发传感器模型，采购传感器原型，确保传感器与标准军事信息格式的接口，并对传感器进行单元测试以验证性能。在第1阶段结束时，执行者将向政府提供传感器网络架构规范、模型和模型软件。

在第一阶段，TA-3的任务是开发虚拟实验室试验台体系结构、TA-1和TA-2如何集成到该体系结构中的规范，并将与政府合作，为现有空域系统的虚拟机实现定义接口。TA-3将根据陆军的CPCE开发虚拟实验室试验台，利用政府提供的硬件和现有空域管理系统的虚拟机实现。TA-3将与政府合作，确保TA-1和TA-2技术能够集成到虚拟实验室试验台中。在第一阶段结束时，演示验证者将展示一个与现有空域管理和操作系统集成的虚拟世界模型。

（二）第二阶段

第2阶段，备选方案1，14个月。在第2阶段，TA-1的任务是支持将理解和决策算法集成到虚拟实验室试验台中，并支持根据度量进行性能评估。这些算法将在集成和性能评估的基础上进行改进，并在必要时不断改进。

在第2阶段，TA-2的任务是支持将传感器模型集成到虚拟实验室试验台中，并根据指标进行性能评估。传感器模型和评估将根据需要进行改进和持续改进。

在第2阶段，TA-3的任务是将理解和决策算法以及传感器模型集成到虚拟实验室试验台中，性能将根据第1阶段制定的指标进行评估。在操作环境中，实际模型的运行速度将快于实时模型。将进行反复的改进，并根据需要重复性能评估。

（三）第三阶段

第3阶段，备选方案2，为期18个月。在第3阶段，TA-1和TA-2任务将通过实时战术空域集成系统（TacticalAirspace Integration System，TAIS）、先进野战炮兵战术数据系统（AdvancedField Artillery Tactical Data System，AFATDS）、战区作战管理核心系统（TheaterBattle Management Core System，TBMCS）、传感器和其他系统支持任务规划和运行，这些系统涉及到实时环境中的空域管理和运行。

在第3阶段，TA-3的任务是通过集成TA-2传感器并连接TAIS、AFATDS、TBMCS和其他涉及空域管理和运行的数据馈送和系统的实时版本，将虚拟能力转变为实时能力。在作战环境中，实际模型的运行速度将快于实时模型。在国家训练中心（NationalTraining Center，NTC）或其他政府设施进行的实验将包括旅级联合作战和师级指挥所的实战演习，以演示场景。

联合旅的行动将持续大约3周，是一个真实的作战环境，有模拟和实弹射击以及近距离空中支援任务。师级指挥所演习将在陆军师级总部进行，为期一周，包括模拟火力和近距离空中支援任务。预计表演者将部署传感器网络和算法，以支持这些事件，充分参与空域行动，并展示ASTARTE的能力。

五、项目意义

该项目对于实施DARPA的“马赛克战”概念至关重要，该概念要求在提供火力和其他效应的空中、地面和海上节点组成的复杂网络之间实现无缝协同作战。此外，对于国防部为支持联合全域指挥与控制（JointAll-Domain Command and Control，JADC2）作战而正在制定的新作战概念，该项目是一个有力的补充。

本文来源：军事文摘