應海軍研究局要求，蘭德公司2019年1月發布題為《先進的自主系統——無人艦艇技術的現狀及未來發展趨勢》報告（下稱《報告》）。《報告》以海軍無人潛航器（UUV）和無人水面艇（USV）兩大平臺為基礎，探索了增加海軍自主系統的數量和能力的潛力，審查了自主系統的發展和海軍的作戰需求，描繪了最新的自主技術如何有效地推進當前和未來作戰。

自主技術的現狀

自主技術的發展一直相對穩定，但目前尚未出現能夠應對突發狀況的自主系統，且未來很長時間內也不會出現。如果沒有大規模而針對性的投資和開發，很難實現無人系統的軍事應用，商業現貨技術還無法支持復雜的任務。

《報告》指出美海軍應重新審視關于自主技術發展的假設；在需要高度自主的系統中，將自動生成技術與其他功能（如發電和存儲）的開發結合起來；使用自主系統的獨特優勢研發新的作戰概念；重新評估未來無人系統設計需求；研發使自主系統高效決策的技術；開發可使人們定期評估自主系統的機制；評估復雜多任務平臺的可行性，同時考慮簡單且協同性平臺。

《報告》針對算法、有效載荷和平臺分析了自主系統的現狀：

①算法。算法是自主系統的核心，機器學習算法尤其適用于探索性任務，如基于圖像或其他傳感器數據的目標分類任務。機器學習技術雖然有所發展，但鑒于自主系統對嵌入式計算的更高需求，以及對抗機器學習技術的新興技術的出現，機器學習技術的軍事應用也在衰減。目前，基于控制理論的設計方法在軟件代碼領域沒有明確的發展，加之驗證和確認算法的技術有限，導致算法在水下運行面臨嚴峻挑戰。

②有效載荷。有效載荷是自主系統所攜帶的設備，旨在與外界環境的交互。主要包括導航系統、傳感器系統、通信和武器。

③自主平臺。大多數平臺都是中小型的，最大速度和耐久性都相對較低。其中速度是關鍵參數，航速與推力之間的關系決定了自主平臺的規模。燃料電池和核能可提升平臺的耐用性，但核動力系統仍存在諸多安全問題。

現有殺傷鏈的自主性

殺傷鏈是指為達到作戰效果所需的一系列事件，殺傷鏈的步驟通常包括情報準備、檢測、定位、瞄準和交戰。海軍認為，自主性可得到最好利用的三個領域是水雷反制措施（MCM）、拒止區域情報、監視與偵察（ISR）和作戰欺騙。在這些領域中，有人系統操作面臨的風險較高，需要在不利環境或不確定環境下執行任務。

①MCM。MCM有兩種類型。一是獵雷，目前一些無人艦艇專為MCM設計或可用于MCM，其運用可提高積極識別水雷的機會。但是，當前的殺傷鏈需在與不同傳感器接觸時進行多次信號傳遞，耗時長、過程復雜，主要原因是多個傳感器未以一致的方式連接，無法共享目標信息。二是掃雷，當前，除利用艦艇發出引爆水雷的壓力信號進行掃雷外，無其他掃除壓力水雷的方法。掃雷要求艦艇能夠沿預先設置的道路航行，并正確對預期目標水雷產生影響。自主系統可輕易完成預設道路的航行，但對自主糾正設置的能力需求不高。

②拒止區域ISR。執行該任務時，潛艇面臨的風險較高。使用無人自主系統進行拒止區域ISR任務時，其殺傷鏈在某些方面與使用有人系統類似。如果UUV想要有效完成拒止區域ISR任務，將需要額外的自主能力，包括優化傳感器和采集系統、判斷已收集數據的價值以減少傳輸量、安全傳輸相關數據、感知并適當應對威脅等能力。

③作戰欺騙。作戰欺騙旨在使敵人搜索虛假目標，甚至可能對虛假目標發動大規模襲擊。為執行遠程欺騙任務，海軍歷來使用有人平臺模擬虛假目標。然而，在作戰欺騙任務中，無人系統也可發揮重要作用。此外，無人系統若想有效完成任務，需可靠復制航母打擊群（CSG）的行為和信號，并尋求以下能力：獨立航行到CSG視線控制能力之外的區域；與其他無人裝備協調定位，以在雷達上可靠地顯示類似于CSG的兵力；操作系統可靠地復制CSG的發射器；主動或被動自衛。

未來艦隊架構及其自主能力

《2017財年國防授權法》要求國防部開發三種獨立的艦隊架構，以幫助確定2030年及以后鞏固海軍的關鍵能力和部隊結構。未來艦隊設計架構（FFDA）中自主性需求包括：

①克服A2/AD挑戰。海軍的FFDA要求艦船廣泛分散，所有艦艇都具備能夠運載導彈或其他動能載荷的能力。這一要求可能意味著艦船不能被允許執行單一任務，且MCM系統需要更小的空間，并實現自主操作，因此需要傳感器處理和機載決策方面的進步。

②在拒止區域收集情報。這一任務中，UUV不僅需要穿越水雷和障礙，而且需在拒止區域連續不斷地克服水下傳感器和武器面臨的挑戰，UUV傳輸信息的能力將被極大地限制。UUV具備在此環境下執行任務的潛在能力，其滲透能力也可對進攻性布雷任務起到作用，但拒止區域內使用自主系統的價值值得懷疑。

③進攻性布雷。該任務要求UUV在A2/AD系統傳感器范圍之外的距離內航行，且無法被探測；避開障礙和反制措施；攜帶足夠多水雷，以形成一個有效雷區；潛在控制已部署的感應水雷的引爆。

④拒絕被瞄準及執行無人水面作戰群作戰。FFDA在很大程度上依賴于拒絕被瞄準的能力，可通過分散、欺騙、發射控制和使用與主機平臺異步通信的非機載傳感器來實現。此外，FFDA還定義了無人水面作戰群行動的需求，作戰群應能夠瞄準和發射武器，包括地空導彈和對陸攻擊導彈。