2021年美军智能化训练研究新进展导读本文从美军超现实虚拟综合训练环境一一STE系统、新型实战训练仿真系 统 eBullet系统、人脑活动与人工智能结合的人-机组队训练系统、高效无人战车学习系统、人工战斗增强现实TRACER训练系统、Tech Solutions航母模拟 训练系统、人工智能空战训练系统以及无人机RPA训练系统等方面对美军智能 化训练研究的新进展进行了调研梳理可以看出，以人工智能、虚拟现实与增 强现实等技术为核心的智能训练系统正逐渐成为美军训练研究的主流，并涵盖 不同军种的士兵训练、无人装备训练、航母等主战装备的相关训练、人-机协同 训练，以及复杂作战环境下的模拟训练等多个层面在信息化、智能化作战平 台与武器装备被大量应用的现代化战争中，战场环境更加复杂与危险，因此美 军在智能化训练方面的研究工作值得各国借鉴学习但同时也应看出，美军在 该领域研究的诸多方面也只是处于探索阶段，仍然面临诸多挑战目录导读 1目录 1????超现实虚拟战场训练环境一综合训练环境(STE) 2????新型实战训练仿真系统——eBullet系统 5????美陆军智能化训练探索方向 7??????人脑活动与人工智能结合的人-机组队训练系统 7??????高效无人战车学习系统 8????美海军智能化训练探索方向 9??????人工战斗增强现实TRACER训练系统 9??????Tech Solutions航母模拟训练系统 10????美空军智能化训练探索方向 11??????人工智能空战训练系统 11??????无人机RPA训练系统 12????小结 14??.超现实虚拟战场训练环境一一综合训练环境(STE)为了创建能够真实模拟士兵作战的复杂作战环境，以及能够支持电子战、 网络空间与大城市作战的战场训练环境，美陆军于2018年美国陆军协会(AUSA) 年度会议上提出综合训练环境(Synthetic Training Environment, STE),该系统 由培训模拟软件、培训管理工具和一个世界地形(One World Terrain, 0WT)组 成：????培训模拟软件将支持在多个位置和培训平台上同时进行培训；????培训管理工具允许用户通过模拟数据库构建培训方案，用于计划、执行 和评估培训；????0WT是美国陆军所打造的人工训练环境的数据库，包含城市和关键地 形的卫星影像与3D模型的全新数据库，能够与战场上指挥控制系统相接，实现 快速更新，还能进行跨平台移动，为士兵提供准确、逼真的战区训练环境。
STE基于虚拟、游戏和电信行业等应用程序开发，其核心目标在于沉浸式、 集成虚拟训练，将实时、虚拟、建设性和游戏环境整合到综合培训环境中，并 提供该环境下全面的集体培训与任务演练能力基于0WT的支撑，STE将更有 助于士兵加强决策、发展认知技能、增强团队合作、增强自信和建立肌肉记忆此外，将现场环境培训与STE系统相结合，还能够客观地与训练者一起收 集信息并将信息提供给士兵，使士兵能够同时拥有客观和主观信息，并根据实 际表现衡量培训目标；STE的研究还专注于建立通用数据、标准、地形与开放 架构，以使未来即插即用教练机的快速集成成为可能，以最大化互操作性、易 于集成和节约成本，革新新武器系统的训练与采购过程总之，STE能够将基地、战斗训练中心和部署地点等所进行的实际多域作 战训练环境整合到系统之中，使受训人员与单位具备适应不断变化的操作环境 的能力，从而通过重复、多梯队、多领域、联合武器机动和任务指挥训练大幅 提高战备状态目前，OWT、培训模拟软件培训管理工具与虚拟集体培训师已 经成型，并将组成士兵/班级虚拟教练员和可重新配置的虚拟集体教练员图1 OWT中的波士顿3D模型通过整合人工智能、大数据分析与三维地形显示方面的技术进步，STE已 经具备将虚拟现实训练提升到一个新的水平的能力，尽管无法完全取代实战， 但能够使美陆军利用云技术，在虚拟地球的任何位置进行复杂的虚拟训练。
这 将使美陆军能够以更快的速度提升士兵技能，从而提升其应对大规模地面战斗 的作战能力美陆军宣称已于2020年7月成功研制出了极具真实感的虚拟教练 员，将于2021年作为集成视觉增强系统的一部分投入使用，并计划使STE于 2021年9月具有初始作战能力，于2023年9月具有全面作战能力，将提供启 用和支持下一代系统（包括可重构虚拟集体训练师，士兵/小队虚拟）所需的软件, 应用程序和服务未来随着机器学习与人工智能技术的不断发展，利用STE还可能实现个性 化训练，能够基于不同个人与单位的表现对其训练速度与水平进行相应调整， 使得受训人员能够准确接受其所需的训练但对于新型、现实训练系统的打造仍然面临诸多障碍，而这将是STE亟待 攻克的难题，也将是其进一步发展的方向所在图2 STE面临的挑战与研究方向??.新型实战训练仿真系统——eBullet系统为了实现更为真实、广泛并且精确的实战训练效果，2020年美军研究人员 正致力于开发eBullet系统，以用于模拟实兵对抗和提升打靶能力训练该系统 将被用于取代20世纪80年代以来美军士兵所使用的主要实战训练仿真系统一 一多用途综合激光交战系统(MILES)o与MILES相比，eBullet将更具模拟的实 时性、广泛性与精确度，将实现训练作战一体，还有望模拟对手武器系统和潜 在未来武器，以及无线电频率干扰、毒气和生物制剂的传播。
在此将该系统的 特点、应用以及研究方向进行梳理，如表1所示表1 eBullet系统描述eBullet 系统组成 包含两个模块：用于武器上以精确删里方位甬、姿态等指向的模块，与士兵可穿戴模块（谷纳系统的计算机大脑）特点 能够精确计算出直射武器的弹道飞行路径，并模拟榴弹发射器和迫击炮等步兵重要武器的曲线飞行轨迹；进一步实现战术训练数据的全时收集，进行标签与标注，并基于机器学习算法 进行大数据分析，甚至训练入工智能，以前所未有的严酷程度客观科学地评估 士兵的训练情况；可在真实世界的地形上，模拟轨迹'爆炸和其他虚拟效果，根据天气因素进行 实时调整，并通过电子方式告知士兵伤亡情况研究方向 零要0町全球精确3D地图数据库，以成功模拟与实际飞行路径相符的轨迹，实现实兵训练中的高精度；将逐步实现高性能与小型化，以适应越来越小的空乒武器应用目标 最初将应用于迫击炮瞄准系统，81皇米迫击炮上的eBullet系统将在2021年实现技术准备标准成熟度6级（现实环境下的原型演示）；2021年10月1日起，将被用于M240中型机枪、M249班用自动武器和Markl9 榴弹发射器等重型双支架武器，之后将被用于M4卡宾枪和M320榴弹发射器 等手持武器，最终实现将eBullet系统传感器安装于手枪上。
此外，eBullet将尽可能使用陆军己经向前线部队发放的新型FWS-I数字瞄 准镜（主要应用于战斗的系统），FWS-I能够精确计算每次射击的去向，并将数据 传输到士兵的增强现实护目镜（新的ENVG-B或即将面世的IVAS）,实现精确瞄 准现实目标；将eBullet系统与IVAS系统眼镜上的增强现实图像结合，即可在 穿戴士兵的视野中叠加虚拟的灰尘流、曳光弹和爆炸场景，从而提供即时而真 实的反馈图3 士兵基于无线链接的ENVG-III护目镜与FWS-I瞄准镜看到的目标总之，eBullet系统将能够实时捕获战术交战的每个细节，使得指挥官能够 以数字方式真正地进行交战过程的重放，通过大数据分析和机器学习算法对所 得数据进行统计分析，从而对部队的训练效果进行更为真实准确的评估•美陆军智能化训练探索方向??. 1.人脑活动与人工智能结合的人-机组队训练系统美陆军研究实验室正致力于研究如何利用人的大脑活动信号来训练人工智 能系统，以实现动态响应士兵需求，自适应地辅助士兵完成任务，从而优化人- 机组队性能，并于2019年对30名受试者进行了试验研究在试验中，由具有作战经验的士兵佩戴装有脑电图传感器的头盔，使用脑 电波标记威胁图片以收集足够数量的标注训练数据，从而快速教会机器学习算 法识别威胁图像。
尽管该次实验只是该项研究的一部分，但根据此次试验可以 推断出美军利用人脑活动对人工智能系统进行训练的研究思路与目标如图4所 Zj\ O图4美军利用人脑活动对人工智能系统进行训练的研究思路与目标梳理可知，美陆军研究实验室所开发的数学框架将有助于在特定仿真中测 量大脑活动如何在各种认知系统间同步，而该项研究在大脑基本协调原则方面 的成果则可应用于人-机组队的动态任务分配未来在战场上，士兵可同时执行 测量地形并通过特定区域、接收通信信息、评估威胁等多项任务，这些任务在 大脑不同区域的指挥下执行2.高效无人战车学习系统强化学习技术具备解决复杂问题的能力，从而能够使装备有强化学习功能 的自主机器人将能够协助战士在未来战场上进行侦察探索和风险评估因此， 美陆军正致力于建立能够在连续空间中提高样本可靠性的训练机制，以促进下 一代战车的强化学习并于2020年12月降低了现行训练强化学习策略的不可 预测性，使其更适用于陆地机器人，于2021年面向未来多域作战概念研发了一 种高效的地面机器人学习模型表2高效地面机器人学习模型构建研究总之，美陆军通过开发新型策略搜索方案，将逐步打破强化学习中现行实 践的样本效率壁垒。
但其所面临的算法限制仍是现阶段在建立多域作战强化学 习训练机制，构建高效地面机器人学习模型的研究中亟待解决的难点所在美海军智能化训练探索方向??. 1.人工战斗增强现实TRACER训练系统美国海军研究实验室、美国海军水面作战中心、Magic Leap Horizon公司与 Haptech公司合作基于战术可重构人工战斗增强现实(TRACER)项目开发了 TRACER系统，并建立了突破性的AR培训环境，已于2019年在安全部队中心 [CENSECFOR]切萨皮克分队进行了测试TRACER系统包括Magic Leap One AR头戴式耳机、背包处理器与Haptech电磁触觉回馈武器其中Haptech电磁触觉回馈武器是先进的仪器武器，能够 提供逼真的后坐力图5 士兵装备TRACER系统进行训练TRACER系统能够充分利用并基于Magic Leap Horizons开发的软件，而该 软件是美国陆军增强现实下装士兵训练(ARDST)项目的一部分，可提供先进的武 器跟踪功能，并允许教练员创建多种自适应模拟场景，能够提供极其准确的武 器和运动追踪功能，以及高度真实的模拟视觉、听觉和触觉反馈TRACER系统将有助于缓解舰船上开展培训操作所需必要空间有限，以及在 不妨碍常规操作的情况下培训机会很少的问题，并能够在更广阔的培训场景中 帮助士兵提高熟练度。
该系统所采用的技术将能够帮助美海军快速适应不同的 场景、地理位置与敌对部队，为海军提供动态且不可预测的训练场景，从而便 于海军部队随时随地进行培训 2. Tech Solutions航母模拟训练系统Tech Solutions是ONR Global的快速响应科学与技术计划，旨在开发原型 技术，专注于提高水手和海军陆战队的作战效能，实现技术的快速过渡，并在 12个月内提供演示或原型现阶段美国海军和海军研究全球办公室则正在基于Tech Solutions,开发一 种模拟器，用于在虚拟环境中训练航空母舰飞行甲板上的机组人员整个训练模拟器由屏幕、VR头盔显示器、航空母舰模拟系统、计算机生成 的角色等组成；该模拟训练系统是一个基于视频游戏技术的沉浸式3D可扩展框架，首次实 现无需真实航母即可进行飞行控制人员、管理人员、弹射器控制人员与瞭望台 的训练，可执行针对个人、团队或者多个团队。