幽灵游戏——德国军事元宇宙项目

一. 概述

德国国防部在一项总额为5亿欧元（约合5.4亿美元）的COVID-19补贴计划中资助了被称为幽灵游戏（GhostPlay）的军事元宇宙项目，该项目计划为期四年，旨在激活德国高科技国防研究领域。这些资助款项由德国联邦国防军数字化和技术研究中心的（dtec.bw）管理。

图1. 军事元宇宙概念图[1]

项目的目的是，将人工智能和元宇宙应用到现有的军事装备上。以期为旧的系统带来新的生命力，并通过新功能给对手带来“惊喜”。

二．传统防空系统及其劣势

2.1

传统防空系统

传统的一体化防空解决方案(IADS)采用分层方法，如图2所示。以传感器和执行器的覆盖范围作为分类标准，以建立地基“穹顶”式防空系统。它可分为超近程防空、近程防空、中程防空和远程防御。每层集成了不同的传感器和执行器构成特定的系统，每个系统都是独立开发的。如图2中示例的Iron Dome、David’s Sling、Arrow 2、Arrow 3是以色列的对应各层的防空系统。

图2. 地基“穹顶”式防空系统

2.2

传统防空系统的劣势

传统的防空系统的指控系统是一个单独的中心化和层级化的系统。它存在一些不足，一方面，攻击者容易获悉指控系统并攻击之；另一方面，这种机制增加了信息和决策的传输过程，也即增加了响应所需时间。

2.3

无人机带来的威胁

乌克兰战争表明，战斗无人机变得越来越智能、自主，并且使用频率越来越高。无论是小国还是超级大国，都指望着它。美国提供给乌克兰军方的弹簧刀神风敢死队无人机已经广为人知。一旦她找到目标，她就会扑向它，在撞击时摧毁它。这些无人机群就像飞行雷区一样，仅凭数量，它们就可以压倒敌方的防空系统。事实上，在最近的大多数冲突中，无人机在对抗防空系统时占据了上风。特别的，攻击者可以利用“相对强度原则”，即集中力量攻击防御者的一个特定而狭小的点上，以区域性的优势突破防御。

三. GhostPlay

GhostPlay是由21strategies公司、Hensoldt公司、汉堡联邦国防军大学和Borchert咨询与研究公司（瑞士）领导的军事元宇宙项目，使用卫星照片和本地数据，完整地复制当地环境“直到每一片叶子”（21strategies首席执行官Hofstetter原话），创建真实世界的数字孪生。通过使用合成模拟环境，为军事行动开发新的基于人工智能的决策流程，以最高的作战速度支持战术层面的军事行动。

3.1

足够完备的信息支撑

编码人员使用卫星照片和地方当局的数据库将环境进行详细的复制，包括住房，基础设施和植被。信息足够到了惊人的程度。另外，即使没有数据，GhostPlay引擎仍然通过算法不断微调，通过无数模拟中的经验教训来生成极具真实性的敌人，用以训练。

3.2

采用第三波AI技术

Hofstetter在接受《国防新闻》采访时说，GhostPlay与其他涉足人工智能的军事计划的不同之处在于它使用了“第三波”算法，这意味着模拟战场参与者做出的决定更“像人类”，包括表现出意外和不可预测性。与“第二波”人工智能技术相比，“第三波”人工智能是具有场景感知的可解释的人工智能（参见附录），本质上是对人类的支持行为——优化或加速决策，而不是提出新的行动方案[2]。

3.3

自由的爵士乐-自主决策

GhostPlay将指控功能融入到防空网络的每一个元素中，而不是将指控交给一个专用系统。

GhostPlay每个系统都有自己的指控组件，这些指控组件需要决定或协商部署哪些执行器，以便更加省力。这些决定是对环境高度敏感的。GhostPlay系统由独立的防空平台组成，这些平台学习如何合作，并针对任何到来的威胁找到有效和紧急的防御响应。这种合作行为为技术性自主奠定了基础，进而具备涌现的可能。

相比传统防空系统相对呆板的指控系统，GhostPlay团队认为，GhostPlay的创新就像自由爵士乐一样，它即兴创作，对外部刺激做出反应，是动态的，并通过利用具有情景和后果意识的新一代协调机制来整合任何可用的资产以完成防空任务。

图3. 防空袭平台防御机群攻击

如图3所示为一次演习。防空火炮平台1使用其主动传感器，而平台2和3在低辐射状态下（更加隐蔽）观察情况。当10架无人机从机群中分离出来与防空火炮平台1（图中FlakPz1）交战时，20架无人机继续向机场前进，成为主要目标。当防空火炮1与攻击的无人机群交战时，防空火炮2试图潜近主无人机群。与此同时，防空火炮3假装故障。在无人机群发动攻击前不久，防空火炮2和防空火炮3同时与主无人机群交战。结果，防空火炮2的移动造成了无人机群的自由被严重限制的局面，而这种局面有效地抵消了无人机群的优势。在30%的防空系统没有使用这种策略的情况下，无人机群占了上风并严重损坏了机场。相比之下，使用这种策略的防空火炮团队达到98%的情况下都优于无人机群，并保护了机场。

四. 项目优势

4.1

GhostPlay的作用与优势

GhostPlay被认为解决了一个紧迫的缺口，因为自冷战结束以来，大多数欧盟/北约国家压制敌人防空(Suppression of Enemy Air Defense，SEAD)的能力已经萎缩。GhostPlay探讨了基于人工智能的解决方案在多大程度上可以增强无人机(UAV)群来执行SEAD任务。另外，GhostPlay并不着眼于增强现有技术的新技术，而是新技术的使用如何在战术层面触发新的战场行为。

GhostPlay以机器速度模拟基于ai的防御决策场景-加强战术优势。通过模拟复杂的军事作战场景，可以开发出新颖、优越的行动方案。因此，灵活和优势可以实现在战略、战术和操作层面。

GhostPlay可以模拟不可预测的情况。决策是在不确定性下模拟的。因此，可以在完全信息的基础上和在时间压力下作出有利的决定。

GhostPlay被认为是独一无二的、领先的、德国制造的，GhostPlay采用了第三波人工智能——在德国独一无二且领先，可以实现情景相关的决策和行动。这使得在未来任务的指挥和控制中认知决策优势成为可能。因此，在加速指挥和控制系统的同时提高其有效性。

GhostPlay弥补了德国国防军/德国武装部队的能力差距。GhostPlay结合了众多专家的专业知识和领域知识。

4.2

项目带来的好处

项目方认为，幽灵游戏项目实现了敏捷和智能的战略战术，展示了更高性能水平的防御系统等，如图4是项目方认为幽灵游戏项目带来的好处。

图3. 幽灵游戏带来的好处[4]

4.3

项目的额外价值

GhostPlay为不同的军事任务提供了潜在的应用价值，比如[3]：

（1）GhostPlay模拟器和AI模型可用于测试新的传感器/执行器组合。

（2）GhostPlay可以为系统供应商提供一个测试平台，以测试他们的概念和战术，以应对难以预测的对手。

（3）用于机组训练，GhostPlay组件可以集成到飞行员和防空模拟器中，以训练机组人员使用尚未见过的战术。

（4）将GhostPlay转移到其他领域和任务领域。GhostPlay的方法和策略可以支撑防御解决方案的发展，这些解决方案意味着在没有中央指控组件的情况下协调复杂的拦截任务。

五. 相关机构情况

5.1

德国联邦国防军数字化和技术研究中心（dtec.bw）

德国联邦国防军数字化和技术研究中心（dtec.bw）是由德国联邦国防军两所大学支持的科学中心，也是联邦政府克服COVID-19 危机的经济刺激计划的一部分。

5.2

初创公司21strategies介绍

21strategies公司由Yvonne Hofstetter教授（Bonn-Rhein-Sieg University of Applied Sciences）、Christian Brandlhuber博士和Scott Muller博士于2020年创立，总部位于德国巴伐利亚州的Hallbergmoos。该公司改变了组织在不确定性下做出战略和战术决策的方式。为了实现他们的使命，21strategies提供了第三波人工智能。民用领域的解决方案包括对冲外汇风险和大宗商品价格风险的hedge21®，以及国防领域的GhostPlay。这两种解决方案都基于21strategies专有的AI技术tactics21。

5.3

Hensoldt传感器公司介绍

HENSOLDT是国防和安全电子技术公司。该公司总部位于慕尼黑附近的陶夫基兴（Taufkirchen），是德国的领军企业，在国防和安全应用领域的传感器解决方案方面拥有战略领导地位。HENSOLDT还不断扩展其网络安全产品组合，并基于创新的数据管理、机器人技术和网络安全方法开发新产品，以应对各种威胁。

附录：第三波人工智能

第三波人工智能是美国DARPA对于人工智能发展阶段的一种划分。第一波AI称为描述型，具备学习能力和较弱的感知能力；第二波称为分类型，具备感知和学习能力及较弱的抽象和推理能力；第三波AI是可解释型AI，具有情景适应性，同时具备感知、学习、抽象、推理等能力[5]。

附图1. 第三波人工智能[5]

参考文献

[1] https://theweb.media/metaverse/ghostplay-germanys-military-ai-powered-virtual-battlefield/

[2] German military’s metaverse promises virtual foes with an AI punch, https://www.defensenews.com/global/europe/2023/09/08/german-militarys-metaverse-promises-virtual-foes-with-an-ai-punch/?utm_source=sailthru&utm_medium=email&utm_campaign=c4-overmatch

[3] Heiko Borchert,et al, Free Jazz on the Battlefield, How GhostPlay's AI Approach Enhances Air Defense, https://openhsu.ub.hsu-hh.de/bitstream/10.24405/14550/1/openHSU_14550.pdf

[4] https://www.ghostplay.ai/media/

[5] DARPA Perspective on AI, https://www.darpa.mil/about-us/darpa-perspective-on-ai

内容编辑：创新研究院 李德全

责任编辑：创新研究院 董炳佑

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