Model-based learning interventions to enhance decision-making of master fighter controllers
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2022-08-23
Department
Major/Subject
Systems and Operations Research
Mcode
SCI3055
Degree programme
Master’s Programme in Mathematics and Operations Research
Language
en
Pages
80
Series
Abstract
A master fighter controller (MFC) is a decision maker in air combat whose responsibility is to control air operations that include multiple flights, i.e., units of four fighters. An MFC faces complex and time-intensive decision making problems, and extensive training is a prerequisite for the ability to perform rapid decisions successfully. This thesis introduces a novel fighter allocation (FA) model to support training and learning of MFCs. The model allows construction of real-life scenarios portraying the current state of the battlefield and enables rapid computations to evaluate MFCs’ decisions in these scenarios. The initial situations of the scenarios contain locations of friendly and hostile fighters, and optionally restricted operating zones. The decision of the MFC is set to the FA model as the desired commit locations where the friendly fighters start engaging the enemy. Then, the feasibility of the decision made by the MFC, i.e., if the friendly fighters can reach the commit locations in time without exposure to enemy threat, is evaluated by the FA model. In the evaluation, first, the time optimal routes of the friendly fighters from their initial locations to their commit locations are computed using network optimization. Second, the outcome of the scenario is determined by simulating the flight paths of the friendly fighters along the optimal routes. The outcome of the scenario describes if the decision made by the MFC has been feasible. In this thesis, an experimental study was also conducted to analyze the benefits of the FA model in training of MFCs. The study was performed during a training course for flight leaders and future MFCs. The use of the model was practiced in a 2-hour tactical training session where real-life scenarios constructed by a subject matter expert were studied. Participants' ability to perceive and understand the state of the battlefield as well as to make feasible decisions in test scenarios was measured before and after the training intervention. Statistically significant improvements in the decision making of the participants were observed due to the intervention. Thus, the study suggests that the use of the FA model - and model-based training and learning practices in general - can enhance MFCs’ perception skills, understanding and decision making.Päätaistelunjohtaja on ilmataistelussa päätöksentekijä, jonka vastuulla on johtaa erilaisia ilmaoperaatioita. Näitä operaatioita toteuttaa yleensä useita hävittäjäparvia, jotka koostuvat neljästä yksittäisestä hävittäjästä. Päätaistelunjohtajan päätöksenteko-ongelmat ovat monimutkaisia ja nopeaa päätöksentekoa vaativia, joten päätöksenteon harjoittelu edesauttaa onnistuneiden päätösten tekemistä. Tässä työssä esitellään uusi hävittäjien allokointimalli tukemaan päätaistelunjohtajien koulutusta ja oppimista. Malli mahdollistaa realististen ilmataisteluskenaarioiden rakentamisen ja päätaistelunjohtajien päätösten hyvyyden nopean arvioinnin. Skenaarioiden alkuasetelman määrittelyssä malliin syötetään sekä omien että vastustajan hävittäjien sijainnit tarkastelun alkuhetkellä sekä tarvittaessa lentokieltoalueita. Päätaistelunjohtajan tehtävänä on päättää omille hävittäjille sijainnit, joista hävittäjien on tavoiteltavaa aloittaa ilmataistelu vastustajaa vastaan. Mallin avulla määritellään näiden sijaintien ja edelleen päätaistelunjohtajan tekemän päätöksen toteuttamiskelpoisuus, eli ehtivätkö omat hävittäjät annettuihin sijainteihin ajoissa siten, että etäisyys vastustajaan ei muodostu hävittäjien kannalta liian pieneksi. Toteuttamiskelpoisuuden arvioinnissa ratkaistaan omien hävittäjien optimaaliset minimiaikareitit alkusijainneista päätaistelunjohtajan asettamiin sijainteihin verkko-optimoinnilla. Tämän jälkeen skenaarion lopputulos lasketaan simuloimalla omien hävittäjien lento minimiaikareittejä pitkin. Simulaation lopputulos kuvaa päätaistelujohtajan päätöksen toteuttamiskelpoisuuden. Tässä työssä toteutettiin myös kokeellinen tutkimus, jossa arvioitiin hävittäjien allokointimallin tarjoamaa hyötyä päätaistelunjohtajien koulutuksessa. Mallia käytettiin parvenjohtajien ja tulevien päätaistelunjohtajien päätöksenteon harjoittamiseen realistisessa ilmataisteluskenaariossa. Harjoituksen kesto oli kaksi tuntia. Osallistujien kykyä hahmottaa taistelukenttää ja kykyä tehdä onnistuneita päätöksiä mitattiin ennen ja jälkeen oppitunnin. Osallistujien päätöksenteossa havaittiin tilastollisesti merkittävä kehittyminen oppitunnin seurauksena. Tutkimus antoi lupaavia tuloksia hävittäjien allokointimallin – ja yleisesti mallipohjaisten koulutus- ja oppimiskäytänteiden – käytön hyödyistä päätaistelunjohtajien hahmotuskyvyn ja päätöksenteon kehittämisessä.Description
Supervisor
Virtanen, KaiThesis advisor
Virtanen, KaiKeywords
air combat, control of air operations, behavioral operations research, network optimization, simulation