Moving decision horizon multi-criteria approach to planning of air combat tactics, techniques and procedures
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
2023-12-12
Department
Major/Subject
Systems and Operations Research
Mcode
SCI3055
Degree programme
Master’s Programme in Mathematics and Operations Research
Language
en
Pages
106
Series
Abstract
Tactics, techniques and procedures (TTPs) guide the decisions of pilots in air combat. Traditionally developed TTPs try to address a predefined threat and do not respond to its unexpected behavior. Hence, there exists a need for TTPs that address the prevailing air combat state, i.e., that are state-dependent. In addition, TTPs need to be chained, i.e., decisions made earlier affect later decisions. In this thesis, a TTP planning problem is formulated to describe the components of the TTP development for a one versus one air combat scenario. The formulation includes decisions which are made to proceed towards objectives. This thesis introduces a novel moving decision horizon multi-criteria approach (MDH approach) for supporting the solution of the TTP planning problem. The approach includes a dynamic multi-criteria decision analysis model (DMCDA) and its solution procedure which is operated by the decision maker (DM) via a graphical user interface. The DMCDA model includes the decisions of the friendly Blue as well as the fixed threat presentation of Red, and it describes the air combat scenario with an air combat state. The progress of the air combat scenario is represented by the kill and live chains. The kill chain describes the taskwork of Blue. The live chain illustrates how Blue is able to deny the taskwork of Red. Both chains contain three successive phases, i.e., search, target and engage. The solution procedure provides decision suggestions to the DM. They are generated by predicting future air combat states for all possible combinations of decision alternatives up to a certain length of time. The predicted states for each combination are ranked by the evaluation of an objective function, and the alternatives resulting in the best future state are suggested. The objective function considers criteria, a cost-to-go function and the Blue kill chain as well as the changes of its phase. The use of the MDH approach is demonstrated to find TTP rules for the decisions. In addition, an example sensitivity analysis is carried out for the developed TTP to find its feasible limits by changing the threat presentation. In the demonstration, the TTP rules are successfully identified for each decision. The identified rules are dependent on the air combat state. They are also chained as the earlier decisions affected the later decisions. Hence, the MDH approach is a suitable support tool for the development of TTPs for modern air combat.Taktiikat, tekniikat ja menetelmät (eng. tactics, techniques and procedures, TTP) ohjaavat taistelulentäjien toimintaa ilmataistelussa. Perinteisin tavoin kehitetyt TTP:t eivät ota huomioon nykyilmataistelun uhkien ennakoimatonta käytöstä. Ne suunnitellaan käyttämällä kiinnitettyä uhkamallia, joka kuvaa uhkan pitkän aikavälin käyttäytymisen. Näin on syntynyt tarve kehittää TTP:eitä, jotka ottavat huomioon päätöksentekohetkellä ilmataistelun tilan. Lisäksi aikaisempien päätöksien tulee vaikuttaa myöhempiin päätöksiin eli TTP:n tulee ketjuttua. Kehitystyötä varten tässä työssä määritellään yksi vastaan yksi -ilmataisteluskenaariolle TTP:eiden suunnitteluongelma. Määrittelyssä tunnistetaan muun muassa päätökset, joilla voidaan edetä kohti ilmataistelun tavoitteita. TTP:eiden suunnitteluongelman ratkaisemisen tueksi esitellään uusi etenevän päätöshorisontin monikriteerilähestymistapa (EPM-lähestymistapa). Lähestymistapa koostuu dynaamisesta monikriteeripäätösanalyysimallista (DMKPA-malli) ja sen ratkaisumenetelmästä, jota käyttää päätöksentekijä graafisen käyttöliittymän avulla. DMKPA-malli sisältää oman Sinisen päätökset sekä ennalta määritellyn uhkamallin eli Punaisen käyttäytymisen ja se kuvaa ilmataisteluskenaariota ilmataistelutilalla. Ilmataisteluskenaarion eteneminen esitetään kill- ja live-ketjuilla. Kill-ketju esittää Sinisen tehtävätyöskentelyä. Live-ketju esittää Sinisen kykyä estää Punaisen tehtävätyöskentelyn etenemisen. Molemmissa ketjuissa on kolme perättäistä vaihetta eli etsi-, maalita- ja hyökkää-vaiheet. DMKPA-mallin ratkaisumenetelmä antaa päätöksentekijälle päätösehdotuksia. Ne perustuvat ennustuksiin ilmataistelutilan etenemisestä tietyn ajan päähän. Jokaiselle päätösvaihtoehtoyhdistelmälle ennustetut tilat arvioidaan kohdefunktion avulla. Kohdefunktiossa otetaan huomioon arviointikriteerit, tilan kehittyminen pitkän aikavälin päähän sekä Sinisen kill-ketjun vaihe ja sen muutokset. Arvioinnin perusteella parhaaseen tilaan johtaneita päätösvaihtoehtoja ehdotetaan päätöksentekijälle. EPM-lähestymistavan käyttö demonstroidaan tunnistamalla TTP-sääntöjä ilmataistelun kannalta tärkeille päätöksille. Lisäksi säännöistä koostetulle TTP:lle toteutetaan herkkyysanalyysi, jolla etsitään sen käypä alue suhteessa uhkamallin muutoksiin. Demonstraatiossa onnistuttiin tunnistamaan tilariippuvat TTP-säännöt jokaiselle tarvittavalle päätökselle. Lisäksi aikaisemmat päätökset vaikuttavat myöhempiin eli säännöt ovat ketjuttuneita. Nämä tulokset osoittavat, että EPM-lähestymistapa on käyttökelpoinen modernin ilmataistelun TTP-kehityksen tukityökaluna.Description
Supervisor
Virtanen, KaiThesis advisor
Virtanen, KaiKeywords
air combat, multi-criteria decision analysis, moving decision horizon, tactics, techniques and procedures, simulation