艦載近區(qū)防衛(wèi)眩目武器干擾效果研究

佘 博，李進軍，汪德虎

（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

艦載近區(qū)防衛(wèi)眩目武器干擾效果研究

佘 博，李進軍，汪德虎

（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018）

眩目武器是水面艦艇防衛(wèi)近區(qū)非對稱威脅目標的新型武器，其作戰(zhàn)效果分析和作戰(zhàn)運用研究是新的課題。分析眩目武器的作用機理，建立了眩目武器干擾效果分析模型，并在仿真計算結果分析的基礎上提出了眩目武器運用的一般原則和方法，可以為相關的指揮決策提供一定的借鑒和指導。

近區(qū)防衛(wèi)，眩目武器，眩光，恢復時間

0 引言

當前，隨著世界各國海軍在反恐維和等問題上的相互合作，水面艦艇執(zhí)行多樣化軍事任務也在增加，艦艇經常駛出己方熟悉的海區(qū)，航向遠洋。錨泊的海域和港口環(huán)境的陌生與復雜難以控制，使得艦艇面臨的近區(qū)防衛(wèi)問題日益突出。眩目武器作為軟武器，可以對艦艇近區(qū)范圍內小型偽裝船等目標定向發(fā)射強光，阻擾其攻擊行動，利用武器產生的眩光，造成目標人員心理壓力，使其操作不準，協(xié)同受挫，迫使其采取相應的措施，乃至放棄行動。

1 作用機理

眩目武器外形近似探照燈，采用大功率LED作為發(fā)光源，通過向目標發(fā)射高照度的強光，光線直接進入目標人員眼內，引起眩光，使目標人員產生不舒適感，影響對物體的辨識能力，并且其視力的恢復還要經歷一定時間。從生理學分析，眩光通常被認為是人眼在觀察景物時被視場中的高亮部分的散射光干擾，眼內屈光介質或各屈光界面出現(xiàn)對入射光產生漫反射，眩光產生覆蓋照明，在人眼視網膜上形成等效光幕，等效光幕亮度的增加減少了視網膜上物體的對比照明，造成較差的視覺效果，導致視覺感應下降［1-2］。文獻［3］研究表明，眩光對海軍飛行員暮視視覺有明顯影響，使得辨認目標的距離縮短30%，正確率下降約20%，反應時間延長了約7%。

2 眩目武器干擾效果模型

依據(jù)眩目武器作用機理，建立眩目武器作用效果邏輯結構，如圖1所示。本文取強光眩目后人眼恢復時間為指標研究眩目武器的干擾效果，并通過眩光評價分析眩目武器的一般使用原則。

圖1 眩目武器干擾效果分析邏輯結構

2.1 眩光評價模型

眩光評價通過以下兩步，即分別計算等效光幕亮度Lv的值和相對上升對比度閾TI，判斷在不同的距離及不同的海上背景亮度情況下是否有眩光產生。

2.1.1 計算等效光幕亮度Lv

Stiles Holladay提出等效光幕法［4］研究眩光作用機理，等效光幕亮度由以下3個因素決定：①眩光源在觀察者眼睛處形成的照度Eeye；②眩光源光線射出的方向與觀察者視線方向的夾角θ；③觀察者的年齡。

等效光幕亮度Lv的經驗公式如下：

式中，Lv為眩光源等效光幕亮度（cd/m2）；K為比例常數(shù)；M為觀察者年齡；；Eeye為眩光源在觀察者眼睛表面垂直視線方向上的照度（lx）；θ為光線射入眼睛方向與視線方向夾角（1.5°≤θ≤60°）。

2.1.2 計算相對上升對比度閾TI

由于物體在獲得一定的亮度對比時才能被看見，因此，人眼視覺分辨能力取決于物體的亮度與背景亮度上的差異。Weber提出對比度的定義是：，式中，L0是物體的亮度，Lb是背景的亮度。

閾對比Cth表示物體在其背景亮度與剛剛可以被察覺的亮度對比，△L為物體亮度的最小增量，Cth=△L/Lb。當有眩光源照射到物體上，有效背景亮度Lb'提高，Lb'=Lb+Lv，使閾對比Cth降低，物體被發(fā)現(xiàn)的概率提高，但同時對比度C0減小，導致物體被發(fā)現(xiàn)的可能性降低了。文獻［5］實驗研究表明，當有眩光產生時，閾對比下降到接近常數(shù)，而對比度下降的程度遠高于閾對比的下降。TI表示相對上升對比度閾，當發(fā)光源的相對上升對比度閾超過2.0時，會造成比較嚴重的眩目，相對上升對比度閾計算公式如下：

2.2 強光眩目后人眼恢復時間模型

1994年，Krebs等人提出了一個重要的適用于低照度眩光條件人眼恢復時間計算公式，為減小計算誤差，熊凱等人對其進行了修正［5］，有

此式的適用條件是450 mlx＜Eg＜11.5 lx。

為滿足軍事應用方面對高照度強光干擾的評價，熊凱提出適用于高強度眩光條件下人眼恢復時間計算公式，有

式中，T為人眼恢復時間；Eb為背景照度；Eg為人眼處眩光照度。

實驗證明：人眼恢復時間和眩光照射時間成正比，特別是在環(huán)境照度低時，恢復時間較長，眩光會損傷人眼。

2.3 眩目武器照射目標人員眩光計算

圖2 艦艇與目標位置關系圖

艦艇與目標在海上位置關系如圖2所示，為方便計算，假設以下參數(shù)：①眩目武器在艦艇上安裝位置距海平面高h=10 m；②不計目標小船高度，目標船上人員眼睛與海平面平齊；③艦艇長CD=200 m，其中BC=100 m；④艦艇與目標船距離L（100 m≤L≤200 0 m）；⑤光線入射到被照面入射角與被照面法線的夾角α；⑥光線射入眼睛方向與視線方向夾角β；⑦眩目武器發(fā)光強度不低于2 000 000 cd。

由照度的距離平方反比定律，可得到發(fā)光源光強I與照度E的關系：E=I/L2，則

在計算目標人眼處照度時，不考慮海上氣象條件對光衰減的影響。

（1）計算照度Eeye。由式（5），不同距離L，眩目武器照射目標人員處光照度如表1所示。

表1 各距離L處的照度

（2）計算光線射入眼睛與視線方向夾角θ。由于θ大小是目標人員根據(jù)強光刺激反應主觀決定，若θ較大，即目標人員直接躲避強光，則眩目武器不起作用，計算沒有意義。故對應不同的距離L，依據(jù)θ的取值范圍，設定

即θ最大時使目標人員視線對向艦艏或艦尾，并且θmax≤60°；θmin=1.5°，即目標人員直視眩光源。

（3）計算等效光幕亮度Lv。假設目標船上人員年齡分25歲和40歲兩組，由式（1）和式（6），則各距離上等效光幕亮度Lv如表2所示。

表2 各距離上等效光幕亮度Lv

（4）計算相對上升對比度閾TI。設定3個環(huán)境背景亮度Lb：0.1 cd=m2，相當于滿月時海上亮度；20 cd/m2，相當于黃昏或黎明海上亮度；5 000 cd/m2，相當于晴朗白天海上亮度。由式（2）及表2，經計算可知：

當θ=θmax時，在全距離L及兩組年齡段下，滿月時TI＞2，黃昏或白天則TI＜2；當θ=θmin時，在滿月情況下TI＞2，黃昏時存在TI＞2的情況，白天則TI＜2，如圖3所示。

圖3 黃昏和白天亮度環(huán)境下TI值

（5）計算眩目恢復時間T。在不同區(qū)域各個眩光照度范圍內，人眼恢復時間的計算公式應該采用合適的分段函數(shù)來表征。對于式（3）、式（4）還沒有確定的臨界值Eg，在計算T時采用高強度眩光人眼恢復時間式（4）。滿月時照度Eb=0.02 lx，黃昏或黎明照度Eb=100 lx，假設眩目武器發(fā)光源波長λ為550 mm，則gλ=0.034，hλ=1.442，眩光恢復時間T如圖4所示。

圖4 眩光恢復時間

3 眩目武器干擾效果分析

在建立眩目武器干擾效果模型時，為簡便起見，沒有考慮氣象因素對眩目武器作用效能的影響。然而光在空氣中傳播受氣象條件影響很大，即光在傳輸過程中會衰減。這主要是由于空氣中的氣體分子和氣溶膠分子的“散射”“吸收”造成的。當空氣中的污染物較多時，光線照射到懸浮顆粒上時，會產生漫反射現(xiàn)象；當有雨霧時，空氣中存在大量的水滴，不同大小的水滴對光的傳播會產生不同的影響，使得只有部分光線會照射到目標。

在眩目武器發(fā)光光強為2 000 000 cd情況下，分析相對上升對比度閾TI值、圖3及圖4可得到以下結論：

（1）當在晚上使用眩目武器，目標距離艦艇2 000 m以內時，兩組年齡段、各個距離上計算得到的TI都大于2，目標人員會產生眩光，使眼睛失能，眩光后恢復時間為5.68＜T＜30.42 s，眩目武器可以對目標進行有效告警；

（2）當在黃昏或黎明使用眩目武器，取θ=θmax，各個距離上計算得到的TI都小于2，不會使目標人員產生眩光。這是由于θ取值較大，導致計算得到的TI＜2，而θ的值可以改變，其大小取決于小船上目標人員視線與眩目武器光線的夾角，由目標人員主觀意志決定。當θ取較小值時，即目標人員直視眩目武器發(fā)出的光束，θ=1.5°，經計算，在L≤744 m范圍內，TI＞2，則人眼會產生眩光，眩光恢復時間為0＜T＜1.77 s?？芍邳S昏或黎明背景亮度較大時，特定的情況下眩目武器也能夠使人眼眩目；

（3）當在晴朗白天，背景亮度大時，即使θ取最小值，目標人員直視眩目武器光束，各個距離上計算得到的TI都小于2，使用眩目武器不會對目標人員產生眩目作用。眩目武器在背景亮度大的環(huán)境下，不能發(fā)揮作用；

（4）隨著目標距離越近，眩光源在目標人員眼睛處的光照度越大，人眼感受到的光亮度越大，眩目刺激越強，人眼恢復正常視覺時間也越長，對目標心理影響也越大。雖然在黃昏或是黎明使用眩目武器在一定情況下也能使人眼眩目，但眩光恢復時間相對較短，眩目效果不明顯，而在黑夜使用眩目武器，恢復時間較長，更能損傷目標人員眼睛；

（5）眩目武器對目標人員的作用效果與眩光源發(fā)光強度I、目標距離L、海上背景亮度Lb及目標人員視線與眩目武器光線的夾角θ密切相關。當θ較大時，即使在背景亮度低的夜晚，也不會使人眼失能；當θ較小時，即使背景亮度偏大，也能使人眼產生一定的眩目效果；目標距離L越小，眩目作用效果越佳；眩光源發(fā)光強度I越大，更能從本質上提高眩目作用距離及眩光效果。

4 眩目武器運用

眩目武器的定位是警示作用，并可以配合相關武器的運用，能給予目標人員生理上的不舒適以及心理上強大的壓力，逼迫目標采取相應的行動。依據(jù)眩目武器的作用效果分析結論，提出如下眩目武器運用的一般原則和方法：

（1）在白天和能見度不佳的霧天情況下，不使用眩目武器；

（2）在黃昏或黎明等背景亮度偏大，且眩目武器功率一定時，若要使用眩目武器對目標告警，由于眩目武器是光速、無聲出擊，隱蔽性好，則盡量縮減與目標的距離后擇機照射目標，可以產生一些效果；

（3）當可疑目標出現(xiàn)在眩目武器有效作用范圍內，使用眩目武器持續(xù)發(fā)射強光照射目標，并在目標附近掃動，若目標繼續(xù)靠近，則使強光頻閃；當可疑目標出現(xiàn)在眩目武器有效作用范圍之外，若有必要對其警告拿捕，可以使艦艇機動靠近目標，再使用強光照射；

（4）當艦艇附近出現(xiàn)多個可疑小型目標，首先對距離最近的目標使用眩目武器，再依次按距離遠近警告各個目標，同時使艦艇機動遠離目標包圍。

5 結束語

眩目武器作為新式武器，本文借鑒了光學領域研究的成果，利用合適的數(shù)學模型，對眩目武器的干擾效果進行了分析，并提出了眩目武器運用的一般原則。但本文也只是在標準氣象條件下建模計算，沒有考慮海洋環(huán)境氣象因素的影響，在這一方面還需要進一步的深入研究，為開展眩目武器效能分析研究打下基礎。在眩目武器設計方面，為使眩光作用距離更遠，可根據(jù)需求，提高眩目武器發(fā)光強度或是增加發(fā)光源數(shù)量，達到更佳眩目干擾效果。

［1］龐蘊凡.視覺與照明［M］.北京：中國鐵道出版社，1993.

［2］于連棟，劉巧云，蘇紅.失能眩光形成機理的研究［J］.合肥工業(yè)大學學報，2005，28（8）：865-868.

［3］時粉周，王鈺，魯毅鈞.眩光對海軍飛行員暮視視覺工效的影響［J］.海軍醫(yī)學雜志，2007，28（1）：16-17.

［4］Holladay L L.The Fundamentals of Glare and Visibility［J］. Optical Society of America，1926，12（4）：271-319.

［5］熊凱，葛劍虹，項震.強光干擾下的眩光評價研究［J］.中國生物醫(yī)學工程學報，2008，27（3）：468-471.

Study on Interference Effect of Warship Close-in Defense Dazzling Weapon

SHE Bo，LI Jin-jun，WANG De-hu
（Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

Dazzling weapon is a new weapon for Surface ships to defense the targets of asymmetric threats，operational effectiveness analysis and operational application of Dazzling weapon are also the new subject．Due to this purpose，analyzing mechanism of dazzling weapon，and the models of interference effect are also established．Based on the simulation results，putting forward the general principles and methods of using the dazzling weapon，which can provide some reference and guidance for the associated command and decision-making．

close-in defense，dazzling weapon，glare，recovery time

TJ99

A

1002-0640（2015）04-0181-04

2014-01-15

2014-03-23

佘 博（1989- ），男，湖北咸寧人，碩士研究生。研究方向：水面艦艇指揮決策。