舰载近区防卫眩目武器干扰效果研究

佘 博，李进军，汪德虎

（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

舰载近区防卫眩目武器干扰效果研究

佘 博，李进军，汪德虎

（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

眩目武器是水面舰艇防卫近区非对称威胁目标的新型武器，其作战效果分析和作战运用研究是新的课题。分析眩目武器的作用机理，建立了眩目武器干扰效果分析模型，并在仿真计算结果分析的基础上提出了眩目武器运用的一般原则和方法，可以为相关的指挥决策提供一定的借鉴和指导。

近区防卫，眩目武器，眩光，恢复时间

0 引言

当前，随着世界各国海军在反恐维和等问题上的相互合作，水面舰艇执行多样化军事任务也在增加，舰艇经常驶出己方熟悉的海区，航向远洋。锚泊的海域和港口环境的陌生与复杂难以控制，使得舰艇面临的近区防卫问题日益突出。眩目武器作为软武器，可以对舰艇近区范围内小型伪装船等目标定向发射强光，阻扰其攻击行动，利用武器产生的眩光，造成目标人员心理压力，使其操作不准，协同受挫，迫使其采取相应的措施，乃至放弃行动。

1 作用机理

眩目武器外形近似探照灯，采用大功率LED作为发光源，通过向目标发射高照度的强光，光线直接进入目标人员眼内，引起眩光，使目标人员产生不舒适感，影响对物体的辨识能力，并且其视力的恢复还要经历一定时间。从生理学分析，眩光通常被认为是人眼在观察景物时被视场中的高亮部分的散射光干扰，眼内屈光介质或各屈光界面出现对入射光产生漫反射，眩光产生覆盖照明，在人眼视网膜上形成等效光幕，等效光幕亮度的增加减少了视网膜上物体的对比照明，造成较差的视觉效果，导致视觉感应下降［1-2］。文献［3］研究表明，眩光对海军飞行员暮视视觉有明显影响，使得辨认目标的距离缩短30%，正确率下降约20%，反应时间延长了约7%。

2 眩目武器干扰效果模型

依据眩目武器作用机理，建立眩目武器作用效果逻辑结构，如图1所示。本文取强光眩目后人眼恢复时间为指标研究眩目武器的干扰效果，并通过眩光评价分析眩目武器的一般使用原则。

图1 眩目武器干扰效果分析逻辑结构

2.1 眩光评价模型

眩光评价通过以下两步，即分别计算等效光幕亮度Lv的值和相对上升对比度阈TI，判断在不同的距离及不同的海上背景亮度情况下是否有眩光产生。

2.1.1 计算等效光幕亮度Lv

Stiles Holladay提出等效光幕法［4］研究眩光作用机理，等效光幕亮度由以下3个因素决定：①眩光源在观察者眼睛处形成的照度Eeye；②眩光源光线射出的方向与观察者视线方向的夹角θ；③观察者的年龄。

等效光幕亮度Lv的经验公式如下：

式中，Lv为眩光源等效光幕亮度（cd/m2）；K为比例常数；M为观察者年龄；；Eeye为眩光源在观察者眼睛表面垂直视线方向上的照度（lx）；θ为光线射入眼睛方向与视线方向夹角（1.5°≤θ≤60°）。

2.1.2 计算相对上升对比度阈TI

由于物体在获得一定的亮度对比时才能被看见，因此，人眼视觉分辨能力取决于物体的亮度与背景亮度上的差异。Weber提出对比度的定义是：，式中，L0是物体的亮度，Lb是背景的亮度。

阈对比Cth表示物体在其背景亮度与刚刚可以被察觉的亮度对比，△L为物体亮度的最小增量，Cth=△L/Lb。当有眩光源照射到物体上，有效背景亮度Lb'提高，Lb'=Lb+Lv，使阈对比Cth降低，物体被发现的概率提高，但同时对比度C0减小，导致物体被发现的可能性降低了。文献［5］实验研究表明，当有眩光产生时，阈对比下降到接近常数，而对比度下降的程度远高于阈对比的下降。TI表示相对上升对比度阈，当发光源的相对上升对比度阈超过2.0时，会造成比较严重的眩目，相对上升对比度阈计算公式如下：

2.2 强光眩目后人眼恢复时间模型

1994年，Krebs等人提出了一个重要的适用于低照度眩光条件人眼恢复时间计算公式，为减小计算误差，熊凯等人对其进行了修正［5］，有

此式的适用条件是450 mlx＜Eg＜11.5 lx。

为满足军事应用方面对高照度强光干扰的评价，熊凯提出适用于高强度眩光条件下人眼恢复时间计算公式，有

式中，T为人眼恢复时间；Eb为背景照度；Eg为人眼处眩光照度。

实验证明：人眼恢复时间和眩光照射时间成正比，特别是在环境照度低时，恢复时间较长，眩光会损伤人眼。

2.3 眩目武器照射目标人员眩光计算

图2 舰艇与目标位置关系图

舰艇与目标在海上位置关系如图2所示，为方便计算，假设以下参数：①眩目武器在舰艇上安装位置距海平面高h=10 m；②不计目标小船高度，目标船上人员眼睛与海平面平齐；③舰艇长CD=200 m，其中BC=100 m；④舰艇与目标船距离L（100 m≤L≤200 0 m）；⑤光线入射到被照面入射角与被照面法线的夹角α；⑥光线射入眼睛方向与视线方向夹角β；⑦眩目武器发光强度不低于2 000 000 cd。

由照度的距离平方反比定律，可得到发光源光强I与照度E的关系：E=I/L2，则

在计算目标人眼处照度时，不考虑海上气象条件对光衰减的影响。

（1）计算照度Eeye。由式（5），不同距离L，眩目武器照射目标人员处光照度如表1所示。

表1 各距离L处的照度

（2）计算光线射入眼睛与视线方向夹角θ。由于θ大小是目标人员根据强光刺激反应主观决定，若θ较大，即目标人员直接躲避强光，则眩目武器不起作用，计算没有意义。故对应不同的距离L，依据θ的取值范围，设定

即θ最大时使目标人员视线对向舰艏或舰尾，并且θmax≤60°；θmin=1.5°，即目标人员直视眩光源。

（3）计算等效光幕亮度Lv。假设目标船上人员年龄分25岁和40岁两组，由式（1）和式（6），则各距离上等效光幕亮度Lv如表2所示。

表2 各距离上等效光幕亮度Lv

（4）计算相对上升对比度阈TI。设定3个环境背景亮度Lb：0.1 cd=m2，相当于满月时海上亮度；20 cd/m2，相当于黄昏或黎明海上亮度；5 000 cd/m2，相当于晴朗白天海上亮度。由式（2）及表2，经计算可知：

当θ=θmax时，在全距离L及两组年龄段下，满月时TI＞2，黄昏或白天则TI＜2；当θ=θmin时，在满月情况下TI＞2，黄昏时存在TI＞2的情况，白天则TI＜2，如图3所示。

图3 黄昏和白天亮度环境下TI值

（5）计算眩目恢复时间T。在不同区域各个眩光照度范围内，人眼恢复时间的计算公式应该采用合适的分段函数来表征。对于式（3）、式（4）还没有确定的临界值Eg，在计算T时采用高强度眩光人眼恢复时间式（4）。满月时照度Eb=0.02 lx，黄昏或黎明照度Eb=100 lx，假设眩目武器发光源波长λ为550 mm，则gλ=0.034，hλ=1.442，眩光恢复时间T如图4所示。

图4 眩光恢复时间

3 眩目武器干扰效果分析

在建立眩目武器干扰效果模型时，为简便起见，没有考虑气象因素对眩目武器作用效能的影响。然而光在空气中传播受气象条件影响很大，即光在传输过程中会衰减。这主要是由于空气中的气体分子和气溶胶分子的“散射”“吸收”造成的。当空气中的污染物较多时，光线照射到悬浮颗粒上时，会产生漫反射现象；当有雨雾时，空气中存在大量的水滴，不同大小的水滴对光的传播会产生不同的影响，使得只有部分光线会照射到目标。

在眩目武器发光光强为2 000 000 cd情况下，分析相对上升对比度阈TI值、图3及图4可得到以下结论：

（1）当在晚上使用眩目武器，目标距离舰艇2 000 m以内时，两组年龄段、各个距离上计算得到的TI都大于2，目标人员会产生眩光，使眼睛失能，眩光后恢复时间为5.68＜T＜30.42 s，眩目武器可以对目标进行有效告警；

（2）当在黄昏或黎明使用眩目武器，取θ=θmax，各个距离上计算得到的TI都小于2，不会使目标人员产生眩光。这是由于θ取值较大，导致计算得到的TI＜2，而θ的值可以改变，其大小取决于小船上目标人员视线与眩目武器光线的夹角，由目标人员主观意志决定。当θ取较小值时，即目标人员直视眩目武器发出的光束，θ=1.5°，经计算，在L≤744 m范围内，TI＞2，则人眼会产生眩光，眩光恢复时间为0＜T＜1.77 s。可知在黄昏或黎明背景亮度较大时，特定的情况下眩目武器也能够使人眼眩目；

（3）当在晴朗白天，背景亮度大时，即使θ取最小值，目标人员直视眩目武器光束，各个距离上计算得到的TI都小于2，使用眩目武器不会对目标人员产生眩目作用。眩目武器在背景亮度大的环境下，不能发挥作用；

（4）随着目标距离越近，眩光源在目标人员眼睛处的光照度越大，人眼感受到的光亮度越大，眩目刺激越强，人眼恢复正常视觉时间也越长，对目标心理影响也越大。虽然在黄昏或是黎明使用眩目武器在一定情况下也能使人眼眩目，但眩光恢复时间相对较短，眩目效果不明显，而在黑夜使用眩目武器，恢复时间较长，更能损伤目标人员眼睛；

（5）眩目武器对目标人员的作用效果与眩光源发光强度I、目标距离L、海上背景亮度Lb及目标人员视线与眩目武器光线的夹角θ密切相关。当θ较大时，即使在背景亮度低的夜晚，也不会使人眼失能；当θ较小时，即使背景亮度偏大，也能使人眼产生一定的眩目效果；目标距离L越小，眩目作用效果越佳；眩光源发光强度I越大，更能从本质上提高眩目作用距离及眩光效果。

4 眩目武器运用

眩目武器的定位是警示作用，并可以配合相关武器的运用，能给予目标人员生理上的不舒适以及心理上强大的压力，逼迫目标采取相应的行动。依据眩目武器的作用效果分析结论，提出如下眩目武器运用的一般原则和方法：

（1）在白天和能见度不佳的雾天情况下，不使用眩目武器；

（2）在黄昏或黎明等背景亮度偏大，且眩目武器功率一定时，若要使用眩目武器对目标告警，由于眩目武器是光速、无声出击，隐蔽性好，则尽量缩减与目标的距离后择机照射目标，可以产生一些效果；

（3）当可疑目标出现在眩目武器有效作用范围内，使用眩目武器持续发射强光照射目标，并在目标附近扫动，若目标继续靠近，则使强光频闪；当可疑目标出现在眩目武器有效作用范围之外，若有必要对其警告拿捕，可以使舰艇机动靠近目标，再使用强光照射；

（4）当舰艇附近出现多个可疑小型目标，首先对距离最近的目标使用眩目武器，再依次按距离远近警告各个目标，同时使舰艇机动远离目标包围。

5 结束语

眩目武器作为新式武器，本文借鉴了光学领域研究的成果，利用合适的数学模型，对眩目武器的干扰效果进行了分析，并提出了眩目武器运用的一般原则。但本文也只是在标准气象条件下建模计算，没有考虑海洋环境气象因素的影响，在这一方面还需要进一步的深入研究，为开展眩目武器效能分析研究打下基础。在眩目武器设计方面，为使眩光作用距离更远，可根据需求，提高眩目武器发光强度或是增加发光源数量，达到更佳眩目干扰效果。

［1］庞蕴凡.视觉与照明［M］.北京：中国铁道出版社，1993.

［2］于连栋，刘巧云，苏红.失能眩光形成机理的研究［J］.合肥工业大学学报，2005，28（8）：865-868.

［3］时粉周，王钰，鲁毅钧.眩光对海军飞行员暮视视觉工效的影响［J］.海军医学杂志，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］熊凯，葛剑虹，项震.强光干扰下的眩光评价研究［J］.中国生物医学工程学报，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，湖北咸宁人，硕士研究生。研究方向：水面舰艇指挥决策。