非致命激光武器综合效能评估*

郭三学，刘小华，蒋贤沛，朱　挺

（武警工程大学，西安　710086）

非致命激光武器综合效能评估*

郭三学，刘小华，蒋贤沛，朱挺

（武警工程大学，西安710086）

非致命激光武器是采用低能激光使目标暂时丧失战斗力的一种战术武器，通过对影响非致命激光武器综合效能关键因素的分析，建立了非致命激光武器的综合效能评价核心指标体系，提出了非致命激光武器综合效能的评估方法，采用最优传递矩阵改进层次分析方法确定各指标的相对权重，运用灰色层次分析法对非致命激光武器的综合效能进行了评估，为非致命激光武器的研发和实际应用提供了理论支持。

非致命激光武器，灰色层次，效能评估

0　引言

非致命激光武器，是指发射的能量平均功率低于20 kW或每个脉冲的能量小于30 kJ［1］的一种新概念武器，主要用于射击单个目标，使人眼瞬间致盲从而丧失战斗力。人眼结构类似一个光学系统，波长在400 nm～900 nm范围的激光束透过角膜之后，经过角膜及晶状体的聚焦，落在视网膜上，其光功率密度比角膜入射处放大105倍，极短时间内能量在极小面积上集中释放，即使低剂量的照射也可造成暂时性失明或严重损伤［2］。

激光对视网膜的损伤效应一般分为轻度、中度、重度3个损伤等级［3］。作为非致命激光武器，对人眼损伤的标准应不超过中度损伤的阈值。

当前国内外非致命激光武器种类繁多，形式各异，有步枪型、手枪型、手电筒型等等，各种各样可使犯罪分子眩目、迷茫或使电子光学失效的激光器不断涌现，这些激光器可装载在舰艇、战车甚至飞机上以达到对目标暂时致盲、眩晕、告警、阻止、驱离等。但是非致命激光应用中还存在许多安全问题，作用能量控制不当或作用距离太近，有可能使目标永久性失明，另外非致命效能没有统一的评判标准。故对其综合效能评估显得极为重要，不仅能满足装备研发的需要，更为重要的是，能为非致命激光武器在反恐、处置群体性事件和执勤中广泛应用提供理论支持。

1　非致命激光武器综合效能指标体系的建立

非致命激光武器的评估是复杂的多指标问题，指标体系的建立要符合目的性、科学性、定性与定量分析相结合以及可操作性原则。作为非致命性武器，其非致命性能是最基本、最核心的设计要求，而技术性能又是实现其功能的基础，同时在实际应用过程中，可靠性、经济性要好，携带方便。根据定性指标与定量指标相结合，按照用最少的指标反映最主要、最全面的信息的原则，以技术性、非致命性和应用性作为非致命激光武器效能评估的准则层，以能量自适应、跟踪瞄准等作为指标层建立非致命激光武器综合效能评估指标体系，如图1所示。

图1　非致命激光武器综合效能评估指标体系

1.1技术性

技术性体现了在结构和技术上实现非致命激光武器的可行性，非致命激光武器的技术性主要与能量自适应性、跟踪瞄准性和频率可调性有关。

1.1.1能量自适应性

激光能量超过了人眼视网膜的损伤阈值就会造成不可恢复的失明。比如角膜的浅层浑浊、凝固坏死，瞳孔变形，晶状体前表面浑浊，视网膜出现凝固水肿斑、出血斑等。能量自适应的核心在于自动感知目标的距离，然后自动控制输出能量，既能实现人眼的暂时失明，使敌人失去战斗力，又不会对其眼睛造成永久性伤害［4］。激光测距机和自动调焦系统的运用，能够自动测量目标距离，从而控制激光输出的能量，使能量自适应性在技术上实现成为可能。

1.1.2瞄准性

对激光的扩束准直技术，可以有效减小激光发散角，增强激光的方向性，在无需安装瞄准镜的情况下，也能对单个目标进行精确瞄准。加装激光瞄准镜后，瞄准精度进一步提高。瞄准精度越高，技术性能越好。

1.1.3频率可调性

光的倍频是一种最常用的扩展波段的非线性光学方法，通过倍频晶体的非线性作用，可以得到许多波段的激光。Nd：YAG是典型的倍频激光器，将波长为1.064μm通过晶体倍频产生0.532μm激光。提高变频技术的效率不仅可以降低能量消耗，而且提高非致命激光武器的反防护能力，波长可调范围越宽，技术性能越好。

1.2非致命性

激光对视网膜的损伤程度受诸多因素的影响，主要由激光波长、能量密度和作用时间决定。

1.2.1作用波长

激光对视网膜的损伤程度主要由波长决定［3］，其原因是在于视网膜对光能量的吸收率和眼睛光学系统的透过率都与波长有关。视网膜对激光的有效吸收率愈大，视网膜损伤愈严重。人眼光学系统对0.53μm蓝绿激光的透过率达到88%左右，其对人眼视网膜的伤害程度最大，但是控制发射能量，也不会造成人眼的不可恢复性伤害。

1.2.2激光能量

同一波长相同脉宽的激光随能量密度的增加对视网膜损伤加重，不同波长的激光对视网膜损伤阈值差别很大，通常波长越短，能量越高，对眼损伤越大，阈值就越低。各类激光器产品损伤阈值不尽相同，脉冲式激光视网膜损伤阈值在5×10-7～5×10-3范围之间，连续型激光视网膜损伤阈值在0.5mw/cm2以下［5］。

1.2.3作用时间

激光输出方式分为连续输出和脉冲输出，输出持续时间大于0.25 s为连续输出，输出时间小于0.25 s为脉冲输出［6］。连续激光辐射时间越长，对眼的损伤越严重，一般来讲，照射时间有一个临界点，也称“热平衡点”（大约100ms～400ms）。如果大于临界点，损伤阈值趋于常数。对于脉冲式输出，激光对视网膜照射的安全时间在1 ns～18μs之间。

1.3应用性

1.3.1可靠性

非致命激光武器主要由激光控制系统、激光泵浦系统、激光光学系统、按键操作系统、瞄准跟踪系统等几部分组成。影响非致命激光武器可靠性主要因素是激光器的冷却、电池供电时间、透镜材料。目前，半导体制冷技术的应用、弹夹式电池供电方式以及透镜材料选择光学玻璃很大程度上提高了非致命激光武器的可靠性。

1.3.2经济性

近年来，激光技术发展迅速，生产成本不断降低。非致命激光武器采用锂电池供电，可重复使用；光学玻璃批量生产、外壳材料的改进、激光器成本的降低等使非致命激光武器生产费降低，为非致命激光武器的广泛应用提供了可能。

1.3.3便携性

高强度轻型材料作为壳体、半导体制冷技术的应用以及轻型锂电池的供电方式，使得非致命激光武器结构紧凑、重量轻，不仅携带方便而且便于手握。目前市场上手枪式、手电筒式的非致命激光器，基本上都达到了便携性要求。

2　非致命激光武器综合效能评估

2.1计算各层次指标权重

层次分析法采用1～9及其倒数标度法构造判断矩阵，传统层次分析法避免不了一致性检验，采用最优传递矩阵改进层次分析法，不仅能满足一致性要求，而且减小构造判断矩阵的盲目性和主观性。确定指标权重具体步骤参考文献［10］。

表1　Ui-U判断矩阵及权重

表2　u1i-U1判断矩阵及权重

表3　u2i-U2判断矩阵及权重

2.2计算评估指标值矩阵

为了对非致命激光武器的综合效能进行客观评价，将评价指标uij分为定量与定性两大类，u11、u12、u13、u21、u22、u23为定量指标，可直接根据指标的数据进行打分。u31、u32、u33为定性指标，通过制定相应的评分等级标准打分。

为方便给指标评分和评估，引入评判机制，设评判等级C=［c1，c2，c3，c4］=｛优，良，中，差｝，设定C的量化分值C=［9.5，8.5，7.5，6.5］，其中［10，9］为“优”，［8，9］为“良”，［7，8］为“中”，［0，7］为“差”。

对于定量指标评分，引入计算方便的梯形模糊数，隶属度空间为4个，以偏大型为例，如图2所示，其隶属函数式为式（1）～式（3），定量指标隶属度见表5。

表4　u3i-U3判断矩阵及权重

图2　越大越好型隶属度函数

表5　定量指标隶属度

设定量指标 u11、u12、u13、u21、u22、u23对应的模糊向量为gi，定量指标的得分为hi。

通过计算 u11、u12、u13、u21、u22、u23分别为 9、8.1、8、9.1、8.2、8.3。

对于定性指标，请5位装备方面的专家进行打分，综合定量指标分值，得到准则层评估样本矩阵D1、D2和D3如下。

2.3确定评估灰类

评估灰类是一个可供比较的类别，具有模糊性和不确定性，为了描述灰类，需要确定其等级、灰数和其白化权函数。根据确定的4个评判等级，其相应的灰数及白化权函数fe（dijk）（e=1，2，3，4），如图3所示。

图3　4类白化权函数

2.4确定评估权矩阵

对于评价指标uij，根据Di和fe（dijk），确定属于第e个灰类的灰色评价系数nije，各评价灰类的总灰色评价系数为nij，属于第e个评价灰类的灰色评价权记为rije，计算公式如式（9）～式（11）：

将指标uij的各灰色评估权组成灰色评估权向量为：

综合Ui所属指标uij的各灰色评估权向量rij，组成灰色权矩阵Ri（i=1，2，3）

由式（5）～式（9），通过计算，非致命激光武器准则层的权矩阵R1、R2、R3为：

2.5灰色综合评价

结合权重，可以求得准则层指标分效能值为：

综合效能评估值为：

通过计算，技术性的效能值：

同理可得非致命激光武器的非致命性和应用性效能分别为：E2=8.463；E3=8.206。根据式（11）可计算非致命激光武器非致命效能评估值为：E=0.186× 8.578+0.687×8.463+0.127×8.206=8.452。

非致命激光武器综合效能值为8.452，效能属于“良”类，非致命激光武器因其技术较为成熟，经济性好、携带方便，是当前反恐、处置群体性事件和执勤中最具潜力的非致命武器。目前非致命激光武器对有生目标作用机理还具有很大的挖掘空间，对不同体质的人，在不同环境下，能量控制还有待深入研究，评价结果较为客观。

3　结论

①系统考虑非致命激光武器技术性、非致命性以及实用性，建立了以非致命为核心的综合指标体系，各个指标具有一定的代表性，比较客观地反映了非致命激光武器综合性能。

②运用灰色层次分析法，将专家的定性分析转化为定量评估，较好地解决了指标量化问题，评估结果较为客观。

③证明了该方法可行性和实用性，不仅为非致命激光武器的研发、大范围的应用提供了理论支持，而且为其他非致命武器的效能评估提供了借鉴。

［1］杨晓段，苏小华.发展中的激光武器技术［J］.物理通报，2000，19（1）：46-47.

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［6］李强，何炳阳.激光对人眼的损伤分析［C］//全国第十四届红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集，武汉：2013.

［7］马亚龙，邵秋峰，孙明，等.评估理论和方法及其军事应用［M］.北京：国防工业出版社，2013.

［8］轩永波，黄长强，王勇.基于灰色层次分析法的空间武器作战效能评估［J］.空军工程大学学报，2011，12（2）：32-37.

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Research on Com prenhensive Effectiveness Evaluation of Non-lethal Laser Energy

GUOSan-xue，LIUXiao-hua，JIANGXian-pei，ZHU Ting
（Engineering University of CAPF，Xi’an 710086，China）

Non-lethal laser weapons is a kind of tactical weapon which uses low energy laser to make the target temporarily lost，throughanalyzing of the factors affecting the comprehensive effectiveness of non-lethal laser weapon，the core index evaluation system on the efficiency of nonlethal laser weapons is set up and the evaluation method of non-lethal laser weapons is put forward in this paper.The relative weight of each index is determined by the improved AHP using the optimized matrix transfer and the comprehensive effectiveness of non-lethal laser weapon is evaluated based on grey AHP，which provides the oretical support for the development and application of non-lethal laser energy.

non-lethal laserweapon，grey AHP，efficiency evaluation

E920.8；TJ95

A

1002-0640（2016）08-0093-04

2015-05-25

2015-07-16

国家社科基金军事学项目（13GBJ003-242）

郭三学（1962-），男，陕西富平人，博士，教授。研究方向：非致命武器技术。