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关于光学探测,以信噪比检测信号方式检测,实际的技术要求

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这里要先引用一个天文学术语:视星等。
视星等的意思是看上去星体的亮度,视星等公式为:

以及还要引用两个光学单位:勒克斯(lex)、流明和坎德拉(cd)。
1lex表示每平米1流明,1流明表示1cd的辐射在一球面度的辐射通量,而1cd的辐射功率为:(4π)/683瓦=0.0184瓦。那么换算得1勒克斯照度等于0.00146瓦辐射功率。

E0表示0等星的照度。
由视星等和照度的关系,算得5等星照度为2.54*10^(-10)勒克斯。1勒克斯等于1流明光通量,1流明等于1/4π坎德拉,换算得到的1勒克斯辐射功率密度为:0.00146瓦。那么,1枚5等星对应的辐射功率密度(在接收端)的辐射功率3.72*10^(-13)瓦/平米的辐射功率。


IP属地:贵州1楼2016-02-26 18:21回复
    由噪音环境下虚警概率公式:

    推出所需信号与检测门限之比,也就是考虑噪音波动的信噪比的公式:

    在不对着太阳,以及近距离对着行星和大卫星探测的前提下,由于太空中的随机环境噪音主要是银河系各类恒星辐射的粒子流和稀薄的星际气体产生,这个噪音非常小,而且随机波动也小,噪音波动的标准差接近为1,假设需要的虚警概率小于等于1%,那么代入这个公式计算,得出不考虑仪器内部的噪音,所需的检测信噪比为2.1432分贝;考虑到CCD+放大电路+信号处理电路等等一般有5分贝的噪音,那么需要的检测信噪比为7.1432分贝。
    假设采用的是多个望远镜组阵,用信噪比法提取信号,门限设为5等星对应的敏感电压,根据电功率和电压在直流条件下呈线性关系,可以得知,只要目标的辐射功率达到5等星的7.1432分贝,就能被可靠的探测到,绝对没跑。
    由接收5等星信号对应的辐射功率密度3.72*10^(-13)瓦/平米,算得接收到的目标辐射功率密度达到2.66*10^(-12)瓦/平米就能可靠的被接收到。
    未完,待续.......................................................


    IP属地:贵州2楼2016-02-26 18:24
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      这里补充一句,为什么要用五等星的辐射功率作为噪音功率,不仅是因为视星等五等星以及更低的天体是比前几个星等多,还因为背离太阳方向和远离各太阳系矮行星及以上方向,一般太空中来的噪音辐射也视星等也低于5


      IP属地:贵州来自Android客户端3楼2016-02-26 19:29
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        还未算完,请勿插楼


        IP属地:贵州5楼2016-02-27 14:42
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          第一个公式处漏打一个字,改为


          IP属地:贵州6楼2016-02-27 14:47
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            “信噪比检测信号方式”是什么方式?


            IP属地:北京7楼2016-02-29 22:04
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              萌新表示有个疑问,楼主能否解答一下,楼主原文“1lex表示每平米1流明,1流明表示1cd的辐射在一球面度的辐射通量,而1cd的辐射功率为:(4π)/683瓦=0.0184瓦。那么换算得1勒克斯照度等于0.00146瓦辐射功率。”
              有一个很明显的问题是勒克斯应该是lux才对,符号也是lx,lex是什么情况。
              1cd的辐射功率为0.0184瓦请问是怎么计算得出的……光通量是一个功率单位……683流明=1瓦特,而光强I=F/Ω,也就是1cd=1lm/sr意义是单位立体角的光通量,那么问题来了……何来1单位的光强的辐射功率为多少呢?或者你可以这么表达,1坎德拉发光强度的点光源,总光通量用瓦作单位是0.0184瓦
              而且你前面还不可思议的将1流明的意义变成了1坎德拉的“辐射”!在一球面度的辐射通量,你的意思用 公式表示就是这样的F=I/Ω,我不知道这是什么情况……而且最niubility的是,你duang的一下就从1cd=0.0184瓦变成了1lux=0.00146瓦,嗯,我知道这是除以4π,但是问题是……除以4π你得到的是流明啊……你还要除以平方米
              以及……光通量和与光通量有关的量,都是人眼所感觉的……放在探测器中感觉怪怪的……比如光通量是人眼所能感觉到的辐射功率(辐射功率×视见率),虽然说光学望远镜考虑的是可见光,可是光学探测如果是狭义的话还好,正好相符,如果是广义的话那还包括可见光之外的……
              嗯,不过下一段让我感觉我光学白学了:“1勒克斯等于1流明光通量,1流明等于1/4π坎德拉,换算得到的1勒克斯辐射功率密度为:0.00146瓦。那么,1枚5等星对应的辐射功率密度(在接收端)的辐射功率3.72*10^(-13)瓦/平米的辐射功率。”
              1lux(勒克斯)=1lm(流明)……卧槽这是什么鬼……发明单位么……1lm(流明)=1/4πcd(坎德拉),楼主,我给您跪了,不要看到“1烛光总发射的光通量为4π(约12.56)流明”就说1流明=1/4π坎德拉啊……人家的意思是一个点光源,发光强度是1坎德拉,那么发射的总光通量是4π流明啊……哪能这么转换啊……
              星等我不太了解……但是既然楼主给了公式,那我就算算
              根据楼主的说法5等星的照度是5等星照度为2.54*10^(-10)勒克斯……我正想算……突然看到
              先不理单位写错的问题,我就有个问题,E的意思楼主早已翻译,是亮度,对吧。可是……亮度TM是坎德拉每平方米(即nit),而勒克斯是流明每平方米……难道是用神奇的4π转换法?嗯,不管啦,按照楼主的方法算算,首先∵1流明等于1/4π坎德拉∴1勒克斯=1/4π尼特∴5等星亮度为2.54*10^(-10)÷(4π)≈2.02*10^(-11)尼特∵星等M=2.54*log(10)E=2.54*log[以10为底](2.02*10^-11)=-27.16440752
              诶,这不对啊,为嘛我从照度逆推回去星等不是5咧?
              ……


              IP属地:北京8楼2016-03-01 00:41
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                楼主……你这上面中文倒是变了……下面字母的还没改呢……而且亮度比?跟谁的亮度之比呢?


                IP属地:北京9楼2016-03-01 00:55
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                  因发现掉入经验主义错误,此贴已弃。将开新贴重新讨论这个话题


                  IP属地:贵州来自Android客户端10楼2016-03-01 09:48
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                    ……我终于发现你的计算为啥这么乱了……我也是不懂星等,结果也傻了……视星等的确就是跟照度直接挂钩……而且计算式中E的意思就是照度,但是你的中文翻译却是亮度……吐血


                    IP属地:北京11楼2016-03-02 18:34
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                      假设有一球形战舰,半径1000千米,表面温度120K,材料为不锈钢,ε(辐射系数)为0.16,根据斯特藩-玻尔兹曼定律,此时其单位面积辐射功率=εσΤ^4,所以单位面积辐射功率=1.881293672瓦特/平方米,总辐射功率=23641033.52MW,若探测器距离其30万千米远,探测器等效照射面积为3万平方米,则探测器接收的光通量为6.270978908*10^(-7)MW即0.6270978908瓦特,如果转换成流明就是428.3078594流明(当然,流明是按可见光算的……显然120K时可见光很少……),如果其中的70%的功率在探测器可探测波段内,有效辐射功率约是300流明,也就是说其有效照度约为0.01勒克斯,目前可见光波段的星光级摄像机可以在0.0001勒克斯的照度下工作,而未来,红外波段探测器在0.01勒克斯下也能以较高的快门速度正常的工作。而此战舰所占立体角为1/90万sr,如果要粗略侦察到此战舰,至少应该有1/2万sr的分辨率,而要精确判断是否是一艘战舰,则需要1/3000万sr的分辨率


                      IP属地:北京12楼2016-03-03 00:19
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