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匹配滤波器设计仿真.docx

发布:2021-07-26约6.36千字共14页下载文档
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雷达系统匹配滤波器的仿真 一.匹配滤波器原理 在输入为确知加白噪声的情况下,所得输出信噪比最大的线性滤波器就 是匹配滤波器,设一线性滤波器的输入信号为](,): x(/) = s(/) + n(r) (1.1) 其中:S)为确知信号,〃“)为均值为零的平稳白噪声,其功率谱密度为 No/2. 设线性滤波器系统的冲击响应为/”),其频率响应为H(e),其输出响应: (1.2) (1.3) (1.4) :1.5) (1.6) (1.7) 脇)+侦) E(s) =,—(gvco 输入、输出信号频谱函数: 输入信号能量: S(co) = ^s(t)e~iadi so(t) = — J* H(a))S(a)e dco 输出噪声的平均功率: 可〃:(。1 =二「4 (刃以刃=二「H(a)Pn(a))da 2;r Jy ° 2k 応岗5宀 土匸|/7(刎4(次例 利用Schwarz不等式得: |S(晰 21 Pn(co) 上式取等号时,滤波器输出功率信噪比SNR最大取等号条件: (1.8) 当滤波器输入功率谱密度是Pn(co) = NJ2的白噪声时,MF的系统函数为: H(co) = kS\co)e^\k= —N° H(co) = kS\co)e^\k= — N° (1.9) 也是滤波器A为常数1,广例为输入函数频谱的复共辄,S?(?) = S(2), 也是滤波器 ? MO) 瓜为输入信号s⑴的能量,白噪声〃)的功率谱为乂/2 SNR,,只输入信号矶,)的能量和白噪声功率谱藉度有关。 白噪声条件下,匹配滤波器的脉冲响应: (111) 如果输入信号为实函数,则与s“)匹配的匹配滤波器的脉冲响应为: k为滤波器的相对放大量,一般A 匹配滤波器的输出信号: s(At) = s(St^h(0 = kR(t-to) 匹配滤波器的输出波形是输入信号的自相关函数的k倍,因此匹配滤波器可 以看成是一个il?算输入信号自相关函数的相关器,通常* =1 o 二.线性调频信号(LFM) 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制釆用宽脉 冲发射以提高发射的平均功率,保证足够大的作用距离:而接受时采用相应的脉 冲压缩算法获得窄脉冲,以提高距离分辨率,较好的解决雷达作用距离与距离分 辨率之间的矛盾。 脉冲压缩雷达取常见的调制信号是线,性调频(Linear Frequency Modulation) 信号,接收时釆用匹配滤波器(Matched Filter)压缩脉冲。 LFM信号(也称Chirp信号)的数学表达式为: (2.DW)=(亍)e 2 (2.D 式中Z为载波频率,rect(^)为矩形信号, elsewise(2.2) elsewise (2.2) K=?,是调频斜率,于是,信号的瞬时频率为f +KJ 如图1 frequency- AA fteqiieixcyB(b)(a)图 1 典型的 chirp 信号(a) up-chirp(K0) (b) down-chirp(K0)将2.1式中的up-chirp信号重写为:sQ)= S(,)eg(2.3)式中, frequency- A A fteqiieixcy B (b) (a) 图 1 典型的 chirp 信号(a) up-chirp(K0) (b) down-chirp(K0) 将2.1式中的up-chirp信号重写为: sQ)= S(,)eg (2.3) 式中, S(r) = recr(Y)e,frK,1 (2.4) 是信号s⑴的复包络。由傅立叶变换性质,S⑴与s(t)具有相同的幅频特性,只是 中心频率不同而以,因此,Matlab仿真时,只需考虑S(t)°通过MATLAB仿真 可得到信号时域和频域波形如下图所示: Real part of chirp signalFrequency in MHz Real part of chirp signal Frequency in MHz 闇2.LFM信号的时域波形和幅频特性 三.线性调频信号的匹配滤波器 信号$(,)的匹配滤波器的时域脉冲响应为: 的)=顷。T) (3.1) 是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时,可令名=0,重写3.1式, (3.2)(33)/7(f) =『(T) (3.2) (33) 将2.1式代入3.2式得: 仰)=如(丄)次xW T 图3.LFM信号的匹配滤波 如图3.5(/)经过系统方(,)得输出信号(f), 仲)s(u)h(t-u)du= h{u)s{t-u)duJ尸如,?心血(宰冲血¥so(l)= 城血=邱广_f 仲) s(u)h(t-u)du= h{u)s{t-u)du J尸如,?心血(宰冲血 ¥ so(l)= 城血 =邱广_f % 一/2/rKr,一名 sin/rK(7T )1/2”, nKt (3.4)
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