匹配滤波器设计仿真.docx
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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xWT
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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