現(xiàn)代最佳接收機一般都應(yīng)用了匹配濾波理論現(xiàn)代雷達接收機數(shù)字通信接收機數(shù)字衛(wèi)星電視接收機氣象預(yù)報、地震預(yù)報等接收機???匹配：濾波器：匹配濾波器：教學(xué)案例——匹配濾波器電路中，當(dāng)內(nèi)阻與外阻相等時，系統(tǒng)輸出功率最大頻率選擇濾波器，允許某些頻率的信號無失真通過而且對其他頻率的信號進行抑制接收信號的頻譜LFM、相位編碼、PD、SAR、ISAR移動通信、光纖通信、衛(wèi)星通信匹配濾波器：在白噪聲背景下使輸出信噪比達到最大的線性濾波器背景匹配濾波理論實例分析與演示教學(xué)案例——匹配濾波器一、匹配濾波器的研究背景教學(xué)案例——匹配濾波器一、匹配濾波器的背景－－引言雷達在二戰(zhàn)中起到了非常重要的作用，引起了相關(guān)理論的研究熱潮連續(xù)波

脈沖波大時寬帶寬積的波形可判斷目標(biāo)存在與否并測速，要求收發(fā)天線分開特點：收發(fā)天線共用，可測距問題：測距分辨率與作用距離矛盾提高測距分辨率要求脈沖寬度盡可能小增大作用距離要求每個脈沖的能量最大大的脈沖峰值功率易導(dǎo)致饋線打火擊穿思路：通過增加平均功率/利用脈沖壓縮技術(shù)等效增加脈沖的峰值功率最典型的：線性調(diào)頻脈沖壓縮信號一、匹配濾波器的背景－－發(fā)展歷史發(fā)展歷史：Woodward首先指出：測距分辨率和精度是雷達信號帶寬的函數(shù)而不是脈沖寬度的函數(shù)1937及1942年，Kolmogorov

及Wiener分別針對可加性噪聲信道提出最佳線性濾波器的設(shè)計方法1943年，North首次針對高斯白噪聲推導(dǎo)了最佳接收機，極大地提高了雷達檢測能力，故匹配濾波器也稱為North濾波器1946年，Vleck

及Middleton是以脈沖信號信噪比最佳的角度采用名詞“匹配濾波器”的第一批人，同年科捷利尼柯夫提出了理想接收機理論1950年，Lawson把匹配濾波理論系統(tǒng)地載入其專著中一、匹配濾波器的背景－－發(fā)展歷史1953年，烏爾柯維茲（Urkowitz）把匹配濾波器理論推廣到色噪聲的場合，提出“白化濾波器”和“逆濾波器”的概念，用于解決雜波中信號的檢測問題1961年，曼那斯（Manasse）研究了白噪聲和雜波干擾同時存在條件下的最佳濾波器1983年，Reed把匹配濾波器理論推廣到三維圖像序列上，把運動點目標(biāo)檢測問題轉(zhuǎn)化為三維變換器中尋找匹配濾波器的問題1986年，Verdu設(shè)計出的最大似然序列（MSL）檢測器結(jié)構(gòu)上由匹配濾波器組＋Viterbi譯碼器組成，用于直擴碼分多址系統(tǒng)中的最優(yōu)多用戶檢測1998年，Reed將三維匹配濾波器運動目標(biāo)檢測算法改進為遞推形式一、匹配濾波器的背景－－具體應(yīng)用數(shù)字信號接收模型抽樣判決器輸出數(shù)據(jù)正確與否，只取決于抽樣時刻信號的瞬時功率與噪聲平均功率之比，即信噪比。信噪比越大，錯誤判決的概率就越??；反之，信噪比越小，錯誤判決概率就越大。匹配濾波器是許多最佳檢測系統(tǒng)的基本組成部分1、雷達信號檢測可證明：從各種最佳準(zhǔn)則導(dǎo)出的最佳接收機都是由一個似然比計算裝置和一個門限檢測器組成，高斯噪聲下對確定信號的似然比計算裝置實質(zhì)就是一個匹配濾波器2、通信信號檢測一、匹配濾波器的背景－－具體應(yīng)用3、用于CDMA移動通信系統(tǒng)中的RAKE接收機RAKE接收機框圖一、匹配濾波器的背景－－具體應(yīng)用延遲估計的主要部件是匹配濾波器。匹配濾波器的功能是用輸入的數(shù)據(jù)和不同相位的本地碼字進行相關(guān)，取得不同碼字相位的相關(guān)能量。當(dāng)串行輸入的采樣數(shù)據(jù)和本地的擴頻碼和擾碼的相位一致時，其相關(guān)能力最大，在濾波器輸出端有一個最大值。根據(jù)相關(guān)能量，延遲估計器就可得到多徑的到達時間量。一、匹配濾波器的背景－－近期研究檢索一、匹配濾波器的背景－－近期研究檢索一、匹配濾波器的背景－－近期研究檢索一、匹配濾波器的背景－－近期研究檢索一、匹配濾波器的背景－－近期研究檢索一、匹配濾波器的背景－－參考文獻1、庫克，伯菲爾德著，雷達信號理論與應(yīng)用導(dǎo)論

2、林茂庸著雷達信號理論3、張明友，呂明著信號檢測與估計4、胡捍英等CDMA通信中匹配濾波器的應(yīng)用電路與系統(tǒng)學(xué)報1999年第4期5、RAKE接收機來自Internet6、數(shù)字衛(wèi)星電視接收機的數(shù)字解調(diào)電路來自Internet二、匹配濾波器理論準(zhǔn)則：輸出信噪比最大H()1最佳濾波器及其傳輸函數(shù)的一般形式或?qū)嵗虒W(xué)——匹配濾波器信噪比:

某個時刻t=t0時濾波器輸出端信號的瞬時功率與噪聲的平均功率之比選擇濾波器，使取得最大值

許瓦茨不等式等號條件令二、匹配濾波器理論最佳濾波器為二、匹配濾波器理論特點:1)2)輸出信號在t=t0達到最大3)幅頻特性具有抑制噪聲,增強信號的作用二、匹配濾波器理論4)相特性argH(

):起到了抵消輸入信號相角argS(

)的作用，并且使輸出信號s0(t)的全部頻率分量的相位在t=t0時刻相同，達到了幅度同相相加的目的。二、匹配濾波器理論2匹配濾波器及其性質(zhì)當(dāng)噪聲為白噪聲時,最佳濾波器為沖激響應(yīng)輸入信號的共軛鏡像,當(dāng)c=1時，h(t)與s(t)關(guān)于t0/2呈偶對稱關(guān)系tt0/2s(t)h(t)h(t)s(-t)t00s(t)二、匹配濾波器理論匹配濾波器的性質(zhì)1)輸出的最大信噪比與輸入信號的波形無關(guān)

最大信噪比只與信號的能量和噪聲的強度有關(guān)，與信號的波形無關(guān)2)t0應(yīng)該選在信號s(t)結(jié)束之后

如果要求系統(tǒng)是物理可實現(xiàn)的,則t0必須選在信號s(t)結(jié)束之后二、匹配濾波器理論3)匹配濾波器對信號幅度和時延具有適應(yīng)性設(shè)如果選擇t1=+t0二、匹配濾波器理論注意:對頻移不具有適應(yīng)性不同于H()二、匹配濾波器理論

例:單個矩形脈沖的匹配濾波器

信號頻譜取匹配濾波器的時間t0=

沖激響應(yīng)為匹配濾波器為二、匹配濾波器理論匹配濾波器的輸出信號二、匹配濾波器理論匹配濾波器的實現(xiàn)二、匹配濾波器理論矩形脈沖串信號的匹配濾波器

信號的頻譜s(t)的匹配濾波器

取t0=(M-1)T+

二、匹配濾波器理論匹配濾波器可表示為

H(

)=H1(

)H2(

)

子脈沖匹配濾波器相參積累器輸出的最大信噪比二、匹配濾波器理論匹配濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)二、匹配濾波器理論3廣義匹配濾波器假定噪聲具有有理的功率譜

其中二、匹配濾波器理論噪聲通過H1()后變成了白噪聲，因為對于物理可實現(xiàn)的系統(tǒng)二、匹配濾波器理論例白化濾波器譜分解信號的拉普拉斯變換

二、匹配濾波器理論取物理可實現(xiàn)部分對應(yīng)的傳遞函數(shù)為

s(t)的廣義匹配濾波器為

二、匹配濾波器理論二、匹配濾波器理論幾點注意：白噪聲背景是推導(dǎo)匹配濾波器的前提，但不是應(yīng)用匹配濾波器的前提；應(yīng)用匹配濾波器的前提條件是輸入信號的形式已知其輸出波形一般存在失真，不能用于波形估計；波形估計要用維納濾波器或Kalman濾波器等線性濾波器是一種線性濾波器，且其輸出信噪比在所有線性濾波器中是最大的某些情況下，非線性濾波的輸出信噪比更大實例教學(xué)——匹配濾波器三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用

在大時寬帶寬積信號中，線性調(diào)頻脈沖信號應(yīng)用最為廣泛

能更有效地利用雷達發(fā)射機可提供的平均功率，避免發(fā)射過高的峰值功率

可提高雷達的距離和速度分辨能力

可抗非相關(guān)干擾干擾雷達發(fā)射線性調(diào)頻信號，接收時采用匹配濾波對回波信號進行脈沖壓縮三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用LFM信號的數(shù)學(xué)表達式為：匹配濾波器的單位沖激響應(yīng)為：匹配濾波器的輸出為：三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用T=10e-6;%脈寬10usB=30e6;%帶寬30MHzK=B/T;%調(diào)頻斜率Fs=10*B;Ts=1/Fs;%取樣頻率/間隔N=T/Ts;%總的取樣點t=Ts:Ts:T;%t=linspace(-T/2,T/2,N)St=exp(j*pi*K*t.^2);%生成線性調(diào)頻信號plot(t*1e6,real(St));xlabel('Timeinusec');title('Realpartofchirpsignal');三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用freq=[(0:T*Fs-1)-T*Fs/2]/T;plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));xlabel('FrequencyinMHz');title('Magnitudespectrumofchirpsignal');

Axis([-20,50,0,250]);三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用plot(freq*1e-6,phase(fft(St)));xlabel('FrequencyinMHz');title('Phasespectrumofchirpsignal');axis([-20,50,-200,20])三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用Ht=exp(-j*pi*K*t.^2);%匹配濾波器plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(Ht))));xlabel('FrequencyinMHz');title('MagnitudespectrumofHt');

Axis([-50,20,0,250]);三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用Sot=conv(St,Ht);三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用

現(xiàn)代脈壓雷達主要采用了數(shù)字匹配濾波技術(shù)

相干干擾是比較有效的干擾方式三、在線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達中的應(yīng)用

三、在線性調(diào)頻脈