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matlab 匹配滤波器 应用于雷达系统匹配滤波器的matlab仿真详解.doc

时间:2021-01-04 15:36:59

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matlab 匹配滤波器 应用于雷达系统匹配滤波器的matlab仿真详解.doc

应用于雷达系统匹配滤波器的仿真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: (1.1)

其中:为确知信号,为均值为零的平稳白噪声,其功率谱密度为。

设线性滤波器系统的冲击响应为,其频率响应为,其输出响应:

(1.2)

输入信号能量: (1.3)

输入、输出信号频谱函数:

(1.4)

输出噪声的平均功率:

(1.6)

利用Schwarz不等式得:

(1.7)

上式取等号时,滤波器输出功率信噪比最大取等号条件:

(1.8)

当滤波器输入功率谱密度是的白噪声时,MF的系统函数为:

(1.9)

为常数1,为输入函数频谱的复共轭,,也是滤波器的传输函数。

(1.10)

为输入信号的能量,白噪声的功率谱为

只输入信号的能量和白噪声功率谱密度有关。

白噪声条件下,匹配滤波器的脉冲响应:

(1.11)

如果输入信号为实函数,则与匹配的匹配滤波器的脉冲响应为:

(1.12)

为滤波器的相对放大量,一般。

匹配滤波器的输出信号:

(1.13)

匹配滤波器的输出波形是输入信号的自相关函数的倍,因此匹配滤波器可以看成是一个计算输入信号自相关函数的相关器,通常=1。

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。这种体制采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。

脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频(Linear Frequency Modulation)信号,接收时采用匹配滤波器(Matched Filter)压缩脉冲。

LFM信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为:

(2.1)

式中为载波频率,为矩形信号,

(2.2)

,是调频斜率,于是,信号的瞬时频率为,如图1

图1 典型的chirp信号(a)up-chirp(K>0)(b)down-chirp(K<0)

将2.1式中的up-chirp信号重写为:

(2.3)

式中,

(2.4)

是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质,S(t)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)。

图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:

(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=0,重写3.1式,

(3.2)

将2.1式代入3.2式得:

(3.3 )

图3LFM信号的匹配滤波

如图3,经过系统得输出信号,

当时,

(3.4)

当时,

(3.5)

合并3.4和3.5两式:

(3.6)

3.6式即为LFM脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频的信号。当时,包络近似为辛克(sinc)函数。

(3.7)

图匹配滤波的输出信号

如图,当时,为其第一零点坐标;当时,,习惯上,将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。

(3.8)

LFM信号的压缩前脉冲宽度T和压缩后的脉冲宽度之比通常称为压缩

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