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  • 匹配滤波器的作用
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    2021-04-22 04:44:37

    匹配滤波器的仿真实验报告(大学电子信息工程专业)

    实验一 匹配滤波器的仿真验证

    一、实验目的:利用matlab验证匹配滤波器的特性

    二、实验要求:设二进制数字基带信号s(t)=∑aang(t-nTs),加性高斯白噪声的功率谱

    密度为0.其中an {+1,-1},g(t)={10 t Ts

    其他(1)若接收滤波器的冲击响应函数h(t)

    1|f| 5/(2Ts)0

    =g(t),画出经过滤波器后的输出波形图:(2)若H(f)={

    输出波形图。

    三、实验原理: 画出经过滤波器后的0其他

    匹配滤波器原理:匹配滤波器是一种以输出信噪比为最佳判决准则的线性滤波器。它的冲击响应h(t)=S(t0-t);y0(t)=h(t)*s(t);在最佳判决时刻t0时输出信噪比r最大。

    四、实验源码

    clear all;

    close all;

    N =100;

    N_sample=8;

    Ts=1;

    dt =Ts/N_sample;

    t=0:dt:(N*N_sample-1)*dt;

    gt =ones(1,N_sample);

    d = sign(randn(1,N));

    a = sigexpand(d,N_sample);

    st = conv(a,gt);

    ht1 =gt;

    rt1 =conv(st,ht1);

    ht2 =5*sinc(5*(t-5)/Ts);

    rt2 =conv(st,ht2);

    figure(1)

    subplot(321)

    plot(t,st(1:length(t)));

    axis([0 20 -1.5 1.5]);ylabel('输入双极性NRZ数字基带波形');

    subplot(322)

    stem(t,a);

    axis([0 20 -1.5 1.5]);ylabel('输入数字序列');

    subplot(323)

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    1.使用线性调频信号的原因

    • 线性调频信号的特点在于频率会随时间变化,所以作为测试信号可以测试不同频率的状态。

    2.从一般信号推导出线性调频信号的时域表达式

    • 推导原则:根据频率随时间变化的特点就可以推导出线性调频信号的时域表达式。

    • 对于一个一般信号,其表达式为 x ( t ) = A cos ⁡ ( ω 0 t + ϕ ) x(t) = A\cos(\omega_0t+\phi) x(t)=Acos(ω0t+ϕ)。从这个表达式中得到相位是 θ ( t ) = ω 0 t + ϕ \theta(t) = \omega_0t+\phi θ(t)=ω0t+ϕ,这是一个线性相位,并且注意有 ω ( t ) = d θ ( t ) d t \omega(t) = \frac{d\theta(t)}{dt} ω(t)=dtdθ(t)把这个相位修改成二次相位,即 θ ( t ) = 2 π α t 2 + 2 π f 0 t + ϕ \theta(t) = 2\pi\alpha t^2 + 2\pi f_0t + \phi θ(t)=2παt2+2πf0t+ϕ,其中 α \alpha α 是一个常数,这样 ω ( t ) \omega(t) ω(t) 就变成了 ω ( t ) = d θ ( t ) d t = 4 π α t + 2 π f 0 \omega(t) = \frac{d\theta(t)}{dt}=4\pi\alpha t+2\pi f_0 ω(t)=dtdθ(t)=4παt+2πf0 相应的 f ( t ) = 2 α t + f 0 f(t) = 2\alpha t + f_0 f(t)=2αt+f0 。可以看到这实现了一个频率随时间的变换而变换的效果。假设初始频率是 f 0 f_0 f0 ,信号持续时间为 T T T,并且此时的终止频率为 f 1 f_1 f1

      可以得到斜率 k = 2 α = f 1 − f 0 T k = 2\alpha = \displaystyle\frac{f_1-f_0}{T} k=2α=Tf1f0,这样就可以将上式写成 ω ( t ) = d θ ( t ) d t = 2 π ( k t + f 0 ) \omega(t) = \frac{d\theta(t)}{dt}=2\pi(kt+f_0) ω(t)=dtdθ(t)=2π(kt+f0)
      进而可以求出
      θ ( t ) = ∫ ω ( t ) d t = 2 π ∫ ( k t + f 0 ) d t = 2 π ( k t 2 2 + f 0 t ) + ϕ 0 = 2 π ( k t 2 + f 0 ) t + ϕ 0 \begin{aligned} \theta(t) = \int\omega(t)dt&=2\pi\int(kt+f_0)dt\\&=2\pi(\frac{kt^2}{2}+f_0t) + \phi_0\\ &=2\pi(\frac{kt}{2}+f_0)t + \phi_0 \end{aligned} θ(t)=ω(t)dt=2π(kt+f0)dt=2π(2kt2+f0t)+ϕ0=2π(2kt+f0)t+ϕ0
      由此可得到 chirp 信号的表达式(三角函数形式):
      x ( t ) = A cos ⁡ [ 2 π f c ( t ) t + ϕ 0 ]      f c ( t ) = k t 2 + f 0 x(t) = A\cos[2\pi f_c(t)t + \phi_0]~~~~f_c(t) = \frac{kt}{2}+f_0 x(t)=Acos[2πfc(t)t+ϕ0]    fc(t)=2kt+f0

    3.代码仿真

    • 假定信号带宽 B = 20MHZ,信号时宽 T = 10 μ \mu μs,信号的采样频率 F s F_s Fs = 50MHz,起始频率为 0Hz。
    • 线性调频信号的生成函数:
      function signal = chirp_signal(t,f0,f1,phase)
      % t表示信号产生的全部时间(一个序列)
      % f0表示起始时刻的信号频率,f1表示终止时刻的信号频率
      % phase 表示初始相位,默认为 0 
      if nargin == 3
          phase = 0;
      end
      t0 = t(1);
      t1 = t(end);
      T = t1 - t0;
      k = (f1-f0)/T;
      signal = cos(2*pi*(k/2 * t + f0).*t +  phase);
      end
      
    • 线性调频信号的仿真:
      clear;clc;
      close all;
      TimeWidth = 10e-6;%信号时宽
      BandWidth = 20e6; %信号带宽
      Fs = 50e6;%采样频率,注意需要满足奈奎斯特频率
      sample_dot_num = round(TimeWidth * Fs);%表示采样点的个数
      
      f0 = 0;%初始频率
      f1 = f0 + BandWidth;%终止频率
      t=0:1/Fs:TimeWidth;%根据结束时间生成时间序列
      signal = chirp_signal(t,f0,f1);
      subplot(211)
      plot(t*1e6,signal);
      xlabel('时间/us');
      title('线性调频信号');
      grid on;
      
      freq = (0:sample_dot_num)/sample_dot_num*Fs;
      subplot(212)
      plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(signal))));
      xlabel('频率/MHz');
      title('线性调频信号的幅频特性');
      grid on;
      
    • 仿真结果

    在这里插入图片描述

    展开全文
  • matlab匹配滤波器的仿真

    万次阅读 2020-06-12 12:19:09
    在信号与系统的信号矢量空间一章提到了匹配滤波器的应用,尝试用matlab将典型例题做仿真。 例题 例6-7在测距系统中,发送信号s(t),以匹配滤波器接收回波信号,利用滤波器输出信号峰值出现的时间折算目标距离。如果有...

    @toc

    任务

    在信号与系统的信号矢量空间一章提到了匹配滤波器的应用,尝试用matlab将典型例题做仿真。

    例题

    例6-7在测距系统中,发送信号s(t),以匹配滤波器接收回波信号,利用滤波器输出信号峰值出现的时间折算目标距离。如果有两种可供选择的s(t)信号,分别如图6- 22(a)的s|(t)和(b)的s2(t)。求:
    (1)分别画出s|(t)和s2(t)自相关函数波形R11(t)和R22(t)。
    (2)为改善测距精度,你认为应选用s1(t)或s2(t)两种脉冲的哪一种信号?
    信号与系统题目

    matlab代码

    clear all
    %fake inferior
    finf=100;
    %取样时间-0.1s到0.1s
    %t=-0.1:1/fs:0.1;
    T=2;
    syms t tau;
    %定义输入函数
    s1(t)=heaviside(t)-heaviside(t-2);
    s2(t)=heaviside(t)-2*heaviside(t-1)+heaviside(t-2);
    %绘制
    subplot(421)
    fplot(s1)
    title('first signal')
    %xlim([-1,3])
    ylim([-1,2])
    grid on
    
    subplot(422)
    fplot(s2)
    title('second signal')
    %xlim([-1,3])
    ylim([-2,2])
    grid on
    
    
    %定义相关函数
    R1(tau)=int(s1(t)*s1(t-tau),t,-finf,finf);
    R2(tau)=int(s2(t)*s2(t-tau),t,-finf,finf);
    %绘制
    subplot(423)
    fplot(R1)
    title('信号s1的自相关函数R1')
    ylabel('R1(\tau)')
    xlabel('\tau')
    ylim([-2,3])
    subplot(424)
    fplot(R2)
    title('信号s2的自相关函数R2')
    ylabel('R2(\tau)')
    xlabel('\tau')
    ylim([-2,3])
    
    %定义相关函数
    R12(tau)=int(s1(t)*s2(t-tau),t,-finf,finf);
    R21(tau)=int(s2(t)*s1(t-tau),t,-finf,finf);
    %绘制
    subplot(425)
    fplot(R12)
    title('信号s1与信号s2的互相关函数R12')
    ylabel('R1(\tau)')
    xlabel('\tau')
    ylim([-2,3])
    subplot(426)
    fplot(R21)
    title('信号s2与信号s1的互相关函数R2')
    ylabel('R2(\tau)')
    xlabel('\tau')
    ylim([-2,3])
    
    %对于匹配滤波器的输出为时移T后的结果
    subplot(427)
    fplot(R1(tau-T))
    title('信号s1对应匹配滤波器的输出结果')
    ylabel('R1(\tau-T)')
    xlabel('\tau')
    subplot(428)
    fplot(R2(tau-T))
    title('信号s2对应匹配滤波器的输出结果')
    ylabel('R2(\tau-T)')
    xlabel('\tau')
    
    
    %保存图片
    filename=strcat('matchedFilter.png');
    saveas(gca,filename,'png')

    结果图

    在这里插入图片描述

    展开全文
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    2019-09-01 18:35:40
    匹配滤波器vhdl代码 滤波器 匹配滤波器vhdl代码 滤波器
  • 本文主要内容是DMF的基本结构和参数。
  • 匹配滤波器详解

    千次阅读 2022-05-16 19:32:35
    前言:数字信号的最佳接收方法有两种:最佳接收机法和匹配滤波器法。这里记录一下在通信原理考试前一个晚上学习匹配滤波器时的理解。 一、不管是最佳接收机还是匹配滤波器,最佳接收准则是相同的,都是“错误概率...

    前言:数字信号的最佳接收方法有两种:最佳接收机法和匹配滤波器法。这里记录一下在通信原理考试前一个晚上学习匹配滤波器时的理解。

    一、不管是最佳接收机还是匹配滤波器,最佳接收准则是相同的,都是“错误概率最小”,即“误码率最小”,由于决定误码率的关键因素是输出信噪比,信噪比越大则误码率越小,匹配滤波器的特性就是使得在抽样时刻上,滤波器的输出信噪比最大,即使得输出信噪比最大的线型滤波器就是匹配滤波器。

    二、匹配滤波器是基于最大信噪比的,而这个最大信噪比满足关系式:

    r0<=2E/n0

    E就是信号的能量,no/2为噪声功率

    而要满足这一最大信噪比,就要设计合适的滤波器,即匹配滤波器,该滤波器的传输函数为

    其中S*(w)或者S*(f)为信号的频谱

    这就是信号s(t)对应的匹配滤波器,显然,给出一个信号,我们首先求出它的频谱,然后就可以求得H(w)。这里K一般取1.

    由此可以得到匹配滤波器的冲击响应函数

    h(t)=ks(t0-t)

    t0就是指抽样时刻,一把来说,在匹配滤波器问题中,选择码元末尾进行抽样比较合适,因此t0=TB,即

    h(t)=ks(TB-t)

    通常k取1.

    综上,若匹配滤波器输入电压为s(t),则输出为s(t)*h(t).

    展开全文
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  • 匹配滤波器的MATLAB编程代码,利用MATLAB来实现一个匹配滤波器 本人也是借鉴他人的代码
  • 匹配滤波器测试用例

    2018-09-17 14:14:57
    博文https://blog.csdn.net/piaoxuezhong/article/details/78213672#comments中,匹配滤波算法的测试用例。

空空如也

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