匹配滤波器的研究与设计
匹配滤波——精选推荐
1.5.2. 匹配滤波器最佳接收机还可以有另外的一种结构，即匹配滤波器。
为了说明匹配滤波器的基本原理，我们从这样一个直观的分析入手。
我们知道，通信系统的误码率与输出的信噪比有关，接收端输出信噪比越大，则系统的误码率越小。
因此，如果在每次判决前，输出的信噪比都是最大的，则该系统一定是误码率最小的系统。
遵从这种考虑原则，我们可以得到匹配滤波器的概念。
接收机通过匹配滤波器使输出信噪比最大。
一、匹配滤波器原理假设线性滤波器的输入端是信号与噪声的叠加)()()(t n t x t s +=，且假设噪声)(t n 是白噪声，其功率谱密度2)(0N f P n =，信号的频谱为)(f X 。
问题：设计一个滤波器使输出端的信噪比在某时刻0t 达到最大。
假设该滤波器的系统响应函数为)(f H ，系统冲击响应为)(t h ，则 输出信号)()()(0t n t s t y O += 其中，⎰∞∞--=τττd t h x t s )()()(0，)()()(f H f X f S o =⎰∞∞-=df e f H f X t s ftj o π2)()()(所以在0t 时刻，信号的功率为200|)(|t s 输出噪声的功率谱密度20|)(|2)(f H N f P on =输出噪声平均功率为⎰∞∞-=df f H N Pn 20|)(|2所以0t 时刻输出的信噪比为：⎰⎰∞∞-∞∞-==dff H N df ef H f X Pnt s r ft j 20222000|)(|2|)()(||)(|0π根据Schwarts 不等式，⎰⎰⎰∞∞-∞∞-∞∞-≤df f Y dff X df f Y f X 222|)(||)(||)()(|02022|)(|N E N df f X r s =≤⎰∞∞-当02*)()(ft j e f KX f H π-=时等式成立。
因此，如果设计一个滤波器，它的系统响应函数为 02*)()(ft j ef KX f H π-=时，滤波器输出信噪比最大。
匹配滤波器的实验
2010 年秋季学期研究生课程考核（阅读报告、研究报告）考核科目:科学技术哲学学生所在院（系）:电气工程及自动化学院学生所在学科:仪器科学与技术学生姓名:李海洋学号:10S001049学生类别:工学硕士考核结果阅卷人匹配滤波器的设计与验证实验报告实验目的：1、了解匹配滤波器的基本原理；2、掌握如何设计一个传输系统的匹配滤波器；3、深刻认识匹配滤波器的一些实际应用；实验原理：设线性滤波器输入端输入的信号与噪声的混合波形为并假定噪声为白噪声，其功率谱密度，而信号的频谱函数为，即。
我们要求线性滤波器在某时刻上有最大的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值。
现在就来确定在上述最大输出信噪比准则下的最佳线性滤波器的传输特性。
这就是最佳线性滤波器的传输特性。
式中，即为的复共轭。
在白噪声干扰的背景下，按式(8.7-3)设计的线性滤波器，将能在给定时刻上获得最大的输出信噪比。
这种滤波器就是最大信噪比意义下的最佳线性滤波器。
由于它的传输特性与信号频谱的复共轭相一致(除相乘因子外)，故又称其为匹配滤波器。
匹配滤波器的传输特性,当然还可用它的冲激响应来表示，这时有：由此可见，匹配滤波器的冲激响应便是信号的镜像信号在时间上再平移。
为了获得物理可实现的匹配滤波器，要求当时有。
为了满足这个条件，就要满足：这个条件表明，物理可实现的匹配滤波器，其输入端的信号必须在它输出最大信噪比的时刻之前消失（等于零）。
这就是说，若输入信号在瞬间消失，则只有当时滤波器才是物理可实现的。
一般总是希望尽量小些，故通常选择。
顺便指出，当我们专门关心匹配滤波器的输出信号波形时，它可表示为由此可见，匹配滤波器的输出信号波形式输入信号的自相关函数的K倍。
至于常数，实际上它是可以任意选取的，因为与无关。
因此，在分析问题时，可令。
实验过程1.产生1000点的白噪声nt，所用命令nt=randn(1,1000)(如图一)2.产生1000点的有用信号st，st的角频率是8000pi，相位是时间的函数0.5*k*t.*t，幅度是1的余弦函数。
匹配滤波——精选推荐
实验：FFT 与滤波器设计本实验要求学生掌握FFT 、滤波器设计、匹配滤波等数字信号处理流程和设计方法，利用DSP 实现对模拟I 、Q 两路回波信号的匹配滤波，并对实验结果进行分析。
理论基础：匹配滤波器是指滤波器的性能与信号的频率特性相一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。
即当信号与噪声同时进入滤波器时，它使信号成分在某一瞬间出现尖峰值，而噪声成分受到抑制。
假设雷达发射信号（基带信号）为()s t ，其频谱为()S ω，那么匹配滤波器的频率响应和冲激响应分别可表示为：()()j m H j kS j e ωωω-=-()()()1m h t F H j ks t t ω-==-⎡⎤⎣⎦可见，匹配滤波器只与发射信号本身有关，可以最大程度地提高信噪比。
匹配滤波的实现方案如下图所示。
输入信号为模拟I,Q 两路复信号，对其进行FFT ，得到频率复信号，再与匹配滤波器系统相乘，最后进行IFFT ，得到匹配滤波结果。
匹配滤波的实现方案用MA TLAB 中产生适当的的线性调频信号，并对其进行数字正交解调，得到I ，Q 两路数据，同时生成匹配滤波器系数、FFT 和IFFT 蝶形运算系数，并将这些数据和系数保存为dat 数据文件。
在DSP 程序中加载I ，Q 两路数据，并对其进行匹配滤波，利用集成开发环境提供的画图功能观察匹配滤波的结果。
具体实验步骤如下：1．用MA TLAB 产生中心频率为10MHz ，带宽为200KHz ，脉冲宽度为60us 的线性调频信号，对其进行正交解调，采样频率为8MHz ，得到I ，Q 两路数据，并将数据保存为idata.dat 和qdata.dat ；2．利用MA TLAB 生成FFT 和IFFT 的蝶形运算系数，分别保存为twid1k.dat 和itwid1k.dat；3．由I，Q两路数据生成复信号，在MA TLAB中对其进行Fourier变换，再进行共轭和数据反转，得到匹配滤波器系数并保存为LFM_para.dat；4．在MA TLAB中对上述信号进行匹配滤波，并对结果进行分析；参考程序：首先，利用MA TLAB实现对中频信号的正交解调和匹配滤波器，参考程序如下：clear all;close all;fs=8000000;t0=0.00006;t2=0:1/fs:t0-1/fs;f0=9900000;f1=200000;k=3300000000;N=1024;x1=cos(2*pi*(f0*t2+k*t2.^2));x=[x1 zeros(1,N-length(t2))];figure(1); plot(x);for i=1:length(x)/2y1(i)=x(2*i-1)*(-1)^(i);y2(i)=x(2*i)*(-1)^(i);endfor k=3:i-4z1(k)=9*(y1(k-1)+y1(k+1))/16-(y1(k-2)+y1(k+2))/16;z2(k)=9*(y2(k-1)+y2(k+1))/16-(y2(k-2)+y2(k+2))/16;endfigure(2)x1=1:length(y1);y=1:length(z1);subplot(2,1,1),plot(x1,y1,'r-',x1,y2,'b-');subplot(2,1,2),plot(y,z1,'r-',y,z2,'b-');save idata.dat z1 -ascii;save qdata.dat z2 -ascii;j=sqrt(-1);z=z1+j*z2;fz=fft(z,N);figure(3); plot(real(fz))m=z(1:480); %z为IQ两路信号组成的复信号，480＝60us ×8Mh=fliplr(conj(m));H=fft(h,N);fid=fopen('LFM_para.dat','wt');for k=1:Nfprintf(fid,'%e\n%e\n',real(H(k)),imag(H(k)));endfclose(fid);a=H.*fz;figure(4); plot(real(a)); b=ifft(a,N);figure(5); plot(abs(b));。
最佳接收机(匹配滤波器)实验报告
实验报告实验项目名称：最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB 软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、熟悉匹配滤波器的工作原理。
3、研究相关解调的原理与过程。
4、理解高斯白噪声对系统的影响。
5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。
二、实验原理对于二进制数字信号，根据它们的时域表达式及波形可以直接得到相应的解调方法。
在加性白高斯噪声的干扰下，这些解调方法是否是最佳的，这是我们要讨论的问题。
数字传输系统的传输对象是二进制信息。
分析数字信号的接收过程可知，在接收端对波形的检测并不重要，重要的是在背景噪声下正确的判断所携带的信息是哪一种。
因此，最有利于作出正确判断的接收一定是最佳接收。
从最佳接收的意义上来说，一个数字通信系统的接收设备可以看作一个判决装置，该装置由一个线性滤波器和一个判决电路构成，如图1所示。
线性滤波器对接收信号进行相应的处理，输出某个物理量提供给判决电路，以便判决电路对接收信号中所包含的发送信息作出尽可能正确的判决，或者说作出错误尽可能小的判决。
图1 简化的接收设备假设有这样一种滤波器，当不为零的信号通过它时，滤波器的输出能在某瞬间形成信号的峰值，而同时噪声受到抑制，也就是能在某瞬间得到最大的峰值信号功率与平均噪声功率之比。
在相应的时刻去判决这种滤波器的输出，一定能得到最小的差错率。
匹配滤波器是一种在最大化信号的同时使噪声的影响最小的线性滤波器设计技术。
注意：该滤波器并不保持输入信号波形，其目的在于使输入信号波形失真并滤除噪声，使得在采样时刻0t 输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到最大。
1.一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。
匹配滤波器）（或f t h H )()()()(t n t s t r +=)()()(000t n t s t r +=图2 匹配滤器s(t)： 匹配滤波器输入信号； n(t)： 匹配滤波器输入噪声； s 0(t)：匹配滤波器输出信号； n 0(t)：匹配滤波器输出噪声；h(t)或H(f)：匹配滤波器。
匹配滤波器设计仿真
匹配滤波器设计仿真匹配滤波器是一种用于信号处理和通信系统中的重要滤波器设计。
它可以用于信号匹配、频率选择和滤波等应用。
在设计匹配滤波器之前，我们需要了解滤波器设计的基本原理和方法。
本文将介绍匹配滤波器的设计过程，并通过仿真实例展示其性能。
首先，我们需要确定滤波器的频率响应。
频率响应是描述滤波器在不同频率下输出的响应的函数。
常见的频率响应包括低通、高通、带通、带阻等。
根据系统要求，选择适当的频率响应。
其次，选择合适的滤波器类型。
常见的滤波器类型有FIR滤波器和IIR滤波器。
FIR滤波器是一种无反馈滤波器，采用有限长冲激响应的方式实现滤波功能。
IIR滤波器是一种有反馈滤波器，采用递归方式实现滤波功能。
根据需求，选择适合的滤波器类型。
然后，选择适当的滤波器参数。
滤波器参数包括滤波器阶数、滤波器系数等。
滤波器阶数反映了滤波器的复杂程度，一般情况下，滤波器的阶数越高，性能越好，但计算和实现的复杂度也越高。
滤波器系数是滤波器的输出与输入之间的系数关系。
通过调整滤波器参数，可以实现滤波器设计的灵活性和性能优化。
最后，进行匹配滤波器的仿真。
在现代工具和平台的支持下，匹配滤波器的仿真已经变得非常方便和高效。
可以使用MATLAB、Simulink、LabVIEW等软件工具进行匹配滤波器的仿真。
通过仿真可以评估滤波器的性能、验证设计的正确性和优化设计参数。
下面我们通过一个仿真实例来演示匹配滤波器的设计和仿真过程。
假设我们要设计一个低通滤波器，频率响应为0-1kHz，滤波器类型为FIR滤波器，滤波器阶数为10，采样率为10kHz。
首先，确定滤波器的频率响应。
由于是低通滤波器，我们希望在1kHz以下的频率范围内的信号通过，而在1kHz以上的频率范围内的信号被截止。
可以选择一个合适的频率响应函数，例如一阶巴特沃斯低通滤波器函数。
然后，选择滤波器类型。
这里选择使用FIR滤波器，因为FIR滤波器具有线性和时移不变的特点，适用于许多实际应用。
电子信息工程综合实验_匹配滤波器
实验二匹配滤波器一、 实验目的1、了解匹配滤波器的工作原理。
2、掌握二相编码脉压信号的压缩比、主旁瓣比、码元宽度的测量方法。
3、加深和巩固课堂所学有关距离分辨力、横向滤波器和匹配滤波方面的知识。
二、 实验仪器示波器、直流稳压电源、万用表三、 实验原理二相编码信号的匹配滤波器为：12()()()H f f f μμ=⋅式中，1()f μ为子脉冲匹配滤波器，为横向滤波器（即抽头加权延时线求和网络）。
二相编码信号的匹配滤波器结构如图一所示。
图一 二相编码信号的匹配滤波器结构子脉冲匹配滤波器频率特性为：1()()j fTf c fT e πμ=为横向滤波器频率特性为：12()(1)2()P j f kT P k k f c eπμ----==∑式中，P 为码长，T 为码元宽度，k c 为二相编码信号。
在此，采用数字信号处理省略了子脉冲匹配滤波器，所以脉压输出不再是三角波而是方波。
横向滤波器（即抽头加权延时线求和网络）在此采用超大规模集成电路完成。
四、 实验电路该实验箱能够产生矩形脉冲、m 序列、PN 截断码、巴克码、互补码等多种信号以及其对应的匹配滤波输出。
通过按键的选择，可以观察各种信号形式以及对应的匹配滤波输出结果，测量各种信号的脉压参数。
试验箱OUT1端口为原始波形信号输出，OUT2端口为信号匹配滤波输出。
数码管用以显示当前信号波形以及频率指示，K1~K8用来选择波形以及当前信号频率。
其含义如下：1、按键K1：数码管显示P。
单脉冲。
周期1ms；脉冲宽度30us。
2、按键K2：数码管显示SP。
脉冲串。
周期1ms；脉冲宽度10us。
一个周期有7个单脉冲。
3、按键K3：数码管显示31。
31位m序列。
无限长；码元宽度1us。
4、按键K4：数码管显示P31。
31位PN截断码。
周期1ms；码元宽度1us。
5、按键K5：数码管显示b13。
13位巴克码。
周期1ms；脉冲宽度30us。
6、按键K6：数码管显示cb47。
最佳接收机(匹配滤波器)实验报告
实验报告实验项目名称：最佳接收机（匹配滤波器）实验一、实验目的1、运用MATLAB 软件工具，仿真随机数字信号在经过高斯白噪声污染后最佳的恢复的方法。
2、熟悉匹配滤波器的工作原理。
3、研究相关解调的原理与过程。
4、理解高斯白噪声对系统的影响。
5、了解如何衡量接收机的性能及匹配滤波器参数设置方法。
二、实验原理对于二进制数字信号，根据它们的时域表达式及波形可以直接得到相应的解调方法。
在加性白高斯噪声的干扰下，这些解调方法是否是最佳的，这是我们要讨论的问题。
数字传输系统的传输对象是二进制信息。
分析数字信号的接收过程可知，在接收端对波形的检测并不重要，重要的是在背景噪声下正确的判断所携带的信息是哪一种。
因此，最有利于作出正确判断的接收一定是最佳接收。
从最佳接收的意义上来说，一个数字通信系统的接收设备可以看作一个判决装置，该装置由一个线性滤波器和一个判决电路构成，如图1所示。
线性滤波器对接收信号进行相应的处理，输出某个物理量提供给判决电路，以便判决电路对接收信号中所包含的发送信息作出尽可能正确的判决，或者说作出错误尽可能小的判决。
图1 简化的接收设备假设有这样一种滤波器，当不为零的信号通过它时，滤波器的输出能在某瞬间形成信号的峰值，而同时噪声受到抑制，也就是能在某瞬间得到最大的峰值信号功率与平均噪声功率之比。
在相应的时刻去判决这种滤波器的输出，一定能得到最小的差错率。
匹配滤波器是一种在最大化信号的同时使噪声的影响最小的线性滤波器设计技术。
注意：该滤波器并不保持输入信号波形，其目的在于使输入信号波形失真并滤除噪声，使得在采样时刻0t 输出信号值相对于均方根（输出）噪声值达到最大。
1.一般情况下的匹配滤波器匹配滤波器的一般表示式如图2所示。
匹配滤波器）（或f t h H )()()()(t n t s t r +=)()()(000t n t s t r +=图2 匹配滤器s(t)： 匹配滤波器输入信号； n(t)： 匹配滤波器输入噪声； s 0(t)：匹配滤波器输出信号； n 0(t)：匹配滤波器输出噪声；h(t)或H(f)：匹配滤波器。
匹配滤波器的研究与设计
匹配滤波器的研究与设计匹配滤波器是一种用于信号处理的滤波器，其设计目的是使得滤波后的信号与所需信号的相关性最大化。
匹配滤波器在许多领域中广泛应用，例如通信系统、雷达系统、图像处理等。
其基本原理是通过与所需信号进行相关性运算，将相关性较高的信号放大，从而提高信噪比和信号质量。
匹配滤波器的设计过程一般包括三个主要步骤：信号模型的建立、滤波器的设计和性能评估。
首先，需要对所需信号进行建模，这可以通过数学模型或实测数据进行。
信号模型的建立是设计匹配滤波器的基础，它决定了滤波器的结构和参数设置。
接下来是滤波器的设计。
匹配滤波器可以通过时域方法或频域方法进行设计。
时域方法包括传统的无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。
IIR滤波器具有无限冲激响应，可以实现更好的频率特性，但对于实时应用可能出现不稳定性的问题。
而FIR滤波器只采用有限数量的冲激响应，稳定性较好，但因为没有反馈路径，相对于IIR滤波器而言可能需要更长的滤波器长度。
频域方法包括离散傅立叶变换（DFT）、快速傅立叶变换（FFT）等。
这些方法可以将滤波器设计问题转化为频域操作，简化了设计过程。
在频域中，可以通过选择合适的窗函数来控制滤波器的频率响应特性。
常用的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。
不同窗函数的选择将影响滤波器的主瓣宽度和副瓣衰减。
最后是对滤波器性能的评估。
性能评估是确认滤波器设计是否满足要求的重要步骤。
常用的评估指标包括滤波器的幅频响应、相频响应、群延迟、零点和极点位置等。
这些指标可以通过数学分析、实验测量或仿真模拟得到。
如果设计的滤波器性能不满足要求，还可以通过参数调整、结构优化等方法进行改进。
匹配滤波器的研究与设计是一个涉及信号处理、数字滤波和数学建模等多个学科的综合性问题。
在实际应用中，研究人员需要根据不同的应用场景和需求来选择适当的滤波器设计方法和算法。
随着科技的发展和需求的不断变化，匹配滤波器设计也在不断创新和改进。
匹配滤波器原理
匹配滤波器原理匹配滤波器（Matched Filter）是一种信号处理中常用的滤波器，其原理基于信号与滤波器的匹配程度来实现对信号的最佳检测。
在通信系统、雷达系统、生物医学影像等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍匹配滤波器的原理及其在实际应用中的重要性。
匹配滤波器的原理是基于信号处理中的相关性原理，其核心思想是利用已知信号与接收到的信号进行匹配，以实现对信号的最佳检测。
在匹配滤波器中，滤波器的系数是由已知信号的共轭转置得到的，这样可以最大程度地提高滤波器与信号的匹配度。
当信号与滤波器匹配度越高时，输出信号的能量就越大，从而实现对信号的最佳检测。
匹配滤波器的设计需要考虑到信号与滤波器之间的匹配程度，一般来说，匹配度越高，滤波器的性能就越好。
在实际应用中，匹配滤波器可以通过多种方式来实现，比如基于模板的匹配、相关性匹配等。
在通信系统中，匹配滤波器可以用于接收端的信号检测，提高信号的检测性能；在雷达系统中，匹配滤波器可以用于目标检测和跟踪，提高雷达系统的性能；在生物医学影像中，匹配滤波器可以用于图像处理，提高图像的质量和清晰度。
总之，匹配滤波器作为一种重要的信号处理工具，在各种领域都有着广泛的应用。
其原理简单而有效，可以提高信号的检测性能，对于提高系统的性能具有重要意义。
因此，对匹配滤波器的研究和应用具有重要的理论和实际意义。
在实际应用中，匹配滤波器的设计需要综合考虑信号特性、系统性能等多方面因素，以实现对信号的最佳检测。
此外，匹配滤波器的实现方式也有多种选择，需要根据具体的应用场景来确定。
在设计匹配滤波器时，需要充分理解信号与滤波器之间的匹配原理，以实现对信号的最佳检测。
综上所述，匹配滤波器作为一种重要的信号处理工具，在实际应用中具有重要的意义。
通过对匹配滤波器原理的深入理解和研究，可以更好地应用于各种领域，提高系统的性能和信号的检测性能。
希望本文对匹配滤波器的原理及其在实际应用中的重要性有所帮助。
匹配滤波器的实验
2010 年秋季学期研究生课程考核（阅读报告、研究报告）考核科目:科学技术哲学学生所在院（系）:电气工程及自动化学院学生所在学科:仪器科学与技术学生姓名:李海洋学号:10S001049学生类别:工学硕士考核结果阅卷人匹配滤波器的设计与验证实验报告实验目的：1、了解匹配滤波器的基本原理；2、掌握如何设计一个传输系统的匹配滤波器；3、深刻认识匹配滤波器的一些实际应用；实验原理：设线性滤波器输入端输入的信号与噪声的混合波形为并假定噪声为白噪声，其功率谱密度，而信号的频谱函数为，即。
我们要求线性滤波器在某时刻上有最大的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值。
现在就来确定在上述最大输出信噪比准则下的最佳线性滤波器的传输特性。
这就是最佳线性滤波器的传输特性。
式中，即为的复共轭。
在白噪声干扰的背景下，按式(8.7-3)设计的线性滤波器，将能在给定时刻上获得最大的输出信噪比。
这种滤波器就是最大信噪比意义下的最佳线性滤波器。
由于它的传输特性与信号频谱的复共轭相一致(除相乘因子外)，故又称其为匹配滤波器。
匹配滤波器的传输特性,当然还可用它的冲激响应来表示，这时有：由此可见，匹配滤波器的冲激响应便是信号的镜像信号在时间上再平移。
要求当时有为了获得物理可实现的匹配滤波器，。
为了满足这个条件，就要满足：这个条件表明，物理可实现的匹配滤波器，其输入端的信号必须在它输出最大信噪比的时刻之前消失（等于零）。
这就是说，若输入信号在瞬间消失，则只有当时滤波器才是物理可实现的。
一般总是希望尽量小些，故通常选择。
顺便指出，当我们专门关心匹配滤波器的输出信号波形时，它可表示为由此可见，匹配滤波器的输出信号波形式输入信号的自相关函数的K倍。
至于常数，实际上它是可以任意选取的，因为与无关。
因此，在分析问题时，可令。
实验过程1.产生1000点的白噪声nt，所用命令nt=randn(1,1000)(如图一)2.产生1000点的有用信号st，st的角频率是8000pi，相位是时间的函数0.5*k*t.*t，幅度是1的余弦函数。
匹配滤波器设计
匹配滤波器设计匹配滤波器是一种检测噪声中某个确定信号是否存在的最佳滤波方法。
典型问题：有一个已知的有限时长的确定信号s(t),我们希望从接收信号r(t)中检测它是否出现。
最佳估值的准则：输出信噪比达到最大。
应用：通信、雷达中最佳接收技术。
匹配滤波器模型：y(t)=x(t)*h(t)=s(t)*h(t)+n( t)*h(t)s(t)为已知的有限时长的发射信号，x(t)为接收信号，n(t)是白噪声，我们希望设计滤波器h(t)，使输出y(t)有最大值。
这一处理过程如下图所示，可见，在t=t0时刻，信号最大限度地越过背景噪是信号的反转平移形式，如下图：(a)测距离：发射信号s(t):高斯白噪声n(t):接收到的带噪声信号x(t):冲击响应h(t):卷积法结果(b)测速度原理：多普勒效应当波源靠近观察者时，接收信号频率变高；波源远离观察者时，接收信号频率变低。
靠近时频率远离时频率v:波在介质中移动速度V0 :观察者移动速度VS：发射源移动速度实验时，有用发射信号撞到运动目标后，反射回来的信号频率已经变化，此时要想用匹配滤波器将信号检测出来，可以使匹配滤波器的频率变化，f=1：0.1：2.5,当某一个输出有最大值时，此匹配滤波器的频率就是接受信号的频率。
为了编程方便，我就取了三个频率，f=0.5、1、2。
实验结果：一句话总结：测距离：将发射信号以y轴做镜像，然后与接收信号做卷积即可。
测速度：改变匹配滤波器的频率，然后和接收信号卷积，输出峰值最大时匹配滤波器的频率就是所求的。
心得体会：开学时，老师就说这课最后有四个作业，大家做好了可以上台讲，当时我就很心动，就想上去讲一讲。
后来快要结课了，我才把匹配滤波器做了，不过，缺陷很多：1) 匹配滤波器的准则没弄懂2) 实验不完善或不合理(所用的频率太低一一1hz)通过自己去做，发现这个东西也没有想象的那么难，而且这个上台的机会很难得，我很庆幸我得到这个机会，锻炼了我的胆量和培养了我的学术能力，以后有这样的机会，一定要抓住，多锻炼自己。
匹配滤波器
匹配滤波器引言在数字信号处理中，匹配滤波器（Matched Filter）是一种常用的线性滤波器。
它可以通过对输入信号与预先定义的模板进行互相关，来实现信号的匹配与检测。
匹配滤波器在很多领域中都有广泛的应用，比如雷达、通信系统、图像处理等。
原理匹配滤波器的原理基于信号的相关性。
对于一个原始信号，我们可以定义一个理想模板，模板的形状与我们期望匹配的信号形状相似。
通过将输入信号与模板进行互相关运算，可以得到一个输出信号，该输出信号表征了输入信号与模板之间的相似性。
以离散时间情况下的匹配滤波为例，设输入信号为x(x)，模板为x(x)，则输出信号x(x)可以表示为：$$y(n) = \\sum_{k=0}^{N-1} x(n-k) \\cdot h(k)$$其中，x为模板的长度。
应用通信系统在通信系统中，匹配滤波器被广泛应用于信号的接收端。
当我们将数字信息发送到信道传输时，信号可能会受到噪声干扰。
为了恢复原始数据，需要在接收端对接收到的信号进行解调和检测。
匹配滤波器可以用于接收端的信号处理，通过将接收到的信号与发送信号的模板进行相关运算，可以实现信号的检测和解调。
雷达在雷达系统中，匹配滤波器常常用于目标检测和距离测量。
雷达系统通过发射无线电波并接收其回波来探测目标。
为了识别目标并测量其到达时间，可以使用匹配滤波器来与预先定义的目标回波信号进行相关运算。
通过匹配滤波器来检测目标信号，可以提高雷达系统的目标识别能力。
图像处理匹配滤波器在图像处理领域中也有广泛的应用。
对于某些特定的图案或模式，我们可以通过定义一个模板来实现对图像中的相应模式进行匹配。
通过将输入图像与模板进行相关操作，可以得到一个输出图像，该输出图像表征了输入图像中与模板相似的区域。
这在目标检测、图像识别等方面都有重要的应用。
总结匹配滤波器是一种常用的线性滤波器，通过对输入信号与预先定义的模板进行互相关，实现信号的匹配与检测。
它在通信系统、雷达和图像处理等领域都有广泛的应用。
匹配滤波器的设计
匹配滤波器的设计1、引言：在通信系统中，滤波器是其中重要部件之一，滤波器特性的选择直接影响数字信号的恢复。
在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，使滤波器输出有用信号成分尽可能强；抑制信号外带噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减少噪声对信号判决的影响。
对最佳线形滤波器的设计有两种准则其中一种是是滤波器输出信噪比在贸易特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器成为匹配滤波器。
在数字通信中，匹配滤波器具有广泛的应用。
因此匹配滤波器是指滤波器的性能与信号的特性取得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。
2、匹配滤波器的设计要点：（1）接收端事先明确知道，发送信号分别以何种形状的波形来表示发送的1、0码符号或多元符号；（2）接收端针对各符号波形，分别提供与其相适应的接受电路，并且并且各唯一对应适配的一种传输的信号波形，能使输出信噪比达到最大，判决风险最小； （3）对未知相位的已调波，采用附有包络检测的匹配滤波器接收方式。
3、匹配滤波器的传递特性设计：设接收滤波器的传输函数为H(f)，冲激响应为h(t)，滤波器输入码元s(t)的持续时间为Ts ，信号和噪声之和r(t)为式中，s(t) 为信号码元，n(t) 为 高斯白噪声。
并设信号码元s(t)的频谱密度函数为S(f)，噪声n(t)的双边功率谱密度为P n (f) = n 0/2，n 0为噪声单边功率谱密度。
由于假定滤波器是线性的，根据线性电路叠加定理，当滤波器输入电压r(t)中信号和噪声两部分时，滤波器的输出电压y(t)中也包含相应的输出信号和输出噪声两部分，即()()()0sr t s t n t t T =+≤≤y(t)= s 0(t)+ n 0(t)这时的输出噪声功率N o 等于在抽样时刻t 0上，输出信号瞬时功率与噪声平均功率之比为为了求出r 0的最大值，我们利用施瓦兹不等式求 r 0的最大值等号成立的条件是(k 为任意常数)若在白噪声干扰的背景下，按上式设计的线性滤波器，将能在给定时刻t 0上获得最大输出信噪比(2E/n 0)。
(完整word版)匹配滤波器的研究与设计
(完整word版)匹配滤波器的研究与设计毕业设计（论文)课题名称匹配滤波器的研究与设计学生姓名刘燕学号0540826084系、年级专业信息工程系、通信工程指导教师陈延雄职称工程师2009年 5月 22日摘要本文针对扩频接收机中伪码捕获部分为研究重点，分析了几种基匹配滤波器实现方于FPGA 的常用案，其中包括：直接形式的匹配滤波器、转置结构的匹配滤波器、采用分布式算法的匹配滤波器和折叠式匹配滤波器。
通过比较这些方案的优缺点,最终选定了以折叠式匹配滤波器为最优方案来进行设计。
折叠式匹配滤波器实际上就是以静止的本地扩频码作为累加器的系数，匹配滤波器相关过程就相当于接收信号滑过本地序列,当滑动到两个序列相位对齐时，就必有一个相关峰值输出。
该匹配滤波器采用VHDL语言，通过模块划分来进行设计，整个过程都在Xilinx 公司开发的ISE集成软件系统中完成，最后在Modelsim仿真软件上进行了各个模块的仿真。
本论文所设计的折叠式匹配滤波器，能够根据实际需要来设置不同的扩频码长度，很好的完成伪码的相关捕获效果。
该折叠式匹配滤波器结构能够节省FPGA资源,提高伪码捕获时间和效率,有很好的实际效果.关键词：匹配滤波器；M序列；伪码捕获；折叠式FIR结构；FPGAABSTRACTBased on this background ， making the PN code capture part as a point of the spread spectrum receiver ， this paper analyze several common used Matched Filter programs on FPGA , including ： the direct form of matched filter ， the transposed structure of matched filter ， the distributed arithmetic structure of matched filter ， and folded structure of matched filter . Compared with the advantages and the disadvantages of these programs ， finally we choose the folded structure of matched filter as the best one to complete this design 。
匹配滤波器的设计
一、实验目的及意义信号在传递过程中不可避免的要受到自然和人为的各种干扰，能从受干扰观测中获得各种信息，不仅与干扰各种性质和信号形式有关，也与信号处理方式有关。
而且处理方式的好坏与信号的形式和干扰的性质密切相关。
而信号检测理论的主要内容就是研究从寻求从受扰观测中获得所传递信息的最优处理方式。
在雷达接收机的输入端，除了从目标反射回来的有用信号之外，还有大量的杂波和噪声。
雷达信号处理的任务就是最大限度地限制杂波和噪声，提高信噪比，从而有效地检测出有用信号。
检测理论提供了许多种不同准则下的设计原则，匹配滤波器就是其中的一种。
现代雷达信号处理系统的设计一般都是以匹配滤波为主要指导原则。
线性调频信号是通过非线性相位调制获得大时宽带宽积的典型例子，是研究最早、使用最广泛的脉冲压缩信号。
这种信号的突出优点是匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，因此本次实验中采用线性调频信号并加入高斯白噪声比较滤波器的性能。
二、实验原理1、LFM 线性调频信号(Chirp)信号是雷达中常用的信号。
线性调频信号定义为2/()/2/2j t Ts t e T t T πω= -≤≤由于这种信号的相位是2t 的函数，其频率是t 的线性函数，因此LFM 信号是线性频率调制的基带信号。
同时LFM 信号是脉冲信号，其时宽为T ，扫频范围为/2/2t ωω-≤≤（单位为Hz ）。
在雷达测距和测速仿真时所产生的发射信号是不同的。
在进行测距处理中，主要关心的是使滤波器输出信噪比(SNR)最大和距离分辨率高，因此采用较大的(50)T T ωω≥。
匹配滤波器可以从两个方面来定义：一方面，从频率响应角度看，匹配滤波器的响应为()()H f s f *=。
另一方面，从冲激响应的角度看，2/()()(/2/2)j t T h t s t e T t T πω*-=-=-≤≤，因此输出为()()()d y t h t Gs t T =⊗-。
其中G 为常数，d T 为时间延迟。
一个匹配滤波器的设计
二、匹配滤波器设计
2.1 匹配滤波器脉冲函数
设计相应的匹配滤波器的脉冲函数：
hm(m ) cuu* ( 4 9m
那么经匹配滤波器后的输出序列为：
)
y(n )
其中 r (n) 为输入信号。
m 0
r(n
49
m )hm(m )
2.2 无噪声条件下的匹配滤波
2.2.1 无延迟的情况 此时设滤波器的输入信号为：
0
(t ) n(t )h( )d
0
其中 x(t ) 表示有用信号经滤波器的输出部分， (t ) 为噪声经滤波器输出部分。在 任意 t 时刻，输出噪声的平均功率可正比于：
E[| (t ) | 2 ] 2 N 0 | h( ) | 2 d
0
有用信号在 t t 0 的峰值功率正比于：
图 3 输入信号延迟 6 点匹配滤波后的输出结果
由图 3 可看出，前 6 点输出为 0，峰值点在第 55 点出。对图 3 而言，在输入序 列前 6 点内，只有输入的 0 与脉冲序列对应上，输出结果为 0；当输入序列与脉 冲函数完全对齐时才有峰值出现，输入序列延迟了 6 点，故只能是在 55 是才能 满足入序列与脉冲函数完全对齐的情况，故此时的峰值点出现在第 55 点处。
r (t ) * h(t )
图 1 线性滤波器
其中 h(t ) 为该线性Fra bibliotek波器的脉冲函数，由线性系统理论，该滤波器的输出为：
y(t ) r (t )h( )d
0
a0 u(t )h( )d n(t )h( )d
0 0
令
x(t ) a0 u(t )h( )d
匹配滤波器的设计
匹配滤波器的设计1、引言：在通信系统中，滤波器是其中重要部件之一，滤波器特性的选择直接影响数字信号的恢复。
在数字信号接收中，滤波器的作用有两个方面，使滤波器输出有用信号成分尽可能强；抑制信号外带噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减少噪声对信号判决的影响。
对最佳线形滤波器的设计有两种准则其中一种是是滤波器输出信噪比在贸易特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器成为匹配滤波器。
在数字通信中，匹配滤波器具有广泛的应用。
因此匹配滤波器是指滤波器的性能与信号的特性取得某种一致，使滤波器输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大。
2、匹配滤波器的设计要点：（1）接收端事先明确知道，发送信号分别以何种形状的波形来表示发送的1、0码符号或多元符号；（2）接收端针对各符号波形，分别提供与其相适应的接受电路，并且并且各唯一对应适配的一种传输的信号波形，能使输出信噪比达到最大，判决风险最小；（3）对未知相位的已调波，采用附有包络检测的匹配滤波器接收方式。
3、匹配滤波器的传递特性设计：设接收滤波器的传输函数为H(f)，冲激响应为h(t)，滤波器输入码元s(t)的持续时间为Ts，信号和噪声之和r(t)为式中，s(t) 为信号码元，n(t) 为高斯白噪声。
并设信号码元s(t)的频谱密度函数为S(f)，噪声n(t)的双边功率谱密度为Pn(f) = n0/2，n0为噪声单边功率谱密度。
由于假定滤波器是线性的，根据线性电路叠加定理，当滤波器输入电压r(t)中信号和噪声两部分时，滤波器的输出电压y(t)中也包含相应的输出信号和输出噪声两部分，即y(t)= s0(t)+ n0(t)这时的输出噪声功率No等于在抽样时刻t0上，输出信号瞬时功率与噪声平均功率之比为为了求出r0的最大值，我们利用施瓦兹不等式求 r0的最大值等号成立的条件是(k为任意常数)若在白噪声干扰的背景下，按上式设计的线性滤波器，将能在给定时刻t0上获得最大输出信噪比(2E/n0)。
现代雷达匹配滤波器报告
现代雷达信号匹配滤波器报告一 报告的目的1.学习匹配滤波器原理并加深理解2.初步掌握匹配滤波器的实现方法3.不同信噪比情况下实现匹配滤波器检测二 报告的原理匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，下面从实信号的角度来说明匹配滤波器的形式。
一个观测信号)(t r 是信号与干扰之和，或是单纯的干扰)(t n ，即⎩⎨⎧+=)()()()(0t n t n t u a t r (1)匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，对线性处理采用最大信噪比准则。
以)(t h 代表线性系统的脉冲响应，当输入为(1)所示时，根据线性系统理论，滤波器的输出为⎰∞+=-=0)()()()()(t t x d h t r t y ϕτττ (2)其中⎰∞-=00)()()(τττd h t u a t x ， ⎰∞-=0)()()(τττϕd h t n t (3)在任意时刻，输出噪声成分的平均功率正比于[]⎰⎰∞∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=020202|)(|2)()(|)(|τττττϕd h N d h t n E t E (4)另一方面，假定滤波器输出的信号成分在0t t =时刻形成了一个峰值，输出信号成分的峰值功率正比于20220)()()(⎰∞-=τττd h t u a t x (5)滤波器的输出信噪比用ρ表示，则[]⎰⎰∞∞-==20202220|)(|2)()(|)(|)(τττττϕρd h N d h t u a t E t x (6)寻求)(τh 使得ρ达到最大，可以用Schwartz 不等式的方法来求解.根据Schwartz 不等式，有⎰⎰⎰∞∞∞-≤-0202020|)(||)(|)()(τττττττd h d t u d h t u (7)且等号只在)()()(0*τττ-==t cu h h m (8)时成立。
由式(1)可知匹配滤波器的脉冲响应由待匹配的信号唯一确定，并且是该信号的共轭镜像。
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毕业设计(论文)课题名称匹配滤波器的研究与设计学生姓名刘燕学号**********系、年级专业信息工程系、通信工程指导教师陈延雄职称工程师2009年5月22日摘要本文针对扩频接收机中伪码捕获部分为研究重点，分析了几种基匹配滤波器实现方于FPGA的常用案，其中包括：直接形式的匹配滤波器、转置结构的匹配滤波器、采用分布式算法的匹配滤波器和折叠式匹配滤波器。
通过比较这些方案的优缺点，最终选定了以折叠式匹配滤波器为最优方案来进行设计。
折叠式匹配滤波器实际上就是以静止的本地扩频码作为累加器的系数，匹配滤波器相关过程就相当于接收信号滑过本地序列，当滑动到两个序列相位对齐时，就必有一个相关峰值输出。
该匹配滤波器采用VHDL语言，通过模块划分来进行设计，整个过程都在Xilinx公司开发的ISE集成软件系统中完成，最后在Modelsim仿真软件上进行了各个模块的仿真。
本论文所设计的折叠式匹配滤波器，能够根据实际需要来设置不同的扩频码长度，很好的完成伪码的相关捕获效果。
该折叠式匹配滤波器结构能够节省FPGA资源，提高伪码捕获时间和效率，有很好的实际效果。
关键词：匹配滤波器；M序列；伪码捕获；折叠式FIR结构；FPGAABSTRACTBased on this background , making the PN code capture part as a point of the spread spectrum receiver , this paper analyze several common used Matched Filter programs on FPGA , including : the direct form of matched filter , the transposed structure of matched filter , the distributed arithmetic structure of matched filter , and folded structure of matched filter . Compared with the advantages and the disadvantages of these programs , finally we choose the folded structure of matched filter as the best one to complete this design . The folded filter is actually using the PN code as the accumulator coefficients , and then , matched filter correlation process is equivalent to the receiving signal spreading the PN code . When the sliding of two phase sequence is the same , this implies that making a result of correlation . The designs of the matched filter using VHDL and modules . The whole process completed in the development of the company Xilinx ISE Integrated Software System . Finally , every modules simulated in the Modelsim simulation software . The design on this paper , according to the actual need , can set up a different PN code length , and make a good effect on the PN code capture of the spread spectrum receiver . The folded matched filter can reduce the cost on FPGA resources or the PN code capture time , and improve the efficiency of the capture process , it also can make a very good practical effects .Key words:Matched filter ；M series；Acquisition of Pseudo-code；Folded FIR structure；Transposed FIR structure；FPGA目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1课题来源及研究意义 (1)1.2匹配滤波器的发展及研究现状 (1)1.3本文的主要工作 (2)第2章匹配滤波器理论 (3)2.1匹配滤波器概述 (3)2.2匹配滤波器在扩频接收机中的应用 (5)第3章扩频接收机中匹配滤波器的FPGA设计 (15)3.1方案采用说明 (15)3.2匹配滤波器模块划分 (18)3.3匹配滤波器各个模块的实现 (24)第4章电路综合与仿真结果分析 (37)4.1仿真综述 (37)4.2M ODELSIM仿真操作流程 (37)4.3匹配滤波器各个模块的仿真数据分析 (40)4.4匹配滤波器整体系统性能 (45)总结 (47)参考文献 (49)致谢 (51)附录 (52)附录Ⅰ (52)附录Ⅱ (56)附录Ⅲ (57)第1章绪论1.1 课题来源及研究意义本课题来源于指导老师给于的课题：匹配滤波器的研究与设计。
数字匹配滤波器能方便实现扩频号的解扩处理，是扩频接收机的核心部分[1]。
利用FPGA的高速并行处理能力和硬件实现的特点，采用VHDL与原理图相结合，完成了扩频接收机中数字匹配波器的软件仿真和硬件电路设计。
测试结果表明，电路工作稳定可靠，提高了理速度，减少了硬件延时。
目前，在卫星导航中码分多址（CDMA）技术得到了广泛的应用，各颗卫星都工作在同一频段，为了将它们区分开来而采用了不同的伪码序列。
伪码序列相位的捕获与跟踪是扩频通信系统中数字接收机设计的关键，对伪码序列相位的捕获显得尤为重要。
而对于伪码扩频信号相位的捕获通常采用匹配滤波的方法，是因为匹配滤波器在具有实现简单、捕获速度快和不受采样点限制的良好的性质，所以研究匹配滤波器具有一定的实用价值。
本文正是基于此，结合现场可编程技术给出了数字匹配滤波器在硬件上的实现，这种实现可以直接应用在实际的接收机中。
本课题主要是围绕扩频接收机匹配滤波器的实现提出一个先进的方案，该方案能够减少FPGA 资源的使用，大大提高运行效率，有利于实际应用。
1.2 匹配滤波器的发展及研究现状匹配滤波器概念的提出已有半个世纪，70年代到80年代，声表面波延迟线和大规模集成电路工艺的发展才使其走向应用。
但当时是以声表面波器件为主，数字匹配滤波器仍然代价昂贵，只针对于抗干扰等某些特殊用途。
从90年代初开始，美、日等国的多家公司先后开始研制DS宽带扩频芯片，随着CDMA移动通信技术的不断发展，匹配滤波码捕获技术作为同步信道的一项关键技术已广泛地被国外各大公司所研究和采用，例如：移动通信中，正向信道在移动台由于某种原因失去连接以及在反向信道中都需要用匹配滤波器来做快速码捕获。
在第三代移动通信宽带CDMA技术当中，数字匹配滤波器仍然是其中的一项关键技术。
由于匹配滤波法捕获时间短的特点,扩频通信中采用了匹配滤波法。
扩频通信由于其抗干扰强,保密性好等特点,广泛应用于军事通信、电子对抗以及导航、测量等各个领域。
同步技术是扩频通信中的关键技术,同步的作用就是要实现本地产生的PN码与接收到的信号中的PN码同步,即频率上相同,相位上一致。
同步分两个过程:搜捕和跟踪。
搜捕的作用就是在频率和时间(相位)不确定的范围内捕获有用的PN码信号使本地PN码信号与其同步。
大多数搜捕方法都利用非相干检测。
所有的搜捕方法的共同特点是用本地信号与收到的信号相乘(即相关运算),获得二者相似性的量度,并与一门限值相比较,以判断其是否捕获到有用信号。
如果确认为捕获到有用信号,则开始跟踪过程,使系统保持同步。
否则又开始继续搜捕。
目前搜捕的方法主要有滑动相关和匹配滤波法[2]。
匹配滤波器是实现本地伪码和采集信号相关运算的重要部件，它完成了信号的并行处理，捕获速度快（小于一个伪码周期），因此被广泛应用于扩频接受机之中。
现在，大规模可编程逻辑器件为数字信号处理提供了一种新的实现方案。
很多数字信号处理可以很好地在FPGA(Field Programmable Gate Array)中实现，然而却不能有效的在DSP处理器中实现，所以采用FPGA 来实现FIR数字滤波器有着很好的发展前景[3]。
采用现场可编程门阵列FPGA来实现FIR数字滤波器，既兼顾ASIC器件(固定功能DSP专用芯片)的实时性，又具有DSP处理器的灵活性。
FPGA和DSP技术的结合能够更进一步提高集成度、加快速度和扩展系统功能。
用FPGA设计的产品还具有体积小、速度快、重量轻、功耗低、可靠性高、仿制困难、上批量成本低等优点[4]。
1.3 本文的主要工作本文主要对匹配滤波器的原理进行了研究，并提出了一种可行且高效的基于FPGA 实现的折叠式匹配滤波器方案。
主要工作有：（1）本设计主要是基于Xilinx公司开发的一系列芯片上进行的，这些芯片使用频率高，是目前大规模数字逻辑设计的应用趋势。
首先要对该公司的硬件和配套的软件进行熟悉，能够熟练掌握基本的数字逻辑电路设计流程。
（2）在数字信号处理中，能够对FIR数字滤波器的结构和各种实现方法有一定的了解，懂得使用MATLAB软件设计各种参数的FIR滤波器。
（3）本设计主要是用硬件描述语言VHDL来实现整个设计的。
所以要学会整个自顶向下的系统设计方法、VHDL编程、ISE编程工具、Modelsim仿真工具等。
（4）本课题中扩频接收机匹配滤波器的设计主要是采用折叠式来实现该数字匹配滤波器，主要是在扩频接收机中的应用。
所以要对整个折叠算法有一个清除的认识。
最后能够通过仿真得出该滤波器的可实现性。
第2章 匹配滤波器理论2.1 匹配滤波器概述2.1.1匹配滤波器的定义在数字通信系统中，滤波器是其中重要部件之一， 滤波器特性的选择直接影响数字信号的恢复。