在关于雷达原理的说明中,经常见到各种滤波器的描述,那滤波器到底是什么呢?可以简单理解为:滤波器是用于滤波,怎么滤呢?通过信号的频率特性来过滤;滤波有什么用呢?得到想要的频率,去除不想要的频率信号。滤掉的频率哪去了?滤波过程中,这些滤除的信号转变成了热能,最后由雷达散热部分(主要是风冷和水冷)处理掉。
一、常见滤波器
雷达中常用的滤波器有以下几种:
1.低通滤波器:对频率滤波,去高存低。容许低于截至频率的信号通过,但高于截至频率的信号不能通过电子滤波装置。
2.高通滤波器:对频率滤波,去低存高。让某一频率以上的信号分量通过,对于该频率以下的信号分量不允许通过。
3.带通滤波器:允许特定频率段的信号通过,同时屏蔽其他频率段的信号。如LRC震荡回路就是一个interwetten与威廉的赔率体系 带通滤波器。
4.带阻滤波器:与带通滤波器相反,屏蔽特定频率段的信号。
以上四种滤波器一般在需要时使用,不一定每部雷达中全部都有使用,早期都是设计在模拟电路中,使电路实现滤波功能,现今数字时代,滤波器都变成了算法实现,也就是在雷达最前端就进行数字化,后续的滤波处理就变成了在计算机中用算法来进行滤波处理了。
二、匹配滤波器
匹配滤波器:使输出信噪比最大的线性滤波器,其滤波器的传递函数形式是信号频谱的共轭。啥意思呢?这种滤波器不是简单对频率的处理,而是为了信号检测做准备的(信号检测的核心需求就是信噪比要高,关于这个问题单独开篇说明),它是雷达能够进行信号检测的前提,也是核心的滤波器。下面重点来说它。
匹配滤波的特性是:一方面,从幅频特性(就是幅度和频率的一个函数,有时画图显示)来看,匹配滤波器和输入信号的幅频特性完全一样。这也就是说,在信号越强的频率点,放大倍数也越大;在信号越弱的频率点,放大倍数也越小。这就是信号处理中的马太效应。也就是说,匹配滤波器是让信号尽可能通过,而不管噪声的特性。其一个前提是白噪声,也即是噪声的功率谱是平坦的,在各个频点都一样。因此,这种情况下,让信号尽可能通过,实际上也隐含着尽量减小噪声的通过,从而使输出信噪比(SNR)最大。
另一方面,从相频特性上看,匹配滤波器的相频特性和输入信号正好完全相反。这样,通过匹配滤波后,信号的相位为0,正好能实现信号时域上的相干叠加。而噪声的相位使随机的,只能非想干叠加。这样在时域上保证了输出信噪比大最大。
实际上,在信号与系统的幅频特性与相频特性中,幅频特性更多地表征了频率特性,而相频特性更多地表征了时间特性。匹配滤波器无论从时域还是频域,都充分保证了信号尽可能大地通过,噪声尽可能小地通过,因此能获得最大信噪比的输出。
三、匹配滤波的作用
匹配滤波器对信号做两种处理:
1.滤波器的相频特性与信号相频特性共轭,使得输出信号所有频率分量都在输出端同相叠加而形成峰值。
2.按照信号的幅频特性对输入波形进行加权,以便最有效地接收信号能量而抑制干扰的输出功率。
上面的说明比较专业和程式化,对于大部分工程应用来说,需要记住的是:匹配滤波器是使输出信噪比最大的线性滤波器,信噪比越大则越好进行信号检测。记住这个就好。
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