www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Gematched filter

„grootste-van“
circuit

Afbeeldig 1: Parallelschakeling van enkele n delen van het gematchte filter

„grootste-van“
circuit

Afbeeldig 1: Parallelschakeling van enkele n delen van het gematchte filter

Gematched filter

In de telecommunicatie is een gematchte filter het optimale filter voor het maximaliseren van de signaal-ruisverhouding (SNR) voor een bekend signaal in de aanwezigheid van extra stochastische ruis. Bij signaaldetectie worden vaak bij elkaar passende filters gebruikt om een bekend signaal, of sjabloon, te correleren met een onbekend signaal om de aanwezigheid van het sjabloon in het onbekende signaal te detecteren.
 

„grootste-van“
circuit

Afbeeldig 1: Parallelschakeling van enkele n delen van het gematchte filter

Het probleem bij radar is, dat zowel het ontvangen signaal als de sjabloon in de praktijk onbekend zijn. Veel echosignalen worden door het Dopplereffect zozeer veranderd dat ze niet langer alleen maar een reflectie van het uitgezonden signaal zijn. Hier kan een echosignaal op veel verschillende Doppler-frequenties worden gesuperponeerd. Voor een helikopterherkenning zijn zowel de Doppler-frequentie van de rotorbladen als de Doppler-frequentie van de romp, d.w.z. de radiale snelheid van de hele helikopter, van belang. In de praktijk moet er voor elk mogelijk Doppler-frequentiespectrum een apart, op elkaar afgestemd filter worden gebouwd.

Het pulscompressiecircuit is bijvoorbeeld de radartypische vorm van een gematchte filter. Het is optimaal wanneer de ontvangen signaalvorm identiek is aan de uitgezonden vorm. Maar precies deze identieke signalen komen overeen met het echosignaal van een vaste rommel en de weergave ervan is in de meeste gevallen niet wenselijk. Als een Doppler-frequentie over het echosignaal wordt gesuperponeerd, dan is het filter niet meer optimaal. Alle frequenties worden in een bepaalde richting verschoven. Of de hoogste of de laagste frequentie wordt dan niet meegenomen in de signaalverwerking.

Moderne radarsets kunnen dit effect compenseren. De eenvoudigste versie is dat deze beide frequenties niet nodig zijn voor verdere signaalverwerking, zodat zelfs een doelkarakter kan worden gegenereerd wanneer een van deze beide frequenties afwezig is. Ook zijn er oplossingen mogelijk waarbij het filter rekening houdt met de extra frequentie. Verbeterde systemen die gebruik maken van meerdere filters tegelijk (parallel), die elk rekening houden met een bepaalde Doppler-frequentie. Een volgende „grootste-van“-circuit (of software routine) schakelt dan alleen het signaal aan dat de beste signaal/ruisverhouding heeft. Dit hoge aantal filters kan het best digitaal worden gerealiseerd. Het hele plaatje links is daarom vaak een softwareoplossing.

Voor elk van deze verschillende Doppler-frequentiesignalen geldt een verschillende bandbreedte van de ontvanger. Het principe van de passende filter wordt dan op de gehele ontvanger toegepast - men spreekt dan van een „gematchte ontvanger“. Het kan meerdere digitale ontvangers parallel gebruikt worden met een geoptimaliseerde bandbreedte en een geoptimaliseerd filter voor elk Doppler-frequentiespectrum. Voor elk doel wordt slechts één ontvangeruitgang gebruikt, wat de beste signaal-ruisverhouding oplevert.

filters voor frequentiecomponenten
vertragingslijnen voor de tijdsduur
samenvattende apparaten
Uin
Uin
Uout
Uout
tijdsduur van
een frequentiecomponent

Afbeeldig 2: Blokschema van een pulscompressiefilter - een voorbeeld van een matched filter

filters voor frequentiecomponenten
vertragingslijnen voor de tijdsduur
samenvattende apparaten
Uin
Uin
Uout
Uout
tijdsduur van
een frequentiecomponent

Afbeeldig 2: Blokschema van een pulscompressiefilter - een voorbeeld van een matched filter

filters voor frequentiecomponenten
vertragingslijnen voor de tijdsduur
samenvattende apparaten
Uin
Uin
Uout
Uout
tijdsduur van
een frequentiecomponent

Afbeeldig 2: Blokschema van een pulscompressiefilter - een voorbeeld van een matched filter

Voor degenen die de functie van een gematcht filter experimenteel willen overwegen: er is een open-sourcesimulator voor een gematcht filter met verschillende voorbeelden van ingangssignalen. Er is ook de mogelijkheid om eigen signalen te verwerken.


Sponsors: