Matched-Filter

Autoren: Phillip Blunck, Marius Schaffer

Betreuer: Prof. Schneider

"Unter Optimalfilter (engl. matched filter) versteht man in der Nachrichtentechnik ein Filter, welches das Signal-Rausch-Verhältnis (engl. signal to noise ratio, SNR) optimiert. In der Literatur findet man auch häufig die Bezeichnungen Korrelationsfilter, Signal-angepasstes Filter (SAF) oder nur angepasstes Filter. Das Optimalfilter dient zur optimalen Bestimmung des Vorhandenseins (Detektion) der Amplitude oder der Lage einer bekannten Signalform in Gegenwart von Störungen (Parameterschätzung)" .

Aufgaben

• Analysieren Sie die Funktion des Matched-Filters im Ardumower Quellcode.
• Setzen Sie das Matched-Filter in Simulink um.
• Testen Sie die Funktion.
• Dokumentieren Sie Ihre Ergebnisse wissenschaftlich.

Deadline für diese Teilaufgabe: 09.11.17

Herangehensweise

1. Machen Sie sich mit dem Quelltext des Ardumower Projektes vertraut.
   1. Mit welcher Abtastrate wird der ADU betrieben?
   2. Wie funktioniert das Matched-Filter?
2. Machen Sie sich anhand der Literatur unten mit der Theorie des Matched-Filters vertraut.
3. Machen Sie Aufzeichnungen mit dem Oszilloskop. Im Vergleich müssen hier die Eingangsgrößen für das Filter aufgezeichnet werden.
4. Machen Sie Aufzeichnungen für unterschiedliche Abstände von Draht sowie außerhalb, innerhalb und auf dem Draht.
5. Lesen Sie diese Aufzeichnungen sequenziell in Simulink ein.
6. Wenden Sie das Matched-Filter darauf an, so dass der Wert 1 für innerhalb und -1 für außerhalb der Leiterschleife ausgegeben wird.
7. Ersetzen Sie die offline Datenquelle durch die Echtzeitmessungen vom Arduino.
8. Testen Sie das System, so dass auch für die Echtzeitmessungen der Wert 1 für innerhalb und -1 für außerhalb der Leiterschleife ausgegeben wird.
9. Lässt sich aus der Signalstärke der Abstand zum Draht schätzen?
10. Dokumentieren Sie Messaufbau, Durchführung und Ergebnis in diesem Artikel.

Versuchsaufbau/Auswertung mit Oszilloskop

Als erste Simulation eines Matched-Filters wird mit einem Oszilloskop die empfangenen Signale innerhalb und außerhalb einer Perimeterschleife aufgenommen und aufgezeichnet.

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  Abb.1: Perimeterschleife Signal innerhalb der Schleife

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  Abb.2: Perimeterschleife Signal außerhalb der Schleife

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  Abb.3: Perimeterschleife Signal weit außerhalb der Schleife

Literatur

1. Ardumower Wiki: Sendeschleife
2. YouTube-Video: Ardumower: perimeter wire, correlation, matched filter (theory) - www.ardumower.de
3. Matched filter simulator
4. Mathworks Artikel - Matched Filtering (R2017b) inkl. Beispiel
5. Mathworks Artikel - phased.MatchedFilter System object
6. Handbuch Radar und Radarsignalverarbeitung S. 157-195: Matched Filter, Likelihood Ratio Filter und Prewhitening Filter
7. Hufschmid, M.: Information und Kommunikation: Grundlagen und Verfahren der Informationsübertragung.. Wiesbaden: Teubner, 2007, S. 157-161. ISBN-13: 978-3835190771
8. Mark Richards, Mark Richards: Fundamentals of Radar Signal Processing. Mcgraw-Hill Education Ltd, 2. Aufl. 2013. ISBN-13: 978-0071798327
9. Skolnik, Merrill: Introduction to Radar Systems. Mcgraw Hill Book Co, 3. Aufl. 2003. ISBN-13: 978-0072881387
10. Oppenheim, A.; Schafer,R: Discrete-Time Signal Processing. Pearson Education Limited. 3. Aufl. 2013. ISBN-13: 978-1292025728
11. Ohm, J.-R.; Lüke, H. D.: Signalübertragung: Grundlagen der digitalen und analogen Nachrichtenübertragungssysteme. Berlin: Springer, 12. Auflage 2014. ISBN=3540692568

Einzelnachweise

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