Matchedfilteröintiä

Matchedfilteröintiä on signaalinkäsittelyn menetelmä, jolla tunnettu signaalin muoto etsitään kohinan seasta. Tavoitteena on maksimoida signaali-kohinasuhde (SNR) havaintoaineistossa käyttämällä suodatinta, jonka vaste on suunniteltu vastaamaan tunnetun signaalin muotoa.

Periaate: Oletetaan, että havainto on y(t) = s(t) + n(t), missä s(t) on tunnettu signaali ja n(t) kohinaa. Aikakohtaisessa tapauksessa oikea vaste h(t) on s*(T−t) eli signaalin aikakäänteinen kompleksikonjugaatti. Digitaalissa versiossa vaste on h[n] = s*[N−1−n]. Tällainen suodatin tuottaa tuloksen z(t) = ∫ y(τ) h(t−τ) dτ, joka on vastine signaalin korrelaatiolle s(t) kanssa. Ulostulon huippu ilmenee, kun signaalin esiintymisajankohta on, jolloin kohina vaikuttaa vähiten, mikä mahdollistaa sekä signaalin ajoituksen että voimakkuuden estimoinnin.

Sovellukset: Matchedfilteröintiä käytetään laajasti esimerkiksi radarissa, sonarissa, telekommunikaatiossa, seismologiassa sekä biomedisiinisissä signaaleissa, kuten EKG- ja EEG-tutkimuksissa, missä tunnettu signaalin muoto toimii mallina etsittäessä.

Edut ja rajoitteet: Menetelmä on teoreettisesti optimaalinen SNR:n maksimoimiseksi valkoisen Gaussian-kohinan vallitessa, ja sen toteutus voidaan toteuttaa kertaisena konvoluutiona FFT:llä. Rajoitteita ovat signaalin muodon tarkka tunteminen, kohinan ominaisuuksien epävarmuus sekä signaalin mahdollinen muodonmuutos tai ajallinen muuttuminen, jotka heikentävät suorituskykyä.

Yhteenveto: matchedfilteröinti on keskeinen tekniikka tunnetun signaalin havaitsemiseksi ja analysoimiseksi kohinaiseen havaintoaineistoon, erityisesti silloin, kun signaalin muoto on tarkalleen tiedossa.