基于matlab的相移键控系统仿真.docx

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基于matlab的相移键控系统仿真

江西农业大学

通信原理课程设计报告

课题名称基于Mａｔlab的相移键控仿真设计

班　级信工130１　　　　　　

学号　2013３３32　　　　　　　　　

姓名权俊男

２O16年6月

基于Matlab的２PSK,2DPＳK仿真

摘要:

现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好,作为其关键技术之一的调制技术

一直是研究的一个重要方向。

本设计主要叙述了数字信号的调制方式，介绍了2PSK数字调制方式的

基本原理，功率谱密度，并运用MＡTLAB软件对数字调制方式2ＰSＫ进行了编程仿真实现，在MATLAＢ平

台上建立２PSＫ和2DＰSK调制技术的仿真模型.进一步学习了MAＴLAＢ编程软件，将MAＴLＡＢ与通信系统

中数字调制知识联系起来，为以后在通信领域学习和研究打下了基础在计算机上,运用MATLAB软件

来实现对数字信号调制技术的仿真。

关键词：

数字调制与解调;ＭATLＡB；2PＳK；２DPSK;

第１章绪论

1.1调制方式

数字通信系统，按调制方式可以分为基带传输和带通传输.数字基带信号的功率一般处于从零开始到某一频率（如0～6M）低频段,因而在很多实际的通信（如无线信道）中就不能直接进行传输，需要借助载波调制进行频谱搬移,将数字基带信号变换成适合信道传输的数字频带信号进行传输，这种传输方式，称为数字信号的频带传输或调制传输、载波传输。

所谓调制，是用基带信号对载波波形的某参量进行控制，使该参量随基带信号的规律变化从而携带消息。

对数字信号进行调制可以便于信号的传输;实现信道复用；改变信号占据的带宽；改善系统的性能。

数字基带通信系统中四种基本的调制方式分别称为振幅键控（ASＫ,Ａmpｌitude-Shiftkeyiｎg）、移频键控（FSＫ，Frｅqueｎｃｙ-Shｉｆｔkeyinｇ）、移相键控（PSK，Pｈaｓｅ－Ｓｈiftkeyiｎｇ）和差分移相键（ＤPSK,DiffｅrentＰhase-Sｈiftkｅｙiｎg）。

本次课程设计对PSＫ，ＤＰSK这两种调制方式进行了仿真。

1。

2设计要求

1。

2。

1设计内容

用ＭＡTLAＢ完成对２ＰSK、2ＤPSＫ的调制与解调仿真电路设计,并对仿真结果进行分析，可编写程序，也可硬件设计框图

1.２.2　设计参数（参数可以自行设置）

１、传输基带数字信号（1５位）码元周期T=0。

０1Ｓ

2、载波频率:

1５KHz

1。

２.3　设计仪器

计算机和MATLAB软件

第2章２ＰSK，2DＰＳK原理

2。

12PSK原理

2。

1.１2PSK基本原理

二进制移相键控,简记为２PSK或ＢPSK。

2PＳK信号码元的“０”和“１”分别用两个不同的初始相位“０”和“”来表示，而其振幅和频率保持不变。

因此,2ＰSK信号的时域表达式为：

（t）=Ａcｏst＋）

其中，表示第ｎ个符号的绝对相位:

＝

因此,上式可以改写为:

这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制移相键控方式。

二进制移相键控信号的典型时间波形如图2-1.

图２-1二进制相移键控信号的时间波形

２.1.２2PSK调制原理

在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控（2PSK）信号.2PSK信号调制有两种方法，即模拟调制法和键控法。

通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的　1和0，模拟调制法用两个反相的载波信号进行调制。

2PSＫ以载波的相位变化作为参考基准的，当基带信号为0时相位相对于初始相位为0°,当基带信号为1时相对于初始相位为１8０°。

键控法，是用载波的相位来携带二进制信息的调制方式.通常用０°和１80°来分别代表0和１.其时域表达式为:

其中,２PＳK的调制中aｎ必须为双极性码.两种方法原理图分别如图２—２和图２-3所示。

图2-2　模拟调制原理图

图2—３键控法原理图

2.1．3２PSK解调原理

由于2ＰSＫ的幅度是恒定的，必须进行相干解调。

经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量,在进行抽样判决。

判决器是按极性来判决的。

即正抽样值判为1,负抽样值判为０。

2ＰSK信号的相干解调原理图如图2-４所示,各点的波形如图2—5所示。

由于2ＰSＫ信号的载波回复过程中存在着１80°的相位模糊，即恢复的本地载波与所需相干载波可能相同，也可能相反，这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的基带信号正好相反，即“１”变成“0”吗“0”变成“1”，判决器输出数字信号全部出错。

这种现象称为２PSＫ方式的“倒π”现象或“反相工作”。

图2-42PSK的相干解调原理图

图２-５相干解调中各点波形图

2.２2DＰSＫ原理

2．2。

12DＰSＫ基本原理

二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记为2DPSK.它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息,而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息.所谓相对载波相位是只本码元初相与前一码元初相之差。

传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率.在传输信号中，2ＰSＫ信号和2ASK及2FSＫ信号相比，具有较好的误码率性能,但是,在２PSＫ信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“０”和“1"的颠倒,产生误码.为了保证2ＰＳＫ的优点,又不会产生误码，将2ＰＳK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控.

２DPＳK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。

现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差,并规定:

Φ＝0表示0码,Φ＝π表示1码。

则数字信息序列与２DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PＳK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图见图2—6。

图２-62DPSＫ信号波形图

2.2．22DＰSK调制原理

二进制差分相移键控。

2ＤPSＫ方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。

假设前后相邻码元的载波相位差为,可定义一种数字信息与之间的关系为:

为前一码元的相位。

实现二进制差分相移键控的最常用的方法是：

先对二进制数字基带信号进行差分编码,然后对变换出的差分码进行绝对调相即可。

2DPSK调制原理图如图2-７所示.

图２—７２DPSK调制原理框图

2.２.32ＤPSK解调原理

2DPSＫ信号解调有相干解调方式和差分相干解调。

用差分相干解调这种方法解调时不需要恢复本地载波,只要将DPSK信号精确地延迟一个码元时间间隔，然后与DＰSK信号相乘,相乘的结果就反映了前后码元的相对相位关系,经低通滤波后直接抽样判决即可恢复出原始的数字信息，而不需要在进行差分解码。

相干解调码变换法及相干解调法的解调原理是，先对２DＰＳK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

在解调过程中,若相干载波产生

相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象,但是经过码反变换器后,输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。

本次设计采用相干解调。

两种解调方式的原理图如图2-8和图2－9所示。

2DPSK相干解调各点波形图如图2-10所示。

图　2－８2DPSK差分相干解调原理图

图２－９２ＤPＳK相干解调原理图

第3章实验过程

3。

1２ＰＳＫ仿真部分

3。

1.１2PSK仿真图

用MＡＴLAB搭建好的2PSＫ仿真图如下：

图３-12ＰSＫ仿真图

3.1.22ＰSK模块的参数设置：

１）相乘模块

图3—2　相乘器参数设置

2）低通滤波器模块

图3-3滤波器其参数设置

3）抽样判决模块

图３—4ｐulse　ｇenerator　参数设置

3．2２DPSK仿真部分

3.2．１２ＤＰSK仿真图

用MAＴＬAＢ搭建好的2DPSＫ仿真图如下:

图3－52ＤPＳK仿真图

2.２。

22DPSK模块的参数设置:

载波模块

图3—６载波参数设置

２）乘法器模块

图3－7乘法器参数设置

3）基带模块

图３—8基带信号参数设置

4）ＵｎｉpolａｒｔoＢipolａrConveｒtｅ模块

图3－9Unipoｌar　toBipolａrConveｒteｒ参数设置

5）码变换模块

图3-1０　LogｉcａｌＯｐeraｔor参数设置

图３－１1UnitＤelaｙ参数设置

图3－1２　Data　TｙpeConｖｅrsiｏn参数设置

6）滤波器模块

图3-1３带通滤波器参数设置

图3－14　低通滤波器参数设置

第4章仿真结果

4。

１2PＳK仿真结果

图4－１　2ＰSK电路仿真波形

4．22DPＳK仿真结果

图4—２２DPSK电路仿真波形

附录：

通过编写Ｍ文件程序：

２PSＫ调制解调程序及注释clear aｌｌｃｌoｓｅ alli=１0；j=5000;ｆc=4；               %载波频率fm=i/５；             ％码元速率B=2*ｆm；t=ｌinspace（0,5，j）;a=rｏund（raｎｄ（1,i））；    ％随机序列,基带信号fiｇure（3）；sｔem（ａ）;st1=ｔ；for ｎ=1:

1０    if a（n）＜1;        fｏr m=j/i＊（ｎ—1）+1:

ｊ／i*ｎ            st1（m）＝０;        ｅnd    elｓe        ｆor ｍ=ｊ/i＊（n－１）+１：

j/i*n            st1（m）=１；        ｅｎd    enｄendfiｇurｅ

（1）；

sｕbploｔ（41１）;

ｐｌot（t，st1）；

ｔitle（’基带信号st1'）；

aｘis（[０，5,—１，２］）;

%由于PSK中的是双极性信号,因此对上面所求单极性信号取反来与之一起构成双极性码

ｓt2=ｔ;　　

forｋ=1:

j；

　　ｉfst1（k）〉＝1;

　　　st２（k）=0;

eｌｓｅ

　　　　st２（ｋ）=1;

　　　ｅnｄ

ｅnd；

subｐloｔ（４１2）;

plot（t,st２）;

ｔiｔle（'基带信号反码st２＇）；

axis（［0，5，-1，２］）；

st3=sｔ1-st2；

ｓuｂplot（413）;

plot（ｔ,st3）;

title（'双极性基带信号st3’）;

axｉs（［0,5,-2,2]）；

s1＝sｉn（2＊pｉ＊fc*t）;

subplｏt（414）;

ｐｌot（s1）；

tｉｔle（’载波信号ｓ１’）;

e_ｐｓk=st3．＊s１;

fｉｇure

（2）；

sｕbpｌｏt（5１1）;

pｌoｔ（t，e＿psk）;

tｉtlｅ（＇e_2ｐsk'）；

nｏiｓe＝ｒaｎd（1,j）；

psk＝e＿pｓk+noｉse；　％加入噪声

suｂplot（51２）；

plot（t,psk）；

tiｔlｅ（’加噪后波形’）;

psｋ=psk.*s1;　　　%与载波相乘

sｕbplot（5１3）；

ｐlot（t,psk）；

tｉtle（'与载波s1相乘后波形'）;

[f,ａf]=　T2Ｆ（t，psk）;　　　　％通过低通滤波器

［t,psk］=ｌpf（f，af，B）；

ｓubplot（５14）；

plｏt（ｔ，psk）；

tｉtｌｅ（'低通滤波后波形＇）；

foｒ　m=0:

i-１;

ｉfpsｋ（１，m＊5０0+25０）＜０;

ｆoｒj=m＊5０0＋1：

（m+1）*５00;

　　ｐｓｋ（1，ｊ）=０；

　　end

　ｅlse

　　　foｒj=m*５0０＋1：

（m+1）＊5０0;

　psk（1,j）=１；

end

　　end

end

ｓuｂpｌoｔ（51５）;

ｐｌot（t，ｐｓk）;

axiｓ（［0,5，—１，2]）;

titlｅ（＇抽样判决后波形＇）

2DPSK调制解调程序及注释clear allclose alｌi=1０;j=500０;fc=4；                     ％载波频率fm=i/５;                    ％码元速率Ｂ=2＊fm;t=liｎspａce（0，5，j）；a=roｕnｄ（ｒanｄ（1,i））；ｆigｕre（4）;sｔem（ａ）；sｔ1＝t;foｒ n＝1：

10    ｉf a（n）<1；        ｆｏr ｍ=j/ｉ*（n—1）+1:

ｊ/i*n            st1（ｍ）=０；        end    eｌｓｅ        fｏr ｍ=ｊ/ｉ*（n—１）+１:

j/i*ｎ            st1（m）＝1;        ｅｎｄ    endendfigure

（1）；subｐlot（32１）；pｌot（t，st１）;tiｔle（’绝对码'）；axｉs（［０，5，—1，2］）；b=zeros（1，i）;                 ％全零矩阵b

（1）=a

（1）；ｆｏr n＝2:

1０    if a（ｎ）>=１；        if b（n—1）＞=１            b（n）＝０;        else            b（n）=１；        end    ｅlse        b（n）=b（n-１）；    ｅｎdｅｎdst1＝t;for ｎ＝1:

10    if b（n）<1；        for m=ｊ/ｉ＊（n—１）+1：

ｊ/ｉ＊n            sｔ1（m）＝０;        end    eｌsｅ        for m=ｊ/i＊（n—1）+１:

ｊ/i＊n            st1（ｍ）=1；        end    endenｄsubpｌot（323）；plot（t，ｓt1）;ｔｉｔle（'相对码st1'）;axｉs（［0,５，—1，2]）；st２=t；   fｏｒ k=１：

j；    ｉf st1（k）>=1；        st2（k）=0;    eｌse        st2（ｋ）=1；    endｅｎd；ｓuｂplｏｔ（324）;plot（t，st2）;tiｔle（＇相对码反码st2’）；axis（[0,５,-1,２]）；s1＝sin（2*pi*fc*t）;subｐlｏt（325）；plot（s1）;titｌe（'载波信号s１＇）；s2＝ｓin（2＊ｐi＊fc＊t+pi）；ｓubploｔ（326）;plｏｔ（ｓ2）;

tiｔｌe（'低通滤波后波形＇）；

st=zerｏs（1，ｉ）;　　　　　%全零矩阵

form=0：

i-１；

　ifdpｓk（1,m＊500+250）〈0；

　st（m+1）＝0;

　　　　fｏｒj＝m＊5０0+1：

（m+１）*500；

　dｐｓk（１，ｊ）=0；

eｎｄ

　eｌse

　　　forj=ｍ＊5０0+1：

（ｍ+1）＊５00;

　st（ｍ+1）=1；

　　　　dpsk（１,j）＝1;

　　　eｎd

　end

end

sｕbpｌｏt（４1３）;

plot（ｔ，dｐsk）;

axis（[0，５,-1，2］）；

title（'抽样判决后波形＇）

dt=zeros（1,ｉ）;　　　　　　％全零矩阵

dt

（1）=st（１）;

for　n=2:

１0;

ｉf（sｔ（ｎ）-sｔ（ｎ—1））〈=0＆&（sｔ（n）-sｔ（n－1））>—1；

　dｔ（n）=０；

　ｅlｓe

dt（n）=1；

ｅｎd

end

ｓt＝t；

ｆoｒn=1:

1０

　　if　ｄt（n）<1;

　　　ｆｏrm=j/i＊（n-1）+1：

j/i＊n

　　sｔ（ｍ）=０;

　　eｎｄ

　ｅｌsｅ

　　　forｍ＝j/i＊（n-1）+1：

ｊ/i*n

　　　sｔ（ｍ）=1;

　　end

　　eｎd

end

ｓubpｌot（414）；

plot（t，sｔ）；

axis（［０,5，—1，2］）；

ｔitle（＇码反变换后波形＇）

佳木斯大学毕业论文

基于Matlab的人脸识别系统设计与仿真

学院　信息电子技术

专　业电子信息工程

班　级11级１班

学籍号１１１00540116

姓　　名　杨雷

指导教师　　周经国

佳　木斯　大学

20１5年6月1０日

摘要

人脸识别即指利用分析比对人脸视觉特征信息从而达到身份鉴别效果的计算机技术。

人脸识别是一项当下十分热门的计算机技术的研究领域，该项技术可以人脸明暗侦测，并且自动调整动态曝光补偿，同时对人脸追踪侦测,并自动调整影像放大；这项技术属于生物特征识别技术的一种,是利用生物体（一般指人）本身的生物特征从而达到区分生物体个体的目的。

人脸识别技术目前主要用做身份识别。

由于视频监控的飞速普及,使这项应用迫切的需要一种能实现在用户非配合状态下、远距离的进行快速身份识别的技术，以求能在远距离之下快速识别人员身份，从而实现智能预警的功能。

最佳的选择无疑是人脸识别技术。

采用快速人脸检测识别技术可以从视频监控图象中实时捕获到人脸信息，并与人脸数据库中的已存信息进行实时比对,从而达到快速身份识别的效果。

报告利用MAＴＬAＢ软件来实现人脸信息检测与识别,利用YCbＣr空间以及灰度图像来实现人脸的边缘分割,将真彩图像转换为灰度图像，并根据肤色在ＹCｂCｒ色度空间上的分布范围，来设定门限阀值,从而实现人脸区域与非人脸区域的分割,通过图像处理等一系列的操作来剔除干扰因素，再通过长宽比和目标面积等方法在图像中定位出人脸区域,经试验,该方法能够排除面部表情、衣着背景、发型等干扰因素,从而定位出人脸区域。

关键词：

Matlab软件；灰度图像;边缘分割；人脸区域

Abstrａct

Face　recogniｔｉｏnesｐeｃiallｙ　ｕｓecomparａtiｖeaｎalｙｓiｓfacevisｕaｌfeaｔuｒeiｎfoｒmationforidｅｎｔifｉcationofcompuｔer　techｎology．Faceｒｅcoｇnitｉon　ｉsa　ｈoｔresearｃｈfiｅldcｏmpｕter　technｏlogy，　face　dｅtｅctｉon,　lｉghtａｎｄｓhａdｅcanbeaｕtomａticalｌy　adjusteddｙnaｍｉcallｙ　expｏsurecｏmpｅnsａtioｎ，humａn　ｆaｃetrａcｋingｄetecｔiｏn,aｕｔｏmaｔic　ａdjusｔmentofiｍａgeｍagniｆiｃation；Ｉtbeｌongs　tothe　ｂｉometriciｄentifiｃationteｃhnolｏgｙ,itｉsoｆｏrｇaniｓms（geneｒallyｒeferstｏａperｓon）　indｉvｉdualbiｏlｏgｉcalcｈaraｃteriｓticｓtodistinguish　ｂetweentheorgaｎｉsm　itｓelｆ.

Ｆａceｒecognitiｏnｉsmainlｙuｓｅd　fｏｒidenｔificatioｎ。

Ｂecaｕseofｔhevｉdｅｏmonitorｉnｇ　isfastpoｐｕlaｒizaｔiｏn，manyｏｆthe　vidｅomonｉｔoring　applicationis　anurgeｎtｎeedｔoalong　ｄｉｓtaｎce,tｈe　usernot　cooｐerateconditionoｆｒapidｉdentifｉcaｔｉontechnoloｇy,inorｄer.Face　ｒeｃognitiｏn　ｔeｃhnｏlogyｉｓundoubtedlytheｂeｓtcｈoｉｃe，thefaｓtｆacedetectｉon　tecｈnｏlogｙto　monitorinreal—time　vｉdeo　iｍageｓeaｒｃhfｒoｍface，ａｎdwithrｅaｌ-timetｈan　fａce　dａtａbａse，so　ａs　ｔorealiｚerapｉdideｎtificaｔion。

Reporｔ　usinｇMＡTＬABsｏfｔware　tｏ　reａliｚefaｃe　inｆormaｔiondetｅction　and　recognition，ｕｓing　ＹCbCr　sｐａce　andgrayimａgeto　reaｌｉｚethｅ　faceｅｄgｅsegmeｎtaｔion，tｈetｒue　ｃｏlorｉmaｇeｉs　converted　ｔo　a　gｒayscale　ｉmａｇe,anｄaccｏrdｉngto　thecolorofskｉninYCｂCｒchroma　spａceｄisｔrｉｂutiｏn,to　sｅt　thｅthｒeshoｌdｔhreshold,soas　torealizｅｔhesegmeｎｔatｉonof　faceｒｅgｉonwithｔhefａceｒｅｇion，ｔhrouｇｈａｓeｒies　ofopｅrａtｉonssuch　ａsiｍageprｏｃｅssiｎg　ｔoeｌｉminatｅ　iｎteｒferenｃｅfactors,aｎｄtｈrｏughsuchmeansasａsｐeｃtrａtｉo　andthｅｔargetａｒeａ　locateｔheface　ｒegｉonin　tｈｅｉmage，　theｅxperiｍｅnｔ，ｔhis　methodcaｎelｉｍinaｔｅ　facｉalｅxpressionｓ,cｌｏthes,　ｈairbａckgrｏundiｎterｆeｒｅncefacｔors,　sｏasto　lｏｃate　thｅｆaceregion。

Keyｗｏrds：

Ｍaｔlab；Gｒayimage;edgesegmｅntatｉｏn;faceｒeｇｉｏn

摘要1

目录3

第１章绪论4

1.1课题的研究背景、目的及意义４

1。

1。

1课题的研究背景4

1。

1。

2研究目的及意义5

1。

2　本课题的主要内容5

第2章图像处理的Ｍaｔｌaｂ实现6

2．1　识别系统构成6

2.3　图像类型的转换7

2.４图像增强8

2。

5　灰度图像平滑与锐化处理9

2．6　边缘检测11

第3章人脸识别计算机系统12

３。

1系统基本构架1２

３．2　人脸检测定位算法12

结论２4

致谢25

附录1人脸识别的MAＴLＡB源程序2７

附录2外文参考文献及翻译31

第1章绪论

1。

1课题的研究背景、目的及意义

1。

1。

１课题的研究背景

数字图像处理技术是2０世纪6０年代发展起来