Генератор случайного процесса

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНСЛХ) ПРСЩЕССА, содержащий первый блок памяти, выход которого соединен с первым управляющим входом датчика случайных чисел, выход которого соединен с управляющим входом счётчика импульсов .и с входами первого и второго регистр памяти, счетньгй вход счетчика импульсов соединен с выходом первого генерат ч)а импульсов, выход второго регистра памяти соединен с управлюящим входсяи делителя частоты, информационный вход которого подключен к выхсйу второго генератора импульсов, пе|жый выход первого регистра памяти соединен с управляюиим ксодом модулятора полярности, информш1иош1ый вход которого подключен |к выходу преобразователя код-напряжение, ;а выход модулятора полярности является выходом генератора, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности , введены два функциональных преобразователя , сумм атор третий регистр памяти , второй и третий блоки памяти, генератор равномерно распределеннь{х случайных чисел, блок накопления, блок формирования тригонометрических « нкций, первый и второй счетчики и третий генератор импульсов, выход делителя частоты соединен с первым входом первого функционального преобразователя, вторюй вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, второй выход первого регистра памяти соединен с третьим входом первого функционального преобразователя, первый выход которого соединен с вторым управлякшшм входом датчика случайных чисел, (Л второй выход первого 47нкаионального преобразователя соединен с первым входом сумматора, выхоп которого подключен к инффмационному входу третьего регистра памяти, выход которого соединен с входом преобразователя код-напряжение , второй вход сумматора соодинен с Э ND N3 внходемм блока накопления, первый вход которого соединен-с выходом второго блока памяти, вход которой © соединен с информационным входом третьего блока :ламяти, первым входом второго функционального преобразсдаателя и выхсщом первого счетчика, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго функционального преобразователя, выход : которого подключен к входу блока формирования тригонометринеских функций, выход последнего подключен к второму входу блока накопления, третий вход которого соединен с управляющим входом третьего регистра памяти, входом второго счетчика и выходом сигнала переноса первого счетчика, вход которого сое

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% (И).

Эаа 606F 7/58 с,.Ч 1 .

Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПИСАНИ

К ABTGPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3402562/18-24 (22) 26. 02.82 (46) 07.06.83, Бюл. № 21

72) З. А. Баканович, В. А. Птичкин, Н. А. Волорова, 10. В. Коженевич, B. П, Лоцизкий, В. Б. Лысов и

A. А. Меныциков (71) Минский радиотехнический институт (53) 68 1. 325 (088.8)

{56) 1. Бобнев М. П. Генерирование случайных сигналов.и измерение их параметров, М., "Энергия», 1966.

2. Авторское свидетельство СССР № 734768, кл.. 606 F 7/58, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 370717, кл. GOGF .7/58, 1971.

4. Авторское свидетельство СССР

¹ 517018, кл. 606 Г 7/58, 1975 (прототип) . (54) (57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО

HPOUECCA, содержащий первый блок памяти, выход которого соединен с пер- . вым управляющим входом датчика случайных чисел, выход которого соединен с управляющим входом счетчика импульсов и с входами первого и второго регистраь памяти, счетный вход счетчика импульсов соединен с выходом первого генератора импульсов выхОд втОрОгО регистра и& мяти соединен с управлюящим входом делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, первый выход первого регистра памяти соединен с управляющим входом модулятора полярности, информационный вход которого подключен

,к выходу преобразователя код-напряжение, .,а выход мсщулятора полярности является выходом генератора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, введены два функциональных преобразователя, сумматор третий регистр памяти, второй и третий блоки памяти, генератор равномерно распределенных случайных чисел, блок накопления, блок формирования тригонометрических функций, первый и второй счетчики и третий генератор импульсов, выход делителя частоты сое динен с первым входом первого функционального преобразователя, второй входкоторого подключен к выходу счетчика импульсов, второй выход первого регистра памяти соединен с третьим входом первого функционального преобразователи, первый выход которого соединен с вторым управ- а ляющим входом датчика случайных чисел, второй выход первого функционального преобразователя соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к С информационному входу третьего регистра памяти, выход которого соединен с входом преобразователя код-напряжение, второй вход сумматора соединен с выходом блока накопления, первый вход

- которого соединен с выходом второго блока памяти, вход которого соединен с информационным входом третьего блока памяти, первым входом второго функционального преобразователя и выходом цервого счетчика, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго

:функционального преобразователя, выход .:которого подключен к входу блока фор:мирования тригонометринеских функций,,ф выход последнего подключен к второму входу блока накопления, третий вход .которого соединен с управляющим входом третьего регистра памяти, входом вто.рого счетчика и выходом сигнала переноса первого счетчика, вход которого сое1022161 динен с выходом третьего генератора импульсов, выход второго счетчика под- ключен к третьему входу второго функционального преобразователя, выход ге» нератора равномерно распределенных случайных чисел соединен с адресным входом третьего блока памяти, управляющий вход которого соединен с выходом сигнала переноса второго счетчика.

Изобретение относится к вычислитель-; Наиболее близким техническим решеной технике и может быть использовано . кием к предлагаемому является устройстдля создания стохастических вычислитель- во, содержащее последовательно соедино-моделирующих устройств и автомати- ненные Йиж памяти и датчик случайных зированных систем управления испытания- 5 чисел, выход которого соединен с первым ми, в частности на механические воэдейст- . входом счетчика импульсов и входом первия. вого и второго регистров, причем второй

Известно устройство, позволяющее .вход счетчика импульсов соединен с выхоформировать непрерывный случайный про- дом первого генератора импульсов, выход цесс вибрационного типа. Управление 10 второго" регистра соединен с первым вхоспектральной плотностью мощности форми- дом делителя частоты, второй вход которуемого случайного процесса выполняется рого подключен к выходу второго генераиэменением частотных характеристик фор- тора, преобразователь код-напряжение, выход которого соединен с первым входом

Однако си практической точки зрения f5 модулятора полярности, первый выход проектирование и изготовление формирую- первого регистра подключен к второму ших фильтров с перестраиваемой в широ- входу модулятора полярности, выход котоком диапазоне частотной характеристикой рого является выходом устройства (4) . является трудной технической эацачей. Основным недостатком известных устКроме того, конфигурации формируюших 20 ройств является невозможность формирофильтров допускают перестройку частот- вания импульсного случайного процесса ных свойств в широком дипаэоне только с управляемой формой сигналов, а также механическим путем. случайного процесса, представляющего

Известно также устройство, содержа- собой композицию импульсного:случайного ц са с уп вляющими законами расимпульсов, триггеры, элементы И и ИЛИ, пределэния пара пределения параметров сигналов и непререгистр памяти, сумматор, блок памяти, рывного случайного процесса с требуемой два счетчика, циклический регистр (управляемой) спектральной плотностью сдвига и соответствующие связи (2 ) ..

Известно .также устройство, п л - 30 Цель изобРетениЯ - повышение точносщее формировать случайный процесс ими кльсного типа. поепстав юший собой сложно" фоРмой сигнала и УпРавлЯемыми последовательность сигналов определенной формы следующих через случайные интервалы времени. производимых случайных процессов.

Оно содержит множество генераторов

Поставле им л ов, элемен И и ИЛИ и е что в генеРатоР слУчайного пРоц сса, . содержащий первый блок памяти вь рые другие вспомогательные элементы ти, выход форма сигналов является прямоугольной которого соединен с пе BbIM, щим входом датчика случайных чисел а управление спектральными характерис» 40 ® 9 тйками выходного случайн а ого процесса . выход кото го с входом счетчика осуществляется путем регулирования (изсчетчика импульсов и с вхо счетчика пу с входами первого и второго регистров памяти менения) закона распределения случайных с детный временных интервалов между импульса- нен с счетнь вход. счетчика им льсов со ми

45 нен с выходом первого генератора импуль сов, выход второго регистра памяти сое1022161

Э динен с управляющим входом делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, первый выход первого регистра памяти соединен с управляющим входом модулятора полярности, информационный вход которого подключен к выходу . преобразователя код-напряжение, а выход модулятора полярности является выхо-, . дом генератора, введены два функциональ-1О ных преобразователя, сумматор, третий регистр памяти, второй и третий блоки памяти, генератор равномерно распределенных случайных чисел, блок накопления, блок формирования тригонометрических функций, первый и второй счетчики и третий генератор импульсов, выход делителя частоты соединен с первым входом первого функционального преобразователя, второй вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, второй выход первого регистра памяти соединен с третьим входом первого функционального преобразователя, первый выход которого соединен с вторым управляющим входом датчика случайных чисел, второй выход первого функционального преобразователя соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра памяти, выход которого соединен с входом

30 преобразователя код-напряжение, второй вход сумматора соединен с выходом бло- ка накопления, первый вход которого соединен с выходом второго блока памяти, вход которого соединен с информационным 35 входом третьего блока памяти, первым входом второго функционального преобразователя и выходом первого счетчика, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго функционального40 преобразователя, выход которого подключен к входу блока формирования тригонометри- ческих функций, выход которого подключен к второму входу блока накопления, третий вход которого соединен с управляющим входом третьего регистра памяти, входом второго счетчика и выходом сигнала пере. носа первого счетчика, вход которого соединен с,выходом третьего генератора импульсов, выход второго счетчика подключен к третьему входу второго функционального преобразователя, выход генератора равномерно распределенных случайных чисел соединяся с адресным входом третьего блока памяти, alt 55 равляющий вход которого соединен с . выходом сигнала переноса второго счетчика.

Сущность изобретения заключается в том, что выходной процесс формируется как композиция низкочастотного импульсного процесса с программируемой формой сигналов и произвольными заданными законами распределения параметров и высокочастотного непрерывно го случайного процесса с заданными и управляемыми спектральными свойствами.

На фиг. 1 изображена блок-схема генератора случайного процесса; на фиг. 2 — первый функциональный преоб.разователь; на фиг. 3 — блок накопления; на фиг. 4 - второй функциональный преобразователь; на фиг. 5 — пример реализации процесса.

Устройство содержит первый 1, второй

2 и третий 3 блоки памяти, датчик 4 случайных чисел, первый 5 и второй 6 генераторы импульсов, первый 7, второй

8 и третий 9 регистры памяти, счетчик 10 импульсов, первый 11 и второй 12 счетчики, делитель 13 частоты, преобразователь 14 код-напряжение, модулятор 15 полярности, первый функциональный преобразователь 16, сумматор.17, блок 18 накопления, блок 19 формирования тригонометрических функций, второй функциональный преобразователь 20, генератор 21 равномерно распределенных случайных чисел, третий генератор 22 импульсов.

Первый блок 1 памяти предназначен для хранения кодов, определяющих вид и числовые характеристики функций распределения вероятностей параметров импульсного случайного процесса. Второй блок 2 памяти предназначен для хранения коэффициентов Рр (1- } амплитудного спектра непрерывного случайного процесса. Третий блок 3 памяти обеспечивает хранение массива случайных кодов амплитуды, длительности и интервала между импульсами, . подчиняющихся функ циям распределения, коды которых хранятся в первом блоке 1 памяти.

Первый 5 и второй 6 генераторы им пульсов предназначены для формирования тактовых импульсов.

Первый регистр 7 памяти служит для запоминания кода, определяющего амплиту» ду и полярность очередного импульса, второй регистр 8 памяти служит для запоминания кода, определяющего длительность очередного импульса. Третий регистр

9 памяти предназначен для записи кодов мгновенных значений случайного процесса, формируемого устройством.

1022161

Счетчик 10 импульсов служит для запоминания случайного кода, определяющего интервал межцу импульсами формируемого процесса, и для преобразования его во временной интервал. Первый счетчик 11 5 формирует коды адресов для выборки информации из второго блока 2 и третьего блока 3 памяти. Второй счетчик 12 служит для задания кодов, используемых блоком 19 формирования аргумента.

ТО

Делитель 13 частоты предназначен для преобразования тактовой последова- . тельности импульсов, вырабатываемых вторым генератором 6, в последоваТ5 тельность импульсов с частотой, обратно пропорциональной. коду, хранимому во втором регистре 8.

Преобразователь 14 код«напряжение предназначен для преобразования в напряжение кодов, последовательность которых определяет мгновенные значения формируемого процесса.

Модулятор 15 полярности обеспечивает получение сигнала положительной или отрицательной полярности.

Первый функциональный преобразователь 16 (фиг. 2) предназначен для преобразования случайных кодов, определяюших параметры импульса, в кодовую последовательность, соответствующую мгновенным значениям импульсного процесса.

Он содержит устройство 23 умножения, счетчик 24 адреса, четвертый блок 25 памяти, первый дешифратор 26, второй дешифратор 27 и триггер 28.

Четвертый блок 25 памяти предназначен для хранения кодов ординат импульсного сигнала требуемой формы.

Первый вход функционального преобразователя 16 является счетным входом счетчика 24 адреса, выход которого соединен с адресным входом четвертого 6ao-., ка 25 памяти и с входом первого дешиф-

pampa 26. Второй вход функционального преобразователя 16 является входом вто- 5 рого дешифратора 27, выход которого соединен с первым установочным, входом триггера 28 и установочным входом счетчика 24 адреса и является первым выходом функционального преобразователя. 50

Выход первого дешифратора 26 соединен с вторым установочным входом триггера, 28, выход которого соединен с управляющим входом четвертого блока 25 памяти., Третий вход функционального преобразова- 55 теля 16 является первым входом устройства 23 умножения, второй вход которого соединен с выходом:четвертого блока

25 памяти. Выход четвертого блока 23 умножения является вторым выходом функционального преобразователя 16.

Сумматор 17 предназначен для форми-. рования кодовой последовательности, определяющей вид выходного процесса.

Блок 18 накопления предназначен для формирования суммы попарных произведений

X (<)comp

Блок 18 накопления (фиг. 3) содержит третье устройство 29 умножения и сумматор 30 накапливающего типа.

Первый вход третьего устройства 29 умножения является первым входом блока 18 накопления. Второй вход блока 18 накопления является вторым входом третьего устройства 29 умножения, выход которого соединен с входом сумматора 30 накапливающего типа. Третий вход блока

18 накопления является входом установки в ноль сумматора 30 накапливающего типа.

Блок 19 формирования тригонометричес» ких функций предназначен для формирования косинуса аргумента.

Второй функциональный преобразователь 20 (фиг. 4) предназначен для вычисления аргумента тригонометрической функции по формуле

6„.= кч4), где 1, К - коды, поступающие соответственно с выходов первого 11 и второго 12 счетчиков; (p(j) - код случайной фазы, .посту» пающий с выхода третьего блока 3 памяти.

Он содержит умножитель 31 и сумматор

32. Первый вход преобразователя являеься первым входом второго устройства 31 умножения, выход которого подключен в первому входу второго сумматора 32, второй вход преобразователя является вторым входом сумматора 32, а третий вход - вторым входоМ второго устройся ва 31 умножения. Выход сумМатора 32 является выходом преобразователя, Генератор 21 равномерно распределенных случайных чисел служит для выработ-, ки последовательности равномерно распре делейных кодов. Третий генератор 22 предйазначен для синхронизации работы устройства.

На фиг. 5 в качестве импульсного процесса показана последовательность сигналов треугольной равнобедренной четвертого блока 25 памяти, поступают в качестве первого оперна на второй вход устройства 23 умножения, а на первый вход последнего поступает код

5 амплитуды текущего импульса, хранимый в первом регистре 7.

На выходе устройства 23 умножения формируются значения ординат импульсного сигнала, прямо пропорциональные

10 значениям амплитуды текущего импульса, поступающие на второй выход функционалы ного преобразователя 16.

По окончании формирования одного импульса (достижение счетчиком 24 адре«

15 са максимального значения) на выходе первого дешифратора 26 вырабатывается сигнал, поступающий на второй установоч« ный вход триггера 28 и устанавливающий его в нулевое состояние. При этом о на выходе триггера вырабатывается сигнал, запрещающий считывание информации из четвертого блока 25 памяти.

Коды, соответствующие состоянию счетчика 10 импульсов, поступают на второй вход функционального преобразователя 16, и по окончании формирования интервала (при достижении счетчиком 10 импульсов единичного состоя30 ния) на выходе второго дешифратора вырабатывается сигнал окончании формирования интервала. Этот сигнал поступает на установочный вход счетчика 24 адреса, устанавливая его в исходное состояние, переводит триггер 28 в едиЗ ничное состояние и поступает на вход датчика 4 случайных чисел. После этого происходит формирование и передача в регистры 7 и 8 и в счетчик 10 импульсов новых значений параметров импульса.

Кодовая последовательность, определяющая мгновенные значения импульснбго процесса, вырабатываемая на втором выходе функционального преобразователя 16, поступает в качестве первого операнда

4 на вход сумматора 17. На второй вход сумматора 17 поступают коды, определяющие значения непрерывного случайного процесса.

Для синхронизации и управления фор50 мированием кодов непрерывного случайного процесса используется третий генератор 22. В исходном состоянии первый 11 и второй 12 счетчики находятся в нулевых состояниях. Тактовая послеSS довательность с выхода третьего генеpampa 22 поступает на вход первого . счетчика 11, а коды с выхода последнего поступают íà вход второго блока 2

7 1022161 формы со случайными значениями амплитуды (А), длительности (p) и интервала (Т).

Устройство работает следующим образом.

Для формирования текущего импульса формируются коды значений параметров (амплитуда, длительность, полярность импульса и интервал между импулъсаьи).

Значения параметров. процесса формируются в соответствии с заданными законами распределении, коды которых хранятся в первом блоке 1 памяти. С выхода датчика 4 случайных чисел сформированные значения параметров текущего импульса поступают в регистры 7 и 8 и в счетчик 10 импульсов. Значение случайного кода, записанного во второй регистр

8, определяет коэффициент пересчета „ делителя 13 частоты. Зтим обеспечивае1ся для каждого значения длительности импульса формирование на выходе дели« теля 13 частоты тактовой последовательности с частотой, обратно пропорциональной значению кода длительности им- . пульса. Тактовая последовательность импульсов, формируемая на выходе делителя 13 частоты, поступает на первый вход функционального преобразователя 16, на второй вход которого поступают коды, . определяющие текущее состояние счетчика 10 импульсов, На.третий вход функ» ционального преобразователя 16 посту.. пает код, хранимый в первом регистре 7 и определяющий значение амплитуды те, кущего импульса. Функциональный пре. образователь 16 формирует кодовую последовательность, соответствующую мгно-. ненным значениям текущего импульса, и. формирует управляющий сигнал для формирования следующих значений параметров процесса.

Функциональный преобразователь 16 работает следующим образом.

При положении триггера 28 в единичном (исходном) состоянии управляющий сигнал с его выхода поступает на управляющий вход четвертого блока 25 памяти, разрешая считывание информации.

Тактовая последовательность поступает на счетный вход счетчика. 24 адреса, коды с выхода которого поступают на адресный вход четвертого блока 25 памяти. Таким образом обеспечивается оследвватеш ное считывание кодов ординат импульсного сигнала программно заданной формы с частотой, обратно .пропорциональной значению кода длительности импульса. Коды, считанные из

1022161 памяти и на первый (адресный) вход третьего блока 3 памяти. При этом в блоках памяти осуществляется считыва-. ние информации по заданным адресам.

Кроме того, коды с выхода первого счетчика 11 поступают на первый вход функционального преобразователя 20, на второй вход которого поступает информация, считанная из третьего блока 3 памяти. На третий вход преобразователя 20 поступает код, определяющий состояние второго счетчика 12. Код $, опре деляющий состояние первого счетчика 11, поступает на первый вход второго устройст

;ва 31 умножения, на второй вход которого

- поступает код К, определяющий состояние второго счетчика 12, На выходе второго устройства 31 умножения формируется код, равный произведению 1К, который поступает на первый вход второго сумматора 32. На второй вход второго сумматора 32 поступает код с выхода третьего блока 3 памяти, определяющий значение случайной фазы 1 () . На выходе преобразователя 20 в соответствии с каждым состоянием первого счет-. чика формируется зйачение аргумента

Е„= К -т(1). К.д ар.ум.нт. Е„=

= 1 1< +У (< поступает на вход блока 19 тригонометрических функций, на выходе ,которого формируется значение косинуса аргумента (C05 P „ ) B соответствии с сформированным эначеннем 3„. Значение поступает на первый вход блока 18 накопления, на второй вход которого поступают коды значений коэффи циентов Рр („) амплитудного спектра непрерывного случайного процесса; поступающие с выхода второго блока 2 памяти. В функцию блока 18 накопления входит формирование суммы к- l ,К Р„b)cosy„, где 1ч - максимальное значение кода в первом счетчике 11.

На выходе третьего устройства 29 умножения формируется значение произведений Р . Ц) С0 р которое поступает на. вход сумматора 30 накапливающего типа. На его выходе формируется сумма произведений Р< И) СОЯЬ.;, которые поступают на второй вход суммато- ра 17. На выходе сумматора 17 формируются коды, представляющие собой суммы кодов, определяющих импульсный и непрерывный процессы. Коды с выхода сумматора 17 поступают на вход третье го регистра 9, запись в который осуществляется после окончания формирования суммы г

Й- 1 х. Р Ясоъ р. =О 1

При достижении первым счетчиком 11 максимального значения на его выходе

10 сигнала переноса вырабатывается сигнал

t по которому ироисходит прием кода с выхода сумматора 17 в третий регистр 9, Этот же сигнал поступает на вход второго счетчика 12; увеличивая на единицу значение кода, определяющего его состояние, 15 и на третий вход блока 18 накопления.

При этом сумматор 30 накапливающего типа устанавливается в нулевое состояние. Таким образом начинается новый цикл формирования непрерывного процес20 са.

Коды, определяющие значения случайного процесса, поступают с выхода третьего регистра 9 на вход преобразовате ля 14 код-йапряжение, на выходе которо25 го формируется аналоговый сигнал. Модулятор 15 полярности пропускает сигнал с выхода преобразователя 14 ход-напряжение на выход устройства либо сохраняя его полярность, либо изменяя ее на

30 противоположную в соответствии с кодом амплитуды импульса, хранимым в первом регистре 7.

По достижении первым 1 1 и вторым 12 счетчиками максимальных значений на

35 выходе сигнала переноса второго счетчика

12 вырабатывается сигнал, по которому в третий блок 3 памяти заносятся новые значения случайных кодов, формируемых генератором 2 1 равномерно распределенных

40 случайных чисел, Таким образом начинается новый период. формирования непрерйвного процесса.

Технико-экономическая эффективность предпагаемого устройства определяется

45 тем, что оно позволяет формировать случайный процесс со сложной формой сигна.. лов, обеспечивает возможность раздель» ного формирования ударных (импульсных) и непрерывных случайных процессов, поз50 . воляет имитировать отраженные сигналы, распространяющиеся в различных средах, и учитывать влияние на них различных случайных факторов, а также имитировать .случайные процессы, адекватные процессам

55 в реальны:х условиях при транспортировании изделий, эксплуатации систем связи и т.д.

1022161 фаз. 1

1022181

Фиг. 2

Составитель А. Карасов

Редактор А. Курах Техред N.Ãåpãåëü Корректор О. Билак.

Заказ 4045/41 Тирюк 7О8 Поднисное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 38, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4