Устройство для формирования случайных процессов с заданным спектром

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1027723

3(5g G 06 F 7/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3337099/18-24 (22) 08.07.81 (46) 07.07.83. Бюл. 25 (72) А.И. Никонов и И.В.Осипов (53) 681 ° 3 (088. 8) (56) 1. Патент Ci!JA 11 3848115, кл., G 06 F 15/34, опублик, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР .N 386390, кл. G 06 F 7/58,1973 (прототип) ° (5")(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРИИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ С ЗАДАННЫИ

СПЕКТРОИ, содержащее генератор первичного шума, цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом устройства, блок зада" ния .спектра, вход которого является входом задания спектра устройства,и Gnox вычисления коэффициентов

Фильтрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства и точности формирования случайного процесса с заданным спектром, оно содержит блок преобразования Фурье, умножитель, блок обратного преобразования Фурье, аналого-цифровой преобразователь, анализатор спектра и блок вычисления частотной характеристики, причем выходы генератора первичного шума соединены с входами блока преобразования Фурье, вход аналого-цифрового преобразователя является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу анализатора спектра, выход которого подключен к первому информационному входу блока вычисления частотной характеристики, второй информационный вход блока вычисления частотной характеристики подключен к выходу блока задания спектра, первый, второй и третий вы. ходы блока вычисления частотной характеристики подключены к первому, второму и третьему информационным входам блока вычисления коэффициентов фильтрации, выход коэффициента и выход номера коэффициента блока преобразования Фурье подключены соответственно к первому входу умножителя и четвертому информационному входу блока вычисления коэффициентов фильтрации, выход блока вычисления коэффициентов фильтрации подключен а к второму входу умножителя, выход умножителя подключен к входу блока обратного преобразования фурье, выход которого подключен к входу цифро- С аналогового преобразователя, управляющие входы генератора первичного шума, блока вычисления частотной характеристики и блока вычис.ления коэффициентов фильтрации подключены к входу запуска устройства.

2. Устройство по и.1., о т л ич а ю щ е е с я тем, что генератор первичного шума состоит иэ генератора . тактовых импульсов, делителя частоты, счетчика, регистра, сдвигающего регистра, трех элементов ИЛИ и двух элементов НЕ, причем управляющий вход генератора тактовых импульсов, установочный вход счетчика и управ- ф» ляющий вход занесения сдвигающего регистра подключены к управляющему входу генератора первичного шума, в выход генератора тактовых импульсов подключен к входу управления сдвигом сдвигающего регистра и через дели1 027. .2 тель частоты — к счетному входу счет» чика, выход переполнения счетчика подключен к синхронизирующему входу регистра, выход которого подключен к информационному входу сдвигающего регистра, выходы которого являются выходами генератора первичного шума и подключены соответственно к входу регистра, к первому входу первого элемента ИЛИ и через первый элемент

HE — к первому входу второго элемента ИЛИ, соответствующий выход сдвигающего регистра подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и через второй элемент HE " к втррому входу первого элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ через третий элемент ИЛИ подключены к последовательному информационному входу сдвигающего регистра.

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что анализатор спектра состоит из блока преобразования Фурье, двух квадраторов, сумматора и интегратора, причем вход блока преобразования Фурье в анализаторе спектра является входом анализатора спектра. а выходы действительной и мнимой частей коэффициента этого блока преобразования Фурье через пераь и и второй квадраторы подключены к входам сумматора, выход которого через интегратор подключен к выходу анализатора спектра.

4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления частотной характеристики состоит из делителя, блока умножения, регистра, счетчика, блока памяти и формирователя импульса, при" чем входы делителя и делимого делителя являются соответственно первым и вторым информационными входами блока вычисления частотной харак» теристики, выход делителя подклю чен к первому входу блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, выход блока умножения подключен к информационному входу регистра, выход которого является первым выходом блока вычисления частотной характеристики и подключен к информационному входу блока памяти, выход счетчика является вторым выходом блока вычисления частотной характеристики и подключен к адресному входу блока памяти, вход формирователя импульса является первым информационным входом блока вычисления частотной характеристики, выход блока формироsBHHR импульса является третьим выходом блока вычисления частотной характеристики и подключен к синхронизирующему входу регистра, управляющему входу.-блока памяти и счетному входу счетчика, установочный вход которого является управляющим входом блока вычисления частотной характеристики.

5. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычисления коэффициентов фильтрации состоит из двух блоков памяти, блока постоянной памяти, трех блоков умножения, двух сумматоров, трех суммато1 ров-вычитателей, трех счетчиков, регистра константы, триггера, дешифратора, элементов И, НЕ и тактового генератора, причем информационный вход, вход адреса записи и синхронизирующий вход первого блока памяти являются соответственно первым, вторым и третьим информационными входами блока вычисления коэффициентов фильтрации, вход адреса чтения и вы-. ход первого блока памяти подключены соответственно к выходу первого сумматора-вычитателя и первому входу первого блока умножения, второй вход и выход первого блока умножения подключены соответственно к выходу блока постоянной памяти и к информационному входу второго сумматора-вычитателя, управляющий вход и выход второго сумматора-вычитателя подключены соответственно к выходу элемента

И и Y информационному входу Второго блока памяти, вход адреса чтения и выход второго блока памяти являются соответственно четвертым информационным входом и выходом блока вычисления коэффициентов фильтрации, вход адреса записи и управляющий вход вто рого блока памяти подключены соответственно к выходу первого сумматора и выходу дешифратора, запускающий вход тактового генератора является управляющим входом блока вычисления коэффициентов фильтрации, выход тактового генератора подключен к синхронизирующему входу второго сумматоравычитателя и к счетному входу триггера, выход триггера подключен к входу первого счетчика, к первому входу второго сумматора, к первому входу элемента И, к управляющему входу третьего сумматора-вы27723

10 читателя и через элемент HE - к управляющему входу первого сумматоравычитателя, параллельный выход первого счетчика подключен к второму входу второго сумматора, выход переноса первого счетчикаподключен кустановочному входу второго сумматора-вычитателя и к счетному входу второгосчетчика, параллельный выход второго счетчика подключен к первым информационным входам первого сумматора и третьего сумматора-вычитателя, выход переноса второго счетчика подключен к входу третьего счетчика, выход которого подключен к первому информационному входу первого сумматора-вычитателя и первому входу второго блока умноже-. ния, выход второго сумматора подключен к второму информационному входу первого сумматора-вычитателя, к входу дешифратора и к первому входу тре тьего блока умножения, выход регистра константы подключен к вторым входам второго и третьего блоков умножения, выходы второго и третьего блоков умножения подключены к вторым информационным входам первого сумматора и третьего сумматора-вычитателя, параллельный выход третьего сумматора-вычитателя, подключен к адресному входу блока постоянной памяти, выход младшего разряда третьего сумматора-вычитателя подключен к второму входу элемента И.

10!

20,явлений.

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может использоваться для формирования .случайных процессов с заданным спектром в аппаратуре испытания изделия сложной техники на случайную вибрацию, в различных технических систе мах, использующих случайные процессы, \

Известен генератор случайных процессов, содержащий генератор случайных фаз,процессор обратного преобразования Фурье, блок рандомизации и блоки взвешивания 1 j.

Однако анализ вероятностных характеристик этого устройства показывает зависимость распределения вероятностей формируемых случайных процессов от задаваемых спектров, а также периодическую нестационарность этих процессов по спектру.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для формирования случайных процессов с заданным спектром, содержащее генератор некоррелированного первичного шума, формирующий цифровой фильтр, состоящий из сдвигаю.щих регистров и сумматора, блок задания спектра, блок вычисления коэффициентов фильтрации и цифроаналоговый преобразователь (2 g.

Известное устройство имеет недостаточную скорость перестройки

2 спектра случайного процесса, что вызвано сложностью расчета .коэффициентов цифрового фильтра по его частотной характеристике на основе алгоритма прямой свертки и необходимостью выполнить при этом большое количество арифметических операций. Поэтому для обеспечения требуемой

; полосы частот случайного процесса в диапазоне 0-5 кГц приходится использовать в качестве первичного шума бинарные случайные последовательности. Однако это приводит к искажению распределения вероятностей формируемого случайного процесса и его зависимости от задаваемого спектра. Наиболее сильно искажается многомерное распределение вероятности.

Кроме этого грубое квантование первичного шума приводит в отдельных случаях к появлению псевдослучайных

Цель изобретения - повышение быст.родействия устройства и точности фор» мирования случайного процесса с заданным спектром.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для формирования случайных процессов, содержащее генератор первичного шума, цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом устройства, блок задания спектра, вход которого является входом задания спектра устрой20

3 102772 ства, и блок вычисления коэффициентов фильтрации, содержит блок преобразования Фурье, умножитель, блок обратного преобразования Фурье, аналого-цифровой. преобразователь, анализатор спектра и блок вычисления частотной характеристики, причем выходы генератора первичного шума соединены с входами бпока преобразования Фурье, вход аналого- 10 цифрового преобразователя является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу анализатора спектра, выход которого подключен к первому информационному входу блока вычисления частотной характеристики„ второй информационный вход блока вычисления частотной характеристики подключен к выходу блока задания спектра, первый, второй и третий выходы блока вычисления частотной характеристики подключены к первому, второму и третьему информационным входам блока вычисления коэффициентов фильтрации, выход коэф"

Фициента и выход номера коэффициента блока преобразования Фурье подключены соответственно к первому входу умножителя и четвертому информа- 30 ционному входу блока вычисления коэфФициентов фильтрации, выход блока вычисления кЬэффициентов фильтрации подключен к второму входу умножителя, выход умножителя подключен к входу блока обратного преобразования Фурье выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, управляющие входы генератора первичного шума, блока вычисления частотной характеристики и блока вы 0 числения коэффициентов фильтрации подключены к входу запуска устройст-. ва, Генератор первичного шума состо" ит из генератора тактовых импульсов, делителя частоты, счетчика, регистра, сдвигающего регистра, трех элементов ИЛИ и двух элементов НЕ, причем управляющий вход генератора тактовых импульсов, установочный вход счетчика и управляющий вход занесения сдвигающего регистра подключены к управляющему входу генератора первичного шума, выход генератора тактовых импульсов подключен к входу S5 управления сдвигом сдвигающего регистра и через делитель частоты— к счетному входу счетчика, выход

3 Я переполнения счетчика подключен к синхронизирующему входу регистра, выход которого подключен к информационному входу сдвигающего регистра, выходы которого являются выходами генератора первичного шума и подключены соответственно к входу регистра, к первому входу первого элемента ИЛИ и через первый элемент

HE - к первому входу второго элемента ИЛИ, соответствующий выход сдвигающего регистра подключен к второму входу второго элемента ИЛИ и через второй элемент НЕ - к второму входу первого элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ через третий элемент ИЛИ подключены к последовательному информационному входу сдвигающего регистра.

Анализатор спектра состоит из блока преобразования Фурье, двух квадраторов,сумматора и интегратора, причем вход блока преобразования .Фурье в анализаторе спектра является входом анализатора спектра, а выходы действительной и мнимой частей ко-. эффициента этого блока преобразования

Фурье через первый и второй квадраторы подключены к входам сумматора, выход которого через интегратор подключен к выходу анализатора спектра.

Блок вычисления частотной характеристики состоит из делителя, блока умножения, регистра счетчика, блока памяти и формирователя импульса, причем входы делителя и делимого делителя являются соответственно первым и вторым информационными входами блока вычисления частотной характеристики, выход делителя подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, выход блока умножения подключен к информационному входу регистра, выход которого является первым выходом блока вычисления частотной характеристики и подключен к информационному входу блока памяти, выход счетчика является вторым выходом блока вычисления частотной характеристики и подключен к адресному входу блока памяти, вход формирователя импульса является первым информационным входом блока вычисления частотной характеристики, выход блока формирования импульса является третьим выходом блока вычисления частотной характеристики и подключен к синхронизирующему входу регистра, S 102772 управляющему входу блока памяти и счетному входу счетчика, установочный вход которого является управляющим входом блока вычисления частотной характеристики, S

3 4 второго счетчика, параллельный выход .второго счетчика подключен к первым информационным входам первого сумматора и третьего сумматора-вычитателя, выход переноса второго счетчика подключен к входу третьего счетчика, выход которого подключен к первому информационному входу первого сумматора-вычитателя и первому вхо.ду второго блока умножения, выход второго сумматора подключен к второму информационному входу первого сумматора-вычитателя, к входу дешифратора и к первому входу третьего блока умножения, выход регистра кон" станты подключен к вторым входам второго и третьего блоков умножения, выходы второго и третьего блоков умножения подключены к вторым информационным входам первого сумматора и третьего сумматора-вычитателя, параллельный выход третьего сумматоравычитателя подключен к адресному входу блока постоянной памяти, выход младшего разряда третьего сумматора" вычитателя подключен к второму входу элемента И..

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для формирования случайных процессов с заданным .спектром; на фиг.2 - схема генератора первичного шума; на фиг.3 — схема анализатора спектра; на фиг.4схема блока вычисления частотной характеристики; на фиг. 5 - схема блока вычисления коэффициентов фильт-. рации.

Устройство содержит генератор 1 первичного шума, фильтр 2, состоящий из блока 3 преобразования Фурье (БПФ), умножителя 4, блока 5 обратного преобразования Фурье, цифроаналоговый преобразователь Ь, аналого-цифровой преобразователь 7,анализатор 8 спектра, блок 9 вычисления частотной характеристики, блок 10 вычисления коэффициентов фильтрации и блок 11 задания спектра.

Блок вычисления коэффициентов фильтрации состоит из двух блоков памяти, блока постоянной памяти, трех блоков умножения, двух сумматоров, трех сумматоров-вычитателей, трех счетчиков, регистра константы, триггера, дешифратора, элементов И, НЕ и тактового генератора, причем информационный вход, вход адреса записи и

15 синхронизирующий вход первого блока памяти являются соответственно первым, вторым и третьим информационными входами блока вычисления коэффициентов фильтрации, вход адреса. чтезо ния и выход первого блока памяти подключены соответственно к выходу первого сумматора-вычитателя и к первому входу первого блока умножвния, второй вход и выход первого блока умножения подключены соответ25 ственно к выходу блока постоянной памяти и к информационному входу второго сумматора-вычитателя, управляющий вход и выход второго сумматоравычитателя подключены соответственно Зв к выходуэлемента Ии к,информационному входу второгоблока памяти,входадреса чтения и выход второго блока памяти являются соответственно четвертым информационным входом и выходом блока вычисления коэффициентов фильтрации, вход адреса записи и управляющий вход второго блока памяти подключены соответственно к выходу первого сумматораи выходудешифратора, запускающий вход тактового генератора является управляющим входом блока вычисления коэффициентов фильтрации, выход тактового генератора подключен к синхронизирующему входу второго сумматора-вычитателя и к счетному входу триггера, выход триггера подключен к входу первого счетчика, к первому входу второго сумматора, к первому входу элемента И, к управляющему входу третьего сумматора-вычитателя и через элемент НЕ к управляющему входу первого сумматора-вычитателя, параллельный выход первого счетчика подключен к второму входу второго сумматора, выход переноса первого счетчика подключен к установочному входу второго сумматора-вычитателя и к счетному входу

Генератор первичного шума 1 состоит из генератора 12 тактовых импульсов делителя I3 частоты, счетчика 14, регистра 15, сдвигающего регистра 16, элементов НЕ 17 и 18

19-21.

Анализатор 8 спектра состоит из блока 22 преобразования Фурье, квадраторов 23 и 24, сумматора 25 и интегратора 2б.

1027723 где А(i) "- коэффициенты цифрового фильтра;

5ф(1) - частотная характеристика фильтра;

Й - отношение размера алгоритма БПФ Й в цифровом фильтре к длине импульсной характеристики фильтра, (целое число);

L - константа, выбираемая в зависимости от Й и используемого сглаживающего 40 окна, 1.=1-3;

1.(i) - последовательность, вычисленная заранее и записанная в блоке постоянной памяти;

1с=0,1,2,...pLp .m=0,1,2. .. Й ;1. фильтрация осуществляется на основе алгоритма БПФ методом перекрытия с накоплением, хотя можно использовать и метод перекрытия с суммированием или метод, по которому одновременно обрабатываются две секции входной последовательности. По выбранному методу из отсчетов фильтруемого сигнала необходимо предварительно сформировать секции, перекрывающиеся одна с другой на участке

Й/(N ) отсчетов.

Блок 9 вычисления частотн6й характеристики содержит делитель 27, блок 28 умножения, регистр 29, блок

30 памяти, счетчик 31, формирователь

32 импульса. 5

Блок 10 вычисления коэффициентов фильтрации содержит блок 33 памяти, блок 34 умножения, сумматор-вычитатель 35, блок 36 памяти, сумматорвычитатель 37, блок 38 постоянной 10 памяти, элемент И 39, дешифратор 40 элемент НЕ 41, сумматор-вычитатель 42,сумматоры 43 и 44,блок

45 умножения, регистр 46 константы блок 47 умножения, тактовых генера- 15 тор 48, триггер 49,счетчики 50-52.

В предлагаемом устройстве используется быстродействующий алгоритм вычисления коэффициентов .цифровых фильтров по заданной частотной ха- 20 рактеристике

L (+-и) Е(И +)+

А / n=O

Я (g+1)+tTl

В ...Щ(" i-m)J, Формирование секций может выполняться во входных цепях блока 3 преобразования фурье или в генераторе

1 первичного шума. 8 последнем случае в качестве блока 1 можно использовать генератор псевдослучайных чисел, который представлен на фиг.2.

Генератор работает следующим образом.

При подаче импульса на запускающий вход устройства счетчик 14 устанавливается в исходное состояние, а генератор 12 тактовых импульсов формирует последовательность из двадцати пяти Й тактовых импульсов, каждый из которых сдвигает содержимое

25"разрядного регистра 16 на один

Разряд вправо. После двадцати пяти

Й тактовых импульсов содержимое регистра 16 возвращается в этот регистр через логические элементы

17-21, превратившись при этом в новое псевдослучайное число.

На выходе делителя 13 частоты с получением каждого нового числа формируется импульс, изменяющий состояние счетчика 14 ° ,После формирования N(N -1)/Й чисел каждой секции по сигналу переноса с выхода счетчика 14 содержимое регистра 16 запоминается в регистре

15. Перед формированием каждой очередной секции сче1чик 14 устанавливается в нулевое состояние, а число из регистра 15 снова возвращается в сдвигающий регистр 16, поэтому новая секция начнется с повторения Й/N последних отсчетов предыдущей секции.

Анализатор 8 спектра (йиг.3) работает следующим образом.

Цифровые отсчеты исследуемого случайного процесса поступают на вход блока 22 преобразования Фурье, где вычисляется преобразование Фурье от выборок, длиной N/È отсчетов. На квадраторах 23 и 24 и в сумматоре 25 вычисляются квадраты модулей каждого отсчета, а в многоканальном цифровом интеграторе 26 они усредняются по времени. Отсчеты спектра случайного процесса, полученного в результате усреднения, поочередно поступают на выход интегратора 26, а следовательно, на выход анализатора.

Блок 9 вычисления частотной характеристики реализует вычисления в соответствии с алгоритмом.

Бф ЯФ S3a*/Бизм r (2) 9 102 где 5, и ь, - прежняя и вычисляемая частотные характеристики фильтра; заданный спектр случайного процесса;

Вначале по запускающему импульсу устройства счетчик 31 устанавливается в нулевое состояние. На входы блока подаются отсчеты S »(o) и 53, (o) с выхода анализатора о™спектра и блока 11 задания спектра, Частное

„,(И/В„Зм(0)с выхода делителя 27 перемножается в блоке 28 умножения с текущим значением S (о), соответствующего отсчета . частотной ха- . рактеристики фильтра, поступающим с выхода блока 30 памяти. Новое значение отсчета частотной характеЗбД и ристики фильтра. S+(0)=Зф(0) ю „,(о) с выхода блока 28 умножения поступает на информационный вход регистра 29..

По заднему фронту импульса сопровож,дения от блока ll на выходе Формирователя 32 вырабатывается импульс, являющийся сопровождающим для выхода данного блока. По переднему Фронту этого импульса новое- значение S+ (о) записывается в регистр .29 и поступает на выход блока и на вход блока 30 памяти, включенного выходным импульсом формирователя 32 в режим записи, и за писывается в него. По заднему Фронту выходного импульса Формирователя 32 пересчитывает счетчик 31, подготавливая блок к вычислению следующего отсчета частотной характеристики. Остальные отсчеты вычисляются аналогично описанному.

Блок 10 вычисления коэффициентов фильтрации работает следующим образом

По первому входу блока 10 вычисления коэффициентов фильтрации в блок

33 памяти записывается частотная характеристика Фильтра. Для этого на адресный вход блока 33 памяти подается адрес с выхода счетчика 31 в блоке 9, на информационный входвыход регистра 29, а на разряд импульса сопровождения - импульс с выхода формирователя 32 блока 9 вычисления частотной характеристики.

Далее устанавливаются в нулевое состояние счетный триггер 49, счетчики 50-52 и накапливающий сумматорвычитатель 35. На выходе сумматоравычитателя 37, включенного сигналом с выхода триггера 49 в режим вычи7723 10 тания, сформируется число К-п, причем число п поступающее через сумматор 44 с выхода счетчика 50 в первом такте равно нулю. С выхода блока

35 .40

33 памяти на вход блока 34 умножения поступает число S(k-n) ° На вход блока 38 постоянной памяти поступает адрес Н и + m, сформированный на сумматоре-вычитателе 42 и блоке 45 умножения, а с выхода блока 38 постоянной памяти на второй вход блока 34 умножения поступает число l(n N +m). На выходе этого блока умножения формируется произведение S(k-n) 1(пй + m), которое поступает на вход сумматора-вычитателя

35.

Затем на запускающий вход устройства подается импульс, после окончания которого на выходе тактового генератора 48 Формируется последовательность из И (L l) тактовых им" пульсов ТИ

По первому ТИ пересчитывает триггер 49. Инвертированным элементом

НЕ 41,сигналом сумматор-вычитатель

37 включается в режим сложения, а сумматор-вычитатель 42 прямым сигналом с выхода триггера - в режим вычитания. На выходе сумматора 44 формируется число n+1, на адресный вход блока памяти 33 и блока постоянной памяти 38 поступают адреса соответственно k+n+1 и Н* (n+1)-m.

На второй управляющий вход сумматора-вычитателя 35 через элемент

И 39, открытый единичным уровнем с выхода триггера 49, поступает сигнал с выхода младшего разряда сумматора-вычитателя 42. Если число на его выходе четное, то сумматор-вычитатель 35 включается в режим сложения, иначе — в режим вычитания. Таким образом обеспечивается умножение (1)NA(n+ l+rn

По второму ТИ триггер 49 снова установится в нулевое состояние, в счетчике 50 устанавливается число n l и продолжается вычисление коэффициента

A(k -N +m) аналогично описанному выA ше.

Вычисление коэффициента завершается, когда число на выходе счетчика 50 станет равным L, а на выходе сумматора 44 сформируется число L+1, которое вызовет формирование единичного уровня на выходе дешифратора 40, вычисленное значение коэффициента по этому уровню запи102772

ll шется в блок 36 памяти по адресу

М .нп, который сформируется на блоке 47 умножения и сумматоре 43.

Коэффициенты пересчета счетчиков

50 и 51 равны соответственно 1.+1 и поэтому после записи коэффициента по очередному ТИ счетчик 50 устанавливается в нулевое состояние, а в счетчиках 51 и 52 устанавливаются числа m u k,,определяющие номер 1Î следующего коэффициента. Сигнал переноса с выхода счетчика 50 сбрасывает в нулевое состояние также сумматор/ вычитатель 35, подготавливая его к вычислению следующего коэффициента, По последнему N (L+1)-у ТИ с выхода тактового генератора 48 блок вычисления коэффициентов Фильтрации устанавливается в исходное состояние, а в блоке 36 памяти записаны все 2О коэффициенты фильтра, соответствующие частотной характеристике фильтра, записанной в блоке 33 памяти. После этого можно записывать в этот блок памяти новую частотную характеристику фильтра и производить перемножение коэффициентов фильтра с результатами.БПФ в умножителе 4. Адрес чтения для блока 36 памяти можно подавать с адресных разрядов выхода блока 3, определяющих номер коэффициен"

30 та БПФ.

Ъ

Устройство работает следующим образом, Генератор 1 первичного шума генерирует некоррелированные случайные числа со спектром, соответствующим белому шуму. Из этих чисел либо в самом генераторе 1, либо во входных цепях блока (БПФ ) 3 в соответствии, 40 с известным методом фильтрации на основе алгоритма БПФ, называемым методом перекрытия с накоплением, фор" мируются перекрывающиеся секции дли" ной в N отсчетов таким образом, что 45

N/N первых отсчетов каждой секции повторяет N/N последних отсчетов предыдущей секции, а остальные

N(N 1)/N, отсчетов являются вновь сформированными случайными числами.

В формирующем цифровом фильтре 2 первичный шум Фильтруется: вычисляется преобразование Фурье от перекрывающихся секций в блоке (БПФ,) 3, результаты преобразования Фурье перемножаются в умножителе 4 с коэффициентами фильтра, определяющими его частотную характеристику, от результата пермножения вычисляется ОБПФ

3 12 в блоке (ОБПФ) 5. и (М, -1)/й последних отсчетов результата ОБПФ являются очередными выходными отсчетами цифрового фильтра 2 и со скоростью, определяемой в соответствии с теоремой Котельникова в зависимости от верхней частоты формируемого случайного процесса, выдаются на вход цифроаналогового преобразователя 6, где превращаются в случайный процесс и поступают на вход испытываемого объекта. В соответствии с известными свойствами случайных процессов спектр процесса на выходе системы совпадает с частотной характеристикой Формирующего цифрового фильтра 2.

Спектр случайного процесса на выходе испытываемого объекта в результате влияния динамических характеристик объекта отличается от спектра процесса на выходе системы. Так как динамические характеристики объекта обычно заранее не известны, а также могут изменяться во время испы" тания, в системе производится коррекция спектра выходного случайного процесса таким образом, чтобы спектр на выходе объекта соответствовал заданному.

Для этого процесс с выхода объекта подается через аналого-цифровой преобразователь 7 на анализатор 8 спектра (случайного процесса ). В блоке вычисления частотной характеристики (фильтра )по измеренному спектру с выхода анализатора 8 спектра и заданному спектру с выхода блока 11 задания спектра вычисляется новая частотная характеристика фильтра, учитывающая фактическое влияние динамических свойств испытываемого объекта с тем, чтобы получить на выходе объекта заданный спектр, По полученной частотной характеристике в блоке 10 вычисляются новые значения коэффициентов цифрового фильтра.2, в результате чего изменится его частотная характеристика и спектр формируемого случайного процесса. Аналогичным образом в процессе работы системы корректируется спектр случайного процесса п1 и изменении динамических свойств объекта во время испытаний.

Использование предлагаемого устройства для виброиспытания изделий сложной техники на широкополосную спучайную вибрацию дает возможность

13 1027723 14 увеличить скорость перестройки спек- значительно больше. При этом за счет тра случайного процесса более, чем использования на входе цифрового в десять раз, а в случае формирова-. фильтра 2 подноразрядного шума уст ния случайных процессов с другими раняются искажения вероятностных хавидами спектра выигрыш по быстродей- s рактеристик формируемых случайных ствив перестройки спектра может быть процессов.

1027723

Фиг.

ВНИИПИ Заказ 4742/54 Тираж 70б Подписное

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