Генератор равномерно распределенных случайных сигналов

 

ГЕНЕРАТОР РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащий частотно-зависимый элемент, квантователь по времени, выход которого является выходом генератора и соединен с входом порогового элемента , отличающийся тем, что, с целью расширения области применения генератора за счет исключения корреляционной зависимости в выходной последовательности, он содержит источник постоянного напряжения, инвертор, реле и источник случайного сигнала, выход которого соединен с входом реле, выход источника постоянного напряжения через первый размыкающий контакт реле соединен с входом частотнозависимого элемента, выход пороговог го элемента через первый замыкающий контакт реле соединен со входом i частотно-зависимого элемента, выход которого через второй размыкающий контакт реле соединен с входом инвертора , выход которого соединен с входом квантователя по времени, выход частотно-зависимого элемента через второй замыкающий контакт реле соединен с входом квантователя по времени. СО ю сд о o

СОЮЗ СОВЕТСНИК

РЕСПУБЛИН аю 01) 502 А з 5п С 06 F.7/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЦТИЙ (21) 3494636/ 18-24 (22) 28.09.82 (46) 15.05.84. Бюл. У 18 (72) Н.Н.Евтихиев и Е.А.Сандлер (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (53) 68 1.325 (088.8) (56) 1. Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. M. "Энергия", 197 t, с. 7-8 1, 190-209.

2. Косякин А.А., Сандлер Е.А.

Итерационные генераторы случайных сигналов. — "Автоматика и телемеханика", 1974, K 1 с. 141-150.

3. Авторское свидетельство СССР

У 386391, кл. G 06 F 7/58, 197 f (прототип) . (54) (57) ГЕНЕРАТОР РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащий частотно-зависимый элемент, квантователь по времени, выход которого является выходом генератора и соединен с входом порогового элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения генератора за счет исключения корреляционной зависимости в выходной последовательности, он содержит источник постоянного напряжения, инвертор, реле и источник случайного сигнала, выход которого соединен с входом реле, выход источника постоянного напряжения через первый размыкающий контакт реле соединен с входом частотнозависимого элемента, выход порогово-, го элемента через первый замыкающий контакт реле соединен со входом частотно-зависимого элемента, выход которого через второй размыкающий контакт реле соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом квантователя по времени, выход частотно-зависимого элемента через второй замыкающий контакт реле соединен с входом квантователя по времени.

1092502

Изобретение .относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве источника базовых случайных сигналов при решении широкого круга задач вероятностного моделирования, Известны три типа генератора базовых случайных сигналов.

Генераторы первого типа содержат первичные физические датчики шума, 10 к выходу которых подключаются усилительные, преобразовательные и стабили зир ующие ус тр ойс т ва f 1 ).

В таких генераторах в связи с наличием первичного физического дат- 15 чика шума отсутствуют точные априорные сведения о статистических характеристиках генерируемых сигналов и имеет место неконтролируемая нестабильность и дрейф этих характеристик. Кроме того, в этих генераторах используются весьма сложные усилительные, преобразовательные и стабилизирующие устройства.

Генератор второго типа представляет собой регистры сдвига с обратными связями, которые вырабатывают псевдослучайные имитации базовых сигналов (1 3.

Однако псевдослучайные сигналы, З0 будучи детерминированными и периоди-, ческими, "приближают" соответствующие случайные сигналы лишь по небольшому числу параметров, что существенно ограничивает возможности их использования.

У генераторов третьего типа на цифроаналоговых элементах реализуются локально-неустойчивые дискретные динамические системы (2 1.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее пос— ледовательно соединенные элемент квантования по времени, элемент квантования по уровню и неустойчивое 45 инерционное звено, выход которого соединен с входом элемента квантования по времени, генерирующее стационарные эргодические случайные сигналы с равномерным на заданном отрезке g0 распределением амплитуд ГЗ ).

Однако в известном устройстве любые значения генерируемых равномерно распределенных сигналов оказываются коррелированными, что в значительной степени ограничивает возможность

его использования в качестве генера.— тора базовых случайных сигналов, так как в большинстве задач вероятностного моделирования в автоматике и вычислительной технике необходимы базовые равномерно распределенные случайные сигналы с некоррелированными значениями.

Цель изобретения — расширение области применения генератора за счет исключения корреляционной зависимости в формируемой последовательности случайных сигналов.

Для достижения поставленной цели в генератор равномерно распределенных случайных сигналов, содержащий частотно-зависимый элемент, квантователь по времени, выход которого является выходом генератора и соединен с входом порогового элемента, введены источник постоянного напряжения, инвертор, реле и источник случайного сигнала, выход которого соединен с входом реле, выход источника постоянного напряжения через первый размыкающий контакт реле соединен с входом частотно-зависимого элемента, выход порогового элемента через первый замыкающий контакт реле соединен с входом частот— но-зависимого элемента, выход которого через второй размыкающий контакт реле соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом квантователя по времени, выход частотно-зависимого элемента через второй замыкающий контакт реле соединен с входом квантователя по времени.

Введение указанных дополнительных элементов и связей между элементами обеспечивает получение на выходе элемента квантования по времени равномерно распределенного сигнала, значения которого при определенном соотношении между вероятностями положений контактов реле оказываются некоррелированными.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого генератора.

Генератор содержит квантователь 1 по времени, пороговый элемент 2, частотно-зависимый элемент 3, инвертор 4, источник 5 постоянного напряжения, реле 6 и источник 7 случайного сигнала.

Генератор работает следующим образом.

Источник 7 случайного сигнала вырабатывает сигнал Z(t), постоянный на интервалах и Ь t п=1,2,..., где Qt — интервал квантования по

10 25 времени квантователя 1, и принимаю- щий на этих интервалах значения

"О" и " 1" с вероятностями о и р=1-с1 соответственно, причем значения

Z„= Z(na t), n=1,2,..., 20

О, X (SI2

s, x>gg где 5 — заданная положительная величина. 25

Частотно-зависимый элемент 3 имеет передаточную функцию

W(P) = 1-рт

dt где Т=

30 коэффициент усиления К инвертора 4 равен 1/2, а величина постоянного сигнала на выходе источника 5 равна 2S.

Тогда, если Zn= 1, то

35 х = 2х -Q(x ) = f(xk) (1) а если Zn= О, то х„+= Б — х„= Ч(х,), (2) где Х, = Х(Кдс).

Объединив выражения (1) и (2), имеем

40 х =z r(x ) (1 z ) (х ) =0,1,2.... (3) 45 и+1 .n к

Выражение (3) задает преобразование отрезку $0 S), сохраняющему меру Лебега. Кроме того, непосредственный подсчет показывает, что

50 нормированная корреляционная функция ((„ „,„) -М2 (y, D(X, где M — символ математического ожи55 дания;

3 — символ дисперсии, в совокупности статистически независимы. При Z = 1 вход функционально— и

ro преобразователя соединен с выходом порогового элемента 2, а выход — 10 с входом квантователя 1 по времени, а при Z О на вход преобразователя поступает постоянный сигнал U и его выход соединен с входом инвертора 4. 15

Связь У=Q(X) между значениями выходного сигнала Y и входного сигнала Х порогового элемента 2 определяется выражением

02 4 равна г\ )=(р-<1, K=0,1,2... (4)

Так как lim r(K) =U при всех 0(р41, преобразование, определяемое выражением (3), является эргодическим.

При этом, если р=2/3, то

1 1, К=О.

1(0, Ко.

Следовательно, если Х0 6 (О, S ) то последовательность. Х„, и «1,2... с вероятностью "1" представляет собой статистически репрезентативную реализацию последовательности некоррелированных случайных величин, имеющих равномерное распределение на интервале О, S 3.

Базовым объектом является серийно выпускаемый генератор шума Г2-57, являющийся источником случайных сигналов с раВномерным распределением, которые получаются путем соответствующих преобразований сигналов первичного физического источни— ка шума. В связи с этим в базовом объекте отсутствуют точные априорные сведения о статистических характеристиках генерируемых сигналов, которые могут определяться и контро— лироваться лишь с помощью трудоемких тестовых проверок.

Техническим преимуществом устройства по сравнению с базовым объектом является то, что равномерность распределения и некоррелированность значений генерируемых сигналов обеспечивается установкой определенных значений его параметров без использования первичного физического источника шума.

Благодаря этому техническому преимуществу отпадает необходимость контроля характеристик генерируемых

1 устройством сигналов с помощью тру. доемких статистических тестов, используемых для контроля сигналов, генерируемых базовым объектом, так как эти характеристики полностью определяются легко измеряемыми параметрами устройства.

Экономический эффект, обусловленный использованием предлагаемого устройства, определяется экономией машинного времени, затрачиваемого на проведение тестовых проверок характеристик генерируемых сигналов

1О92502

Составитель А.Карасов ,Редактор Л.Алексеенко Техред N.Кузьма

Корректор С. Ц екмар

Заказ 3255/32 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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