Генератор случайного процесса

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА , содержащий первый и второй переключатели, выходы которых соединены со входами Пуск соответственно первого и второго первичных источников реализации случайных процессов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен блок управления , который содержит четыре триг гера, три формирователя импульсов, три переключателя, два элемента задержки и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом сумматора, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого переключателя блока . управления и со счетным входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого переключателя блока управления выход которого через первый формирователь импульсов и первый элемент задержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с .входом первого переключателя, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом второго переключателя блока управления , второй вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом .-(5 второго переключателя блока управле- g ния, выход которого через второй (Л формирователь импульсов и второй элемент задержки соединен с единичс: ным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен с входом второго переключателя, пря-g мой и инверсный выходы порогового элемента соединены соответственно с первым и вторым входами третьего переключателя блока управления, со прямой выход первого триггера соединен с третьим входом третьего переГчЭ ключателя блока управления, выход сл которого через третий формирователь импульсов соединен с нулевыми входами третьего и четвертого триггеров. 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) (06 F 7 58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3520596/18-24 (22) 07.12,82 (46) 15,05 84. Бюл, 9 18 (7?) Е,В. Алимова и О.В. Алимова (53) 681.325(088,8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

Р 677054, кл. G 06 F 7/58, 1977.

2. Бобнев М. П. Генерирование случайных процессов. М., Энергия, 1971, с. 191 (прототип) . (54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОIJECCA, содержащий первый и второй переключатели, выходы которых соединены со входами Пуск соответственно первого и второго первичных источников реализации случайных процессов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом генератора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения, в него введен блок управлсния, который содержит четыре триггера, три формирователя импульсов, три переключателя, два элемента задержки и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом сумматора, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого переключателя блока управления, выход которого через первый формирователь импульсов и первый элемент задержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с .входом первого переключателя, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом второго переключателя блока управления, второй вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом второго переключателя блока управле-14р

Р ния, выход которого через второй формирователь импульсов и второй элемент задержки соединен с единичным входом четвертого триггера, С: единичный выход которого соединен с входом второго переключателя, пря- Я мой и инверсный выходы порогового элемента соединены соответственно фамя с первым и вторым входами третьего а переключателя блока управления, прямой выход первого триггера соеди- (,Д ) нен с третьим входом третьего пере ключателя блока управления, выход которого через третий формирователь Ql импульсов соединен с нулевыми входа- ) ми третьего и четвертого триггеров. (. Р

1092503 го триггера, инверсный выход второго

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использс>вано для моделирования случайных процессов, в частности инфранизкочастотных помех.

Известен генератор шума, в котором шум шумового диода усиливается(1).

Однако этот генератор не позволяет получить узкополосный шум.

Наиболее близким к изобретению является генератор случайного процес- >(> са, содержащий первый и второй выключатели, выходы которых соединены с входами Пуск соответственно первого и второго первичных источников реализации случайного процесса„ выходы которых соединена соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом генератора (2) .

Недостатками этого генератора яв-.2О ляются сложность, обусловленная сложHocTbIo первичного"источника реализации случайного процесса, и невозможность получения узкополосного инфранизкочастного случайного процесса.

Цель изобретения — упрощение генератора при одновременном обеспечении возможности получения узкополосного инфранизкочастотногo случайного процесса. ,цля достижения поставленной цели в генератор случайного процесса, содержащий первый и второй переключатели, выходы которых соединены с входами Пуск соответственно первого и второго первичных источников реализации случайных процессов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является BII ходом генератора, введен блок управ- 4С> ления, содержащий четыре триггера, три формирователя импульсов, три переключателя, два элемента задержки и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом сумматора, прямой 4 выход порогового элемента соединен с первым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого и реключателя блока управления, вы«эд которого через первый формироыатель импульсов и первый элемент задержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с входом пзрвого переключателя, прямой выход 60 пзрогового элемента соединен с первым входом второго переключателя бло ка управления, второй вход которого подключен к инверсному выходу первотриггера соединен с третьим входом второго переключателя блока управления,выход которого через второй формирователь импульсов и второй элемент задержки соединен с единичным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен с входом второго гереключателя, прямой и инверсный выходы порогового элемента соединены соответственно с первым и вторым входами третьего переключателя блока управления, прямой выход первого триггера соединен с третьим входом третьего переключателя блока управления, выход которого через третий формирователь импульсов соединен с нулевыми входами третьего и четвертого триггеров.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого генератора; на фиг.2 вариант выполнения первичного источника реализации случайного процесса; на фиг. 3 — вариант выполнения блока рандомизации.

Генератор содержит первичные источники 1 и 2 реализации случайных процессов, сумматор 3, блок 4 управления и переключатели 5 и б.

Первичные источники 1 и 2 реализации случайного процесса в частном случае представляют собой электромеханические генераторы, каждый из которых содержит профилированный кула» чок 7, форма которого соответствует реализации случайного процесса„ потенциометр 8, движок 9 которого поджат пружиной 10 и взаимодействует с профилированным кулачком 7, а так-! же электрический мотор 11 с редукто-: ,ром 12„

Использование редукторов (при тех же кулачках) позвсляет генерировать процессы с различными средними периодами за счет изменения скорости вращения профилированных кулачков .

Изменение формы профилированных кулачков приводит к изменению спектра генерируемого процесса. Изменение напряжения питания потенциометрических преобразователей„ которое в процессе работы не меняется, позволяет генерировать процессы различной мощности.

Форма профилированных кулачков определяст параметры генерируемого процесса (распределение мгновенных значений, амплитуд, периодов случайного процесса, его спектр и т,д.) . узкополосный процесс Отличается сравнительно малыми изменениями периода, поэтому форма профилированных кулачков, используемых в устройствах воспроизведения, отличается тем, что периоды имеют небольшие отклонения (не более ЗОВ) от среднего, тогда как амплитуды изменяются в широких

1092503 пределах (от 0,1 до 1,5 средней амплитуды) .

Блок 4 управления содержит эле-. мент- 13, триггеры 14 и 15, переключатели 16, 17.и 18, формирователи 19, 20 и 21 импульсов, элементы 22 и 23 5 задержки и триггеры 24 и 25.

Рассмотрим .работу генераторов, когда переключатели 16 и 17 установлены в положение 3, а переключатель 18 в положение 1 . В данном 10 случае на запуск триггеров 24 и 25 поступают преобразованные сигналы с триггера 15, а на сброс — с выхода порогового элемента 13 (фиг. 3) .

Генератор работает следующим об- 15 разом.

При подаче напряжения питания на генератор включаются моторы 11. Через редукторы 12 они вращают профилированные кулачки 7, взаимодействующие с движками потенциометров 8.

Сигналы с потенциометров 8, являясь выходными сигналами источников 1 и

2, поступают на вход сумматора 3, а далее на выхсд генераторов и вход блока 4 управления, т.е. на вход порогового элемента 13. Пороговый элемент 13 преобразует входной сигнал в последовательность прямоугольных импульсов. Срабатывание порогового элемента соответствует превышению входным сигналом нулевого уровня. Сигнал с выхода порогового элемента 13 поступает на вход триггера 14,а с выхода триггера 14 — на вход триггера 15.Сигналы с выходов 35 порогового элемента 13 через переключатели 16 и 17,формирователи 19 и 20 импульсов, элементы 22 и 23 задержки поступают на вход триггеров 24 и

25 и осуществляют их запуск. Сигналы на сброс триггеров 24 и 25 поступают с выхода порогового элемента 13 через переключатель 18 и фор-, мирователь 21 импульсов.

При этом на запуск поступают импульсы со средним периодом 4Тр, а на сброс — со средним периодом T©, где

Т вЂ” средний период генерируемого случайного процесса.

Поскольку импульсы поступающие 5(» на сброс, опережают импульсы, поступающие на запуск (вследствие прохождения ими элементов задержки), сброс триггеров 24 и 25 после запуска может осуществляться только импульсом от следующего срабатывания порогового элемента 13, т. е. в среднем через T . При времени задержки импульсов, много меньшем величины Т среда няя длительность импульсов, поступаюцих на переключатели, практически не @» отличается от среднего периода случайного процесса.

Таким образом, с триггеров 24 и

25 на переключатели 5 и б поступают

=игналы со следующими параметрами: 65 средняя длительност импульса Т„, средний период 4Т,.

Импульсы, вызывакщие срабатывание переключателей 5 и б, не совпадают по времени, поскольку сигналы, запускающие триггеры 24 и 25, противофазны.

Сигналы, поступающие на триггеры

24 и 25, таковы, чтд, каждый иэ профилированных кулачков останавливается на один период через каждые три периода, причем первый кулачо:; — на первый, а второй — на третий период из каждых четырех периодов.

Таким образом, положения переключателей 16, 17 и 18 определяют параметры сигналов, управляющих переключателями 5 и б. Однако период кананалов, поступающих на запуск триггеров 24 и 25, должен быть больше периода сигналов, вызывающих их сброс, так как только при таком соотношении импульсы на выходах блока управления будут разнесены но времени (не будут накладываться).

Управление производится попеременной остановкой источников 1 и 2 на и через И периодов генерируемого процесса. При этом сдвиг фаз воспроизводимых процессов меняется случайным образом оò -2!i до +2л, а сами :оспроизводимые процессы накладываются друг на друга разли ными точками.

Поскольку точек на каждом из проиессоВ бесчисленное множество, то и условий наложения насчитывается также бесчисленное множество. Последнее приводит к возможности получения ре ализации случайного процесса бесконечьой длительности.

Средний период сигналов, поступающих на запу<-.к триггеров 24 и 25 и определяющих период сигналов управления, не должен превосходить удвоенной длительности воспроизведения реализации исходного случайного процесса (времени полного оборота профи лированного кулачка без остановок).

В противнсм случае отдельные части выходного процесса будут повторяться, в результате чего процесс на выходе генератора перестанет быть случайньм .

Две реализации (отрезка) случайного процесса обязательно различают,ся по форме, так как случайный про цесс не имеет периода повторения.

Однако генератор может генерировать случайный процесс и в том случае, когда кулачки (воспроизводимые реализации) имеют одинаковую форму.

Генерирование случайного процесса, т. е. процесса бесконечной длительности, производится благодаря воспроизведению двух случайных процессов с изменяющимся во времени сдвигом фаз, получаемым вследствие пспеременной остановки источников ,исходных процессов на и периодов че1092503 реэ N периодов генерируемого случайного процесса, в результате чего вы олняется условие Е () О.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого генератора являются простота его конструкции и расширение области применения, Упрощение конструкции заключается в том, что в предлагаемом устройстве используются только два первичных источника реализаций случайных про- 16 цессов, тогда как в прототипе необходимо испольэовать их более десяти.

Указанное упрощение конструкции генератора ведет к существенному уменьшению его габаритов, поскольку блок управления может быть выполнен современными средствами микроэлектроники и на размеры генератора не оказывает влияния.

Широкая область применения предлагаемого генератора обуславливается воэможностью генерирования разнообразных, действительно случайных (а не псевдослучайных, как в прототипе) процессов.

При использовании изобретения появляется возможность получения инфраниэкочастотных и субгерцовых узкополосных случайных процессов, в то время как известные устройства являются широкополосными генераторами с полосой сигнала выше 20 Гц. Для получения случайного узкополосного сигнала из широкополосного последний необходимо подвергнуть детектй рованию, а затем фильтрации. Однако построение узкополосных фильтров в

ИНЧ диапазоне практические невыполнимо, вследствие чего генератор с

ИНЧ фильтром на настоящий момент не реализован.

ИНЧ случайные процессы наблюдаются во многих областях (при изучении гидрологических и метеорологическнх процессов, в биологии и т. п.), п 96длагаемый генератор позволяет моделировать эти процессы. Таким образом, расширяется область применения генератора и появляется возможность его использования, например, при разра-. ботке океанографической аппаратуры.

Стабильность параметров генерируемого сигнала, объясняемая стабиль ностью исходных процессов, и возможность получения случайного процесса сколь угодно долго позволяют производить наладку и проверку электронных схем гидрометеоаппаратуры в.лабораторных условиях, не прибегая к натурным испытаниям.

1092503

Составитель А. Карасов

Редактор Л, Алексеенко ТехредЖ.Кастелевич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 3256/33 .Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная,4