Генератор случайного процесса

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА , содержащий генератор тактовых . импульсов, первый генератор равновероятных случайных чисел, группу сумматоров, группу блоков памяти, шифратор, регистр сдвига и элемент задержки, причем вход запуска генератора тактовых импульсов является входом Пуск генератора и соединен с установочным входом регистра сдвига, выход генератора тактовых импульсов соедине.н с входами первого генератора равновероятных случайных чисел и элемента задержки, а также со считывающими входами блоков памяти группы, выход первого генератора равновероятных случайных чисел подключен к первым входам сумматоров группы, синхронизирующие входы которых и вход Сдвиг регистра сдвига соединен с выходом элемента задержки, вторые входы сумматоров группы подключены к выходам соответствующих блоков памяти группы, выходы сумматоров группы соединены с входами шифратора соответственно , выходы которого подключены к информационным входам регистра сдвига соответственно, выходы регистра сдвига соединены с адресными входами соответствующих блоков памяти группы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования заданной многомерной функции распределения вероятностей и повышения точности за счет равномерной аппроксимации заданной функции распределения вероятностей, он содержит второй генератор равновероятных слуS чайных чисел, счетчик, триггер, группу элементов И и преобразователь код - напряжение, причем вход .Пуск генератора соединен .с входом обнуления счетчика и с нулевым входом триггера, счетньй вход счетчика под;ключен к выходу элемента задержки, выход переполнения счетчика соединен с единичным входом триггера, единичный выход которого подключен к первым входам элементов И группы, вторые входы первых 1 элементов И группы ОД

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПЯЬЛИК пя) Юио 1 1 1 1 1

3 @ G 06 F 7/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ц (21) 3604356/18-24 (22) 10.06.83 (46) 30.08.84. Бюл. В 32 (72) 3,А. Баканович, Н.А. Волорова и А.Н. Попов (71) Минский радиотехнический инсти,тут (53) 681.325(088.8) (56) 1; Авторское свидетельство СССР

;Ф 723632, кл. С 06 F 7/58, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 752311, кл. G 06 F 7/58, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

У 800988, кл. G 06 F 7/58, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

В 966692, кл. G 06 F 7/58, 1981 (прототип). ° (54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий генератор тактовых .импульсов, первый генератор равновероятных случайных чисел, группу сумматоров, группу блоков памяти, шифратор, регистр сдвига и элемент задержки, причем вход запуска генератора тактовых импульсов является входом "Пуск" генератора и соединен с установочным входом регистра сдвига, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами первого генератора равновероятных случайных чисел и элемента задержки, а также со считывающими входами блоков памяти группы, выход первого генератора равновероятных случайных чисел подключен к первым входам сумматоров группы, синхронизирующие входы которых и вход

"Сдвиг" регистра сдвига соединен с выходом элемента задержки, вторые входы сумматоров группы подключены к выходам соответствующих блоков памяти группы, выходы сумматоров группы соединены с входами шифратора соответственно, выходы которого подключены к информационным входам регистра сдвига соответственно, выходы регистра сдвига соединены с адресными входами соответствующих блоков памяти группы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования заданной многомерной функции распределения вероятностей и повышения точности за счет равномерной аппроксимации заданной функции распределения вероятностей, он содержит .второй генератор равновероятных слу- I чайных чисел, счетчик,. триггер, группу элементов И и преобразователь код — напряжение, причем вход ."Пуск" генератора соединен,с входом обнуления счетчика и с нулевым входом триггера, счетный вход счетчика под:ключен к выходу элемента задержки, выход переполнения счетчика соединен с единичным входом триггера, единичный выход которого подключен к первым входам элементов И группы, вторые входы первых 1 элементов И группы (1 — число выходов дешифратора) соединены соответственно с первыми 1 выходами регистра сдвига, а вторые вхо ды остальных г элементов И группы соединены с выходами второго генератора равновероятных случайных чисел соответственно, вход которого подключен к выходу элемента задержки, выходы элементов И группы соединены с входами преобразователя код — напряМ жение соответственно, выход которого является выходом генератора.

1 .,1 1111

Изобретение относйтся к области вычислительной техники и может быть .использовано при решении задач моделирования систем с учетом случайных внешних возмущающих факторов и слу5 чайных отклонений параметров объектов, а также при построении автоматизированных испытательных комплексов.

Известны устройства, моделирующие случайные процессы с заданными ста- 10 тистическими характеристиками.

Известен генератор случайного процесса, содержащий генератор равномерно распределенных случайных чисел, регистр сдвига, элемент масштабирования, первый и второй функциональные преобразователи, группу элементов масштабирования, блок сравнения и блок развертки l1l.

Однако это устройство не обеспе- . чивает стабильность характеристик формируемого процесса, так как первый и второй функциональные преобразователи реализованы с помощью группы ЭЛТ-политронов, кроме того, применение политронов существенно увеличивает габариты:устройства и усложняет программное управление его работой.

Известен генератор случайных процессов, содержащий датчик случайных сигналов, блок сравнения, два ключа, элемент памяти, блок памяти, блок регистрации, блок развертки, функциональныи преобразователь, счетчик и источник опорного напряжения Е23.

Указанное устройство не позволяет формировать случайные процессы, описываемые функцией распределения вероятностей с размерностью более

40 двух, кроме того, использование аналоговой элементной базы ухудшает точностные характеристики устройства.

Известен генератор случайного

45 процесса, содержащий регистр сдвигa, группу блоков умножения, суммирующий блок, преобразователь код — напряжение, дешифратор, счетчик и умножитель С33.

Однако это устройство позволяет

50 формировать случайный процесс с заданной спектральной плотностью мощности и не обеспечивает генерацию случайного процесса с заданной многомерной функцией распределения вероятностей.

Наиболее близким техничеСким решением к изобретению является генератор многомерных случайных величин, содержащий генератор тактовых импульсов; шифратор, генератор равномерно распределенных случайных чисел, группу сумматоров, группу блоков памяти, регистр сдвига, регистр адреса и элемент задержки Е43.

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает формирование случайного процесса с заданным многомерным законом распределения вероятностей, что сужает его функциональные возможности.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем формирования случайного процесса с заданной многомерной функцией распределения вероятностей и повышения точности. путем равномерной аппроксимации заданной функции распределения вероятностей.

Для достижения указанной цели в генератор случайного процесса, содержащий генератор тактовых импульсов, первый генератор равновероятных случайных чисел, группу сумматоров, группу блоков памяти, шифратор, регистр сдвига и элемент задержки, причем вход запуска генератора тактовых импульсов является входом "Пуск" генератора и соединен с установочным входом регистра сдвига, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами первого генератора равновероятньж случайных чисел и элемента задержки, а также со считывающими входами блоков памяти группы, выход первого генератора равновероятных случайных чисел подключен к первым входам сумматоров группы, синхронизирующие входы которых и вход

"Сдвиг" регистра сдвига соединены с выходом элемента задержки, вторые входы сумматоров группы подключены к входам соответствующих блоков памяти группы, вьжоды сумматоров группы соединены с входами шифратора со.ответственно, выходы которого подключены к информационным входам регистра сдвига соответственно, выходы регистра сдвига соединены с адресными входами соответствующих блоков памяти группы, введены второй генератор равновероятных случайньж чисел, счетчик, триггер, группа элементов И и преобразователь код — напряжение, причем вход Пуск генератора соединен с входом обнуления счетчика и с нулевым входом триггера, счетный вход счетчика подключен к выходу элемента задержки, выход переполнения счетчика соедийен с единичным входом .триггера, единичный выход которого подключен к первым входам элементов

И группы, вторые входы первых 1 эле5 ментов И группы (1 — число выходов дешифратора) соединены соответственно с первыми 1 выходами регистра сдвига, а вторые входы остальных r элементов И группы соединены с выходами второго генератора равновероятных случайных чисел соответственно, вход которого подключен к выходу элемента задержки, выходы элементов И

15 группы соединены е входами преобразователя код — напряжение соответственно, выход которого является выходом генератора.

Суть изобретения состоит в том, 20 что случайный процесс с заданной многомерной функцией распределения вероятностей Р(Х„,Х,. .. Х.„) формируется на основе многомерной случайной величины X = Х„,X,..., Х„).

При этом осуществляется не цикли.ческое формирование реализаций многомерной случайной величины Х,Х,Х, а непрерывное генерирование одной составляющей многомерной случайной величины Х (t)(t=0,1,2,...), 30 причем любая совокупность и соседних .значений случайного процесса

X(t n+1), X(t-n+2), ..., X(t-1)j, X(t)), подчиняется заданной многомерной функции распределения вероят- 35 ностей. формируемые непосредственно после пуска генератора (n-.1) значения случайного процесса являются искаженными, так как генерируются в отсутствие набора предшествующих зна-4О чений. Поэтому передача на выход устройства значений, формируемых непосредственно после пуска генератора, блокируется. Для повышения точности воспроизведения заданной многомер- 45 ной функции распределения вероятностей она равномерно аппроксимируется путем использования дополнительного генератора равновероятных, случайных чисел. 50

На фиг. 1 приведена блок-схема шифратора; на фиг. 2 — блок-схема генератора случайного процесса.

Генератор случайного процесса содержит генератор 1 тактовых импуль-55 сов, первый генератор 2 равновероятных случайных чисел, элемент 3 задержки, группу 4 сумматоров, груп159 а пу 5 блоков памяти, шифратор 6, счетчик 7, регистр 8 сдвига, триггер

9, второй генератор 10 равновероятных случайных чисел, гуппу 11 элементов И, преобразователь 12 код— напряжение.

Шифратор 6 (фиг. 2) содержит группу 13 элементов И и группу 14 элементов ИЛИ. i-e входы шифратора 6 (i=1,2,...,2 -1, где 1 — количество одновременно формируемых разрядов) соединены с прямыми входами группы

13 элементов И, выход каждого из элементов И группы 13 элементов И подключен к инверсным входам всех предыдущих элементов И группы 13 элементов И, входы i-го элемента ИЛИ (i=1,2, ...,1) группы 14 элементов

ИЛИ соединены с выходами i-х элементов И (i=2> " (1+2ш) . m=0, 1,2,...) группы 13 элементов И, выходы группы 14 элементов ИЛИ соединены с выходами шифратора 6.

Генератор случайного процесса работает следующим образом.

Для формирования случайного процесса X(t) на вход устройства подается сигнал Пуск, поступающий на вход запуска генератора 1 тактовых импульсов, установочный вход регистра 8 сдвига, вход обнуления счетчика 7 и первый установочный вход триггера 9. Под воздействием данного сигнала триггер 9 устанавливается в нулевое состояние, счетчик 7 обнуляется, в регистр 8 сдвига записывается код 00...01 (единица в младшем разряде), а генератор 1 тактовых импульсов начинает вырабатывать последовательность тактовых импульсов.

Импульс, сформированный генератором 1 тактовых импульсов, поступает на вход первого генератора 2 равновероятных случайных чисел, на вход элемента 3 задержки и на первые входы группы 5 блоков памяти. Первый генератор 2 равновероятных случайных чисел вырабатывает код случайного числа, равномерно распределенного иа интервале (О, 1). Тактовый импульс, поступивший на первые входы группы 5 блоков памяти, обеспечивает считывание информации из ячеек, адрес которых поступает с выхода регистра 8 сдвига на вторые входы группы 5 блоков памяти. Первым тактовым импульсом производится считывание информации из ячеек с адресом

00...01. В блоках памяти хранится

5 11111 записанная в виде отрицательных чисел в обратном коде информации о многомерной функции распределения вероятностей. С выходов группы 5 блоков памяти считанные числа поступают на третьи входы группы 4 сумматоров, на первые входы которых поступают случайное число, сформированное первым генератором 2 равновероятных случайных чисел. Тактовый импульс проходит 10 через элемент 3 задержки и поступает с его выхода на вторые: входы группы 4 сую аторов, разрешая выпол- нение операции сложения. Кроме того, задержанный тактовый импульс посту- 15 пает на вход второго генератора 10 равновероятных случайных чисел, счетный вход счетчика 7 и управляющий вход регистра 8 сдвига, в котором выполняется сдвиг числа в. сторону р0 старших разрядов.

При сложении чисел, поступивших на входы группы 4 сумматоров, производится сравнение равномерно распределенного случайного числа с кодами вероятностей, поступившими из группы 5. блоков памяти. Так как коды вероятностей записаны в группе 5 блоков памяти в обратном коде, то с выходов группы 4 сумматоров на входы шифратора 6 поступает код вида 11...10... ...00. В этом коде информативным является разряд, в котором находится первый (считая.от младших разрядов) единичный сигнал. Группа 13 элемен35 тов И, входящих в состав шифратора 6, выделяет этот сигнал и пропускает evo . на входы группы 14 элементов ИЛИ.

Входы группы 14 элементов ИЛИ соединены с выходами группы 13 элементов

И таким образом, что входы j-го элемента ИЛИ (j=1 2,...,1) группы 14 элементов ИЛИ подключены к выходам

i-х элементов И, i=2 (1+2m), ° 4-1

m=0, 1,2,..., груйпы 13 элементов И, 45 что позволяет преобразовать унитарный код, снимаемый с выходов группы

13 элементов И в двоичный код, получаемый на выходах группы 14 элементов ИЛИ. Число входов К шифрато50 ра 6 связано с числом его выходов 1 соотношение К=2 -1. е .. Таким образом, на выходе шифратора 6. вырабатывается код, определяющий 1 разрядов многомерной случайной величины X=(X„,Х,,...,Х„, и тем самым

55 задающий значение ее составляющей Х .

Данный код поступает на информационные разряды регистра 8 сдвига и за59 лисывается в освободившиеся в результате сдвига младшие разряды регистра 8 сдвига.

Задержанный элементом 3 задержки тактовый импульс, приходя на счетный вход счетчика 7, увеличивает его содержимое на единицу.

При формировании следующих и-2 тактовых импульсов генератором 1 тактовых импульсов составляющие

Х„„, Х„, ..., Х, многомерной случайной величины Х формируются аналогично. Триггер 9 находится в нулевом состоянии и запрещает. прохождение сигналов с выходов 1 младших разрядов регистра 8 сдвига и аппроксимирующих равновероятных кодов с выхода второго генератора 10 равновероятных случайных чисел на выходы группы 11 элементов И.

При поступлении п-ro с момента запуска устройства тактового импульса формируется значение составляющей Х и заносится в младшие разряды регист ра 8 сдвига. Кроме того, данный импульс, поступая на счетный вход счетчика 7, вырабатывает в нем сигнал переполнения, котбрый с выхода счетчика. 7 передается на второй установочный вход триггера 9 и переводит триггер 9 в единичное состояние .

Разрешающий сигнал с выхода триггера 9 поступает на первые входы группы 11 элементов И. 1-разрядный код составляющей Х с выходов 1 младших разрядов регистра 8 сдвига и аппроксимирующий r-разрядный код равновероятного числа с выхода второго генератора 10 равновероятных случайных чисел передаются на выходы груп-. пы 11 элементов И и поступают на входы преобразователя 12 код — напряжение. Преобразователь 12 код— напряжение представляет собой сетку сопротивлений R-.2R, линейно преобразующую входной набор сигналов в выходное напряжение Х(С) (в качестве преобразователя 12 код — напряжение могут быть, в частности, использованы микросхемы 304 ИД1, 2, 3, 4, 5, 6 ОЖ0.344.000 ТУ).

Сформированное в данном такте напряжение X(t) сохраняется на выходе устройства до прихода нового набора входных сигналов на входы преобразователя 12 код — напряжение, выработанного после формирования генератором 1 тактовых импульсов следующего тактового импульса. 1111159 систем.

Щие.1

Применение второго генератора 10 равновероятных случайных чисел повышает точность воспроизведения многомерной функции распределения

F(X„, Х, ..., Хи), так как помимо 5 опорных значений, хранящихся в группе 5 блоков памяти, воспроизводятся промежуточные значения равномерно аппроксимирующие заданнуюфункцию распределения.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется тем, что оно обеспечивает по сравнению с известными устройствами возможность формирования случайных внешних возмущений и случайных параметрических отклонений объектов, характеристики которых описываются многомерными законами распределения вероятностей, н позволяет повысить эффективность моделирования и испытаний сложных технических

1111159

Составитель А. Карасов

Редактор О. Колесникова Техред Т.Дубинчак Корректор N. Шароши

Заказ 6311/39 Тираж 698 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