Генератор случайного процесса

 

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА , содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, элемент задержки, выход которого соединен с установочным входом счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, стробирующий вход которого соединен с входом элемента задержки, выходы стробированного дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И первой группы соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, отличающийся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет придания формируемому процессу свойства марковского процесса с двумя состояниями и упрощения генератора, он содержит второй датчик пуассоновского потока импульсов,вторую группу элементов И, второй элемент ИЛИ, триггер и блок выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульс сов, первый и второй входы которого подключены к вькодам первого и второго датчиков пуассоновских потоков импульсов соответственно, а-первый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов соединены с входом, (Л элемента задержки и счетным входом счетчика соответственно, nepBije входы элементов И второй группы соединены с соответствующими выходами стробированного дешифратора, вторые входы элементов И второй группы соединены с нулевыми выходами соответсТ (Вующих разрядов регистра кода, а выхода элементов И второй группы соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, единичный выход которого является выходом генератора.

„SUÄÄ 1124

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3 G 06 F 7/58

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3601871/18-24 (22) 06.06.83 (46) 15.11.84. Бюл. ¹ 42 (72) А.С. Анишин (53) 681.325(088.8). (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 365024, кл. Н 03 К 3/84, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 304569, кл. G 06 F 7/58, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР № 978148, кл. G 06 F 7/58, 1981 (прототип).

4. Авторское свидетельство СССР № 1049905. кл. G 06 F 7/58, 1982. (54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, элемент задержки, выход которого соединен с установочным входом счетчика, вы- ходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, .стробирующий вход которого соединен с вхо" дом элемента задержки, выходы .стробированного дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И первой группы соединены с соответст, вующими входами первого элемента ИЛИ, о т личающийся тем, что, г с целью расширения функциональных воэможностей генератора за счет придания формируемому процессу свойства марковского процесса с двумя состояниями и упрощения генератора, он содержит второй датчик пуассоноBcKoFo QoToKs импульсову вторую груп пу элементов И, второй элемент ИЛИ, триггер и блок выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульс сов, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго датчиков пуассоновских потоков импульсов соответственно, а пер вый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей двух случайных Pg потоков импульсов соединены с входом элемента задержки и счетным входом счетчика соответственно, первые входы элементов И второй группы сое» динены с соответствующими выходами стробированного дешифратора, вторые.

8 входы элементов И второй группы соединены с нулевыми выходами соответст,вующих разрядов регистра кода, а ,выходь| элементов И второй группы соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соеди.нены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, единичный выход которого является выходом генератора.

1124295 2

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является генератор случайного потока импульсов, содержащий датчик пуассоиовского потока импульсов, выход которого через линию задержки соединен со счетным входом счетчика, непосредственно соединен с управляющим входом стробированного дешифратора и через элемент задержки †. с установочным в "О" входом счетчика, соединенного с дешифратором, выходы которого через элементы И группы соединены с входами элемента ИЛИ соответственно, выход которого является выходом генератора, а управИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при формовании простейшего марковского процесса с двумя дискретными состояниями. 5

Известен генератор случайной марковской последовательности импульсов, содержащий первый.и второй радиоактивные элементы, функционально связанные с первым и вторым поглощаю- 10 щими экранами, выходы которых через соответствующие детекторы соединены соответственно с двумя входами формирующего каскада, выполненного на триггере. Этот генератор позволяет 15 формировать марковский процесс с двумя дискретными состояниями (0,1), характеризующийся экспоненциальным распределением длительностей импульсов и пауз,(1 ).

Недостатком известного генератора является его сложность из-за применения двух радиоактивных элементов, большой объем электронного оборудования и невысокая. точность управ- 25 ления параметрами случайного процесса.

Известен вероятностный вентиль, в котором формируется дискретный случайный процесс с двумя состояниями (0,1), содержащий первый и второй датчики случайных потоков импульсов, выходы которых соединены соответственно с единичным и нулеВым Входами триггера, ВыхОд кОто-З5 рого подключен к управляющему входу элемента И $2).

Однако в таком устройстве точность управления параметрами невысокая из-за ручной регулировки и возможного дрейфа интенсивностей датчиков случайных потоков импульсов.

I ляющие входы элементов И группы соединены с единичными выходами соответствующих разрядов регистра уп равляющего кода. Известный генератор формирует управляемый с помощью цифрового двоичного кода пуассоновский поток импульсов ГЗ ).

Недостатком известного генератора являются ограниченные функциональные возможности, так как он не позволяет формировать марковский процесс с двумя состояниями, и сложность его устройства, обусловленная необходимостью использования линии задержки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет формирования дискретного марковского процесса с двумя состояниями и упрощение устройства генератора за счет сокращения объема электронного оборудования без снижения точности его работы путем исключения сложной по реализации линии задержки.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе случайного процесса, содержащем первый датчик пуассоновского потока импульсов, элемент задержки, выход которого соединен с установочным входом счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, стробирующий вход которого соединен с входом элемента задержки, выходы стробированного дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И первой группы соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, введены второй датчик пуассоновского потока импульсов, вторая группа элементов И, второй элемент ИЛИ, триггер и блок выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго датчиков пуассоновских потоков импульсов соответственно, а первый и второй, выходы блока выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов соединены с входом элемента задержки и счетным входом счетчика

1124295 соответственно, первые входы элемен-! тов И второй группы соединены с соответствующими выходами стробированного дешифратора, вторые входы элементов И второй группы соединены с нулевыми выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И второй группы сое! динены с входами второго элемента

ИЛИ соответственно, выходы первого 10 и второго элементов ИЛИ соединены с единичным и нулевым входами триггера соответственно, единичный выход

1 которого является выходом генератора.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора; на фиг. 2— структурная схема блока выравнивания интенсивностей двух случайных потоков. импульсов.

Генератор случайного процесса содержит первый 1 и второй 2 датчики пуассоновских потоков импульсов, блок

3 выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов, элемент 4 задержки, счетчик 5, стробирующий дешифратор 6, первую 7 и вторуго 8 группы элементов И, регистр 9 кода, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, триггер 12.

Первый 1 и второй 2 датчики пуассоновского потока импульсов могут быть выполнены по типовой схеме, содержащей последовательно соединенные источник шума, усилитель, пороговый элемент и формирующий каскад.

Блок 3 выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов может быть выполнен в виде логической 40 схемы преобразования двух случайных потоков импульсов с произвольными интенсивностями в потоки импульсов с равной интенсивностью.

Блок 3 выравнивания интенсивностей45 двух случайных потоков импульсов содержит высокочастотный генератор

13, триггер 14 первый 15, второй

16, третий 17 и четвертый 18 элементы И, первый 19 и второй 20 элемен- 0 ты ИЛИ.

Частота генератора 13, определяющая, частоту переключения триггера 14> устанавливается на один порядок выше наибольшей интенсивности одного из 5Á двух потоков.

При этом производится равновероятное распределение импульсов потоков по выходам четырех элементов И (15 — 18), при котором формируются независимые пуассоновские потоки на выходах соответствующих элементов И.

С учетом перекрестных связей между выходами элементов И (16, 17) и входами элементов ИЛИ (19,20) на входах последних образуются потоки с равными интенсивностями.

Счетчик 5 представляет собой последовательную цепочку триггеров, работающих в счетном режиме.

Стробированный дешифратор 6 может быть выполнен в виде дешифратора с потенциальными выходами и группы управляемых ключей, обеспечивающих прохождение импульсов опроса на один из выходов стробированного дешифратора 6 в соответствии с текущим состоя,нием счетчика 5.

Регистр 9 представляет собой группу элементов памяти, в которых содержится значение управляющего кода, представленного в виде двоичной правильнои дроби.

Генератор работает следующим образом.

С помощью блока 3 выравнивания пуассоновские потоки импульсов датчиков 1 и 2, имеющие в общем случае разную интенсивность, преобразуются в пуассоновские потоки с равной интенсивностью без нарушения их вероятностных свойств и первоначальной взаимной независимости.

В счетчике 5 регистрируется случайное число импульсов одного пуассоновского потока, которые появляются на случайных интервалах между импульсами другого пуассоновского потока импульсов с той же интенсивностью.

Каждый импульс потока, поступающий. с первого выхода блока 3, опра-. шивает дешифратор 6 и через время, необходимое для окончания переходных процессов в дешифраторе 6 (это время задается элементов 4 задержки), гасит содержимое счетчика 5. Импульс опроса дешифратора 6 проходит на тот выход дешифратора 6, номер которого соответствует состоянию счетчика 5 в момент опроса.

Условные вероятности состояний счетчика 5 в моменты опроса дешифратора 6 определяются известной формулой (4).

1124295

В процессе работы генератора импульсы потока с интенсивностью распределяются по выходам дешифратора

6 и образуют непересекающиеся и независимые пуассоновский потоки (4).

В соответствии с установленным в регистре 9 управлякицим двоичным кодом будут открыты те элементы И первой 7 (второй 8) группы, которые соответствуют разрядам регистра 9, содержащим единицы.

Яа выходах первого 10 и второго

11 элементов ИЛИ, выполняющих роль сумматоров частных потоков, образуются прямой и дополнительный пуас сбиовские потоки импульсов с соответствующими интенсивностями.

=0©, of р ...,O Л =X7l (Tj

71 =05 or,...,cx A=(f-x) Д (Rj

1 Я " Ih где М,(1-x) - соответственно прямое и инверсное значения управляющего двоичного кода, представленного в виде двоичной правильной дроби.

Потоки импульсов с выходов эле..ментов ИЛИ воздействуют соответственно на единичный и нулевой. входы триггера 12. При случайных переключениях триггера 12 на его выходе формируеч ся дискретный марковский процесс с двумя состояниями (1,0)

В соответствии с известными результа-. тами и с учетом (1) и (2) параметры

Р(1) и P(0) формируемого марковского процесса определяются только значением управляющего кода

Л„

P(f1= — =r, pool= — =1-х (з!

Л„+Л p +д и не зависит от интенсивностей датчиков 1, 2, что свидетельствует о высокой точности работы предложенного генератора. Интенсивность влияет лишь на "масштаб" формируемого марковского процесса, определяя параметры (a,Ы экспоненциального распределения длительностей импульсов с и пауз Ч

-а Г м)(Г1=б6, а =(1-х1Л, Г О г

z(vlbe, Ь=хй, )а . (+

Таким образом, предложенный генератор по сравнению с генератором-прототипом, являющимся базовым объектом, имеет расширенные функциональные возможности при существенном упрощении его устройства. Он формирует дискретный марковский процесс с двумч состояниями с высокой точностью d" 2, определяемой разрядностью управляющего двоичного кода. Замена линии задержки логическим устройством для выравнивания случайных потоков импульсов повышает регулярность (однородность) структуры, что обеспечивает возможЗ5 ность выполнения предложенного гене:ратора в виде унифицированного микро.модуля на основе интегральной технологии, 1124295

)124295

Составитель А. Карасов

Редактор М. Недолуженко Техред М.Надь Корректор М. Максимищннец

Заказ 8280/37 Тирюк 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенйй и открытий . 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

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