Генератор случайного процесса (его варианты)

 

1. Генератор случайного процесса , содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счётный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый счетчик, первый блок.памяти, адресный вход-которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности г,енератора за счет повышения энтропии процесса и обеспечения возможности управления мощностью процесса в области нулевой частоты, введены два счетчика, три сумматора функциональ ный преобразователь, второй блок памяти , умножитель, регистр памяти, анализатор состояний счетчиков и блок управления, состоящий из триггера и элемента И, причем информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом второго блока памяти и с первым входом анализатора состояния счетчиков, а выход переполнения первого счетчика соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, с единичным входом триггера блока управления и с входом обнуления первого сумматора, вход аргумента которого соединен с информацио (ным выходом второго счетчика, вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, с счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока управления, а выход первого сумматора соединен с входом первого аргумента третьего сумматора , вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока памяти , а выход третьего сумматора соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход умножи1;еля соединен с выходом второгоблока памяти, а выход умножителя соединен с входом аргумента второго сумматора, вход обнуления о :д которого объединен с входом синхронизации регистра памяти, с первым вхо дом злемента И блока управления и соединен с выходом делителя частоты, , N9 4ib а выход второго сумматора соединен с i информационным входом регистра памяти , выход которого является выходом генератора, второй вход анализатора состояния счетчиков соединен с информационным выходом третьего счетчика, а выход анализатора состояния счетчиков соединен с входом управления записью первого блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход опрос которого объединен с нулевым

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) А

31 Р Я 06 Г 7/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3562012/18-24 (22) 09.03.83 (46) 23. 11.84 Бюл. |1 43 ,(72) А.Г.Якубенко, В.Г.Беляев, С.Ф.Костюк и А.И.Кузьмич (71) Минский радиотехнический институт (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское:свидетельство СССР

У 391577, кл. G .06 F 7/58, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

У 667983, кл. С 06 F 7/58, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

|1- 767745, кл. G 06 F 7/58, 1978 (прототип). (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (ЕГО ВАРИАНТЪ|). (57) 1. Генератор случайного процес- са, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый счетчик, первый блок .памяти, адресный вход -которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, о т л и ч .а ю шийся тем, что, с целью повышения точности генератора за счет повышения энтропии процесса и обеспечения возможности управления мощностью процесса в области нулевой частоты, введены два счетчика, три сумматора, функциональ ный преобразователь, второй блок памяти, умножитель, регистр памяти, анализатор состояний счетчиков и блок управления, состоящий иэ триггера и элемента И, причем информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом второго блока памяти и с первым входом анализатора состояния счетчиков, а выход переполнения первого счетчика соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, с единичным входом триггера блока управления и с входом обнуления первого сумматора, вход аргу1 мента которого соединен с информациоиным выходом второго счетчика, вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, с счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока управления, а выход первого сумматора соединен с входом первого аргумента третьего сумматора, вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход третьего сумматора соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход умножителя соединен с выходом второго блока памяти, а выход умножителя соединен с входом аргумен. та второго сумматора, вход обнуления которого объединен с входом синхронизации регистра памяти, с первым входом элемента И блока управления и соединен с выходом целителя частоты, а выход второго сумматора соединен с информационным входом регистра памяти, выход которого является выходом генератора, второй вход анализатора состояния счетчиков соединен с информационным. выходом третьего счетчика, а выход анализатора состояния счетчиков соединен с входом управления записью первого блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход

"опрос" которого объединен с нулевым

1125624 входом триггера блока управления и соединен с выходом генератора импул

V сов, единичный выход триггера блока управления соедйнен с вторым входом элемента И блока управления.

2. Генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый счетчик,,первый блок . памяти, адресный. вход которого соединен с информационным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, отличающийся тем, что, с целью .расширения функциональных возможностей генератора за счет повышения энтропии процесса и обеспечения возможности управления мощностью процесса в области нулевой частоты, введены второй счетчик, три сумматора, второй блок памяти, фуйкциональный преобразователь, умножитель, регистр памяти, анализатор состояния счетчиков и блок управления, состоя щий из триггера и элемента И, причем информационный выход первого счетчи-. ка соединен также с адресным входом второго блока памяти и с первым входом анализатора состояния счетчиков, а выход переполнения первого счетчика соединен со счетным входом второго счетчика, с единичным входом триг.гера блока управления и с входом обнуления первого .сумматора, вход аргумента которого соединен с информационным выходом второго счетчика и с вторым входом анализатора состояний счетчиков, вход синхронизации первого сумматора объединен с входом синхронизации второго сумматора, со счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитациойномоделирующей аппаратуры для решения задач исследования и оптимизации структурно-сложных схем, при создании автоматизированных систем испытания на вибрационные, акустические, элехтрические и другие воздействия. управления, а выход первого сумматоpà соединен с входом первого аргуме та. третьего сумматора, вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход 1 третьего сумматора соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход умножителя соединен с выходом второго блока памяти, а выход умножителя соединен с входом аргумента второго сумматора, вход обнуления которого объединен с входом синхронизации регистра памяти, с г.ервым входом элемента И блока управления и соединен с выходом делителя частоты, а выход второro сумматора соединен с информационным входом регистра памяти, выход которого является выходом генератора, вход управления записью первого блока памяти. соединен с выходом анализатора состояния .счетчиков, а информационный вход первого блока памяти соеди нен с выходом датчика случайных чи= сел, .вход "Опрос" которого объединен с нулевым входом триггера блока уп-. равления и соединен с выходом:генератора импульсов,. единичный выход триггера блока управления соединен с вторым входом элемента И блока управлення.

3. Генератор по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что анализатор состояния счетчиков содержит блок памяти и схему сравнения, выход которой является, выходом анализатора, первым входом которого является первый вход схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу блока памяти, адресный вход которого является вторым входом анализатора.

Известно устройство, содержащее блок генераторов первичного нормального шума, блок формирующих фильтров, сумматор и нелинейный безынерционный преобразователь, позволяющее формирование случайных процессов с произвольной заданной спектральной плотностью мощности (СПИ) в фиксированном диапазоне частот P1) .

1125624

Недостатками устройства являются " сложность технической реализации за счет множества генераторов червичного нормального шума и формируюпжх фильтров, ограниченность частотного 5 диапазона и низкая точность воспроиз. ведения заданной функции СПИ.

Известно устройство, содержащее блок формирования случайных времен.ных интервалов, блок источников рав- 1р номерно. распределенных случайных ве,личин, блок источников гармонических сигналов и блок суммирования (2) .

Недостатком данного устройства является сложность технической реа- 15 лизации эа счет множества источников случайных величин и гармонических сигналов. Например, если данное устройство использовать для формирования случайного процесса при испыта- щ ниях изделий на электродинамическом вибростенде, для обеспечения достаточной точности коррекции амплитудночастотной характеристики вибростенда количество источников случайных вели чин и гармонических сигналов должно быть порядка 400-800.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гене- ратор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, датчик случайных чисел, счетчик и блок памяти. Указанные блоки соединены последовательно, второй вход счетчика соединен с выходом re- 35 нератора импульсов, выход блока памяти является выходом устройства.

Работу устройства можно представить как последовательность циклов, на каждом из которых путем последова- 40 тельного циклического чтения информа. ции из блока памяти, начиная со случайного в начале цикла. адреса,.формируется отрезок реализации процесса..

Формируемый устройством процесс пред- 45 ставляет собой последовательность склеенных отрезков одной периодической функции со случайными начальными фазами. В блок памяти записывается перед полигармонической функции с 50 определенными соотношениями амплитуд входящих в нее гармоник. При этом функция спектральной плотности мощности формируемого процесса аппроксимируется композицией компонентных 55 функций (s111 х/х), сдвинутых по частоте с равномерным шагом, с равной шириной основных лепестков, с весами, пропорциональными амплитудам соответствующих им гармоник записанной в память полигармонической функции (31 .

Недостатками известного устройства являются сложность настройки, так как для вычисления полигармонической функции, записываемой в блок памяти, требуется выполнять большой объем вычислений, а также простота временной конструкции формируемого процесса, он состоит из отрезков одной функции,,в которых повторяются одинаковые фрагменты формы, т.е. процесс обладает малой энтропией (случайностью). При . этом, если устройство используется в качестве генератора помех при испытании некоторой "интеллектуальной" системы, система может легче адаптироваться к данному воздействию. Кроме того, для устройства характерна большая погрешность задания требуемой, функции СПИ в области нулевой частоты. Недостатки сужают область применения устройства и ограничивают его функциональные возможности.

Целью изобретения является. повышение точности генератора за счет повышения энтропии процесса и обеспечения возможности управления мощностью процесса в области нулевой частоты.

Поставленная цель достигается тем, что по первому варианту в генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, счетный вход которого соединен с выходою генератора импульсов, первый счетчик, первый блок памяти, адресный вход которого соединен с информа. ционным выходом первого счетчика, датчик случайных чисел, введены два счетчика, три сумматора, функциональный преобразователь, второй блок памяти, умножитель, регистр памяти, анализатор состояний счетчиков и блок управления, состоящий из триггера и элемента И, причем информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом второго. блока памяти и с первым входом анализатора состояния счетчиков, а выход .переполнения первого счетчика соединен со счетными входами второго и третьего счетчиков, с единичным входом триггера блока управления и с входом обнуления первого сумматора, вход аргумента которого соединен с информационным выходом второго счетчика вход

1125624 синхронизации первого сумматора объ —,. единен с входом синхронизации второго сумматора, с счетным входом первого счетчика и соединен с выходом элемента И блока управления, а выход 5 первого сумматора соединен с входом первого аргумента третьего сумматора, вход второго аргумента которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход третьего сумматора соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход умножителя соединен с выходом второго блока памяти, а выход умножителя соединен с входом аргумента второго сумматора, вход обнуления которого объединен с входом синхронизации регистра памяти, с первым входом элемента И блока управления и соединен с выходом делителя частоты, а выход, второго сумматора соединен с информационным входом регистра памяти, выход которого является выходом генератора, второй вход анализатора состо- 25 яния счетчиков соединен с информационным выходом третьего счетчика, а выход анализатора состояния счетчиков соединен с входом управления записью первого блока памяти, информа- Зр ционный вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, вход

"Опрос" которого объединен с .нулевым входом триггера блок управления и соединен с выходом генератора импуль- сов, единичный выход триггера блока управления соединен с вторым входом элемента И блока управления.

Во втором варианте исполнения генератора случайного процесса отсут- 4g ствует третий счетчик, и второй вход блока анализа состояния счетчиков. соединен с выходом второго счетчика.

Во всем остальном состав блоков и связей генератора идентичен генерато- 45 ру по первому варианту.

Для каждого варианта исполнения анализатор состояния счетчиков содержит блок памяти и схему сравнения, выход которой являетск выходом анализатора, первым входом которого является первый вход схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу блока памяти, адресный вход которого является вторым входом анализатора.

Второй вариант является более простым, но в общем случае обеспечи. вает меньшую точность формирования процессов. Процесс, формируемый генератором по второму варианту, является частным случаем процесса, формируемого генератором по первому варианту, причем при данном частном случае применяется наиболее простой алгоритм настройки, требующий минимального объема вычислений. Поэтому, когда критичным является время настройки, наиболее целесообразно применение второго варианта генератора случайных процессов.

На фиг, 1-2 представлены структурные схемы первого и второго вариантов устройства; на фиг. 3 — 5 — структурные схемы возможных реализаций функционального преобразователя, анализатора и блока управления. Генератор по первому варианту содержит счетчики 1 и 2, сумматоры 3 и 4, функциональный преобразователь

5, умножитель 6, сумматор 7, регистр

8 памяти, блоки 9 и 10 памяти, анализатор 11 состояния счетчиков, генератор 12 импульсов, делитель 13 частоты, датчик 14 случайных чисел, блок 15 управления, счетчик 16. Функ;циональный преобразователь 5 содержит блок 17 инвертирования и блок 18 памяти. Анализатор 11 содержит блок 19 памяти и схему 20 сравнения. Блок 15 управления содержит триггер 21 и элемент И 22.

Во втором варианте исполнения генератора отсутствует счетчик 16.

Датчик 14 случайных чисел предназначен для.формирования равномерно распределенных случайных чисел и принципиально не имеет отличий от датчика, применяемого в известном устройстве. Можно использовать любой известный датчик случайных чисел, обладающий достаточным быстродействием.

Функциональный преобразователь 5 предназначен для выполнения преобразования у„=з пх„, х„е(0,2è) . В предлагаемом устройстве можно использовать "табличный" функциональный преобразователь, т.е. блок памяти, в котором записывается последовательность отсчетов одного периода синуса, вход адреса которого является входом преобразователя, а выход блока памяти — выходом преобразователя. При этом на вход преобразователя подается не аргумент х, а его номер k.

В предлагаемом "табличном" функциональном преобразователе (фиг. 2) 1125624 использование свойств симметрии функции sin х позволяет сократить объем памяти в четыре раза. В блок 18.памяти записывается последовательность. отсчетов четверти периода синуса: 5 Р

y„=sin- /2kt3), где k =О,М /4-1. Последовательность отсчетов первой и второй половины периода синуса отличаются только знаком. При «С Н/4, М/2-1), у Й /2-k — 1=у, при К е (— N, М вЂ” 1J, y> = у „, т. е . отсчеты второй и четвертой периода синуса можно получить из отсчетов первой четверти, инвертируя коды номеров„ отсчетов, причем принадлежность к второй и третьей 15 четверти указывает единица во втором разряде входного кода k . .Поэтому в функциональном преобразователе (фиг.2) старший разряд входного кода поступает на выход преобразователя как зна- 20 ковый, второй разряд соединен с входом блока инвертирования, при равенстве второго разряда нулю остальные разряды кода входного числа проходят через блок инвертирования без измене-25 ния, при единице во втором разряде— инвертированные.

Блок 17 инвертирования можно выполнить на элементах двухвходовых сумматоров по модулю 2 155ЛП5, первые вхо-зо ды которых соединены и являются входом управления блока 17 инвертирования, вторые входы являются разрядными входами, а выходы — выходами блока 17 инвертирования. Блок 18 памяти З целесообразно выполнить на элементах постоянной памяти, например 155РЕЗ, 556РЕ4. Причем, поскольку интегральным элементам постоянной программируемой памяти присуще явление восста- 4 новления (нарушения информации), сокращение объема памяти для хранения отсчетов синуса в четыре раза обус- лавливает более высокую надежность функционального преобразователя и. 45 устройства. в целом.

Анализатор 11 состояния счетчиков предназначен для выработки сигналов управления записью информации в блок

9 памяти. В простейшем случае возмож- 5О но применение в качестве блока анализа состояния счетчиков схемы сравнения кодов (555СП1) . При этом на выходе блока вырабатываются сигналы записи информации в блок 9 памяти при равенстве состояний счетчиков

1 и 16 (счетчиков 1 и 2 во втором варианте генератора случайных процессов) . Наличие в составе анализатора.

11 состояния счетчиков (фиг. 3) блока 19 памяти позволяет программировать совокупности состояний счетчика

16 (счетчика 2 во втором варианте устройства), при которых при каждом

i-ом состоянии счетчика 1происходит выработка сигналов записи на выходе анализатора 11; программирование осуществляется путем записи в ячейки блока 18 памяти с адресами, равными укаэанным состояниям счетчика 16 (2) кодов i-x состояний счетчика 1.

Блок 15 управления предназначен для выработки сигналов синхронизации счетчика 1 и накапливающих сумматоров

3 и 7 в течение цикла вычисления одного отсчета формируемого процесса.

На фиг. 5 представлен один из наиболее простых вариантов блока 15 управления. Триггер 21 содержит входы

1 и 2 установки в нулевое и единичное состояния и выход состояния..

В качестве триггера 21 можно использовать интегральную схему 155ТМ2.

В качестве элемента И 22 можно использовать микросхему 155ЛАЗ. Если с целью увеличения быстродействия применить конвейерный способ вычислений, для чего в состав функционального преобразователя 5 необходимо включить входной и выходной регистры, в состав сумматора 7 — выходной регистр, потребуется более сложная реа. лизация. блока 15 управления.

Формируемый устройством процесс представляет собой сумму элементарных процессов, каждый из которых состоит из примыкающих отрезков гармонической функции со случайными равномерно распределенными начальными фазами, гармонические функции, образующие элементарные процессы, имеют кратные частоты;.чередование моментов смены фаз отрезков гармонических функций элементарных процессов программируется и в общем случае может быть задано произвольным требуемым.

Работу устройства можно представить как последовательность циклов, на каждом из которых за М+1 тактов вычисляется один отсчет формируемого процесса как сумма произведений амплитуд. гармоник элементарных процессов (коэффициенты А ) на значения отсчетов гармоник единичный амплиту- ды. При этом на i-ых тактах последо1125624 вательно выполняемых циклов с помощью счетчика 2 и сумматора 3 формируется циклически линейно изменяющаяся последовательность кодов (номеров отсчетов гармонической функции),по которой функциональный преобразователь 5 формирует отрезок гармонической функции i-.го элементарного процесса. Сумматором 4 к последовательности кодов номеров отсчетов гармонической функции прибавляется случайное число, считываемое из i-й ячейки блока 9 памяти, чем обеспечивается задание случайной фазы отрезка гармонической функции х-го элемен- 15 тарного процесса. Смена фазы отрезка гармонической функции осуществляется записью в ячейку блока 9 памяти ново го случайного. числа с выхода датчика

14 случайных чисел. Моменты смены 20 фаз определяются по состояниям счетчиков 1 и 16 (1 и 2 во втором варианте устройства) с помощью анализатора 11 состояния счетчиков. Формируе мые на выходе функционального преоб- 25 разователя 5 в режиме разделения времени отрезки гармонических функций единичной амплитуды умножаются на значения коэффициентов амплитуд, считываемых из блока 10 памяти, получаемые 30 произведения накапливаются в сумматоре 7, на выходе которого к концу цикла вычисления получаем значение отсчета процесса. Перед началом сле дующего цикла вычисления код процесса с выхода накапливающего сумматора 7 переписывается в выходной регистр 8 памяти. Длительность интервалов измечения кодов процесса на выходе устройства задается коэффици- 40 . ентом пересчета делителя 13 частоты.

Очередной цикл вычисления процес-. са начинается после выработки на выходе делителя 13 частоты импульса, по которому в выходнои регистр 8 за— 45 писывается вычисленный на предыдущем цикле отсчет процесса, поступаю. щий с выхода, сумматора 7, накапли вающие сумматоры 3 и 7 обнуляются, триггер 21 блока 15 управления уста-. навливается в единичное состояние, разрешающее прохождение импульсов чеpes элемент И 22 и выработку на выходе блЬка 15 управления импульсов синхронизации цикла вычисления. На нуле-55 вом такте из блока 9 памяти иэ нулевой ячейки, определяемой нулевым состоянием счетчика 1, считывается код, поступающий .без изменения чере.. сумматор 4 (так как на первом такте в сумматоре 3 всегда нуль) на вход функционального преобразователя 5.

Очередным тактовым импульсом с выхода блока 15 управления в накапливающий сумматор 7 принимается произведение кода отсчета синуса на коэффи-. циент из нулевой ячейки блока 10 памяти, состояние счетчика 1 увеличивается на единицу, в накапливающий сумматор 3 принимается код состояния счетчика 2 (путем прибавления кода состояния счетчика к нулевому состоянию сумматора) . На каждом последующем

i-ом такте по импульсу с выхода блока 15 управления к содержимому накапливающего сумматора 7 прибавляется произведение коэффициента из i-ой ячейки блока 10 памяти на значение формируемого функциональным преобразователем 5 отсчета синуса с номером, равным сумме случайного числа на < -ой ячейки блока 9 памяти и кода. состояния накапливающего сумматора 3. .По каждому. импульсу с выхода блока, 15 управления состояние счетчика 1 увеличивается на единицу, к содержимому накапливающего сумматора 3 прибавляется код состояния счетчика 2. Процесс идет до тех пор, пока счетчик 1 не пройдет всю последовательность состояний до максимального, на его выходе 2 вырабатывается импульс переполнения, по которому триггер 21 блока 15 управления устанавливается в нулевое состояние, запрещающее прохождение через элемент .И 22 импульсов синхронизации на выход блока 15 управления, состояние счетчиков 2 и 16 увеличивается на единицу, после перехода через максимальное состояние счетчик 1 устанавливается в исходное нулевое состояние. Цикл вычисления закончен, в накапливающем сумматоре 7 получен отсчет формируемого процесса. Следующий цикл вычисления начинается после поступления следуюп1его импульса с выхода делителя частоты, процесс повторяется.

На каждом- цикле састояние счетчика 2 увеличивается на единицу, при этом изменяется от цикла к циклу и скорость изменения состояния накапливающего сумматора 3. Причем, если рассмотреть $-e такты последовательно выполняемых циклов вычислений, от цикла к циклу состояние накапли1125624 нающегo сумматор» 3 на j --ом такте увеличивается на 1 т. p. на выходе сумматора 3 в режиме разделения вре-, мени формируется циклически линейно

1 изменяющиеся с шагом 1 кодовые после- 5 довательности номеров отсчетов гармонических функций кратных частот, В табл. 1 показаны изменения номеров отсчетов синусов кратных чисел с нулевыми начальными фазами.

Иэ табл. 1 видно, что каждый стог.бец номеров отсчетов гармоник кратных частот можно. получить путем последовательного накапливания суммы кода первой (самой низкочастотной) гармоники. Номера гармоник в табл. 1 соответствуют тактам циклов вычисления, номера отсчетов первой гармоники формируются счетчиком 2, накапли- 2О вание суммы осуществляется сумматором 3. Однако, так как последовательнрсть .формируемых функциональным преобразователем 5 отсчетов синусов у периодическая с периодом N суммиро 5 вание производится по модулю ll

В табл. 2 показан порядок формирования номеров отсчетов гармоник фля случая N=16 и m=7.

Если N=2 где à — целое число, 30

Г операция суммирования по модулю й, при использовании двоичного сумматора означает отбрасывание старших разрядов суммы, следующих иэ -м разря- дом, т.е. используется -разрядный сумматор.

По формируемым линейно циклически изменяющимся последовательностям кодов на выходе сумматора 3, на выхо= де функционального преобразователя 5 40 в режиме разделения времени формируются периодические последовательности отсчетов гармонических функций кратных частот, единичной амплитуды.

Сумматором 4 осуществляет прибавле- 4> ние к линейным последовательностям, формируемым на 4 -х тактах на выходе сумматора 3, кодов, считываемых из

1-х ячеек блока 9 памяти, суммирование осуществляется также по модулю Н,>о

Суммирование по модулю Й линейной циклической последовательности кодов с постоянным числом обеспечивает сдвиг данной последовательности, и, следовательно, сдвиг фазы соответствующей последовательности отсчетов гармонической функции на вьгходе функ-. ционального преобразователя 5. В onределенные минуты времени в ячейки блока 9 памяти записываются новые коды с выхода датчика 14 случайных чисел, чем обеспечивается задание случайных фаэ отрезков гармонических функций.

Запись в -ю ячейку блока 9 памяти нового случайного числа происходит при поступлении на его вход 2 управ" ления записью сигнала с выхода анализатора 11 состояния счетчиков. Смены фаз отрезков гармонических функций каждого элементарного процесса происходят через одинаковое количество отсчетов N причем в первом варианте

Ф предлагаемого генератора случайных процессов 11 может быть задано произ- .

4 водным путем задания коэффициента пересчета 16, равного требуемому значению tl . В первом варианте устройстФ ва счетчик 16 выполняет функции отсчета периода смены фаз. Если используется блок анализа состояний счетчиков (фиг. 3), возможно задание произвольного требуемого чередования моl ментов смены фаз путем программирования состояний L счетчика 16, при которых происходит смена фаз отрезков гармонических функций i-х элементарных процессов, осуществляется программирование записью кодов. 1 в ячейки блока 19 памяти с адресами L, . Когда счетчик 16 находится в состоянии 1.;, из блока 19 памяти считывается в течении цикла вычислений код числа поступающий на второй вход схемы 20 сравнения, íà i-QM такте данного цикла на первый вход смены сравнения поступает код числа i с выхода счет-. чика 1, при этом на выходе схемы сравнения в течение i -го такта вырабатывается сигнал равенства кодов, а в

1-ю ячейку блока 9 памяти записывается новое случайное число.

Если в анализаторе 11 состояния счетчиков блок 19 памяти включить между первым входом блока анализа и первым входом схемы 20 сравнения, а второй вход схемы 20 сравнения сое динить непосредственно с вторым вхо дом анализатора 11 состояния, программирование моментов смены фаз осуществляется записью в j -е ячейки блока 19 памяти кодов состояний счетчика 16, при которых должны изменяться фазы отрезков гармонических функций:.

<-М элементарных процессов.

24

11256

М" аТ (13

Во втором варианте предлагаемого устройства счетчик 16 отсутствует, его функции выполняет счетчик 2, при этом, так как коэффициент пересчета счетчика 2 равен Н, смена фаз 5 отрезков гармонических функций элементарных процессов происходит через я отсчетов, через интервалы времени, равные длительности повторения первой (самой низкочастотной) гармонической функции.

В качестве анализатора состояния счетчиков можно использовать просто схему сравнения. При этом порядок изменения фаз отрезков гармонических 15 функций зависит от способа сравнения.

Если коды состояний счетчиков сравниваются в естественном порядке, т.е.

1-й разряд одного счетчика с 1 -м разрядом другого, смена фаз происходит 20 за М+1 последовательно выполняемых циклов вычисления процесса. Можно.использовать двоично-инверсный порядок сравнения, при котором разрядные выходы одного счетчика соединяются с 25 входами схемы сравнения в естественном (прямом) порядке, а другого счетчика — в обратном. Данный способ позволяет максимально разнести моменты смены фаз отрезков гармонических функ- ЗО ций элементарных процессов.

Применение программируемого анализатора (фиг. 4) наиболее целесообразно в первом варианте генератора случайных процессов, так как он позволяет обеспечить наибольшую равномерность моментов смены фаз при произвольном значении N+. Во втором варианте генератора случайных процессов

NcxKHo рекомендовать применение просто4О схемы сравнения с пвоично-инверсным способом сравнения.

Таким образом, формируемый предлагаемым устройством процесс представляет собой сумму элементарных процес-45 сов, каждый из которых состоит из примыкающих отрезков гармонических функций со случайными равномерно распределенными начальными фазами, гармонические функции имеют кратные час,тоты. При этом функция СПМ формируемых процессов как в известном, так и в предлагаемом устройствах определяется соотношением и где М" — количество гармонических функций, образующих элемен-, I тарные процессы; .А„ - амплитуды гармонических

% функций;

N — количество отсчетов, через которые изменяются фазы отрезков гармонических функций; Т вЂ” длительность интервала дискретизации формируемого процесса;

4)< — частота первой(самой низкочастотной) гармонической функции 6д =2в/(й ac), где N — количество отсчетов задания периода первой гармоничес- . кой функции, причем М g/2.

Для настройки предлагаемого устройства на формирование процесса с требуемой функцией СПМ необходимо определить коэффициенты А и параметры М, М» и Т, при которых требуеФ мая функция CIIM оптимально аппроксиI мируется суммой компонентных функций (1). Наиболее просто А можно определить при Й М, так как в этом.случае максимум осйовного лепестка каждой компонентной функции совпадает с минимумами остальных компонентных функций, и коэффициенты А можно принять равными значениям функции СПМ в точках k4) . Полученные значения А являются для предлагаемого устройства параметрами задания формы функции

СПМ и записываются в блок 10 памяти.

Во втором варианте предлагаемого генератора случайных чисел всегда М Я.

Для,настройки известного устройства необходимо также, как и для предлагаемого, определить параметры А, %

М, N иьТ, затем по значениям А и М вычислить период полигармонической функции, включаияцей И гармоник с амплитудами А>, каждая из которых состоит из Й отсчетов. При этом необходимо по сравнению с предлагаемым устройством выполнить дополнительно большой объем вычислений, включающий вычисления синусов, произведений и суммирование, тем больший, чем больше требуется точность воспроизведения требуемых функций СПМ.

В функции СПИ процесса, формируемого известным устройством, отсутствует компонентная функция с нулевой центральной частотой (А =0), самая низкочастотная компонентная функция

1125624

16 имеет центр в точке (д, . Это обуславливает "провал" в области нулевой частоты и большую погрешность воспроизведения в области частот от 0 до Qi функций СПМ не равных нулю в области 5 нулевой частоты. В предлагаемом устройстве на нулевых тактах формируется элементарный процесс, представляющий собой отрезки постоянных смещений длительностью N ht со случайной от отрезка к отрезку амплитудой, равной произведению отсчета синуса с номером, определяемым кодом в нулевой ячейке блока 9 памяти, на значение коэффициента из нулевой ячейки блока IS

10 памяти. При.этом в функции СПМ формируемого на выходе предлагаемого устройства процесса присутствует компонентная функция с нулевой центральной частотой, что и позволяет управ- 20 ление мощностью в области нулевой частоты.

Процесс, формируемый известным устройством, состоит из отрезков полигармонической функции со случайными начальными фазами, в каждом отрезке присутствуют повторяющиеся фраг" менты формы. Временная структура,процесса, формируемого предлагаемым уст-.

1ройством, отличается большей слож-. 30 ностью, в процессе отсутствуют регулярно повторяющиеся, как в известном, фрагменты одинаковой формы. В процессе, формируемом известным устройством, в моменты изменения фаз отрезков, происходят разрывы,.резкие перепады .случайной амплитуды, следующие через регулярные промежутки времени. Так как в предлагаемом изменение фаз отрезков гармонических функций может 40 быть задано в несовпадающие моменты времени, дисперсия разрывов значительно меньше, количество моментов случайных приращений процесса в М

% раз больше по сравнению с известным.уст 45 ройством.

Количество компонентных функций задания функции СПИ не может быть больше М/2, однако количество элементарных процессов, образующих формируемый предлагаемым. устройством результирующий процесс, может быть увеличено до любого требуемого числа путем введения элементарных процессов с одинаковой частотой, но с неза-55 висимыми случайными фазами. Если их количество больше М, на каждом такте формируемого процесса можно обеспечить случайное приращение. Для того, чтобы функция СПИ формируемого процесса не изменялась при введении элементарных процессов с одинаковой частотой, необходимо выполнять условие равенства суммы квадраторов амплитуд гармоник одинаковой частоты требуемому значению А1,. Возможность. лзменения количества элементарных процессов дает возможность управления параметрами закона распределения амплитуд формируемого процесса. С увеличением количества элементарных процессов происходит увеличение области существования амплитуд. При этом, если нормировать процесс по амплитуде, изменение количества элементарных процессов позволяет изменять дисперсию распределения без изменения области существования амплитуд.

Известное устройство не позволяет формирование узкополосных процессов с нормальным распределением амплитуд, так как узкополосный процесс задается одной-двумя гармоническими функциями. Возможность введения в предлагаемое устройство элементарных процессов с одинаковыми частотами с фазами, изменяющимися в несовпадающие моменты времени, позволяет формирование узкополосных процессов с нормальным законом распределения сложной временной структуры.

Предлагаемое устройство позволяет формирование не только случайных, но и регулярных процессов, для чего необходимо запретить выработку анализатором 11 сигналов управления записью в блок 9 памяти случайных чисел. В этом случае устройство формирует полигармонический процесс с iso. извольными требуемыми соотношениями амплитуд и фаз гармоник. Используя преобразование Фурье можно настроить устройство на формирование регулярного процесса с произвольной формой сигнала на периоде. При этом перед началом работы в блок 9 памяти заносятся начальные фазы гармоник, а в блок 10 памяти — значения их амплитуд в

Из серийно выпускаемых специализированных устройств формирования случайных процессов предлагаемое устрой. ство можно сравнить с генератором случайного процесса установки СУВУ

ШСВ, позволяющим формирование случайного процесса с управляемой функцией

1125624

Отсчет

Гармоника

2N

3N

° ° °

0.Таблица 2

Отсчет (состояния сумматора 3) Такт

0 0 0 0 0

1 0 1 2 3

0 0 0,0 00 0 0 0 0 0 0 0

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0

1 ° ° °

2 0 2 4 6 8 10 12 14 1.6 2 4 6 8 10 12 14 0

3 0 3 6 9 12 15 2 5 8 1 1 14 1 4 7 10 13 0 3

4 О 4 8 12 0 4 8 12 0 4 8 12 0 4 8 12 0

1 i e

СПМ в диапазоне частот 5-2000 кГц.

Устройство позволяет формирование процессов в значительно более широком диапазоне — от нуля до единиц мегагерц (в зависимости от используемой 5 элементарной базы) и, кроме того, позволяет формирование не только случайных, но и периодических процессов.

Предлагаемое устройство отличается от генератора установки СУВУ ШСВ

10 приблизительно в десять раз меньшими габаритами и весом, воспроизведения заданной СПМ в 5-10 раз выше.

В качестве базового образца для 15 сравнения взята ЭВМ СМ-1800, вариант

СМ 50/40, в состав которой входит устройство связи с объектам. Используя алгоритм функционирования предлагаемого устройства, с помощью дан- 20 ной ЭВМ можно формировать псевдослучайный процесс со структурой, аналогичной структуре процесса, формируемого предлагаемым устройством. Причем в данном случае оба варианта 25 обеспечивают потенциально одинаковую точность формирования процессов. Однако формируемый с помощью ЭВМ процесс является псевдослучайным и имеет период повторения, при решении задач исследования сложных систем применение псевдослучайных процессов в ряде случаев недопустимо. Анализ времени выполнения операций ЭВМ CM1800 показывает, что быстродействие

ЭВМ при формировании псевдослучайных процессов порядка на четыре меньше быстродействия предлагаемого устройства, выполненного на интегральных ! схемах ТТЛ серий. Стоимость базового образца составляет 50 тыс. руб. Расчеты, основанные на опыте разработки и изготовления известного устройства, показывают, что ориентировочная стоимость предлагаемого устройства.составит 4 тыс. руб. Причем предлагае:мое устройство отличается от ЭВМ

СМ-1800 приблизительно в 15 раз меньшими габаритами и весом н меньшими эксплуатационными затратами.

Таблица 1

0 5 10 15 4 9 14 3 8 13 2 7 12 1 6 1 1 0 5

6 0 6 1 2 2 8 . 14 4 10 0 6 12 2 8 14 4 10 0 6=

7 0 7 14 5 12 3 10 1 8 15 6 13 4 1 1 2 9 0 7

Такт!

1125624

Отсчет состояния сумматора 3

Продолжение табл.2

1125624

Фиг. Z

Фиг. 4

<Риг. У

Заказ 854 1/37 Тирак 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óõãîðoä, ул.Проектная, 4

Фиг. Х

Составитель А. Карасов

Редактор И.Шулла Техред С,Легеза Корректор А".Обручар