Генератор псевдослучайных сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски»

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. G 061 1/02

Заявлено 02.1Х.1971 (№ 1695742 "18-24) с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР

II0 делам иоооретений и открытий

Приоритет

УДК 681.373.43(088.8) Опубликовано 05Х11.1973. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 10.Х11.1973

Автор изобретения

В. М. Киселев

Фю уЦ„

Заявитель

ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ тель подключен ко входу двоичного счетчика и ко,входам регистра сдвига с сумматором в цепи обратной связи.

Однако в таких генераторах период псевдослучайной последовательности цифрового и аналогового сигналов ограничсн разрядностью регистра сдвига; максимальное число случайных реализаций в случае и-разрядного регистра равно Л =2" — 1 увеличение за счет разрядности регистра сдвига нс всегда рационально, поскольку многоразрядные регистры сдвига довольно сложны и ненадежны в работе; ширина линейчатого спектра псе вдослучайного сигнала ограничена и зависит от максимальной частоты следования импульсов сдви1

ra тах

"mi n вания импульсов сдвига.

Целью изобретения является устранение этих недостатков, т. е. увеличение периода повторения псевдослучайной последовательности и расширение спектра частот сигналов.

Эта цель достигается тем, что разрядные выходы регистра сдвига подключены к управляющим входам цифровых управляемых сопротивлений обоих наборов, выходы двоичного счетчика через кодирующую схему подключены к управляющим входам ключей выбора.

Изобретение относится к области вычислительной техники и и, в частности к моделированию случайных процессов и явлений.

Предлагаемый генератор псевдослучайных сигналов может быть использован для иссле- 5 дования различных технических, биологических и других с истем, решения статистических задач на аналоговых и гибридных аналого-цифровых вычислительных машинах, а такжедля моделирования различных систем связи и обнаружения с учетом шумов, запаздываний, отражений.

Известные генераторы псевдослучайных сигналов выполнены на основе регистров сдвига, в цепи обратной связи которых установлен 15 сумматор по mod 2, Такие генераторы могут быть выполнены с использованием одновременно цифровых и аналоговых блоков, Та к, например, генераторы псевдослучайных сигналов с биномиаль-,20 ным распределением содержат кодирующее устройство, два набора цифровых управляемых сопротивлений. Входы цифровых управляемых сопротивлений обоих наборов подключены соответственно к первому входу и выходу компаратора, а выходы через соответствующие ключи 1выбора — ко входу интегратора и инвертора соответственно. Выход инвертора подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом интег- 30 ратора; выход компаратора через формировагде t„„— период следо3,89501 (с) ЧислО не является степенью где

На фиг. 1 приведена схема предложенного генератора псевдослучайных сигналов; на фиг. 2 — диаграммы напряжений псевдослучайных и управляющих сигналов íà входах и и выходах генератора. 5

Генератор содержит интегратор 1, инвертор

2, выполненные на операционных усилителях с интегрирующей емкостью и сопротивлением в цепях отрицательной обратной связи, компаратор 8 напряжений. 10

Интегратор 1, инвертор 2 и компаратор 8 образуют замкнутый колебательный контур (аналоговый мультивибратор) с целью положительной обратной связи.

В мультивиб раторе при обеспечении необходимых у словий возникают автоколебания с пилообразной или треугольной формой напряжения на выходе интегратора 1 и с прямоугольной формой на,выходах компаратора 8 и инвертора 2. Причем на выходе компаратора напряжение может принимать только два фиксированных значения: +У„ и — U„„. ,Генератор содержит также и-разрядный регист р сдвига 4 с одноразрядным сумматором

5 по mod 2, двоичный m-разрядный счетчик б (m)n), старшие разряды которого (+1, +2, ..., 1, ..., m) подключены ко входам кодирующей схемы 7, формирователь 8,коротких импульсов сдвига, включенный между выходом компаратора 8 .напряжений и входами;регистра сдвига 4 и двоичного счетчика б.

Кодирующая схема 7 представляет собой шифратор со случайным законом кодирования, имеющий К входов,1 2К выходов (К=т — n, где m — разрядность двоичного счетчика б, а

35 и — разрядность регистра сдвига 4).

На входах интегратора 1 и инвертора 2 установлены наборы 9 и 10 цифровых управляемых сопротивлений 11, образованных и последовательно включенными резисторами с 40 шунтирующими их ключами.

Номиналы резисторов всех цифровых управляемых сопротивлений (ЦУС) могут быть распределены как по регулярному закону (например, двоичному: R, 2R, ..., 2" R), так и по 45 случайному, например, с использованием таблиц Гауссовского, Рэлеевского и других распределений.

Проводимость каждого ЦУС определяется и-разрядным параллельным кодом на выходах

50 регистра сдвига 4, подаваемым на управляющие входы ЦУС.

С помощью ключей выбора 12 ЦУС, управляемых от кодирующей схемы 7, ко входам

55 интегратора 1 и инвертора 2 могут подключаться как отдельные ЦУС ll, так и их различные сочетания (параллельно включенные

ЦУС по 2, 3, ... К). Число различных комбинак

1 ций для одного набора равно, Ск, где

1=1

К вЂ” число ЦУС, Ск — число сочетаний из К по i.

Для двух наборов ЦУС 11, установленных в генераторе, число комбинаций сответственно 65

К я возрастает и равно, ), Скк при одинаков=1 вом числе цифровых управляемых сопротивлений 11 в каждом наборе 9 и 10.

В итоге у величивается число случайных реализаций, которое становится равным к 3

+ (2 — 1) С, 1 — 1 (где и — разрядность регистра сдвига), а следовательно, увеличивается период повторения псевдослучайной последовательности сигналов. двух, поэтому чтобы обеспечить согласованную работу двоичного т-разрядного счетчика б и кодирующей схемы 7, используются не все указанные комбинации, а меньшее их число, кратное степени двух. При этом исключаются наиболее сложные комбинации, например когда включены одновременно все ЦУС или большое их число.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии регистр сдвига 4, двоичный счетчик б сброшены сигналом установки нуля «0» (СБРОС) по выходу 18 (фиг.

2,a). Пр и этом на интеграторе 1 и ин верторе

2 установлены начальные условия (например, нулевые). Аппаратурные средства, обеспечивающие установку начальных условий, на работу генератора влияния не оказывают, и на чертежах,не показаны.

По нулевому состоянию старших разрядов двоичного счетчика б срабатывают определенные ключи выбора 12 ЦСУ, управляемые кодо вой схемой 7, обеспечивая первую случайную комбинацию.

В начальный момент времени f(f» HB выход 14 формирователя 8 подается разрешающий потенциал (фиг. 2, б), подготавливающий формирователь к приему сигналов от компаратора 8.

В момент времени 1=1» на вход 15 подается сигнал записи единицы (ПУСК) в младший разряд регистра сдвига 4 (фиг. 2, в). По первоначальному состоянию регистра сдвига

4 ЦУС со случайным номиналом подключается ко входам интегратора 1 и ин вертора 2.

Напряжение интегратора на выходе lб начинает изменяться по линейному закону (фиг.

2, г),определяемому несколькими случайными параметрами схемы

А .U„,,„ вы" 1» (g р р1 g в""э» э«в „

i„(t «„..., (1) А — коэффициент усиления операционного усилителя;

С вЂ” номинальное значение емкости конденсатора в цепи обратной связи интегратора 1

389501 — эквивалентное сопротивление наI бора 9 на входе интегратора в интервале от 1Н до 11;

U,„„,„— напряжение инвертора на выходе 17 вых,в — „ц (-1ст1 (2)

9kB н

Roc сопротивление в цепи обратной связи инвертора 2;

П

Йэкв„— эквивалентное сопротивление .набора 10 на входе инвертора в интервале от 1„ до 41, U, — стабильный уровень напряжения компаратора 8 напряжений на выходе 18 (фиг. 2, д).

Из формул (1) и (2) следует у + Rot 1ст

Вых1н (1 + А) g Rl Р11

ЭКВ.В ЭКВ.В

Х (t — tÄ) = (у — г„...), (3)

1 экв. 1 экв. где

К= " " = const.

А. R„U„ (1+А> С

На вход компаратора напряжений 8 поступают линейное напряжение интегратора U, ВЫХ, В со случайной крутизной к —,1,, 1 экв.к экв,в и напря кение с выхода инвертора 2 со случайной амплитудой U,„.. (фиг. 2, г и 2, е соответственно) .

Когда эти два напряжения сравниваются, компаратор изменяет овое состояние на противоположное на выходе 19 формирователя

8 появляется сдвиговый импульс (фиг. 2,ж), который поступает на входы регистра сдвига

4 и двоичного счетчика б.

Интервал времени t< — 1„является случайным и определяется из равенства:

P,„„ = ) 1,„„,„( по формулам (2) и (3).

После преобразований имеем (1 + А) Rvks . С (8, — /„) = " . (4) Для момента времени t; (фиг. 2, г, е) (1 + А) экв.1 1вых11 = 1вы щ i (1 — 1):

А

Ф

В момент времени t=t; на выходах 20 регистра сдвига появляется псевдослучайный параллельный двоичный код (5) управляющий ключами ЦУС и задающий новые случайные значения ЦУС па входах интегратора 1 и инвертора 2.

На выходе инвертора устанавливается новое значение напряжения (фиг. 2, е) другой амплитуды и противоположного знака. Линейное напряжение на выходе интегратора (фиг.

2, г) начинает, изменяться с другой крутизной и .в противоположную сторону

U,„„, = 1 У вЂ” t) г

При поступлении на счетчик б и-го импульса на старших разрядах формируется параллельный код, отличный от нулевого, который преобразуется кодовой схемой 7 в новую ком15 бинационно-избирательную функцию (верхний индекс (I, П) указывает принадлежность к первому или второму наборам (соот ветственно 9 и 10), управляющим ключами выбора 12 ЦСУ и задающим новую случайную комбинацию.

Изменение функции Ч происходит через каждые очередные 2п сдвиговых импульсов.

Генератор может работать также и в периодическом режиме с постоянными частотой следования и амплитудой выходных сигналов.

Если в момент времени t; снять разрешающий потенциал на входе 14 формирователя 8, то на его выходе отсутствуют сдвиговые импульсы (фиг. 2). В этом случае генератор переходит в режим автоколебаний с параметрамп выходных сигналов, определяемыми состоянием, предшествовавшим t;, что позволяет повторять любую случайную реализацию необходимое число раз.

Таким образом, параметры выходных сигналов генератора (амплитуда, крутизна, дли40 тельность) B каждый момент времени за висят от многих случайных дискретно изменяемых величин и определяются двумя матрицами состояний, в каждой из которых (n+1) столбцов и (К+1) строк.

Эквивалентная проводимость каждого набо45 ра находится из матриц по следующеи форм ле 1(П) экв. — 11ц) экв.

j= I и

Р1)аа;

1=1

50 где а,,и ь <") принимают одно из двух значений: О или 1.

Таким образом, предложенный генератор псевдослучайных сигналов позволяет увеличить период псевдослучайной последовательС ности в < раз по сравнению с про I-1

60 тотипом и формирует на своих выходах цифровые и аналоговые сигналы с заданными распределениями амплитуды, крутизны и длительности при расширении спектра частот, так как с помощью интегратора на операционном

65 усилителе можно получать сигналы с длитель389501 ностями от долей миллисекунд до сотен и тысяч секунд, т. е. коэффициент перекрытия по частоте у fmax max

Лп!и гп in может быть весьма большим (свыше 10 ), что приближает псевдослучайные сигналы к белому шуму.

Предмет изобретения

Генератор псевдослучайных сигналов, содержа щий кодирующее устройство, два набора цифровых управляемых сопротивлений, входы цифровых управляемых сопротивлений обоих наборов подключены к пер ному входу и к выходу компаратора соответственно, а выходы через соответствующие ключи выбора подключены соответственно ко входу интегратора и ко входу инвертора, .выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с выходом интепратора, выход компаратора через формирователь по дключен .ко входу двоичного счетчика и ко входам регистра сдвига с сумматором в цепи обратной связи, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, разрядные выходы регистра сдвига подключены к управляющим входам цифровых управляемых сопротивлений обоих наборов, выходы двоичного счетчика через кодирующую схему подключены к управляющим входам ключей выбор а, 389501 н t 6 и fi (г"-а м — (2 -Цимлудьсв8

Составитель Э, Сечина

Редактор Л, Утехина Техред T. Ускова Корректоры: В. Петрова и Е. Давыдкина

Заказ 3214/2 Изд. № 873 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2