Генератор случайных процессов

 

1 ! 1Л

ОЛ NCAК

ИЗОБРЕТЕН

"723608

Союз Советских

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.10.77 (21) 253007 с присоединением заявки Рй (23) Приоритет

Опубликовано 250380. Бюлл

Дата опубликования описания

1)М. Кл.

G 06 G 7/52 йкударстнвнньй камитет

СССР иа аннам изобретений и открытий

3) УД К с8(.ззз (088.8) (72) Автор изобретения

Л. В. Петров

Тбилисский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института автоматизации средств метрологии (7I ) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к вычислительной технике, технике моделирования и может быть использовано при моделировании реальных случайных процессов.

Известен генератор случайных процессов, со5 цержащий регистр, сумматор по модулю два, .фильтры, функциональные преобразователи (1) .

Недостаток его состоит в том, что он генерирует псевдослучайный сигнал,т.е. сигнал,пов10 торяющийся через большое число тактов.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор случайных процессов, содержащий задающий генератор импульсов, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления, ревер15 сивный счетчик, клеммы анэлогового и цифрового выходов, преобразователь код-аналог, фильтр нижних частот, цифровой компаратор, триггеры, схему совпадения, реверсивный счетчик задания амплитуды, генераторы случайных двоичных последовательностей, регистр сдвига, устройство управления коэффициентом деления, дешифратор, переключатели, устройство управления регистром сдвига (2).

Недостаток этого устройства заключается в том, что генерируемый им процесс является узкополосным вследствие представления колебания в виде конечного числа гармоник. Точность представления широкополосного процесса принятой моделью невысока.

Цель изобретения — повышение точности и стабильности характеристик процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайных про1,ессов, содержащий два генератора случайных чисел, счетчик, управляющие входы которых подключены к генератору импульсов, ключ, первый вход которого подключен к выходу счетчика, введены два блока умножения, блок деления, два сумматора, блок вычитания, два квадратора, блок извлечения квадратного корня,. блок памяти, два функциональных преобразователя, второй счетчик и блок деления на два, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого генератора случайных чисел, а выход — со входом первого квадратора и первым входом блока деления, второй вход

4 второму входу которого подключены через блок 13 умножения сдвиговых последовательностей счетчики 14, 15 текущей координаты и сдвиговых импульсов, вход первого из них соединен с выходом второго, а вход последнего— с выходом генератора 16 импульсоч сдвига, соединенного также с входами сдвига генератора случайных чисел 1, блока 4 памяти и генератора случайных чисел 11 управления фазой.

Выход сумматора 12 через функциональный преобразователь 17 гармоник, к которому также подключен выход блока 4 памяти, сумматор 18, к входу установки нуля которого подключен выход счетчика 15, и ключ 19, ко второму входу которого подключен выход счетчика 15, соединен с выходной клеммой 20.

3 723608 которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, а выход соединен с первым входом первого функционального преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго генератора случайных чисел, а выход соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков. Выход первого >о счетчика подключен ко входу второго счетчика и к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, входы которого подключены соответственно к выхо- 15 дам первого сумматора и блока памяти, выход которого подключен ко входу блока деления на два и второго квадратора, выход которого

4 подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом пер- 20 вого квадратора, а выход — со входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен со вторым входом блока деления. Вход блока памяти подключен к выходу генератора импульсов. Выход второго сумматора соединен со вторым входом ключа.

На чертеже представлена функциональная схема генератора случайных процессов.

Устройство содержит генератор случайных чисел 1 управления амплитудой, блок 2 умножения случайного числа на амплитуду, блок

3 деления на два, блок 4 памяти, квадраторы

5 и 6, блок 7 вычитания, блок 8 извлечения квадратного корня, блок 9 деления, функцио-. нальный преобразователь 10 фазы, генератор случайных чисел 11 управления фазой, сумматор

12, блок 13 умножения сдвиговых последовательностей, счетчик 14 текущей координаты, счетчик 15 сдвиговых импульсов, генератор 16 импульсов сдвига, функциональный преобразо- 4О ватель 17 гармоник, сумматор 18, ключ 19, выходную клемму 20.

Генератор случайных чисел 1 управления амплитудой подключен ко входу блока 2 умножения случайного числа на амплитуду, ко вто- 45 рому входу которого через блок 3 деления на два подключен выход блока 4 памяти. Выходы блоков 2 и 4 через квадраторв 5 случайной величины 6 и амплитуды подключены к блоку 7 вычитания, выход которого через блок 8 соединен с входом блока 9 деления, ко второму входу которого подключен выход блока 2 умножения, Выход блока 9 подключен к одному входу функционального преобразовате ля 10 фазы, ко второму входу которого подS5 ключен выход генератора случайных чисел 11 управления фазой. Выход преобразователя 10 подключен к одному Входу сумматора т J., кО

Устройство работает следующим образом.

В обратном преобразовании Фурье определенному набору гармонических составляющих (спектральному разложению) соответствует бесчисленное множество реализаций случайного процесса. Следовательно, задавшись определенным видом спектральной характеристики можно, случайным образом выбирая значения квадратурных составляющих и фазы, получать непериодические реализации случайного процесса.

Реализацию случайного процесса при разложении в ряд Фурье по гармоническим составляющим можно представить в виде

М

y(t) = X S(k) .sin(kt+p(k)), К=О где спектральные составляю ие S k равны

S(k) = A (К) +В (К) а фаза определяется соотношением д — arctg А(„ /В(В блок 4 памяти предварительно заносятся значения спектральных составляющих при дискретизации искомого спектра на К значений.

При помощи генератора случайных чисел 1, который выдает дискретные значения x(k) в моменты прихода на его сдвиговый вход импульсов генератора 16, определяется значение первой квадратурной составляющей A(k) согласно формуле

A(k) = 0,5x{k) S(k).

Реализация этого выражения происходит при помощи блока 3 деления на два и блока 2 ум-. ножения. Определение второй квадратурной составляющей происходит при помощи квадраторов

5 и 6, блока 7 вычитания и блока 8 извлечения корня согласно формуле

В (k)

В блоке 9 деления происходит определение отношения квадратурных составляющих. Значение случайной фазы определяется при помощи функционально о преобразователя 10,к которому подключен генератор случайных чисел 11.

723608 6 торого соединен с выходом первого генератора случайных чисел, а выход соединен со входом первого квадратора и первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, а выход соединен с первым входом первого функционального преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго генератора

-случайных чисел, а выход соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, причем выход первого счетчика подключен ко входу второго счетчика и к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, входы которого подключены соответственно к выходам первого сумматора и блока памяти, выход которого подключен ко входу блока деления на два и второго квадратора, выход которого подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого квадратора, а выход — со входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен со вторым входом блока деления, вход блока памяти подключен к выходу генератора импульсов, выход второго сумматора соединен со вторым входом ключа.

С помощью последнего случайным образом определяется квадрант фазового угла p(k) в каждом такте, так как новое случайное значение генератор 11 принимает при приходе импульса генератора 16. Счет этих импульсов происходит в счетчике 15. Когда число импульсов достигает величины, равной N (N — число дискретизаций спектра), прекращается суммирование величины S(k) sin (t(k) + y(k) J, происходящее в накапливающем сумматоре 18, io

Значения аргумента определяются в блоке 13 умножения текущей координаты t на значение дискретизации k и в сумматоре 12. При поступлении N импульсов с генератора 16 на выходной клемме 20 имеется значение y(t,), которое15 задается при поступлении N-го импульса, открывающего ключ 19. Следующее значение

y(t ) появляется на выходной клемме при поступлении следующих N импульсов.

Генератор случайных процессов, содержащий два генератора случайных чисел, счетчик, управ- 5 ляющие входы которых подключены к, генератору импульсов, ключ, первый вход которого подключен к выходу счетчика, о тл ич а ющийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности характеристик процессов, в генератор введены два блока умножения, блок деления, два сумматора, блок вычитания, два квадратора, блок извлечения квадратного корня, блок памяти, два функциональных преобразователя, второй счетчик и блок деления на два, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход ко Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Корн Г. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. М., "Мир", 1968, с. 133.

2. Авторское свидетельство СССР N 439064, )сл. Н 03 К 3/82, 1972.