Цифровой генератор п-мерного векторногослучайного процесса

 

пщ „, e о . «о, Союз Советскнк

Социалистически к

Раслублнк

ОПИСА

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЯЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 21. 03. 79 (21) 2739551/18-24 (51) М. КЛ. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 06 F 1/02

G 07 С 15/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 2 30 181.Бюллетень № 3

Дата опубликованияописания 23.01.8i (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. А Петровский и В В Клюс (71) Заявитель

Минский радиотехнический институт (54) ЦИФРОВОЙ ГЕНЕРАТОР и-МЕРНОГО

ВЕКТОРНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть применено для формирования .п-мерных векторных случайных процессов с заданной матрицей спектральной плотности, а также использоваться при построении автоматизированных систем управления виброиспытаниями на случайную виббрацию.

Известен генератор, содержащий два первичных шумовых генератора, соединенных через делитель нanряжения, выполненный на двух сопротивлениях, подсоединенных общей точкой к суммирующему усилителю, выход 15 которого служит одним из выходов генератора щума, а другим выходом служит выход одного из первичных генераторов pl j .

Недостатком устройства является то, что оно позволяет управлять только степенью корреляционной связи между выходами и не позволяет получать процесса со сложной матрицей спектральной плотности.

Известен также генератор векторного случайного процесса с заданной матрицей спектральной плотности, содержащий и некоррелированных источников белого шума, n(n + 1)/2- З0 линейных стабильных четырехполюсников и (n — 1) сумматор.

Первый выходной процесс формируется на выходе первого четырехполюсника Р, а далее К-й выходной процесс на вйходе сумматора, на входы которого заведены выходные величины К-четырехполюсников Р„„, i = 1 — К, причем четырехполюснйк включен между

i-м источником шума и сумматором.

Структура генератора позволяет расширить класс воспроизводимых случайных процессов по сравнению с другими устройствами 12 .

Однако точность воспроизведения случайных процессов с матрицей спектральной плотности, у которой элементы различаются, значительно невысокая иэ-эа того, что четырехполюсники работают с переменными коэффициентами передачи, не обеспечивающими максимальный динамический диапазон выходных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой генератор п-мерного векторного случайного процесса, состоящий из и-цифровых источников шума, n(n + 1)/2 цифровых фильтров и (n

1) сумматора. Причем, первым выходом

798771 является ныход фильтра Н„„, а К-м выходом является выход суМматора, нходы которого соединены с выходами

4м льтров Н, = 1 — К, sxo которых соединены с соОтветствующими источниками шума ГЗ.), Недостаток устройства - отсутствие возможности реализации, иэ-за накопления ошибок, таких процессов, у которых спектральные плотности по разным каналам отличаются значительно.

Цель изобретения - повышение точности генератора эа счет повышения точности задания матрицы спектральной плотности п-мерного векторного случайного процесса, а также расширение класса реализуемых спектральных плотностей мощности.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой генерато(и-мерного векторного случайного процесса содержащий и каналов и и цифровых источников белого шума, причем первый канал содержит цифровой фильтр, вход которого соединен с выходом первого цифрового источника шума, а выход цифрового фильтра является выходом . первого канала, К-й канал (К = 2 — п) содержит сумматор и К цифровых фильтров, входы которых соединены с выходами L- х (ь = 1 — К) циФровых источников шума, соответственно, а выход К цифровых фильтров соединены со входами сумматора, выход которого является выходом К-го канала, введены блок памяти и и блоков умножения, первые входы которых соединены с выходами каналов, соответственно, а вторые входы блоков умножения соединены с выходами блока памяти, выходы и блоков умножения являются выходами ген ер ат ора .

На чертеже представлена структурная схема цифрового генератора и-мерного векторного случайного процесса, Цифровой генератор и-мерного векторного случайного процесса содержит и каналов и и цифровых источников 1 белого шума, причем, первый канал содержит цифровой фильтр 2, вход которого соединен с выходом первого цифрового источника 1 шума, а выход является выходом первого канала, К-й канал (К 2 — и ) содержит сумматор 3 и К цифровых Фильтров 2, входы которых соединены с выходами (,- х (i. = 1.,К) цифровых источников 1 шума, а выходы — co входами сумматора

3, выход которого является выходом

К-го канала, блок 4 памяти и и блокоз 5 умножения, первые входы которых соединены с выходами каналов, а вторые — с выходами блока 4 памяти, выходы и блоков 5 умножения являются выходами генератора °

Генератор работает следующим образом.

На входы и каналов поступают случайные числа с выходов и цифровых источников 1 белого шума, причем, в первом канале значение с выхода первого цифрового источника 2 шума поступает на вход цифрового фильтра

2, ныходное значение которого — выходное значение первого канала. На вхо- ды К соответствующих цифровых фильтров

:2 К-го канала (К = 2= n) поступают случайные числа с 1 х (i = 1 — K) цифровых источников 1 белого шума, а выходные значения К цифровых фильтров 2 К-го канала суммируются на сумматоре 3, выходное значение которого — выходное значение К-oro канала. Далее выходные значение и каналов умножаются на соответствующие коэффициенты К„, хранящиеся в блоке

4 памяти, на соответствующих блоках

5 умножения, выходные значения которых — значение и-мерного векторного случайного процесса.

20 Масштабирующие коэффициенты определяются следующим образом к„= ma x ) H (z) ) y > =max(maxIH (2), эх,Н (g)I g )

Спектральная плотность на ныходе

Зп каналон ранна

При этом деление передаточных функций Н„(Z) цифровых формирующих фильтров на масштабирующие коэффициенты К „ дает то, что в каждом канале один цифровой фильтр имеет коэффициент передачи, равный единице на

40 одной иэ частот w„.. Следовательно, выходной сигнал имеет максимально возможный диапазон изме:нения, при котором не переполняется арифмети-ка.

V(Z) = Н(Я) X(Z), 50 ния выходного и входного процессов, .соответственно, в смысле дискретного преобразования Лапласа.

Н„,(,2)-„.... О

Н(2) Н (2)(/К Н (2)1/K ... 0 н

60 передаточная матрица многомерного формирующего фильтра.

Умножение выходного значения каналов на коэффициенты К1 приводит

65 к тому, что п-мерный векторный слу798771 чайный процесс на выходе генератора равен

z(z)=3(z)diag к, Z1(Z) k,О .... О

<(>) ....,d.ag = О a . О (- () оо .... ) и имеет требуемую матрицу спектральной плотности

tO (z),1= g,п, Структура построения цифрового генератора и-мерного векторного случайного процесса хороша не только 15 при реализации с фиксированной запятой, но и с использованием арифметики с плавающей запятой, как для нерекурсивных, так и для рекурсивных цифровых фильтров, пстому, что каждый из цифровых фильтров Н, обеспечивает максимальный динамический диапазон выходного сигнала, т.е. соотношение сигнал-шум всегда максимальное.

Использование новых элементов блока памяти и блоков умнох ения выгодно отличает предлагаемый генератор от известного, так как уменьшаются ошибки формирования и-Мерного векторного случайного процесса, бла- ЗО годаря работе фильтров с максимальным динамическим диапазоном, и появляется возможность формирования большего класса случайных процессов. В результате, увеличивается сфера при- З5 менения устройства в системах, работающих с большим уровнем шума, а также в цифровых автоматических системах управления виброиспытаниями, когда необходимо управлять процесса- 4О ми с малыми коэффициентами когерентности.

В предлагаемом устройстве повышается экономический эффект по сравнению с известным, в котором для достижения соответствующей точности необходимо увеличивать разрядность арифметических устройств блоков памяти (элементы цифровых фильтров), что увеличивает стоимость устройства.

Формула изобретения

Цифровой генератор и-мерного век- торного случайного процесса, содержащий п каналов и и цифровых источников белого шума, причем, первый канал содержит цифровой фильтр, вход которого соединен с выходом первого цифрвого источника шума, а выход цифрового фильтра является выходом первого канал, К-й канал К = 2 — n) содержит сумматор и К цифровых фильтров, входы которых соединены с выходами i-x (i = 1 — К) цифровых источников шума, соответственно, а выходы К цифровых фильтров соединены со входами сумматора, выход которого является выходом К-oro канала, отли чающий сятем,что, с целью повышения точности генератора, он содержит блок памяти и и блоков умножения, первые выходы которых соединены с выходами каналов, соответственно, а вторые входы блоков умножения соединены с выходами блока памяти, выходы блоков умножения являются выходами генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. Авторское свидетельство СССР

Р 162575, кл, Н 03 К 3/82, 1962.

2. Патент ЧССР, Р 97379, 42 m, 14, 1959.

3. Патент ЧССР 9 110044882288, 42 m, 14, 1960 (прототип) .

Составитель А ° Карасов

Редактор В. Еремеева Техред С.Мигунова Корректор N. Ulapcem

Заказ 10030/63 Тираж 756 Подп и сно е

ВНИИПИ ГОСударственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4