Генератор случайных сигналов

 

(72) Авторы изобретения

П.И..Росихин, Л.А.Гусев и А,А,Миранович (71) Заявнтель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к вычислтГ тельной технике и может быть исполь- зовано для настройки приемных устройств различного назначения, оценки эффективности функционирования радиоэлектронных средств (РЗС) при воз-. действии случайных сигналов с плавно изменяющимися статистическими характеристиками и тренировки операторов в работе на РЭС в сложных условиях.

Известны способы изменения статис-. 1в тических характеристик случайных сигналов.

Так, .;например, регулирование сред" ней частоты следования импульсов ге-нератора, основанного на радиоактивном распаде вещества, производят изменением расстояния до источника излучения (1).

Однако генератор случайных импульсов, реализующий этот способ, попу чается громоздкий, неудобный s эксплуатации.

Управлять средней частотой следо-, вания импульсов можно с помощью фор .мнрующего устройства с переменным по рогом срабатывания,на вход которого поотупаЕт непрерывйый случайный процесс от специального генератора (2).

Однако этот метод решения задачи .приводит к нерациональному использованию мощности генератора непрерывного сигнала, так как полезно используется только та часть выбросов, которая превысила порог срабатывания, ноэтому, чем выше норог срабатывания формирователя, тем ниже КПД генератор ра.

Плотность вероятности случайных сигналов изменяют либо путем нелиней.т ных преобразований случайных напряже-. ний с заранее известным законом рас ., пределения, либо сложением сигналов от специальных генераторов (3) .

В первом случае требуется специальный задающий генератор случайных сигналов и множество нелинейных.эле8642

86 4 ключен к первому входу пикдетектора и ко входу формирователя прямоугольных импульсов, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входом блока разряда и с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к первому выходу блока разряда, второй выход которого соединен со вторым входом пикпетектооа выходом генеоатооа является выход коммутатора, входы которого соединены со" ответственно с выходом триггера Шмитта, с выходом интегратора, с первым выходом формирователя прямоугольных импульсов, с выходом пикдетектора и со вторым выходом переключателя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема генератора; на.фиг. 2-4— диаграммы работы генератора, Генератор содержит. последовательно срединенные блок задания статистических характеристик 1, блок сравнения 2, регулятор светового излучения 3, источник светового излучения 4, диафрагму 5, фотоэлектронный умножитель

6, измеритель тока 7, Ф рокополосныи.

Ф усилитель 8 и переключатель 9. Второй и третий выходы измерителя тока 7 соединены со входами блока сравнения 2 и переключателя 9, выход которого через

RC-фильтр 10 соединен со входом триггера Шмитта I непосредственно со входом формирователя прямоугольных импульсов 12 и пикдетектора 13 другой вход которого соединен с выходом блока разряда 14, другой выход которого соединен со входом интегратора 15, другой вход которого соединен с выходом формирователя 12, другой выход которого соединен со входом блока разряда 14.

Входы коммутатора 16 соединены с выходами блоков 11, 12, 9, 13, 15 °

Генератор работает следующим образом.

При отсутсвии освещения или, при слабом световом потоке, поступающем на фотокатод, на выходе фотоэлектронного умножителя ш4еет место пуассонов-. ский поток дискретных импульсов.

Вследствие статистической неравномерности коэффициента усиления диодов умножителя амплитуда импульсов на

его выходе имеет нормальный закон распределения. Эти свойства позволяют значительно расширить область

его применения.

Длительность темновых импульсов иа выходе фотоэлектронного умножителя составляет обычно доли микросекунд.

30 ментов с характеристиками, которые не всегда могут иметь простое схемное решение; во втором - необходимо иметь множество специальных генераторов, каждый из которых сам по себе представляет сложное устройство. В результате схема всего генератора получается сложной, конструкция — громоздкой, а эксплуатация такого гене-, ратора вызывает значительные трудности.

Наиболее близким к предлагаемому является генератор случайных сигналов, содержащий электронный умножитель, источник света, диафрагму, фотоусилитель, Такой генератор может выраба-. тывать как случайный импульсный поток так и непрерывный шум (4"), I

Однако данный генератор используется обыччо для генерации шума с нормальным законом распределения, что являет20 ся нерациональным подходом к использованию фотоэлектронного умножителя и значительно сокращает его потенциальные воэможности для практического применения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей генератора за счет формирования сигналов раз.-. личной формы с различным распределением.

Для достижения постоянной цели в известный генератор случайных сигналов, содержащий широкополосный усилитель, источник светового излучения,,который через диафрагму оптически связан ЗЗ с входом фотоэлектронного умножителя, введены переключатель, RC-фильтр, пикдетектор, триггер Шмитта, блок сравнения, формирователь прямоугольных импульсов, блок разряда, интегратор, 40 коммутатор, измеритель тока, регуля— тор светового излучения, блок задания статистических характеристик, выход которого соединен с первым. входом блока сраанвния, выход которого через 45 регулятор светового излучения соединен со входом источника светового излучения, выход фотоэлектронного умножителя соединен со входом измерителя тока, первый» второй и третий выходы кото- g0 рого соединены соответственно со вторым входом блока сравнения, со входом широкополосного усилителя и с первым вхцдом переключателя, второй вход которого подключен к выходу широкополо-. сного усилителя, первый выход пере" . ключателя через RC-фильтр соединен со входом триггера Шмитта, а также под864286

Согласно центральной предельной теореме теории вероятностей шум должен иметь нормальный закон распределения.

Дальнейшее увеличение тока приводит к росту дисперсии нормального шума при неизменном нормальном законе распределения.

Таким образом, генератор на базе умножителя может работать в двух режимах: импульсном и непрерывном.

В первом случае имеется возможность автоматически подстраивать и поддерживать среднее число импульсов Й л во втором — плотность вероятности.

Единственйым параметром, от которого зависят и режим работы, и статистические характеристики генератора, является ток умножителя ТФ, обусловленный освещенностью фотокатода умножителя, Автоматически изменяя освещенность фотокатода, можно поддерживать заданные статистические характеристики случайных сигналов постоянными. или изменять их по определенной программе. . Силу света можно регулировать обычным способом, автоматически изменяя либо ток накала электронной лампочки, либо напряжение, если в качестве источника света используется светодиод типа АП 102.

Автоматическая подстройка заданных статистических характеристик позволяет уменьшить габариты вес, и снизить стоимость генератора случайных сигналов, имеющего в качестве первичного источника шума фотоэлектронный умножитель. Дело в том, что характеристики шума на выходе ФЗУ чувствительны к колебаниям напряжения между диодами. Поэтому для питания

ФЗУ требуется высокостабилизированч ный источник высоковольтного напряжения, Такой источник питания обладает достаточно большими габаритами, весом и имеет высокую стоимость..

Автоматическое изменение освещенности фотокатода уииожщтеля позволяет использовать источник высоковольтного напряжения с обычными сглаживающими, фильтрами (без электронной стабилизации), поскольку малая инер ционность источника света дает возможность своевременно компенсировать возможнь!е достаточно медленные колебания напряжения в электрической сети.

Предлагаемый генератор случайных сигналов работает следующим образом, 40

55 фиксированной длительности. Он же задает длительность импульсов на выходах пикдетектора 13 и интегратора

15, запуская задним фронтом прямоугольного импульса блок разряда 14, которое сбрасывает выходное напряжение интегратора и пикдетектора до нуля °

Таким образом, на коммутатор 16 поступают все сигналы (фиг. 2б,в,.г,е).

Переход к непрерывным шумам с плавным автоматическим изменением закона распределения производится блоком 1 путем задания тока Т, превышающего по величине I@,, В этом случае срабатывает переключатель режима работы 9 и направляет случайный . сигнал непосредственно на коммутатор

16. Через коммутатор генерируемые слуБлок 1 задает статистические характеристики генерируемых сигналов, подавая на блок сравнения 2 требуемое значение тока I . Измеритель тока 7 показывает действительное .значение тока 7, которое соответствует опре— деленной освещенно ти фотокатода умножителя в данный момент времени.

Блок сравнения 2 определяет отклонение A I= I-1Фв действительного значения тока от заданного.

В зависимости от величины н знака отклонения g I регулятор 3 изменяет световой поток источника света 4 так, чтобы укаэанное отклонение hY стремилось к нулю. В дальнейшем заданный режим работы поддерживается автоматически.

Пороговая величина тока !.- перефО

20 ключателя 9 (это может быть обычный релейный элемент) выбирается равным тому значению тока умножителя, при ко.тором начинается наложение импульсов друг на друга, т.е. происходит пере25 ход от импульсного потока к непрерывному случайному сигналу.

Если ток умножнтеля ТФ ф,то с выхода широкополосного усилителя 8 через переключатель режима работы 9 импульсный ноток направляется на

RC-фильтр 10, формирователь прямоугольных импульсов !2 и пикдетектор 13.

Поток экспоненцнальных импульсов различной амплитуды триггером Шмитта

55 1! превращается в поток прямоугольных импульсов случайной длительности и со случайным периодом следования, Формирователь прямоугольных импульсов 12 вырабатывает импульсы заданной

864286!

О чайные сигналы могут поступать на входы различных радиоэлектронных средств с целью их практического ис-: пользования.

Требуемый закон распределения устанавливается автоматически путем регулировки освещенности фотокатода умножителя, аналогично импульсному режиму работы генератора, только при большем значении тока 1ф0 .

Предлагаемый генератор случайных сигналов, имеет .более широкие функциональные возможности, способствующие повышению эффективности его практического применения; высокий КПД использования источника питания", автоматическая установка режима работы; автоматическая подстройка заданных статистических характеристик случайных сигналов; меньшие габариты, вес и более низкую стоимость, Сравнительные весовые и габаритные данные предлагаемого генератора и источника высоковольтного напряжения приведены в акте экспериментальной проверки.

По, сравнению с существующими генераторами, способными изменять статистические характеристики слу айных сигналов, предлагаемое устройство отличается простотой схемных решений и, как следствие этого, высокой надежностью в работе и удобством эксплуатации.

Формула изобретения

Генератор, случайных сигналов> содержащий 1широкополосяый: усилитель, источник светового излучения, который через диафрагму оптически связан со входом фотоэлектронного умножителя, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования сигналов различной форьы с различным распределением„ он содержит, переключатель, RC-фильтр, пикдетектор, триггер Шмитта, блок сравнения, формирователь прямоугольных импульсов, блок разряда, интегратор, коМмутатор, изМеритель тока, регулятор светового излучения, блок задания статистических характеристик, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которого через регулятор светового излучения соединен со гходом источника светового излучения, выход фотоэлектронного умножителя соединен со входом измерителя тока, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно со вторым входом блока сравнения, со входом широ-. кополосного ;усилителя и с первым входом переключателя второй вход которого подключен к выходу широко.полосного усилителя, первый выход

20 переключателя через RC-фильтр соединен со входом триггера Шмитта, а также подключен к первому входу пикдетектора и ко входу формирователя прямоугольных импульсов, первый

25 и второй выходы которого соединены соответственно со входом блока разряда и с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к первому

% выходу блока разряда, второй выход кото-, рого соЕдинен со вторым входом пикдетек- . тора, выходом генератора является вы". ход коммутатора, входы которого соединены соответственно с выходом триггера Шмитта, с выходом интегратора, с

35 первым выходом формирователя прямоугольных импульсов, с выходом пикдетектора и со вторым выходом переключателя, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

40 l. Бобнев М,П. Генерирование слУчайных сигналов. М., "Энергия", ) 9у с. 22.

2. Там же, с. l84.

3. Там же, с. 7l. ф5 4. Тетерич Н.М. Генераторы шума и измерение-шумовых характеристик.

"Энергия", 1968, с, 88 (прототип), 864286 ф ЯЮ 03 ц7 .УО 4р д

9 и» 3

Составитель АЛарасов

Редактор И,Хома Техред З.Фанта Корректор B.Вутяга

Заказ 7794/72 Тнраа 748 Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССРпо делам ивобретевий и открытий

11303$; москва, Ж-3$, Раушская наб, д. 4/$

Фнлиап ППП "Патент", г. Унгород, ул. Проектная, 4