Генератор случайных импульсов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<п1875381 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву с (22) Заявлено 1012.79 (21) 2849887/18-24 (51)М. Кл 3

G F 7/58

G 07 С 15/00 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 231081. Бюллетеиь Н9 39 (53) УДК 881 ° 325 (088.. 8) Дата опубликования описания 231081

В. A. Беломытцев, A.A. Бурба и,; В. A,Êåðíoæèöêèé

1 (72) Авторы изобретения

Военный инженерный Краснознаменный.инстйтут им. A.Ô.Ìoæàéñêoão (71) Заявитель (54 ) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАИНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к вычислиrTåëüíîé технике и может быть исполь зовано при решении задач статистического и вероятностного моделирования.

Известен генератор случайных импульсов, содержащий источник шума; пороговый элемент, элемент И, генератор импульсов (1J . .Однако этот генератор не позволяет получать пуассоновский поток импульсов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор случайных импульсов, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, генератор случайной двоич ной цифры и элемент И (2) .

Однако этот генератор не позволяет получать импульсы со случайной имплитудой. 20

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет получения потока импульсов случайных как по моментам появления, так и по уровню (амплитуде).

Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайных импульсов, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, генератор случайной двоичной цифры, выход ко.торого соединен с первым входом первого элемента И, выход которого является выходом генератора, введены первый и второй ключи, второй элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй интеграторы и триггер, счетный вход которого объединен с первыми входами первого и второго ключей и второго элемента И и подключен к выходу источника пуассоновского потока импульсов, выход второго элемента И соединен со вторым входом первого ключа, выход которого соединен со вторыми входами первого элемента H и второго ключа, выход которого соединен со входом генератора случайной двоичной цифры, выходы триггера через первый и второй интеграторы и элемент ИЛИ соединены соответственно со вторым входом второго элемента И.

На фиг. 1 представлена блок-.схема генератора ; на фиг.2 — диаграмма работы генератора.

Генератор содержит источник 1 пуассонового потока импульсов, генератор 2 случайной двоичной цифры, элемент И 3, триггер 4, первый и второй интеграторы 5 и б, элемент ИЛИ 7, 875381

Потоки пилообразных импульсов, амплитуды которых определяются зависимостью (1), представленные на фиг.

2г и 2д, затем поступают на вход элемента ИЛИ, где происходит объединение этих потоков. Поток пилообраз—

65 элемент И 8, первый и второй ключи 9 и 10, причем вход триггера 4 соединен с источником 1 пуассоновского потока импульсов, а первый и второй выводы его через первый и второй интеграторы 5 и 6 подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 7, выход которого подключен к входу элемента И 3 через ,первый вход элемента И 8 и первый ключ 9, выход которого через первый вход второго ключа 10 соединен с входом генератора случайных двоичных цифр 2, а второй вход элемента И 8 и обеих ключей 9 и 10 соединены с источником 1 пуассоновского потока импульсов. 15

Генератор работает следующим образом.

При нахождении ключей в положении а работа генератора аналогична работе известных устройств. При нахожде- Щ нии ключей в положении б работа генератора поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2, где буквой о обозначен поток импульсов на выходе источника 1 пуассоновского потока импульсов, поступающих на вход триггера 4, а также на вторые входы элемента И 8 и ключей 9 и 10.

При отсутствии сигнала на его входе триггер 4 постоянно находится в в состоянии, когда на одном из его выходов, например первом, имеется сигнал постоянного уровня, а на втором выходе сигнал отсутствует(диаграммы фиг. 2б и 2в на отрезке от 0 до момента появления первого импульса на входе триггера 4). При поступлении управляющего импульса на вход триггера 4 он изменяет свое состояние таким образом, что сигнал на нервом выходе триггера 4 исчезает, 4О а на втором - появляется и т.д.(фиг.

2б и 2а).

Таким образом, на обоих выходах триггера 4 образуются потоки чередующихся импульсов (фиг.2б и 2в), амплитуды которых постоянны Ucons„t, а длительности равны длительности интервалов между импульсами, посту-. пающими с выхода источника 1 пуассоновского потока импульсов, где л— символ случайной величины. Укаэанные потоки импульсов поступают затем на входы интеграторов 5 и б, где преобразуются в потоки пилообразных импульл сов, амплитуды 2 которых определяются зависимостью 55

l

ЙЩ= оа =УФ, а ыс Ю

С учетом приведенных обозначений плотность распределения (2),принимает следующий вид:

- о о, Х. P (z)» ц л () )(з ° — = — p Е U (S)

2 Г U 0

Из полученного выражения (3) слел дует, что значение х амплитуд пилообразных импульсов на выходе элемента ИЛИ подчинено экспоненциальному закону распределения с параметром

Xp(u), значение которого регулируется за счет изменения амплитуды и прямоугольных импульсов на выходах триггера 4. Укаэанное изменение достигается путем подбора параметров триггера 4.

Таким образом, на первый вход элемента И поступает поток пилообразных импульсов .(фиг. 2е), значения амплитуд которых подчинены экспоненциальному закону распределения с плотностью, определяемой выраже- нием (3), На второй вход элемента И с выхода источника 1 пуассоновского потока импульсов поступают импульсы, которые по времени совпадают с моментами достижения пилообразными импульсами амплитудных значений (фиг. 2а и 2е). В результате чего на выходе элемента И возникают импульсы, которые по моментам возникновения и длительности совпадают с импульсами источника 1 пуассонрвского потока импульсов, а по амплитуде подчинены экспоненциальному закону распределения с параметром Хр(о, т.е. интервалы между импульсами источника 1 (фиг. 2а) и амплитуды импульсов ныл импульсов, возникающих на выходе элемента ИЛИ и поступающих на вход элемента И, представлена на фиг. 2е, Особенностью этого потока является то, что в нем момент окончания каждого импульса является началом последующего импульса, причем эти моменты времени совпадают с моментами появления импульсов на выходе источника 1 пуассоновского потока импульсов (фиг. 2а). Кроме того, как следует из выражения (1), значение амплитуд пилообразных импульсов на выходе элемента ИЛИ и. входе элемента И является функцией случайного л аргумента ь, т. е. также является случайной величиной2(i)=О(р), плотность распределения Ч"(2) которой определяется следующим образом:

e S3eI

Положительный эффект предлагаемого технического решения заключается в том, что оно позволяет моделировать процессы, образованные потоками событий, с каждым из которых связывается определенная физическая величина, например величина износа детали, стоимость восстановления отказавшего элемента, величина израсходованного ресурса и т.д., что позволяет повысить точность вероятностного и статистического моделирования при решении широкого класса технико-экономических задач, например процессов

1" зноса, расходов материальных ресурсов, затрат и т.д. Повышение точнос15 ти достигается за счет ресурсов, затрат, учета случайного характера величин износа, расходов материальных ресурсов или денежных средств, которые имеют место за один цикл функ20 ционирования технического устройства.

Если циклы функционирования технических устройств образуют пуассоновский поток событий, то число циклов их функционирования на интервале от 0 до t находится в пределах от 0 до а

Поэтому эффект, который достигается за счет повышения точности моделирования единичного цикла функциониро.вания, многократно возрастает при моделировании функционировании технических устройств за конечное время с.

Экономический эффект предлагаемой конструкции может быть оценен суммой предотвращенного ущерба, обусловленного возможными ошибками в выбо. ре модели износа машин, расхода различных материальных ресурсов, денежных средств, а также в принятии материальных ресурсов, денежных средств, 40 в принятии решений на основе этих моделей о сроках службы и замен технических устройств, выполнении раз— личных ресурсов и т.д.

Кроме того, экономический эффект

45 в значительной степени проявляется в виде экономии тех средств, которые необходимо затратить на разработку специализированных устройств для моделирования случайных потоков дан50 на выходе элемента И подчинены законам распределения одного вида (в данном случае — экспоненциальным законам распределения). Таким образом, часть схемы предполагаемого устройства, включающая триггер, интеграторы, элементы ИЛИ и И, осуществляет случайную модуляцию амплитуды импульсов источника 1 пуассочовского потока импульсов, причем амплитуды промодулированных импульров и интервалы между импульсами источника 1 пуассоновского потока импульсов подчинены законам распрецеления одного и того же вида.

В дальнейшем случайные как по моментам возникновения, так и по амплитуде импульсы с выхода элемента И через вторые входы ключей 9 и 10, находящихся в положениях b, поступают на входы элемента И 3 и генератора 2 случайных двоичных цифр. С приходом каждого импульса генератор случайных двоичных разрядов запускается и выдает на второй (управляющий) вход элемента.И случайным образом "0" или "1". В зависимости от того, что выдает генератор 2, следующий случайный импульс с выхода элемента И проходит либо не проходит не выход устройства. Количество исключаемых импульсов зависит от регулировки генератора 2. Если, например, на выходе генератора 2 вероятность появления единицы постоянна и равна Р, а моменты появления .импульсов на входе элемента 3 И образуют пуассоновский поток событий с параметром i(a/U =

const то на выходе элемента И 3 (выходе устройства) этот поток преобразуется в разреженный поток импульсов, который также будет пуассоновским с параметром 1рР/0 =const (1), Как следует иэ формул (1) и (3), амплитуды Й импульсов в выходном разреженном потоке по-прежнему подчинены экспоненциальному закону распределения с плотностью

У ()= „ Ехр(„ ), (4.) где Ар — параметр потока импульсов на выходе источника 1 пуассойовского потока импульсов; !

U — величина сигнала на выходах .триггера 4

Р— вероятность появления единицы на выходе генератора 2, т,е. параметр его настройки.

Таким образом,на выходе устройства формируется случайный поток импульсов, моменты возникновения которых образуют пуассоновский поток событий с параметром ),рР, а амплитуды импульcQB подчинены экспоненциальному за- кону распределения с параметром АрР!О.

Формула изобретения

55 Генератор случайных импульсОВ, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, генератор случайной двоичной цифры, выход которого соединен с первым входом первого эле мента И, выход которого является выd0 ходом генератора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет формирования случайных импульсов со случайной амплиту65 дой, он содержит первый и второй клю875381 фиг. 2

Фиг.2

Составитель А. Карасов

Техред M.pолинка Корректор М.ДемчиК

Редактор Н. Кончицкая

Заказ 9 335/74 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 чи, второй элемент И, элемент ИЛИ, первый и второй интеграторы и триггер, счетный вход которого объединен с первыми входами первого и второго ключей и второго элемента И и подключен к выходу источника пуассоновско-го потока импульсов, выход второго элемента И соединен со вторым входом первого ключа, выход которого соединен со вторыми входами первого элемента И и второго ключа, выход которого соединен со входом генератора случайной двоичной цифры, выходы триггера через первый и второй интеграторы и элемент ИЛИ соединены соот ветственно со вторым входом второго элемента И

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бобнев М.П. Генерирование случайного сигнала. М., "Энергия",1971.

2, Авторское свидетельство СССР

9 211163, кл. G 06 F 1/02, 1966 (прототип).