Генератор случайных процессов

 

OllИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсимк

Социалистические

Республик lii 968811 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22)Заявлено 30.12.80 (31) 32б1835/18-24 с присоединением заявки М (51)M. Кл.

G 06 F 7/58

Ве аеретеанвй кемвтет

CCCP ао аман изобретений и открытий (23) Приоритет

ОпУбликовано 23. 10. 82. Бюллетень № . 39 (53) УДК681.325 (088.8) Дата опубликования описания 23. 10.82 (72) Авторы изобретения

А.А.Докучаев, В.Н.Евгенов, В.А.Зенцов, В.И.К

В.Б.Иитенков и С.ф,Свиньин

Ленинградский ордена Ленина электротехнически им. В.И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (Я) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Оно может быть использовано.в качестве функционального расширителя центрального процессора вычислительного или информационно-измерительного комплекса для генерирования управляющих случайных воздействий и/или помех с заданными спектральными свойствами при моделировании и исследовании 1о сложных динамических систем.. Изобретение предназначено для генерирования 2 значений реализации случайно о процесса с заданной спек15 тральной плотностью мощности. Известен генератор случайного про;цесса, содержащий аналоговые фильтры, блок опорного напряжения вычитатель 11). го

Однако он генерирует процесс по заданной функции ра-пределения, а не по спектральной плотности мощности (как в данном устройстве), Кроме того, данный генератор имеет сложную конструкцию, реализованную с помощью аналоговых блоков, и невысо" кую точность воспроизведения случайного процесса.

Известен также генератор случайного процесса, содержащий генераторы случайных временных интервалов, ждущий мультивибратор, коммутатор, блок генераторов гармонических колебаний (,21.

В этом устройстве процесс генерируется по заданной спектральнои плотности мощности, а конструкция уст» ройства характеризуется излишней . сложностью и низким быстродействием.

Эти устройства не могут быть ис-. пользованы при моделировании сложных динамических систем и в замкнутых системах управления из-эа значительной трудоемкости подготовительной работы и малой универсальности при

968811

3 .настройке этих генераторов на воспроизведение случайного процесса с требуемыми спектральными характеристиками.

Наиболее близким техническим ре" шением к предлагаемому является генератор случайных процессов, содержащий блок элементов И, выходы которых соединены с входами блока памяти. Первые входы блока.,элементов И подключены к выходам датчика случайных чисел, а вторые входы » к первому выходу блока управления. Второй выход блока управленияГ соединен с первым входом Ьлока считывания, второй вход которого соединен с выхо. дом блока суммирования. Выход блока считывания подключен к выходу гене ратора случайных процессов. (!ервая группа входов коммутатора соединена с выходами блока памяти. .Выходы генератора функций Уолша соединены с второй группой входов коммутатора, а вход генератора функ ций Уолша подключен к третьему выходу блока управления. Первые входы блоков присвоения знака подключены к входам генератора случайных про цессов, вторые входы - к выходам коммутатора, а выходы - к входам Ьлока суммирования соответственно t 3j.

Недостатками известного генератора являются значительное время гене. рирования любого очередного значения процесса, излишняя сложность настройки устройства на генерирование.

Время получения одного значения процесса в известном составляет 2 тактов сложения двух чисел с фикси" рованной запятой, где 2г - число генерируемых значений процесса. Излишняя сложность настройки схемы известного состоит в том, что для выраЬотки 2г значений процесса требуется подать на входы устройства столько же значений коэффициентов

Уолша. Последнее затрудняет оперативную перестройку устройства с генерирования одного процесса на генерирование другого процесса.

Отмеченные недостатки объясняются использованием в известном примитивной кусочно-постоянной (в базисе Уолша) аппроксимации реализации процесса, в результате чего для генерирования любого из 2 значений процесса требуется обработать такое же количество входных значений.

Целью изобретения является повышение быстродействия генератора.

Для достижения поставленной цели в известный генератор случайных процессов, содержащий датчик случайных чисел, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с соответ о ствующими входами первой группы коммутатора., вторая группа входов которого,является группой входов генератора, блок памяти, регистр памяти, выход которого является выходом генератора, блок управленйя, состоящий из двух элементов ИЛИ и последователь. но соединенных генератора тактовых импульсов, счетчика и дешифратора, первый выход которого соединен с вторыми входами элементов И группы, m (m=2, и-1, n - число выходов деши. фратора блока управления) выходов дешифратора блока управления соединены соответственно с m входами первого элемента ИЛИ и m входами второго элемента ИЛИ, (m+1)-ый вход которого соединен с и-ым выходом дешифратора блока управления, выход второго элемента

ИЛИ соединен с установочным входом ре30 гистра памяти, введены Ьлок быстрого йреоЬразования Уолша, накапливающий сумматор, счетчик и дешифратор, выходы которого соединены с первой группой входов блока памяти соответственно, выход которого соединен с суммирующим входом накапливающего. сумматора, выход которого соединен с информационным входом регистра памяти, выходы коммутатора соединены с соответствующими входами блока

40 быстрого преобразования Уолша, выходы которого соединены с второй группой входов Ьлока памяти соответственно, выход первого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, второй выход дешифратора Ьлока управления соединен. G установочными входами счетчика и накапливающего сум50 матора.

На фиг. 1 приведена .блок-схема генератора, на фиг. 2 - схема блока быстрого преоЬразования Уолша; на фиг.3схема. блока управления, на фиг, 4Ы5 диаграмма работы генератора, Генератор содержит блок 1 управления, счетчик 2, дешифратор 3, датчик 4 случайных чисел, группу 5 эле968811

5 ментов И, коммутатор 6, блок 7 быстрого преобразования Уолша, блок 8 памяти, накапливающий сумматор 9 и регистр 10 памяти.

Блок 7 быстрого преоЬразования

Уолша содержит генератор 11 синхрониэирующих импульсов, элементы И 12, элементы ИЛИ 13, регистры 14 памяти и сумматоры-вычитатели .15.

Блок 1 управления содержит re- 10 нератор 16 тактовых импульсов, счетчик 17, дешифратор 18 и элементы

ИЛИ 19 и 20.

Генератор работает следующим образом.

В первом такте работы устройства блок управления вырабатывает сигнал обнуления счетчика 2 и накапливаю щего сумматора 9. Значения спектральных коэффициентов подаются на со- 20 ответствующие входы генератора (вторая группа входов коммутатора), По сигналу из блока управления двоичный код случайного числа, выработанный датчиком 4 случайных чисел, 25 через элементы И 5 подается на первую группу входов коммутатора. 6.

Спектральные коэффициенты изменяют в коммутаоре 6 свои знаки и поступают на входы блока 7 для выполнения 30 быстрого преобразования Уолша, сигналы с выходов которого запоминаются в блоке 8 памяте, а на накапливающем сумматоре 9 устанавливается начальное значение. На этом эакан3S чивается процедура подготовки к формированию одной реализации случайного процесса.

Этап непосредственного формирования состоит из 2Р однотипных шагов.

Тактовые сигналы иэ блока управления начинают заполнять счетчик 2. В соответствие со значением старших разрядов содержимого счетчика воэ; буждается одна из выходных ш 1н де45 шифратора 3. Соответствующие текущему номеру участка кусочно-линейной аппроксимации значение добавляется к содержимому накапливающего сумматора

9. Наконец, в накапливающем сумматоре 9 сформировалось значение процесса в некоторой точке из интервала определения. Это значение выдается через регистр 10 на выход по сигналу из Ьлока управления. Существенно, что при этом значение на накапливающем сумматоре сохраняется. На последующих тактах работы генератора протекает аналогично. б

Для воспроизведения новой реализации процесса с теми же спектральными характеристиками блок управ.-ения выдает сигнал оЬнуления накапливающего сумматора 9, блока 8 памяти, счетчика 2 и вырабатывает сигнал запроса в элементах 5 И. При этом на первую группу входов коммутатора 6 поступает новый случайный двоичный код с выходом датчика 4 случайных чисел. В дальнейшем цикл работы генератора повторяется, как было описано.

При необходимости формирования реализации процесса с новыми спектральными характеристиками на входы генератора (на вторую группу входов коммутатора 6) подаются другие коэффициенты.

Устройство для выполнения быстрого преобразования Уолша работает следующим образЬм.

На параллельные входы устройства., являющимися вторыми входами элемен" тов И с нечетными порядковыми номерами, подаются значения анализируемо го сигнала, llo сигналу на втором выходе генератора 11 эти значения переписываются на регистры памяти. После этого на первом выходе генератора 11 появляется серия управляющих импульсов. Заметим, что первая группа сумматоров-вычитателей раЬотает в режиме суммирования.а вторая группа сумматоров-вычитателей работает в режиме вычитания согласно сигнальному графу. Благодаря сделанным в схеме блока соединениям между выходами регистров и входами сумматоров-вычитателей, на выходах последних появляются значения компонентов первого промежуточного вектора выполня" емого Ьыстрого преоЬразования. Первый из серии импульсов на первом выходе генератора 11 разрешает занесе-. ние полученных значений на регистры

4 через элементы И, имеющие четные номера. Вновь на выходах сумматоров вычитателей образуются значения компонентов второго промежуточного вектора выполняемого преобразования.

Второй управляющий импульс разрешает запись полученных значений на регистры и так палее.

После окончания последней итерации (после последнего управляющего импульса) на регистрах устройства окажутся искомые коэффициенты преобразования Уолша"Адамара, Операция деления производится путем сдвига

7 9688 содержимого всех регистров на заданное число разрядов вправо по сигналу с третьего выхода генератора 11.

Таким образом, генератор может 5 осуществлять генерирование процесса по заданным спектральным характеристикам, как и известное устройство.

Однако время, необходимое для генерирования одного значения процесса в известном, занимает 2 " тактов суммирования двух двоичных чисел в режиме с фиксированной запятой, в то время как в данном генераторе аналогичная характеристика равна лишь времени выполнения одного такта суммирования при тех же условиях.

Полученный выигрыш в быстродействии сопровождается еще одним положительным эффектом. В известном чис- 30 ло вхоцоа устройства равно числу генерируемых значений процесса-, В данном генераторе число входов определяется числом участков кусочно-линейной аппроксимации, Тем самым обеспе- 3S чивается уменьшение числа входов в данном генераторе, что в значительной степени .бблегчает .задачу оперативной перестройки с генерирования одного процесса на генерирование дру- 30 гого процесса.

Формула изобретения

33

Генератор случайных процессов, содержащий датчик случайных чисел, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с соответствующими входами первой группы коммутатора, вторая группа входов которого является группой входов генератора, блок памяти, регистр памяти, выход которого является выходом генератора, блок управления, состоящий из двух элемен11 8 тов ИЛИ и последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, счетчика и дешифратора, первый выход которого соединен с вторыми входами элементов И группы, m выходов дешифратора блока управления соединены соответственно с m входами первого элемента ИЛИ и в входами второго элемента ИЛИ, (m+1)-ый вход которого соединен с и-ым выходом дешифратора блока управления, выход второго элемента ИЛИ соединен с установочным входом регистра памяти, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия, он содержит блок быстрого преобразования Уолта, накапливающии сумматор, счетчик и дешифратор, выходы которого соединены с первой группой/входов блока памяти соответственно, выход которого соединен с суммирующим Вхо дом накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом регистра памяти, выходы ком.мутатора, соединены с соответствующими входами блока Ьыстрого преобразования Уолша, выходы которого соединены с второй группой входов

Ьлока памяти соответственно, выход. первого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, второй выход деши— фратора блока управления соединен с установочными входами счетчика и накапливающего сумматора, (где m=2, п-1, где и - число выходов дешифратора блока управления).

Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 591893, кл. G 06 F 7/58, 1976.

2. Авторское свидетеЛьство СССР и 732949, кл. 6 06 F- 7/58, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

N 532873, кл. G 06 f 7/58, 1975 (прототип).

9688»

gnef (т,t) f г

Ф\ ° ф

f

Составитель А.l

Редактор А.Иандор Техред А, бабинец Корректор Г.Решетник

Заказ l7 /77 Тираж 731 Подписное

ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал !1ПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,