Генератор случайного потока импульсов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублмк

<>978148 (61) Дополнительное к ает. саид-ву(22) Заявлено 29. 06. 81 (2i) 3313257/18-24 (S() M Кл 3 с присоединением заявки М

С 06 F 7/58

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК681. 325 (088.&) Опубликовано 30.1182. Бюллетень М 44

Дата опубликования описаиия30.11.82 (72) Авторы изобретения

А.С.Анишин и Н.С.Анишин (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПОТОКА 1Р1ПУЛЬСОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для создания асинхронных вероятностных вычислительных устройств, для моделирования случайных процессов и для создания физических.моделей и имитаторов с управляемыми вероятностными характеристиками.

Известен генератор пуассоновского потока импульсов с регулируемой интенсивностью, который содержит источник пуассоновского потока импульсов, схему совпадений, регулируемый генератор случайных двоичных разрядов(13.

Данный генератор не позволяет уп-. равлять интенсивностью пуассоновского потока импульсов с помощью цифрового двоичного кода.

Известно устройство преобразования средней частоты пуассоновского потока импульсов в соответствии с заданным (с помощью значений частот Г„ и. f двух генераторов регулярных импульсных последовательностей) масштабом преобразования типа "временной интервал - число - временной интервал" f2 3.

Однако укаэанное устройство не обеспечивает воэможности цифрового управления интенсивностью.

Наиболее близким по техническо1Г сущности к предлагаемому является генератор с цифровым управлением интенсивностью пуассоновского потока, основанный на.суммировании простейших потоков и содержащий m датчиков первичных пуассоновских потоков, регистр управляющего двоичного кода, блок элементов И, первые входы которых соединены с выходами соответствующих датчиков, а вторые входы — с соответствующими разрядами регистра, и элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами соответствуктпих элементов Й. При этом значения интенсивностей датчиков первичных потоков образуют ряд чисел, убывающих от максимального значения Ло до А „,, по геометрической прогрессии с коэффициентом 1/2 I3 ).

Недостатком Известного генератора является сложность, обусловленная необходимостью использования блока (m) датчиков со строгим соотношением интенсивностей, и невысокая точность управления из-за возможного дрейфа интенсивностей многочисленного состава датчиков.

Цель изобретения — упрощение устройства генератора за счет сокраще978148 интенсивностей используются вероятностные свойства двух статистически независимых пуассоновских потоков, иден35

60 пульсов, линию 2 задержки, счетчик 3, 65 ния числа датчиков первичных пуассоновских потоков (до одного ) и повышение точности управления.

Для достижения поставленной цели в известный генератор случайного потока импульсов, содержащий датчик пуассоновского потока импульсов, регистр кода, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, введены элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор и линия задержки, вход которой обьединен с управляющим входом стробированного дешифратора, с входом элемента задержки и подключен к выходу датI чика пуассоновского потока импульсов, а выход линии задержки соединен со счетным входом счетчика, вход

"Сброс" которого соединен с выходом элемента задержки, выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратора, выходы которого соединены с вторыми входами соответствующих элементов И группы.

В генераторе для решения задачи разделения исходного потока íà m непересекающихся потоков с требуемым для цифрового управления соотношением тичных по интенсивности. Суть этих свойств состоит в том, что вероятности появления ровно P. =0,1,2... импульсов одного из потоков на слу чайном интервале между смежными импульсами другого потока распределены по закону геометрической прогрессии

P = (1/2), 1 = 0,1,2...

Реализуются эти свойства с помощью линии задержки, выполняющей роль статистической развязки для получения второго идентичного по интенсивности потока, счетчика импульсов и стробированного дешифратора, отображающего текущее состояние счетчика и обеспечивающего прохождение импульса в соответствующий выходной канал.

Повышение точности управления достигается за счет того, что вероятности

Р<, т.е. пропорции разделения исходного пуассоновского потока íà m непересекающихся потоков, практически не зависят от значения интенсивности управляемого потока.

На чертеже приведена блок-схема генератора.

Генератор содержит датчик 1 пуассоновского (простейшеro) потока им20

30 стробированный дешифратор 4, группу элементов И 5, элемент ИЛИ 6, регистг, 7 кода и элемент 8 задержки. г1ри этом выход датчика 1 через линию 2 задержки соединен со счетным входом счетчика 3, непосредственно соединен с управляющим входом дешифратора 4 и через элемент 8 задержки — c установочным в "0" входом счетчика 3, соединенного с дешифратором 4, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И 5, вторые входы которых соединены с соответствующими разрядами регистра 7, а выходы — с входами элемента ИЛИ б, выход которого является выходом генератора.

Генератор работает следующим образом.

Датчик 1 вырабатывает случайную пуассоновскую последовательность импульсов.с интенсивностью Л . С по гощью линии 2 задержки каждый импульс этой последовательности задерживается на интервал времени Т =(4-5) †"

3 и при котором практически отсутствует статистическая зависимость импульсного процесса на выходе линии 3 задержки от процесса на выходе датчика 1. В счетчике 3 по истечении времени t= L после момента включения ге3 нератора фиксируется случайное число импульсов задержанного потока, которые появляются на случайных интервалах между импульсами первичного потока. Каждый импульс первичного потока опрашивает дешифратор 4 и через время, необходимое для окончания переходных процессов в дешифратсре (это время задается, элементом,8 задержки) гасит содержимое счетчика 3. В результате опроса дешифратора 4 импульс первичного потока проходит на тот выход дешифратора 4, номер которого соответствует состоянию счетчика 3 в момент опроса.

Определим вероятности прохождения произвольного импульса первичного потока на . -ый выход дешифратора как вероятности Р, состояний =0,1,2... счетчика 3 в моменты опроса дешифратора.

Временной интервал, в течение которого производится накопление импульсов счетчиком 3, является случайной величиной, распределенной по экспоненциальному закону с параметром

-Л

Е(г) = Л е ", г > 0 (1)

Для пуассоновского потока вероятность появления определенного числа

= 0,1,2,. ° . импульсов за фиксированный отрезок времени Т определяется выражением

A- i е

Лг еЛ, 0 (- 1 е!

Известно, что

P = (1/2) 25

Я+1

Л,= P -Л = (1/2) при этом

40

Формула изобретения

> 6ЫК > W> g» т>>

5 9781

Вероятности РЭ

0,1,2,... импульсов за случайный отрезок времени, распределенный по закону (1), находим с помощью операции осреднения Р (<) по всем возможным значениям интервала 0 < < О

СО Ь1

Ре= Ре (") Е() и "= .. 0 dt (Я е

О

<. g 2>""Ä-„О gr (Л)

Тогда распределение вероятностей Р принимает вид, >. = 0,1,2,... (4)

20 и представляет собой геометрическую прогрессию с начальным членом и коэффициентом, равным 1/2.

В процессе работы генератора управляемый поток импульсов с исходной интенсивностью h. разделяется на

m непересекающихся и независимых друг от друга пуассоновских потоков с интенсивностями

ОО

,)

В соответствии с установленными в регистре 7 управляющим двоичным кодом будут открыты те элементы И блока 5, которые соответствуют разрядам регистра, содержащим единицы а;. = 1. На выходе элемента ИЛИ 6 формируется пуассоновский поток импульсов с интенсивностью линейно связанной. с интенсивностью

il датчика 1 коэффициентом пропорциональности, равным значению управляющего двоичного кода о, а„, а,...,а представленного в виде двоичной правильной дроби.

Таким образом, в предлагаемом генераторе пуассоновского потока импуль- сов с цифровым управлением интенсивностью необходимо число первичных датчиков сокращено до одного. Использование статистически независимого от первичного,но индентичного по интен- 60 сивности задержанного потока импульсов, позволяет с помощью небольшого по числу К разрядов двоичного счетчика (К=logжми для цифрового управления соотношениями интенсивностей. Независимость членов ряда (4) от параметра >> (при статистической независимости первичного и задержанного потоков) сводит методическую ошибку управления к нулю.

Кроме того, в силу идентичности первичного и задержанного потоков и ° предлагаемый генератор инвариантен по отношению к названным двум потокам, т.е. имеется возможность менять точки подключения этих потоков в схеме генератора.

Независимость задержанного потока импульсов от первичного обеспечивается соответствующей величиной временной задержки 7 импульсных сигналов.

При задержке, равной 4-5 средним периодам следования импульсов датчика

1, т.е. при = (4-5)., вероятность Р„ хотя бы частичного перекрытия одних и тех же временных интервалов между импульсами потоков составляет величину достаточно малого порядка

Рве = Л =(4-5)-1/Л что позволяет первичный и задержанный потоки считать практически независимыми.

Абсолютная величина необходимой временной задержки при А ), 10 имп/с составляет 40-50 мкс и может быть достигнута с помощью современных ультразвуковых линий задержек. Для более низких значений интенсивностей датчика 1 (Л < 0,5 - 10 имп/с) целесообразно применение дискретных линий задержек, построенных с использованием регистров сдвига на базе цифровых интегральных схем.

Генератор случайного потока импульсов, содержащий датчик пуассоновского потока импульсоэ, регистр кода, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является вйходом генератора, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор и линию задержки, вход которой объединен с управляющим входом стробированного дешифратора, с входом элемента задержки и подключен к выходу датчика пуассоновского потока импульсов, а выход линии задержки соединен со счетным входом счетчика, вход "Сброс" которого соединен с выходом элемента задержки, выходы разрядов счетчика соединены

978148

Составитель A. Kapacoa

Техред С.Мигунова Корректор Г. Огар

Редактор Ю. Середа

Заказ 9220/65 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г ° Ужгород, ул. Проектная, 4 с соответствующими разрядными входами стробированного дешифратОра, входы которого соединены с вторыми входами соответствующих элементов И группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 211163,кл. G 06 F 7/58, 1966 °

2. Авторское свидетельство СССР

М 217081, кл. С 06 Р 7/58, 1966.

3. Четвериков В.Н. и др. Вычислительная техника для статистического моделирования. М., "Советское радио", 1978, с. 141 (прототип).