ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК H03B29/00 

Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума или помех в заданном диапазоне частот.

Известно устройство, генерирующее шум, содержащее генератор псевдослучайной последовательности, состоящий из триггеров и сумматора, формирователь, регулятор тактовых импульсов, генератор несущей частоты, умножитель частоты, фазовый манипулятор и согласующее устройство (а.с. СССР 352362, Н 03 В 29/00, 17.08.70 г).

Однако такое устройство имеет большую потребляемую мощность, а также неравномерный и неограниченный спектр шума.

Наиболее близким к заявляемому устройству является генератор случайных сигналов (а.с. СССР 1501247, Н 03 В 29/00, 11.05.87 г.), взятый за прототип.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства-прототипа, где введены следующие обозначения:
1 - генератор несущей частоты;
2 - первый умножитель частоты;
3 - формирователь тактовых импульсов (ФИ);
4 - генератор псевдослучайной последовательности (ПСП);
5 - первый фазовый манипулятор;
6 - согласующий блок;
7 - второй умножитель частоты;
8 - второй фазовый манипулятор.

Устройство-прототип имеет следующие функциональные связи: последовательно соединенные генератор несущей частоты 1, первый умножитель частоты 2 и формирователь тактовых импульсов 3, выход которого соединен с первым входом генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) 4, второй вход которого соединен с выходом второго фазового манипулятора 8, первый вход которого соединен с выходом второго умножителя частоты 7, вход которого соединен со вторым выходом первого умножителя частоты 2, а второй вход второго фазового манипулятора 8 соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности 4 и с первым входом первого фазового манипулятора 5, второй вход которого соединен со вторым выходом генератора несущей частоты 1, а выход первого фазового манипулятора 5 соединен со входом согласующего устройства 6, выход которого является собственно выходом устройства.

В генераторе псевдослучайной последовательности (ПСП) 4 объединены элемент задержки, фазовращатель, сумматор, амплитудный детектор, пороговый элемент и триггер.

Однако данное устройство - прототип имеет на выходе неравномерный и неограниченный по полосе спектр шума и не позволяет осуществить коррекцию огибающей спектра.

Для устранения указанных недостатков в генератор случайных сигналов, содержащий последовательно соединенные генератор несущей частоты, первый умножитель частоты и формирователь тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом генератора псевдослучайной последовательности, второй вход которого соединен с выходом второго фазового манипулятора, первый вход которого соединен с выходом второго умножителя частоты, а второй вход - с выходом второго умножителя частоты, а второй вход второго фазового манипулятора соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности и первым входом первого фазового манипулятора, выход которого соединен со входом согласующего блока, выход которого является выходом устройства, введены 2К генераторов гармонических колебаний, (2К+1) аттенюаторов и сумматор, выход которого подключен к сигнальному входу первого фазового манипулятора. Причем вход одного из (2К+1) аттенюаторов подключен к второму выходу генератора несущей частоты, а выход - к одному из входов сумматора, каждый из остальных 2К аттенюаторов включен между одним из 2К генераторов гармонических колебаний и соответствующим входом сумматора, а вход второго умножителя частоты соединен с выходом первого умножителя частоты.

На фиг. 2 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:
1 - генератор несущей частоты (ГНЧ),
2 - первый умножитель частоты,
3 - формирователь тактовых импульсов (ФТИ),
4 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП),
5 - первый фазовый манипулятор (ФМ),
6 - согласующий блок (СБ),
7 - второй умножитель частоты,
8 - второй фазовый манипулятор (ФМ),
9₁ - 9_2К - генераторы гармонических колебаний с порядковыми номерами 1-2К,
10₁-10_2К+1 - аттенюаторы с порядковыми номерами 1-(2К+1),
11 - сумматор.

Функциональные связи предлагаемого устройства состоят из последовательно соединенных генератора несущей частоты 1, первого умножителя частоты 2 и формирователя тактовых импульсов 3, выход которого соединен с первым входом генератора псевдослучайной последовательности 4, второй вход которого соединен с выходом второго фазового манипулятора 8, первый вход которого соединен с выходом второго умножителя частоты 7, а второй вход второго фазового манипулятора 8 соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности 4 и первым входом первого фазового манипулятора 5, выход которого является выходом устройства; 2К генераторов гармонических колебаний 9, (2К+1) аттенюаторов 10 и сумматора 11, выход которого подключен к сигнальному входу первого фазового манипулятора 5, причем вход одного из (2К+1) аттенюаторов 10 подключен к второму выходу генератора несущей частоты 1, а выход - к одному из входов сумматора 11, каждый из остальных 2К аттенюаторов включен между одним из 2К генераторов гармонических колебаний 9 и соответствующим входом сумматора 11, а вход второго умножителя частоты 7 соединен с выходом первого умножителя частоты 2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Частота f₀ ГНЧ 1 умножается в первом умножителе частот 2 в определенное число раз и используется в формирователе тактовых импульсов 3 для формирования тактовых импульсов, необходимых для работы генератора псевдослучайной последовательности 4, а во втором умножителе частот 7 - для получения сигнала с еще большей частотой, который, пройдя через второй фазовый манипулятор 8, запускает ГПСП 4, построенный на основе аналоговой линии задержки, который может генерировать ПСП (ПСП - псевдослучайная последовательность) с длительностью дискрета (одного элемента ПСП) Т в широком диапазоне от долей нс до нескольких мс. Полученная ПСП используется в первом фазовом манипуляторе 5 для фазовой манипуляции сигнала, полученного суммированием сигнала с несущей частотой f₀ и 2К сигналов (К=1,2...), полвоина из которых имеет частоты меньше частоты f₀ на величину n•((M+1)(2MT)-n/2MT(2K+1). а вторая половина - больше на ту же величину, где n - номер генератора (n=1,2...К), М - число элементов в периоде ПСП.

В результате этого спектральные составляющие всех сигналов не перекрываются по частоте, ширина амплитудного спектра на уровне 0,7 получается примерно равной (К+1)/f₀ Т, а его неравномерность в этой полосе не превышает 2 ДВ. Увеличивая К, Т и М, можно достичь больших прямоугольностей спектра и его равномерности.

Управляемые аттенюаторы 10₁-10₃ позволяют скорректировать огибающую спектра на выходе нагрузки (например, полосового усилителя), подключаемой к выходу согласующего устройства 6.

Следует также отметить, что в устройстве-прототипе амплитудный спектр сигнала на выходе дискретный и имеет огибающую типа sin c (f) (см. Г.И. Тузов. Статистическая теория приема сложных сигналов. М.: Сов. радио, 1977, с. 64-65, рис.2.7), то есть имеет большую неравномерность и неограничен по частоте.

Принцип получения почти прямоугольного спектра в предложенном устройстве основан на теореме отсчетов в частотной области (см. И.С. Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. радио, 1977, с.78). Как и временную функцию, спектр можно представить в виде суммы функций sin c (f) (рядом Котельникова), отстоящих между собой на определенный интервал по частоте. Каждая из таких функций может быть получена путем фазовой манипуляции сигнала соответствующей частоты по псевдослучайному закону. Изменяя длительность дискрета ПСП, число используемых частот и М, можно теоретически получить прямоугольный спектр в любой заданной полосе частот.

На фиг. 3 для примера показан спектр суммы трех сигналов с разными частотами, манипулированной ПСП с малым значением периода М=15 (по оси абсцисс отложена относительная частота f(f₀). Как видно на фиг.3, даже при К=1 можно получить спектр с почти прямоугольной огибающей и малой неравномерностью.

Таким образом, применение предложенного устройства позволяет получить равномерный спектр в заданной полосе частот и осуществить коррекцию огибающей спектра.

Изобретение относится к области радиотехники и радиосвязи и может быть использовано для создания генераторов шума или помех в заданном диапазоне частот. Генератор случайных сигналов содержит генератор несущей частоты, два умножителя частоты, формирователь тактовых импульсов, два фазовых манипулятора, согласующий блок, 2К генераторов гармонических колебаний, (2К+1) аттенюаторов и сумматор. Достигаемый технический результат - получение равномерного спектра в заданной полосе частот и осуществление коррекции огибающей спектра. 3 ил.

Генератор случайных сигналов, содержащий последовательно соединенные генератор несущей частоты, первый умножитель частоты и формирователь тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом генератора псевдослучайной последовательности, второй вход которого соединен с выходом второго фазового манипулятора, первый вход которого соединен с выходом второго умножителя частоты, а второй вход соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности и первым входом первого фазового манипулятора, выход которого соединен с входом согласующего блока, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что в него введены 2К генераторов гармонических колебаний, 2К+1 аттенюаторов и сумматор, выход которого подключен к сигнальному входу первого фазового манипулятора, причем вход одного из 2К+1 аттенюаторов подключен к второму выходу генератора несущей частоты, а выход - к одному из входов сумматора, каждый из остальных 2К аттенюаторов включен между одним из 2К генераторов гармонических колебаний и соответствующим входом сумматора, а вход второго умножителя частоты соединен с выходом первого умножителя частоты.