Генератор случайного процесса Советский патент 1983 года по МПК G06F7/58 

динен с выходом третьего генератора импульсов, выход второго счетчика подключен к третьему входу второго функционального преобразователя, выход генератора равномерно распределенньге

случайных чисел соединен с адресным входом третьего блока памяти, управляющий вход которого соединён с выходом сигнала переноса второго счётчика.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНСЛХ) ПРСЩЕССА, содержащий первый блок памяти, выход которого соединен с первым управляющим входом датчика случайных чисел, выход которого соединен с управляющим входом счётчика импульсов .и с входами первого и второго регистр памяти, счетньгй вход счетчика импульсов соединен с выходом первого генерат ч)а импульсов, выход второго регистра памяти соединен с управлюящим входсяи делителя частоты, информационный вход которого подключен к выхсйу второго генератора импульсов, пе|жый выход первого регистра памяти соединен с управляюиим ксодом модулятора полярности, информш1иош1ый вход которого подключен |к выходу преобразователя код-напряжение, ;а выход модулятора полярности является выходом генератора, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности, введены два функциональных преобразователя, сумм атор третий регистр памяти, второй и третий блоки памяти, генератор равномерно распределеннь{х случайных чисел, блок накопления, блок формирования тригонометрических « нкций, первый и второй счетчики и третий генератор импульсов, выход делителя частоты соединен с первым входом первого функционального преобразователя, вторюй вход которого подключен к выходу счетчика импульсов, второй выход первого регистра памяти соединен с третьим входом первого функционального преобразователя, первый выход которого соединен с вторым управлякшшм входом датчика случайных чисел, (Л второй выход первого 47нкаионального преобразователя соединен с первым входом сумматора, выхоп которого подключен к инффмационному входу третьего регистра памяти, выход которого соединен с входом преобразователя код-напряжение, второй вход сумматора соодинен с Э ND N3 внходемм блока накопления, первый вход которого соединен-с выходом второго блока памяти, вход которой © соединен с информационным входом третьего блока :ламяти, первым входом второго функционального преобразсдаателя и выхсщом первого счетчика, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго функционального преобразователя, выход : которого подключен к входу блока формирования тригонометринеских функций, выход последнего подключен к второму входу блока накопления, третий вход которого соединен с управляющим входом третьего регистра памяти, входом второго счетчика и выходом сигнала переноса первого счетчика, вход которого сое

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для создания стохастических вычислительно-моделирующих устройств и автоматизированных систем управления испытаниями, в частности на механические еоадейсвия.

Известно устройство, позволяющее формировать непрерьюный случайный процесс вибрационного типа. Управление спектральной плотностью мощности формируемого случайного процесса вьшолняется изменением частотных характеристик формирующих фильтров 111

Однако та практической точки зрения проектирование и изготовление формирующих фильтров с перестраиваемой в широком диапазоне частотной характеристикой является трудной технической задачей. Кроме того, конфигурации формирующих фильтров допускают перестройку частотных свойств в широком дипазоне только

механическим путем.

Известно также устройство, содержащее датчик случайных чисел, генераторы импульсов, триггеры, элементы И и ИЛИ, регистр памяти, сумматор, блок памяти,

два счетчика, Циклический регистр сдвига и соответствующиесвязи 2 J.

Известно такике устройство, позволяющее формировать случайный процесс импульсного, типа, поепставляющий собой последовательность сигналов определенной формы, следующих через случайные интервалы времени.:

Оно содержит множество генераторов импульсов, элементы И и ИЛИ и некоторые другие вспомогательные элементы, форма сигналов является прямоугольной, а управление спектральными характернотиками выходного случайного процесса осуществляется путем регулирования (изменения) закона распределения случайных време.нных интервалов меяаду импульсами ;3 ..

i Наиболее близким техническим рещением к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные блок памяти и датчик случайных чисел, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов и входом первого и второго регистров, причем второй вход счетчика импульсов соединен с выходом первого генератора импульсов, выход ;второго регистра соединен с первым входом делителя частоты, второй вход которого подключен к зрыходу второго генератора, преобразователь код-напряжение, выход которого соединен с первым входом модулятора полярности, первый выход первого регистра подключен к второму входу модулятора полярности, выход которого является выходом устройства 4 .

Основным недостатком известных устройств является невозможность формирования импульсного случайного процесса с управляемой формой сигналов, а также случайного процесса, представляющего собой композицию импульсного случайного процесса с управляющими законами распределения параметров сигналов и непре- рьтного случайного процесса с требуемой (управляемой) спектральной плотностью мощности.

Цель изобретения - повыщение точности формирования случайного процесса со

сложной формой сигнала и управляемыми вероятаостными и спектральными харак. теристиками и расширение класса воспроизводимых случайных процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайного процесса, содержащий первый блок памяти, вьссод которого соедииен с первым управляю, щим входом датчика случайных чисел, выход которого соединен с управлякицим входом счетчика импульсов и с входами первого и второго регистров памяти, счетнЬ1Й вход счетчика импульсов соединен с выходом первого генератора импульсов, второго регистра памяти соединен с управляющим входом делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу второго генератора импульсов, первый выход первого регистра памяти соединен с управляющим вхо- дом модулятора полярности, информационный вход которого подключен к выходу преобразователя код-«апряжение, а вььход модулятора полярности является выхо дом генератора, введены два фушшиональ ных преобразователя, сумматор, третий регистр памяти, второй и третий блоки памяти, генератор равномерно распределенных случайных чисел, блок накопления блок формирования тригчзнсметрических функций, первый и второй счетчики и третий генератор импульсов, выход делителя частоты соединен с первым входом первого функционального преобразователя, второй вход которого подключен к вы ходу счетчика импульсов, второй выход первого регистра памяти соединен с третьим входом первого функционального преобразователя, первый выход которого соединен с вторым упргшляющим входом датчика случайных чисел, второй выход первого функционального преобразователя соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра памяти, выход которого соединен с входом преобразователя код-напряжение, второй вход сумматора соединен с выходом блока накопления, первый вход которого сое динен с выходом второго блока памяти, вход которого соединен с информационны входом третьего блока памяти, первым входом второго с 5Т1Кционального преобразователя и выходом первого счетчика, выход третьего блока памяти соединен с вторым входом второго функциональног Преобразователя, вькод которого подключе к входу блока формирования тригонометр ческих функций, выход которого подключе к второму входу блока накопления, трети вход которого соединен с управляющим входом третьего регистра памяти, входом второго счетчика и выходом сигнала пере носа первого счетчика, вход которого соединен с выходом третьего генератора импульсов, выход второго счетчика подключей к третьему входу второго фуак.- ционьального преобразователя, выход гене ратора равномерно распределенных случайных чисел соед{1Нён с адресным входом третьего блока памяти, ул«равляюцшй вход которого соединён с выходом сигнала переноса второго счётчика. Сущность изобрете1гия заключается в том, что выходной процесс формируется как композиция низкочастотного импульсного процесса с программируемой формой сигналов и произвольными заданными законами распределения параметров и высокочастотного непрерьшного случайного процесса с заданными и управляемьши спектральными свойствами. На фиг. 1 изображена блок-схема генератора случайного процесса; на фиг. 2 - первый функциональный преоб.разователь; на фиг. 3 - блок накопления; на фиг. 4 - второй функциональный преобразователь; на фиг. 5 - пример реализации процесса, Устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 блоки памяти, датчик 4 случайных чисел, первый 5 и второй 6 генераторы импульсов, первый 7, второй 8и третий 9 регистры памяти, счетчик 1О импульсов, первый 11 и второй 12 счетчики, делитель 13 частоты, преобразователь 14 код-напряжение, модулятор 15 полярности, первый функциональный преобразователь 16, сумматор. 17, блок 18 накопления, блок 19 формирования тригонометрических функций, второй (|ункцион 1льнь1й преобразователь 20, генератор 21 равномерно распределенных случайных чисел, третий генератор 22 импульсов. Первый блок 1 памяти предназначен для хранения кодов, определяющих вид и числовые характеристики функций распределения вероятностей парамс тров импульсного случайного процесса. Второй блок 2 памяти предназначен для хранения коэффициентов Рр (i ) амплитудного спектра непрерывного случайного процесса. Третий блок 3 памяти обеспечивает хранение массива случайных кодов амплитуды, длительности и интервала менаду импульсами, подчиняющихся функциям распределения, коды которых хранятся в первом блоке 1 памяти. ПервЬ1й 5 и второй 6 ген эаторы импульсов предназначены для формирования тактовых импульсов. Первый регистр 7 памяти служит для запоминания кода, определяющего амплитуду и полярность очередного импульса, второй регистр 8 памяти служит для запоминания кода, определяющего длитель; кость очередного импульса. Трютий регистр 9памяти предназначен для записи кодов мпаовенных значений случайного процесса, формируемого устройством. Счетчик 10 импульсов служит для запоминания случайного кода, определяющег интервал между импульсами формируемого процесса, и для преобразования его во временной интервал. Первый счетчик 11 формирует коды адресов для выборки информации из второго блока 2 и третьего блока 3 памяти. Второй счетчик 12 служит для задания кодов, используемых блоком 19 формирования аргумента. Делитель 13 частоты предназначен для преобразования тактовой последова- . тельности импульсов, вырабатываемых вторым генератором 6, в последовательность импульсов с частотой, обратно пропорциональной коду, хранимому во втором регистре 8. Преобразователь 14 код-напряжение предназначен для преобразования в напряжение кодов, последовательность которых определяет мгновенные значения формируемого процесса. Модулятор 15 полярности обеспечивает получение сигнала положительной или отрицательной полярности. Первый функциональный преобразователь 16 (фиг, 2) предназначен для преобразования случайных кодов, определяющих параметры импульса, в кодовую последовательнос, соответствующую мгно венным значениям импульсного процесса. Он содержит устройство 23 умножения, счетчик 24 адреса, четвертый блок 25 памяти, первый дешифратор 26, второй дешифратор 27 и триггер 28. Четвертый блок 25 памяти предназначен для хранения кодов ординат импульсного сигнала требуемой . Первый вход функционального преобразователя 16 является счетным входом счетчика 24 адреса, выход которого соединен с адресным входом четвертого бло ка 25 памяти и с входом первого дешнфратора 26. Второй вход функционального преобразователя 16 является входом вто рого дешифратора 27, выход которого соединен с первым установочным ..входом триггера 28 И устано1вочнь1М входом счетчика 24 адреса и является первым выходом функционального преобразователя Выход перрого дешифратора 26 соединен с вторым установочным входом триггера 28, выход которого соединен с управляю щим входом четвертого блока 25 памяти Третий вход функционального преобразова теля 16 является первым входом устройства 23 умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого блока 25 памяти. Выход четвертого блока 23 умножения является вторым выходом функционального преобразователя 16. Сумматор 17 предназначен для форми-. рования кодовой последовательности, определяющей вищ выходного процесса. Блок 18 накопления предназначен для фокусирования суммы попарных произведенийrPpU). Блок 18 накопления (фиг. 3) третье устройство 29 умножения и сумматор ЗО накапливающего типа. Первый вход третьего устройства 29 умножения является первым входом блока 18 накопления. Второй вход блока 18 накопления является вторым входом третьего устройства 29 умножения, выход которого соединен с входом сумматора 30 накапливающего типа. Третий вход блока 18 накопления явлiяeтcя входом установки в ноль сумматора ЗО накапливающего типа. Блок 19 формирования тригонометрических функций предназначен .оля формирования косинуса аргумента. Второй функциональный преобразова:тель 20 (фиг. 4) предназначен для вычисления аргумента тригонометрической функции по формуле e iK-«-4(i), где 1 , К - коды , поступающие соответственно с выходов первого 11 и второго 12 счетчиков,((i) - код случайной фазы, поступающий с выхода третьего блока 3 памяти. Онсодержит умножитель 31 и сумматор 32. Первый вход преобразователя являео ся первым входом второго устройства 31 умножения, выход которого подключен первому входу второго сумматора 32, второй вход преобразователя является вторым входом сумматсфа 32, а третий вход - вторым входом второго устройств ва 31 умножения Выход сумматора 32 является выходом преобразователя. Генератор 21 равномерно распределен- ных случайных чисел служит для выработч ки последовательности равномерно распре делеюпдх кодов. Третий генератор 22 предназначен для синхронизации работы устройства. На фиг. 5 в качестве импульсного процесса показана последовательность сигналов треугольной равнобеАренной

формы со случайными значенияь5и амплитуды (А) i длительности Со ) и интервала (Т).

Устройство работает следующим образом,ч,

Для формирования текущего импульса формируются коды значений параметров (амплитуда, длительность, полярность импульса и интервал между импульсами). Значения параметров-процесса формируют ся в соотйетствии с заданньши законами распределения, коды которых хранятся в первом блоке 1 памяти. С выхода датчика 4 случайных чисел сформированные значения параметров текущего импульса поступают в регистры 7 и 8 и в счетчик 1О импульсов. Значение случайного кода, записанногчэ во второй регистр 8, определяет коэффициент пересчета . делителя 13 частоты. Этим обеспечивает ся для каждого значения длительности импульса формировани:е на выходе делителя 13 частоты тактовой последовательности с частотой, обратно пропорциональной значению кода длительности импульса. Тактовая последовательность импульсов, формируемая на вь4ходе делителя 13 частоты, поступает на первый вход функционального преобразователя 16 на второй вход которого поступают коды, определяющие текущее состояние счет чика 10 импульсов. На.третий вход функциональ юго преобразователя 16 поступает код, хранимый в первом регистре 7 и определяющий значение амплитуды те. кущего импульса. Функциональный преобразователь 16 формирует кодовую последовательность, соответствующую мгн ненны м значениям текущего импульса, и формирует управляющий сигнал для формирования следующих значений параметров процесса.

Функциональный преобразователь 16 работает следующим образом.

При положении тригге)ра 28 & единичном (исходном) СОСТОЯНИЙ управляюащй сигнал с его выхода поступает на управляющий вход четвертого блока 25 памяти, разрешая считывание инфор ации. Тактовая последовательность поступает на счетный вход счётчика 24 адреса, коды с выхода которого поступают на адресный вход четвертого блока 25 . Таким образом обеспечивается последовательное считывание кодов ординат импульсного сигнала программно заданной формы с частотой, обратно пропорциональной значению кода дли- . тельности импульса. Коды, считанные из

четвертого блока 25 памяти, поступают в качестве первого операнда на второй вход устройства 23 умножения, а на первый вход последнего поступает код амплитуды текущего импульса, в первом регистре 7.

На выходе устройства 23 умножения формируются значения орд1шат импульсного сигнала, прямо пропорциональные значениям амплитуды текущего импульса, поступающие на второй выход функционалыного преобразователя 16.

По окончании формирования одного импульса (достижение счетчиком 24 адре-

са максимального значения) на выходе первого дешифратора 26 вырабатывается сигнал, поступающий на второй установочный вход триггера 28 и устанавливающий его в нулевое состояние. При этом

на выходе триггера вырабатывается сигнал, запрещающий считывание информации из четвертого блока 25 памяти.

Коды, соответствующие состошгаю счетчика 1О импульсов, поступают на второй вход функционального преобразователя 16, и по окончании формирования интервала (при достижении счетчиком 1О импульсов единичного состояния) на выходе второго дешифратора вьфабатывается сигнал окончания формирования интервала. Этот сигнал поступает на установочный вход счетчика 24 .адреса, устанавливая его в исходное состояние, переводит триггер 28 в единичное состояние и поступает на вход датчика 4 случайных чисел. После этого происходит формирование и передача в регистры 7 и 8 и в счетчик 1О импульсов новых значений параметров импульса.

Кодовая последовательность, определяющая мгновенные значения импульсндго процесса, вырабатываемая на втором выходе функционального преобразователя 16, поступает в качестве первого операнда

на вход сумматора 17. На второй вход сумматора 17 поступают коды, определяющие значения непрерьшного случайного процесса., Для синхронизации и управления фо{ мированием кодов непрерывного случайного процесса используется третий генератор 22. В исходном состоянии первый 11 и второй 12 счетчики находятся в нулевых состояниях. Тактовая после-

довательнрсть с выхода третьего генератора 22 поступает на вход первого счетчика 11, а коды с выхода последнего пост Т1ают на вход второго блока 2 памяти и на первьй (адресный) вход третьего блока 3 памяти. При этом в блоках памяти осуществляется считывание информации До заданным адресам. Кроме того, коды с выхода первого счетчика 11 поступают на первый вход функционального преобразователя 2О, на второй вход которого поступает информация, счита1шая из третьего блока памяти. На третий вход преобразователя 20 поступает код, определяющий состояние второго счетчика 12. Код 1 , опр деляющий состояние первого счетчика 11 поступает на первый вхой второго устройс ;ва 31 умножения, на второй вход которог поступает код К, определяющий состояние второго счетчика 12. На выходе второг устройства 31 умножения формируется код, равный произведению i К , который nocTjTiaeT на первый вход второго сумматора 32. На второй вход второго сумматора 32 поступает код с выхода третьего блока 3 памяти, определяющий значение случайной фазы Р{) .На выходе преобразователя 2О в соответст вии с каждым состоянием первого счетчика формируется значение аргумента - 1 К i- -f (V. Код аргумента t 5 -(К ) поступает на вход блока 1 тригонометрических функций, на выходе .которого формируется значение косинуса аргумента ( ) в соответствии с сформированным значением C:j . Значение поступает на первый вход блока 18 ншсопления, на второй вход которого поступают коды значений коэффициентов Pp(i; амплитудного спектра непрерывного случайного процесса, поступающие с выхода второго 2 па мяти. В функцию блока 18 накопления входит формирование суммы 4)cos,j где N - максимальное значение кода в первом счетчике 11. На выходе третьего устройства 29 умножения формируется значение произведений Рр СОСОв , которгое пост пает на. вход сумматора ЗО накапливающегч) типа. На его выходе формируется сумма произведений Рр (.), кото рые поступают на второй вход сумматора 17. На выходе сумматора 17 форми руются коды, представляющие собой сум мы кодов, определяющих импульсный и непрерывный процессы. Коды с выхода сумматора 17 поступают на вход третье го регистра 9, запись в который осуществляется после окончания формирования суммы. |%,e-i)cosp. При достижении первым счетчиком 11 максимального значения на его выходе сигнала переноса вырабатывается сигнал, по которому происходит прием кода с выхода сумматора 17 в третий регистр 9. Этот же сигнал поступает.на вход второго счетчика 12; увеличивая на едншшу значение кода, определ1пощего его состояние, и на третий вход блока 18 накопления При этом сумматор ЗО накапливающего типа устанавливается в нулевое состояние. Таким образом начинается новый цикл формирования непрерьюного процесса. . Коды, определяющие значения случайного процесса, поступают с выхода третьего регистра 9 на вход преобразователя 14 код-напряжение, на выходе которого формируется аналоговый сигнал. МодуЛ.ЯТОР 15 полярности пропускает сигнал с выхода преобразователя 14 код-напряжение на вьпсод устройства либо сохраняя его полярность, либо изменяя ее на противоположную в соответствии с кодом амплитуды импульса, хранимым в первом регистре 7. По достижении первым 11 и вторьш 12 счетчиками максимальных значений на выходе сигнала переноса второго счетчика 12 вырабатьгоается сигнал, по которому в третий блок ci памяти заносятся новые значения случайных кодов, формируемых генератором 21 равномерно распределенных случайных чисел. Таким образом начинается новый период формирования непрерьгоного процесса. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства определяется тем, что оно позволяет формировать случайный процесс со сложной формой сигна лов, обеспечивает возможность раздельного формирования ударных (импульсных) и непрерьданых случайных процессов, позволяет имитировать отраженны© сигналы, распространяющиеся в различных средах, и учитывать вли5шие на них различных случайных факторов, а также имитировать хухучайные процессы, адекватные процессам в реальных условиях при транспортировании изделий, эксплуатации систем связи и т.д.. .

фцг. 1

р /I

J/

Фиг. 2

p{/z.3

Jf

I

IT

фие.