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

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при tiocTpoeHMH имитационномодулирующей аппаратуры для решения задач исследования и оптимизации , структурно сложных систем, для испытв-ний на вибрационные и другие воздействия.

Известно устройство, содержаидее блок генераторов первичного нормального шума, блок формирующих фильтров, сумматор и нелинейный безйнер- ционный преобразователь, позволяющее формирование случайного процесса с произвольной функцией спектральной плотности мощности в фикси рованном диапазоне частот П.

Недостатки устройства - сложност технической реализации за счет множества генераторов первичного нормального шума и формирующих фильтров, ограниченность частотного диапазона и низкая точность воспроизведения заданной функции спектральной плотности мощности.

Известно также устройство, содержащее генератор случайных чисел, группу генераторов импульсов, группу счетных триггеров и группу элементов И, многовходовую схему ИЛИ, регистр, сумматор, блок памяти, два счетчика и циклический регистр сдвига 2.

Недостатками устройства являются низкое быстродействие, так как один Отсчет выходного процесса формируется путем последовательного суммирования совокупности коэффициентов тем большей, чем больше требуется точность, сложность техническо реализации при необходимости обеспечения высокой точности, так как при этом устройство содержит большее количество генераторов импульсов, триггеров и элементов И, низкая точность при малых аппаратурных затратах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, делитель частоты, датчик случайных чисел, счетчик и блок памяти. Указанные блоки соединены последовательно второй вход счетчика соединен с выходом генератора импульсов, выход блока памяти является выходом устройства . Работу устройства можно представить как последовательность циклов, на каждом из которых путем последовательного циклического чтения информации иэ блока памяти, начиная со случайного в начале цикла адреса, формируется отрезок реализации процесса. Формируемый устройством процесс представляет собой последовательность склеенных

.отрезков одной периодической Функ1ЦИИ со случайными начальными фазами. В блок памяти записывается период полигармонической функции, представляющей собой сумму гармонических функцийс частотами, кратными самой низкочастотной гармони еской функции, и с определенными соотношениями амплитуд. При этом функция спектральной плотности мощности формируемого процесса аппроксимируется суммой компонентных функций типа (.sinx/x с равной шириной основных лепестков, сдвинутых по час тоте с равномерным шагом, с весами, пропорциональными амплитудам соот ветствующих им гармоник 3.

Недостатком известного устройств является низкая точность воспроизведения заданных функций спектральной плотности мощности.

Целью изобретения - повышение точности задания функции спектральной плотности мощности формируемого процесса,

Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайного процесса, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого делителя частоты. Датчик случайных чисел, первый выход которого соединен с установочным входом счетчика, выход которого соединен с входом первого блока памяти, введены второй и третий блоки памяти, второй делитель частоты и два преобразователя коднапряжение, выход первого делителя частоты соединен со счетным входом счетчика и счетным входом второго делителя частоты, выход которого соединен с синхронизирующим входом счетчика и входом датчика случайных чисел, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами второго и третьего блоков памяти, первый и второй выходы второго блока памяти соединены соответственно с управляющими входами первого и второго делителей частоты, выход, первого блока памяти через первый преобразователь коднапряжение с управляющим входом второго преобразователя код-напряжение , выход которого является выходом генератора, выход третьего блока памяти соединен с инфорвлационным входом второго преобразователя код-напряжение.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого генератора.

Генератор содержит генератор 1 импульсов, первый делитель 2 частоты, счетчик 3, первый блок 4 памяти лервый преобразователь код-напряжение 5, второй преобразователь код-напряжение б, датчик 7 случайных чисел, второй блок 8 памяти, второй делитель 9 частоты и третий блок 10 памяти.

Сущность генерации устройством случайного процесса заключается в формировании примыкающих друг к другу отрезков гармонических сигналов со случайно изменяющейся ът отрезка к отрезку длительностью, частотой, фазой и амплитудой. Формирование гармонической функции сзсуадествляется путем преобразования в напряжение электрического сигнала преобразователем 5 циклически считываелюй. из блока памяти 4 последовательности кодов, описывакщей один период гармонической функции с частотой, определяемой заданным коэффициентом пересчета делителя 2 частоты, адреса чтения последовательности фо 1ируются счетчиком 3.

Формирование нового отрезка начинается после выработки на выходе делителя 9 частоты очередного импульса. По этому импульсу счетчик 3 устанавливается в равновероятное случайное состояние путем записи в него случайного равномерно распределенного числа с выхода 1 датчика

7случайных чисел, чем обеспечивается задание случайной начальной фазы отрезка гармонической функции с равномерньм распределением на периоде повторения гармонической функции. После выработки импульса на выходе делителя 9 частоты на выходы II и III датчика 7 .случайных чисел поступают два новых случайных числа При этом из блока 8 памяти по адресу, определяемому кодом случайного числа с выхода II датчика 7 случайных чисел, считываются два кода. Первый код задаёт коэффициент пересчета делителя 2 частоты, т.е. частоту считывания кодов из блока 4 памяти и, следовательно, частоту формируемого отрезка гармонической функции.

Второй код, считываемый из блока

8памяти, задает коэффициент пересчета делителя 9 частоты- и определяет количество дискретных отсчетов данного отрезка гармонической функции Nj . По циклически считываемой начиная со случайного адреса, последовательности кодов из блока 4 памяти на выходе преобразователя код напряжение 5 формируется электрический сигнал отрезка гармонической функции с нормированной амплитудой (постоянной от отрезка к отрезку ), ,поступающей на вход опорного напряжения преобразователя код-напряжение б. На вход преобразователя 6 поступает код из ячейки блока 10 ,памяти с адресом, определяемым кодом случайного числа с третьего

выхода датчика 7 случайных чисел. При этом на выходе преобразователя код-напряжение 6 получают сигнал, - поступающий на вход Т опорного напряжения с амплитудой, пропорциональной коду на входе II, т.е. формируемый отрезок гармонической функции со случайной амплитудой. Прербразователь код-напряжение б выполняет функции усилителя с цифровым управлением коэффициентом управления.

Таким образом, на выходе устройства формируется п|хэцесс, состоящий из при№лкающих отрезков гармоничес- ких функций со случайными от отрезка к отрезку частотой и длительностью, случайной, равномерно распределенной на периоде повторения, фазой и случайной амплитудой. Частота и связанная с ней длительность

0 отрезков гармонических функций принимают М произвольных значений, задаваемых записанным в блок 8 памяти кодами с вероятностями, опреде- / ляемьми законом распределения чисел

5 на выходе 11 датчика 7 случайных чисел. Величина М определяется емкостью блока памяти 8. Амплитуда :отрезков гармонических функций принижает U произвольных значений,

rt задаваемых кодами, записанными в

блок 10 памяти с вероятностями, опрэ|деляемыми законом распределения чисел на выходе III датчика случайных чисел.

Функция спектральной плотности

мощности представляет собой, компо- i зицию компонентных функций (sjn х/х) с произвольным требуемым положением по оси частот (определяется параметром , с произвольной требуемой шириной основного лепестка ( определяется параинетром oi)c весами, равными произведению дисперсии амплитуд на вероятности появления соответствующих гармоник. Вариация параметров R,; и d обеспечивает воспроизведение заданной функции спектральной плотности мощности ;с,найбольшей точностью.Закон распре-., деления случайных чисел по .выходу Ill датчика 7 случайных чисел не влияет на форму функции спектральной платности мощности, а только на общий уровень мощности. Это позволяет независимо управлять спектральными и BejxjHTHOCTHbiMH свойствами процёс- ,

са. Форма функции спектральной плотности задается законом распределения потока случайных чисел по выходуII датчика 7 случайных чисел

и массивом информации в блоке 8

памяти. Закон распределения случайных чисел по выходу III датчика 7 случайных.чисел и массив информации в блоке памяти 10 определяют общий

уровень мощности и закон распределе-.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным входом первого делителя частоты, датчик случайных чисел, первый выход которого соединен с установочным входом счетчика, выход которого соединен с входом первого блока памяти, отличаю-щийс я тем, что, с целью повышения .точности генератора, введены второй и третий блоки памяти, второй делитель частоты и два преобразователя код-напряжение, выход первого делителя частоты соединен со счетным входом счетчика и счетным входсял второго делителя частоты, выход которого соединен с синхронизирующимвходом счетчика и входом датчика случайных чисел, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входами второго и третьего блоков памяти, первый и второй выходы второго блока памяти соединены соответственно с управляющими входами первого и второго делителей частоты, выход первого блока памяти через первый преобразователь коднапряжение соединен с управляющим входом второго преобразователя коднапряжение, выход- которого является выходом генератора, выход третьего блока памяти соединен с информацион- g ным входом второго преобразователя код-напряжение. ;о 4 О 00 ел