Генератор случайного процесса Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании цифровых и аналоговых процессов.

Известен генератор флюктуационных колебаний, содержащий входной блок, управляемый датчик случайных импульсов, цифроаналоговый йреобразователь, вход которого соединен с выходом датчика случайных чисел, подключенного к входному блоку и .генеуатору тактовых импульсов ГИ.

Недостатком этого генератора является его сложность.

Известен также генератор случайного процесса, содержащий источник шума, блок функциональных преобразователей. Работа известного генератора осуществляется путем безынерционного функционального.преобразования нормального шума C2J .

Недостатком этого генератора является невысокая точность приближения к требуемс 1у закону распределения из-за технических трудностей задания характеристик нелинейного преобразователя.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор случайного процесса, содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, первый триггер, единичный и нулевой выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора импульсов, а выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, информационный выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, третий элемент И, элемент, задержки, дешифратор, четвертый элемент И, второй элемент задержки, второй дешифратор,два элемента ЗАПРЕТ, функциональный преобразователь Сз,

Однако известный генератор не позволяет получить случайный процесс с распределением Лапласа, что ограничивает его функциональные возможности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет формирования случайного процесса с распределение Лапласа.

Указанная цель, достигается тем, что в генератор случайного процесса содержащий генератор пуассоновского потока импульсов, первый триггер единичный и нулевой выходы которого соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которлх подключены к выходу генератора импульсов а выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика,информационный выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, третий элемент К, элемент задержки, дешифратор, введен второй триггер, выход третьего элемента И соединен со счетным входом первого триггера и с входом элемента задержки, выход которого соединен с нулевым входом второго триггера, единичный выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора пуассоновского потока импульсов, информационный выход реверсивного счетчика соединен с информационным входом дешифратора, выход которого .соединен с единичным входом второг триггера.

На фиг. 1 показана структурная схема генератора; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу генератора.

Генератор случайного процесса содержит генератор 1 пуассоновского потока импульсов, первый 2,второй 3 и третий 4 элементы И, первы 5 и второй 6 триггеры, элемент 7 задержки, генератор 8 импульсов, реверсивный счетчик 9, цифроаналоговый преобразователь 10 и дешифратор 11.

Дешифратор 11 представляет собо .т-входовый элемент H(, где N - ёмкость реверсивного счетчика 9), один из входов которого соединен с единичным выходом старшего разряда, а остальные т-1 входов с нулевыми выходами других разрядо реверсивного счетчика 9 соответственно.

Генератор случайного процесса работает следукяцим образом.

Генераторы 1 и 8 вырабатывают соответственно пуассоновский с интенсивностью Д и регулярный с частотой Рц потоки импульсов. При этом частота F, значительно превышает интенсивность Л , но ограничена конечной емкостью N реверсивного счетчика 9 (формула (2)).

В начале работы генератора возможен краткоОреме.нный переходный

процесс ( Тпер , где Г - дискреное время io / п 0,1,2,...) изза того, что в момент включения генератора первый 5 и второй б триггеры случайно окажутся в состояниях О

соответственно,

/а реверсивный счетчик 9 - в состояНИИ xCtt N/2 (фиг.2) . При этих начальных условиях первый 2 и третий 4 элементы И закрыты, а второй 3 элемент И открыт. Импульсы генератора 8 через открытый второй элемент И 3 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 9 и производят последовательную смену его состояний в обратном порядке. При достижении реверсивным счетчиком 9 состояниях пЗ м/5переходный процесс завершается.

В момент выполнения равенства

и

дешифратор 11 формирует импульс, устанавливающий второй б триггер в состояние , при котором третий 4 элемент И открыт. Первый с отмеченного момента случайный импульс генератора 1 производит смену состояния первого триггера 5, и через небольшой интервал времени развязки, определяемый элементом 7 задержки, устанавливает второй триггер 6 в состояние , отключая с помощью третьего элемента И 4 выход генератора 1. Смена состояния первого триггера 5 (с О на ) приводит к подаче импульсов генератора 8 на суммирующий вход реверсивного счетчика 9. Заполнение реверсивного счетчика 9 беспрепятственно происходит до уровня

N.

J .. В момент пересечения процессом xfn уровня с помощью дешифратора

и второго триггера 6 подключается генератор 1 и к счетному входу первого 5 триггера. Далее процесс повтряется в области значений .

Отрицательные и положительные относительно уровня N(2 случайные выбросы процесса хС чередуются в соответствии с периодической сменой состояний первого триггера 5. Абсолютная величина этих выбросов пропорциональна длительности случайного временного интервала Т между моментом достижения процессом

ы

уровня j и моментом появления первого случайного импульса генератора 1 на счетном входе первого триггера 5.

(

и

(1)

С учетом известного положения о том, что ...если промежуток времени, распределенный по показательному закону, уже длится некоторое время т , то это никак не влияет на закон распределения оставшейся чайти промежутка: он будет таким же, как и закон распределения всего промежутка Т, случайный интервал С, входящий в (1), а следовательно, и/dx /имеют экспоненциальное распределение. Кроме того, дискретные значения процесса xtnj находятся в линейной зависимости (1) от абсолютных значений соответствующих выбросов , Поэтому случайный процесс на выходе линейного цифроаналогового преобразователя 10 имее симметричное относительно уровня

f

экспоненциальное двухстороннее аспределение (распределение Лаплаа) -a/x-ju|

w(x)|e ; ,N i ,

(2)

параметрами d.- и «, -

i РМ ги

ри выборках по ансамблю и времени соответственно.

Для исключения случаев переполнения реверсивного счетчика 9 парамет1Ж1 Л и Р должны быть

Г

(3)

От абсолютных значений Л и FV зависит спектр случайного процесса, но во всех случаях при выполнении условия (3) его мгновенные значения имеют распределение Лапласа. Дополнительное расширение спектра возможно при использовании вместо генератора 8 генератора случайного потока импульсов (например, простейего потока с интенсивностьюЛдгРИ)

Преимуществом предлагаемого генератора по сравнению с известным, являкяцимся базовым объектом является то,что при сохранении простоты реализации, малых аппаратурных затрат он позволяет формировать случайный процесс с распределением Лапласа.

В предлагаемом генераторе существенно расширены функциональные возможности и обеспечена высокая эффективность использования при аппаратурном моделировании дискретных и аналоговых случайных процессов.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержсиций генератор пуассоновского потока импульсов, триггер, единичный и нулевойвыходы которого соединены с первыми входами соответственно первог