Генератор равномерно распределенных случайных сигналов Советский патент 1984 года по МПК G06F7/58 

Изобретение -относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве источника базовых случайных сигналов при решении широкого круга зада вероятностного моделирования., Известны три типа генератора баз вых случайных сигналов. Генераторы первого типа содержат первичные физические датчики шума, к выходу которых подключаются усили тельные, преобразовательные и стаби лизирующие устройства С 1 В таких генераторах в связи с наличием первичного физического дат чика шума отсутствуют точные априор ные сведения о статистических харак теристиках генерируемых сигналов и имеет место неконтролируемая нестабильность и дрейф этих характе ристик. Кроме того, в этих генераторах используются весьма сложные усилительные, преобразовательные и стабилизирующие устройства. Генератор второго типа представляет собой регистры сдвига с обратными связями, которые вьфабатывают . псевдослучайные имитации базовых сигналов . Однако псевдослучайные сигналы, будучи детерминированными и периоди ческими, приближают соответствующие случайные сигналы лишь по небол шому числу параметров, что существенно ограничивает возможности их использования. У генераторов третьего типа на цифроаналогоных элементах реализуют ся локально-неустойчивые дискретные динамические системы Г23Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные элемент квантования по времени, элемент кван тования по уровню и неустойчивое инерционное звено, выход которого соединен с входом элемента квантования по времени, генерирующее стационарные эргодические случайные сигналы с равномерным на заданном отрезке распределением амплитуд СЗ j. Однако в известном устройстве лю бые значения генерируемых равномерно распределенных сигналов оказываются коррелированными, что в значительной степени ограничивает возможность его использования в качестве генератора базовых случайных сигналов, так как в большинстве задач вероят2Jностного моделирования в автоматике и вычислительной технике необходимы базовые равномерно распределенные случайные сигналы с некоррелированными значениями. Цель изобретения - расширение области применения генератора за счет исключения корреляционной зависимости в формируемой последовательности случайных сигналов. Для достижения поставленной цели в генератор равномерно распределенных случайных сигналов, содержащий частотно-зависимый элемент, квантователь по времени, выход которого является выходом генератора и соединен с входом порогового элемента, введены источник постоянного напряжения, инвертор, реле и источник случайного сигнала, выход которого соединен с входом реле, выход источника постоянного напряжения через первый размыкающий контакт реле соединен с входом частотно-зависимого элемента, выход порогового элемента через первый замыкающий контакт реле соединен с входом частотно-зависимого элемента, выход которого через второй размыкающий контакт реле соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом квантователя по времени, выход частотно-зависимого элемента через второй зaмыкaюш й контакт реле соединен с входом квантователя по времени . Введение указанных дополнительных элементов и связей между элементами обеспечивает получение на выходе элемента квантования по времени равномерно распределенного сигнала., значения которого при определенном соотношении между вероятностями положений контактов реле оказываются некоррелированными. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого генератора. Генератор содержит квантователь t по времени, пороговый элемент 2, частотно-зависимый элемент 3, инвертор 4, источник 5 постоянного напряжения, реле 6 и источник 7 случайного сигнала. Генератор работает следующим образом. Источник 7 случайного сигнала вырабатывает сигнал Z(t), постоянный на интервалах nut, ,2, ..., где At - интервал квантования по времени квантователя 1, и принима щий на этих интервалах значения О и 1 с вероятностями q и p соответственно, причем значения Z г(пл t), ,2,,.., в совокупности статистически неза симы. При Z 1 вход функциональн го преобразователя соединен с вых дом порогового элемента 2, а выхо с входом квантователя 1 по време а при Z О на вход преобразователя поступает постоянный сигнал и его выход соединен с входом инв тора 4. Связь (X) между значениями выходного сигнала Y и входного с нала X порогового элемента 2 определяется выражением О, X 5/2 Y Q(X) ,S, X 5/2 где 5 заданная положительная в чина. Частотно-зависимый элемент 3 имеет передаточную функцию W(p) , 4t где Т коэффициент усиления К инвертора равен 1/2, а величина постоянного сигнала на выходе источника 5 рав на 2S. Тогда, если Zp 1, то , (X) (Хк) а если Z О, то Vi S - Хп Х,), где Хц. Х(КЛ t). Объединив выражения (1) и имеем X,(X)(1-Z)f(X)0,1,2... Выражение (3) задает преобраз вание отрезку Со, 5 , сохраняющем меру Лебега. Кроме того, непосред ственный подсчет показывает, что нормированная корреляционная фун г(кн- УМп±к). 1)(к) где М - символ математического о Дания; D - символ дисперсии. равна г(Ч-(| Р-) , ,1,2... (4) Так как lim r(K)U при всех , преобразование, определяемое выражением (3), является эргодическим. При этом, если , то , нк) о, . Следовательно, если € О, S i то последовательность. X ,п 1,2... с вероятностью 1 представляет собой статистически репрезентативную реализацию последовательности некоррелированных случайных величин, имеющих равномерное распределение на интервале ЦО, 3. Базовым объектом является серийно выпускаемый генератор шума Г2-57, являющийся источником случайных сигналов с равномерным распределением, которые получаются путем со- . ответствующих преобразований сигналов первичного физического источника шума. В связи с этим в базовом объекте отсутствуют точные априорные сведения о статистических характеристиках генерируемых сигналов, которые могут определяться и контролироваться лишь с помощью трудоемких тестовых проверок. Техническим преимуществом устройства по сравнению с базовым объектом является то, что равномерность распределения и некоррелированность значений генерируемых сигналов обеспечивается установкой определенных значений его параметров без использования первичного физического источника шума. Благодаря этому техническому преимуществу отпадает необходимость контроля характеристик генерируемых ycTpoJicTBOM сигналов с помощью тру- . доемких статистических тестов, используемых для контроля сигналов, генерируемых базовым объектом, так как эти характеристики полностью определяются легко измеряемыми параметрами устройства. Экономический эффект, обусловленный использованием предлагаемого устройства, определяется экономией машинного времени, затрачиваемого на проведение тестовых проверок характеристик генерируемых сигналов

j -

v «ч

ГЕНЕРАТОР РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащий частотно-зависимый элемент, квантователь по времени, выход которого является выходом генератора и соединен с входом порогового элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения генератора за счет исключения корреляционной зависимости в выходной последовательности, он содержит источник постоянного напряжения, инвертор, реле и источник случайного сигнала, выход которого соединен с входом реле, выход источника постоянного напряжения через первый размыкающий контакт реле соединен с входом частотнозависимого элемента, выход пороговог го элемента через первый замыкающий контакт реле соединен со входом i частотно-зависимого элемента, выход которого через второй размыкающий контакт реле соединен с входом инвертора, выход которого соединен с входом квантователя по времени, выход частотно-зависимого элемента через второй замыкающий контакт реле соединен с входом квантователя по времени. СО ю сд о o

i