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

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при формовании простейшего марковского процесса с двумя дискретными состояниями.

Известен генератор случайной марковской последовательности импульсов, содержащий первый и второй радиоактивные элементы, функционально связанные с первым и вторым поглощаю ЩЩ1И экранами, выходы которьк через соответствующие детекторы соединены соот ветственно с двумя входам формирующего каскада, выполненного на триггере. Этот генератор позволяет формировать марковский процесс с двумя дискретными состояниями (0,1), характеризующийся зкспоненциальньм распределением длительностей импульсов и пауз, 1 .

Недостатком известного генератора является его сложность из-за применения двух радиоактивных элементов, большой объем электронного оборудования и невысокая.точность управления параметрами случайного процесса.

Известен вероятностный вентиль, в котором формируется дискретньш случайный процесс с двумя состояниями (0,1), содержащий первый и второй датчики случайных потоков импульсов, выходы которых соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, выход кото рого подключен к управляющему входу элемента И 2 .

Однако в таком устройстве точность управления параметрами невысокая из-за ручной регулировкии . возможного дрейфа интенсивностей

датчиков случайных потоков импульсов I

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является генератор случайного пото- ка импульсов, содержащий датчик пуассоновского потока импульсов, выход которого через линию задержки соединен со счетным входом счетчика, непосредственно соединен с управляющим входом стробированного дешифратора и через элемент задержки т с установочным в О входом счетчика, соединенного с дешифратором, выходы которого через элементы И группы соединены с входами элемента ИЛИ соответственно, выход которого является выходом генератора, а управляющие входы элементов И группы соединены с единичными выходами соответствующих разрядов регистра упФавляющего кода. Известный генератор формирует управляемый с помощью цифрового двоичного кода пуассоновский поток импульсов 33.

Недостатком известного генератора являются ограниченные функциональные возможности, так как он не позволяет формировать марковский процес с двумя состояниями, и сложность его устройства, обусловленная необходимостью использования линии задержки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей генератора за счет формирования дискретного марковского процесса с д&умя состояниями и упрощение устройства генератора за счет сокращения объема электронного оборудования без снижения точности его работы путем исключения сложной по реализации линии задержки.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе случайного процесса, содержащем первый датчик пуассоновского потока импульсов, элемент задержки, выход которого соединен с установочным входом счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, стробирующий вход которого соединен с входом элемента задержки, выходы стробированного дешифратора соединены с первьми входами соответствующих элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И первой группы соединены с соответствующими входами первого элемента ИЖ, введены второй датчик пуассоновского потока импульсов, вторая группа элементов И, второй элемент ИЛИ, триггер и блок выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсой, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго датчиков пуассрновских потоков импульсов соответственно, а первый и второй . выходы блока вьфавнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов соединены с входом элемента задержки и счетным входом счетчика соответственно, первые входы элемен тов И второй группы соединены с соответствующими выходами стробированного дешифратора, вторые входы элементов И второй группы соединены с нулевыми выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И второй группы соеШинены с входами второго элемента |ИЛИ соответственно, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с единичным и нулевым входами тригг ра соответственно, единичный выход которого является выходом генератор На фиг. 1 представлена структурная схема генератора; на фиг. 2 структурная схема блока выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов. Генератор случайного процесса со держит первый 1 и второй 2 датчики пуассоновских потоков импульсов, бл 3 выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов, элемент 4 задержки, счетчик 5, стробирующий дешифратор 6, первую 7 и вто рую 8 группы элементов И, регистр 9 кода, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, триггер 12. Первый 1 и второй 2 датчики пуас соновского потока импульсов могут быть выполнены по типовой схеме. содержащей последовательно соединенные источник шума, усилитель, порого вый элемент и формирующий каскад. Блок 3 выравнивания интенсивносте двух случайных потоков импульсов может быть вьшолнен и виде логической схемы преобразования двух случайных потоков импульсов с произвольными интенсивностями в потоки импульсов с равной интенсивностью. . Блок 3 выравнивания интенсивносте двух случайных потоков импульсов содержит высокочастотный генератор 13, триггер 14, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 элементы И, первый 19 и второй 20 элементы ИЛИ, Частота генератора 13, определяющая, частоту переключения триггера 14 устанавливается на один порядок выше наибольшей интенсивности одного из двух потоков. При этом производится равновероят ное распределение импульсов потоков 54 по выходам четырех элементов И (15 - 18), при котором формируются независимые пуассоновские потоки на выходах соответствующих элементов И. С учетом перекрестных связей между выходами элементов И (16, 17) и входами элементов ИЛИ- (19,20) на входах последних образуются потоки с равными интенсивностями. Счетчик 5 представляет собой последовательную цепочку триггеров, работающих в счетном режиме. Стробированный дешифратор 6 может быть выполнен в виде дешифратора с потенциальными выходами и группы управляемых ключей, обеспечиванщих прохождение имлульсов опроса на один из выходов стробированного дешифратора 6 в соответствии с текущим состоянием счетчика 5. Регистр 9 представляет собой группу элементов памяти, в которых содержится значение управляющего кода, представленного в виде воичной правильной дроби. Генератор работает следующим обраэом. С помощью блока 3 выравнивания пуассоновские потоки импульсов датчиков 1 и 2, имеющие в общем случае разную интенсивность, преобразуются в пуассоновские потоки с равной интенсивностью без нарушения их вероятностных свойств и первоначальцой взаимной независимости. В счетчике 5 регистрируется случайное число импульсов одного пуассоновского потока, которые появляются на случайных интервалах между импульсами другого пуассоновского потока импульсов с той же интенсивностью. Каждый импульс потока, поступающий с первого выхода блока 3, опрашивает дешифратор 6 и через время, необходимое для окончания переходных процессов в дешифраторе 6 (это время задается элементов 4 задержки), гасит содеряснмое счетчика 5. Импульс опроса дешифратора 6 проходит на тот выход дешифратора 6, номер которого соответствует состоянию счетчика 5 в момент опроса. Условные вероятности состояний счетчика 5 в моменты опроса дешифратора 6 определяются известной формулой (4).

В процессе работы генератора импульсы потока с интенсивностью распределяются по выходам дешифратора 6 и образуют непересекающиеся и независимые пуассоновский потоки (4)

В соответствии с установленньм в регистре 9 управлякнцим двоичным кодом будут открыты те элементы И первой 7 (второй 8) группы, которые соответствуют разрядам регистра 9, содержащим единицы.

На вьпсодах первогр 10 и второго 11 элементов ИЛИ, вьтолняющих роль сзп маторов частных потоков, образуются прямой и дополнительный пуассбковскиё потоки импульсов с соответствующими интенсивностями.

(2,;..;ог„л хл

(}

S

i1-x} (2)

-%

где f,CT-0 соответственно прямое и инверсное значения згправляющего двоичного кода, представленного в виде двоичной правильной дроби.

Потоки импульсов с выходов эле.iweHTOB ИЛИ воздействуют соотвётственяо на единичный и нулевой-входа триггера 12. При случайных переключе ниях триггера 12 на его выходе формируеЛя дискретный марковский процесс с двумя состояниями (1,0). В соответствии с известными результатами и с (1) и (2) параметры ip(1) и Р(0) формируемого марковского

процесса определяются только значением управляющего кода

f-x

.

Р(0)

(31

V4

и не зависит от интенсивностей датчиков 1, 2, что свидетельствует о

высокой точности работы предложенного генератора. Интенсивность влияет лишь на масштаб формируемого марковского процесса, определяя параметры (а,Ь) экспоненциального распределения длительностей импульсов Г и пауз V .

-of

lOlfNcie

o((x)Л , -Г70 ,

-fet

u)( , Ь хД , . (41

Таким образом, предложенный генератор по сравнению с Генератором-прототипом, являющимся базовым объектом, имеет расширенные функциональные возможности при сзщественном упрощении его устройства. Он формирует дискретный марковский процесс с двумя состояниями с высокой точностью «Лс , определяемой разрядностью управлякмцего двоичного кода. Замена линии, задержки логическим устройством для выравнивания случайных потоков импульсов повышает регулярность (однородность)

структз ры, ЧТО обеспечивает возмож35 ;

ность выполнения предложенного генератора в виде унифицированного микромодуля на основе интегральной технологии.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий первый датчик пуассоновского потока импульсов, элемент задержки, выход которого соединен с установочным входом счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, стробирующий вход которого соединен с входом элемента задержки, выходы стробированного дешифратора соединены с первыми входами соответствующих элементов И первой группы, вторые входы которых соединены с единичными выходами соответствующих разрядов регистра кода, а выходы элементов И первой группы соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, отличающийся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет придания формируемому процессу свойства марковского процесса с двумя состояниями и упрощения генератора, он содержит второй датчик пуассоновского потока импульсов,вторую группу элементов И, второй элемент ИЛИ, триггер и блок выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульс сов, первый и второй входы которого подключены к вькодам первого и второго датчиков пуассоновских потоков импульсов соответственно, а-первый и второй выходы блока выравнивания интенсивностей двух случайных потоков импульсов соединены с входом, (Л элемента задержки и счетным вхо- дом счетчика соответственно, nepBije входы элементов И второй группы соединены с соответствующими выходами стробированного дешифратора, вторые входы элементов И второй группы соединены с нулевыми выходами соответсТ(Вующих разрядов регистра кода, а выхода элементов И второй группы соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, единичный выход которого является выходом генератора.