Генератор случайного процесса Советский патент 1985 года по МПК G06F7/58 

I . 1 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть испольэ.овано при моделировании цифровых (двоичнокодовых) и аналоговых случай ных процессов. Известен генератор случайного про цесса, работа которого, основана на функциональном преобразовании первич ного случайного процесса, содержащий источник шума, блок функциональных преобразователей и переключатели Щ; Недостатком этого генератора явля ется невысокая точность приближения к требуемому закону распределения из-за технических трудностей задания характеристики нелинейного функционального преобразователя и отсутстви цифрового (дврично-кодового). выхода. Известен генератор случайного -про цесса с цифровым выходом, содержащий источник случайного потока импульсов выход которого через элемент и подключен к входу равновероятностного двухполюсника, выходы которого соеди нены соответственно со счетным входом, счетчика и через регулируемый делитель частоты со входом Сброс счетчика, единичные выходы разрядов которого являются многоразрядным выходом генератора, при этом выход младшего разряда делителя частоты является знаковым выходом генератора 2. Известный генератор формирует случайный цифровой процесс с нормапь ным .и равномерным распределениями. Недостатком данного генератора является разрывный характер случайно го процесса из-за сброса состояний счетчика в нуль... Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является генератор, равномерно распределенных случайных величин, содержащий реверсивный счет чик, выход которого соединен с входа ми первого и второго дешифраторов и входом цифроаналогового преобразователя, генератор тактовых импульсов первый выход которого соединен с вхо дом генератора бинарного шума, а второй выход - с первыми входами пер вого -и второго элементов И, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выходы дешифраторов через элемент ИЛИ соединены со счетным входом триггера, выход 3 которого соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом генератора бинарного .шума, а выход соединен с вторым входом первого элемента И и через элемент НЕ - с вторым входом .второго элемента И. Этот генератор прост по устройству, в нем наряду с аналоговым выходом имеется цифровой (двоичный) выход/ 3 7. Однако известньм генератор позволяет формировать случайный процесс только с равномерным распределением мгновенных значений. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора за счёт формирования случайного процесса с нормальным распределением без снижения точности работы. Указанная цель достигается тем, что в генератор случайного процесса, содержащий, реверсивный счетчик, прямые выходы разрядов которого соединены .с группой информационных входов цифроаналогового преобразователя и входами первого и второго дешифраторов соответственно, выходы которых соединены соответственно с первым и вторьм входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом . триггера, генератор импульсов, вькод которого соединен с первыми входами первого и второго элементов .И., выходы которых соединены соотв.етственно с вычитакицим и суммирующим входами реверсивного счетчика, выход цифроаналогового преобразователя является- выходом генератора, введены генератор пуассоновского потока импульсов и преобразователь код-интенсивность случайного потока импульсов, содержащий генератор импульсов, триггер, первый и .второй элементы И, элемент задержки,, счетчик, стробированный дешифратор, .первый и второй элементы И-ШЩ, выходы которых сое-, динены соответственно с единичным и нулевым входами триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторыми входаьш соответственно первого и второго элементов И, выход генератора пуассоновского потока импульсов соединен. с первь1ми входами первого и второго элементов И преобразователя код-интенсивность случайного.потока импульсов, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов преобразователя код-интенсивность случайного потока импульсов, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход второго элемента И преобразователя код-интенсивность случайного потока импульсов непосредственно соединен с входом стробирования стробированного дешифратора и через элемент задержки - с входом Сброс счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного де- шифратора, выходы которого соединены с первыми группами входов первого и второго элементов И-ИЛИ соответственно, прямь1е выходы разрядов реверсив.ного счетчика соединены с второй. , группой входов первого элемента И-ИЛИ соответственно, инверсные .выходы разрядов реверсивногосчетчика соединены с второй группой входов второго элемента И-ИЛИ соответственно. Сущность изобретения состоит в образовании стохастической дискретной системы, охваченной регулируемой по глубине обратной отрицательной связью между -текущим значением выходногЬ 30 . вого

случайного процесса, и велй.чиной случайных приращений. Благодаря этому предложенный генератор позволяет получать диффузионный процессс нормальной стационарной плотностью вероят- j ностей и случайный процесс с равномерным распределением, что подтверждается результатами теоретического и экспериментального исследований.

На фиг. 1 приведена структурная Q схема генератораi на фиг.2,.- структурная схема преобразователя код-интенсивность случайного потока импульсов/ на фиг.З - временные диаграммы, пояс- няющие работу генератора.: 45

Генератор случайного процесса со- держит генератор 1 пуассоновского;потока импульсов, преобразователь 2 код-интенсивность слу.чайного потока . импульсов, триггер- 3, генератор 4 . о импульсов, первый .5 и второй 6 эле- : менты И, реверсивный счетчик 7, первый 8 и второй 9 дешифраторы, эле- . мент ИЛИ .10 и цифроаналоговый преобразователь 11.55

Кроме того, преобразователь 2 содержит генератор 12 импульсов, триггер 13, элементы И 14 и 15, элемент . .11

подаются соответственно прямой HIHHверсный двоичные кбды текущего состояния реверсивного счетчика 7. В . первом и втором элементах И-ИЛИ 19 и 20 открыты те элементы И, ко.торые. соответствуют р азря:дам управляющих кодов, содержащим единицы. На зыходах первого 19 и второго 20 элементов И-ШШ формируются прямой и дополнительный пуассоновские потоки импульсов (фиг.З а, б). Эти потоки воздействуют соответственно на единичный и нулевой входы триггера 3. На выходах триггера 3 формируется прямой и инверсный в общем случае Несимметричный случайный процесс с двумя состояниями (1.0) и непрерывным временем (фиг..З в, г). Параметры процесса являются линёйш о 1И функциями текущего состояния реверсивного счетчика 7.

Генератор 4 вырабатывает периодическую последовательность импульс.ов с частотой F. Первый и второй элементы И 4 и 5 совместно с тр иггером 3 вьтолняют роль вероятностного распределителя (коммутатора) импульсов генератора 4 по двум входам (-), (+) 034 16 задержки, счетчик 17, стробированный дешифратор 18, первьй 19 и второй 20 элементы И-ИЛИ. Генератор работает следующим образом. Пуассоновский поток, выраб.атываемый генератором 1, поступает на вход преобразователя 2. С помощью элементов И 14 и 15, управ пяемых сигналами триггера 13, работающего .в режиме пересчета импульсов генератора 12, входной поток разделяется на два независимых потока с равными интенсивностями. Счетчик 17 подсчитьшает импульсы первого потока на случайных интервалах между импульсами второго потока, В моменты опроса стробированного дешифратора 18. импульсами второго потока счетчик 17 находится в состояниях ,1,2,... Б результате импульсы .второго потока распределяются по выходам деЩифратора 18 и образуют независи 4Е 1е потоки... На первый и второй управлякидие входы преобразователя 2, а следовательно, и на управляющие входы -пер19 и второго 20 элементов И-ИЛИ реверсивного счетчика 7 (фиг.3д,е). В зависимости от численного значения отношения характер . случайных приращений состояния реверсивного счетчика 7 различен. При у 10 имеют место единичные вероятностные приращения, при у 0, червдующиеся по знаку приращения (i 4 К) в виде групп импульсов (унитарного кода), число которых в группах случайно . Величина групповых приращений (iiK) пропорциональна : случайным длительностям ИМПУЛЬСОВ и пауз процесса и частоте импульсов ге нератора 4, За счет введения в генератор случайного процесса отрицатель Ной обратной связи величины (+ЛК) групповых приращений состояния реверсивного счетчика 7 являются фун кцией ординаты выходного случайного .процесса/Чем больше абсолютная вели чина разности /г - K(t)/, тем меньш величина (вероятность) приращеШ в направлении, уйеличиванядем эту разность. Блгагодаря этому в предложенном генератора при конечной ёмкости реверсивного счетчика 7 быстро устанавтгавается случайный процесс со Стационарным распределением (фиг.3,з Оценка характеристик случайного процесса производилась экспериментал ным путем. Установлено, что генератор, содержащий 8-разрядный ревёрсивньй счетчик 7, формирует процесс с HOpMajjbHbiM распределением уже при У 0,15. При значениях f , находящихся в пределах от 0,15 до 10, среднеквадратическое отклонение d меняется в пределах от У ответственно . При значениях, у i 0,01 генератор формирует случайный процесс с равноMepHtiM распределением, т.е. выполняет функцию генератора-прототипа. По достижении реверсивньм счетчиком 7 крайних состояний (1,1,1,,.., 1, 0,0,0...0) на выходе соответствующе-, го дешифратора 8 и 9 появляется импульс, который через элемент ИЛИ 10 поступает на счетный вход триггера,3 и изменяет его состояние на противоположное. В результате импульсы генератора 4 поступают на другой вход реверсивного счетчика 7 и тем самым исключаются случаи его переполнений. Технико-эконо шческий эффект предложенного генератора заключается в том, что благодаря введению регулируемой по глубине отрицательной обратной СВЯ13И, реализуемой с помощью преобразователя код-интенсивность случ йного потока импульсов, генератор формирует случайные процессы с нормальным и равномерным распределением, что существенно расширяет область его применения по сравнению с генератором-прототипом.

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий реверсивный счетчикj прямые выходы разрядов которого сое- динены с группой информационньгх входов цифроаналогового преобразователя и входами первого и второго дешифраторов соответственно, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, выход которого соединён со счетным входом триггера, генератор импульсов, выход лсоторого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выхЬды которых соединены соответственно с вычитакщим и суммиругацим входами реверсивного счетчика, выход цифроаналогового преобразователя является выходом генератора, о т л и ч а ю щ :И и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет получения нормалького распределения, в него введены reHepa тор пуассонрвского потока импульсов и преобразователь код-интенсивность случайного -потока импульсов, содер- генератор импульсов, триггер, первый и второй элементы И, элемент задержки, счетч -, стробированный дешифратор, первый и второй элементы И-ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с единичными нулевым входами триггера, прямой и инверсный вькоды которого соединены с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход генератора . пуассоновского потока и nпvльca соединен с первыми входами первого и второго элементов И преобразователя код-интенсивность случайного потока импульсов, вторые.входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, счетный . вход которого соединен с выходом генератора импульсов преобразователя код-интенсивность случайного потока . импульсов, выход первого элемента И соединен со счетным входом счетчика, выход второго элемента И преобразователя код-интён- . сивность случайного потока импульсов непосредственно соединен с входом стробирования стрвбированного 1 дешифратора и через элемент эадержки -с входом Сброс счетчика,, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов строби:о рованного дешифратора, выходы которого соединены с первыми группами вхо-: дов первого и второго элементов И-ИЛИ соответственно, прямые выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с второй группой входов первого элемента И-ШШ соответственно, инверсные выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с второй группой входов . второго элемента И-ШШ соответственно.

V

4l

Фиг.З