Генератор случайных сигналов Советский патент 1985 года по МПК H03B29/00 

Изобретение относится к радиоэлект ронике и может использоваться для моделирования постепенных отказов при испытании радиоэлектронной аппаратуры. .

Целью изобретения является повышение точности фортШ ования случайных сигналов с д ;Цан1| м законом распредел§ 1 я

На фиг. , структурная элёр

i4eCKaH QJjei a генератора случайных (Ж напоЪ); на Фиг. 2 - пример вы

уттр.§,8Аения{ на фиг.З и 4 временные диаграммы работы генератора случайных сигналов.

Генератор случайных сигналов (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый регистр 2 сдвига, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, блок 4 управления, двухпозиционный переключатель 5, второй 6 и третий 7 регистры сдвига, элемент 8 совпадения, цифровой сумматор 9, преобразователь 10 код - частота импульсов, первый 11 и второй 12 счетчики, пороговый блок 13, цифроаналоговый сумматор 14, блок 15 управления дисперсией и блок 16 поразрядного сложения.

Блок 4 управления (фиг. 2) содержит элементы ИЛИ 17-20, элементы И 21-25, триггеры 26-29, дешифратор 30 и одновибраторы 31-33.

Генератор случайных сигналов рабо тает следующим образом.

При поступлении импульсов из генератора 1 (фиг. 3q) в первый регистр 2 сдвига в нем генерируется псевдослучайный код. Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3 формирует сигнал обратной связи, поступающий на второй вход первого регистра 2 сдвига. Для этого некоторые фиксированные разделы параллельного выходного кода регистра 2 сдвига поступают на вход элемента ИСКЛШАЮЩЕЕ ИЛИ 3, где производится логическая операция Исключающее ИЛИ над этими разрядами. Сформированный сигнал обратной связи на втором входе регистра 2 сдвига носит псевдослучайный характер, следовательно, и код, который содержится в регистре 2 сдвига (фиг. 381), также будет псев, дослучайным.

Процесс генерации случайного сигнала состоит из двух этапов. Первый э.тап - подготовительный, во Bpetffl которого в генераторе случайных сигналов формируются случайное начальное значение процесса и случайное значение скорости изменения линейной составляющей-процесса.

Второй этап - генерация случайного сигнала.

В первом подготовительном такте (фиг. 3, момент времени t) происходит установка в нулевое состояние регистров 6 и 7 сдвига и счетчика 1 сигналом на выходе импульсов сброса блока 4 управления (фиг. ЗЕ), Во втором подготовительном такте (. 3, момент времени tj) псевдослучайный цифровой код заносится в регистр 7 сдвига (фиг. 3). Для этого на выходе импульсов переключения блока 4 управления вьф.абатывается нулевой уровень сигнала (фиг. Зе), который управляет двухпозиционным переключателем 5 так, что цифровой код с выхода регистра 2 сдвига проходит на второй выход двухпозиционного переключателя 5. Записью цифрового кода в регистр 7 сдвига управляет сигнал на втором выходе импульсов записи кода блока 4 управления (фиг. Зг) В третьем подготовительном такте (фиг. 3, момент tj) по сигналу на первом выходе импульсов записи кода блока 4 управления (фиг. 3) цифровой код с второго выхода двухпозкциоиного переключателя 5 заносится в регистр 6 сдвига (фиг. 3ч). Записью цифрового кода в регистр 6 сдвига управляет сигнал на первом выходе импульсов записи кода блока 4 управления (фиг. За). Таким образом, код С) в третьем регистре 7 сдвига определяет случайное начальное значение процесса, а код С во втором регистре 6 сдвига - случайно Значение скорости изменения линейной составляющей процесса.

В момент t4 (фиг. 3) на выходе импульсов переключения блока 4 управления устанавливается единичны уровень сигнала (фиг. Зе), который переключает двухпозиционный переключатель 5 на вьщачу цифрового кода по первому выходу. Одновременно сигнал на третьем выходе импульсов записи кода блока 4 управления (фиг.. 3li) разрешает прием в счетчик 12 кода с выхода блока 16 поразрядного сложения.

Теперь генерат9Р. готов к- процесс генерации-случаййого сигнала заданной формы. Синхронизация работы блока 4 управления (фиг. А) также как и ре-. гистра 2 сдвига (фиг. 4S) производится cигнaлa и с выхода генералгора Iтактовых импульсов (фиг. 4р). Процесс генерации случайного сиг нала происходит следующим образом. Код Cj (фиг. Aj,) поступает на вход преобразователя 10 код - частота импульсов, на выходе которого появляются импульсы (фиг. 4q) с частото f kvC, , где k - постоянный коэффициент. Эти импульсы поступают в счетчик IIи код NC в нем изменяется во вре мени по линейному закону Nj,(t) k.Cj На временной диаграмме (фиг. 4б) процесс изменения кода в счетчике 1 аппроксимируется сплошной линией, так как число разрядов счетчика 11 может быть выбрано достаточно большим. В то же время случайные значения цифрового кода с выхода регистра 2 сдвига (фиг. 46) через двухпозицион ный переключатель 5 поступают на элемент 8 совпадения. Блок 15 управ ления дисперсией управляет элементом 8 совпадения так, чтобы обеспе чить заданную величину дисперсии сл чайного цифрового кода Cj, проходящего через него. Следовательно, на один вход цифрового сумматора 9 пос тупает случайный код Cf, а на друго вход - случайный код Cj с заданной дисперсией. Прием входных кодов и суммирован в цифровом сумматоре 9 происходит по сигналу второго счетчика 12 (фиг. 4), в котором определяется временной интервал Т между изменениями амплитуды случайного сигнала. Для этого в процессе генерации случайного сигнала код С1 с выхода регистра 2. сдвига (фиг, 4{,) поступа ет на вход разрядов псевдослучайного кода блока 16 поразрядного сложе НИН, на вход разрядов цифрового код которого поступает цифровой код Np с выхода первого счетчика 11 (фиг.4в Выходной код Nj блока 16 поразрядного сложения равен

1, M,

с

® n

ji

Ci

где a - коэффициент преобразования. где GJ; - i-й разряд кода - i-й разряд кода N ; М - разрядность выходного кода N. Блок 16 поразрядного сложения выполнен в виде М одноразрядньк сумматоров, осуществляющих операцию сложения по модулю 2, По сигналу на третьем выходе импульсов записи кода блока 4 управления (фиг, 4ц) полученный псевдослут чайный код NI заносится в счетчик 12 и определяет случайный временной интервал Тj между двумя изменениями амплитуды генерируемого сигнала. С гтой целью на тактовый вход счетчи.ка 12, являющегося вычитающим, поступают импульсы генератора 1 (фиг, 4q) с периодом t. и в момент равенства его содержимого нулю через время 1 Ъ выходной сигнал счетчика 12 (фиг,4ж) разрешает суммирование в цифровом сумматоре 9, -на выходе которого фор-, мируется сумма двух величин C(t). (t) С + Кроме того, выходной сигнал счетчика 12 (фиг. поступает на вход разрешения записи блока 4 управления, который затем формирует на своем третьем выходе импульсов записи кода управлякяций сигнал (фиг. 4,) разрешакщий прием в счетчик 12 нового псевдослучайного кода. Таким образом, код N . имеет заданную дисперсию и случайный закон времени изменения амплитуды, в общем случае определяемый формулой те ((се NC) + i)tn ((Cf ® kCjt) + 1)tn. Использование при разрядном слоении кода, линейно зависящего от времени, позволяет получить псев ослучайную последовательность временных интервалов, независимую от псевдослучайной последовательности мплитуд сигнала. Случайные коды из цифрового сумматора 9 и первого счетчика 11 поступают на входы цифроаналогового сумматора 14, на выходе которого форируется напряжение (фиг, 4) Ueb,) a(N ) + Hp(t)) t - C(t)), t- k С

При достижении V лы заданного уровня и,, в момент tj (фиг. 4) пороговый блок 13 вырабатьшаёт сигнал сброса, и блок 4.управления начинает новый цикл генерации случайного процесса, устанавливая регистры 6 и 7 сдвига и счетчик 11 в нулевое состояние.

Таким образом, случайный процесс ) содержит линейную составляющую со случайным начальным значение и скоростью изменения kCj, а также случайную составляющую С(t) с за:данной величиной дисперсии и заданнь1м законом распределения моментов изменения значений.

Линейная составляющая процесса моделирует процесс постепенного отказа объекта, случайная составляющая Сj(t) - функциональные явления и помехи в процессе.

Предлагаемый генератор случайных

сигналов обладает высокой точностью

за счет применения цифровых схем.

Заданная точность аппроксимации линейного процесса обеспечивается необходимым числом разрядов первого счетчика 11. Диапазон значений случайных временных интервалов задается; числом разрядов второго счетчика 12.

Генератор случайных сигналов вое-, производит случайный процесс, который более точно описывает физические процессы, воздействующие на испытуемые приборы в условиях эксплуатации.

/7

LI Выход ufftry Acof

: I cSpacai ) f Hcei Вход тактавь/аJUlfUL. ВхоЗ ркз реигения

фиг. 2 Второй 8ыхо9 импульсов , за/fucu ffoffff Первьш fbixfd импульсов записи Kodff ВымбВ импуАьсо9 s /TffffeMffveffM Третий 9ых03 инпм1 со8 зетаи cvtfffff ее

Риг.З

FEFIEPATOP СЛУЧАЙНЫХ СИП1А-, ЛОВ, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый регистр сдвига, в цепь обратной связи которого включен элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двухпоэиционный переключатель, элемент совпадения, управляющий вход которого подключен к выходу блока управления дисперсией, цифровой сумматор, цифроаналоговый сумматор и пороговый блок, выход которого подключен к входу сброса блока управления,последовательно соединенные второй регистр сдвига, преобразователь код .частота импульсов и первый счетчик, выход которого подключен к другому входу цифроаналогового сумматора, а также третий регистр сдвига, выход которого подключен к другому входу цифрового сумматора, другой выход двухпозиционного переключателя подключен к информационным входам второго третьего регистров сдвига. при зтом выход импульсов переключения блока управления подключен к управляющему входу двухпозициониого переключателя, первый выход импульсов записи кода - к управлянщему входу второго регистра сдвига, выхоД импульсов сброса - к входам сброса первого счетчика, второго и третьего регистров сдвига, второй выход импульсов записи код9 - к управляющему входу третьего регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью повьоаения точное т формирования случайных сигналов с заданным законом распределения, в него введены последовательно:соединенные блок поразрядного сложения и второй счетчик, при этом выход первого регистра сдвига подключен также к входу разрядов псевдослучайного кода блока поразрядного сложения, вход разрядов цифрового кода которого подключен к выходу первого счетчика, выход генератора тактовых импульсов - к тактовым входам блока Ч Ч управления и второго счетчика, управляющий вход которого подключен к эо третьему выходу импульсов записи ч| кода блока управления, а выход вто-п рого счетчика - к управляющему; вхо|(у цифрового сумматора и к входу разрешен ния записи блока управления, третий выход импульсов, записи кода которого подключен к управляющему входу второго счетчика.