Генератор случайного процесса Советский патент 1986 года по МПК G06F7/58 

«. 12

H3o6jjeTeHHe относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитационно- моделирующей аппаратуры для решения. задач исследования и оптимизации структурно-сложных систем, при создании автоматизированных систем испытания на вибрационные, акустические и другие воздействия.

Цель изобретения - повьшение точ- кости воспроизведения требуемых функций спектральной плотности мощности формируемых случайных процессов.

Па чертеже представлена структурная схема генератора.

Генератор содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, первый 3, первый сумматор 4, первый блок 5 памяти, умножитель 6, второй сумматор 7, регистр 8 памяти, второй счетчик 9, схему 10 сравнения второй блок 11 памяти, датчик 12 случайных чисел, триггер 13, вьгчитатель 14 и третий блок 15 памяти.

Генератор работает следующим образом,

Генерируемый случайный процесс представляет собой сумму (композицию элементарных процессов (наслоений), , из которых состоит .из (склеенных) отрезков равной длины одной периодической функции (базовой функции процесса) со случайными начальными фазами, модулированных по амплитуде регулярной огибающей функцией с периодом повторения, равным длительности отрезков элементарных процессов.

. Базовая функция процесса задается N дискретными отсчетами, записьтае- мыми в блок 5 памяти. Форма огибаю- щей (модулирующей) функции определяется настройкой третьего блока памяти 15. Формирование процессов можно представить как последовательность непрерывно следующих циклов, на каждом из которых за V тактов вычисляется один отсчет формируемого процесса путем суммирования с помощью накапливающего сумматора 7 V произведений отсчетов базовой функции на значения отсчетов огибающей функции. Адреса счетьшаемых на i-x тактах из блока 5 памяти отсчетов базовой функции формируются путем прибавления к состоянию счетчика 3, изменяющемуся от цикла к циклу на одну единицу, кодов случайных фаз наслоений, счи

0

5

тываемых из i-x ячеек блока 11 памяти по адресам, формируемым счетчиком 9, состояние которого изменяется от нуля до V за один цикл. Коды случайных фаз формируются датчиком 12 случайных чисел, смена фазы отрезка базовой функции i-ro наслоения осуществляется на i-ом такте некоторого цикла вычисления записью в i-ю ячейку блока. 11 памяти нового случайного числа, момент ы смены фаз определяются по состояниям счетчиков

3и 9 с помощью схемы сравнения. Номера отсчетов огибающей функции вычисляются как разность по модулю N-состояний счетчика 3 и счетчика 9.

Очередной цикл вычисления начинается после выработки на выход.е делителя 2 ч.астоты импульса, ПО которому в регистр 8 записьшается с выхода накапливающего сумматора 7 вычислений на предьщущем цикле отсчет формируемого процесса, накапливающий сумматор 7 обну.шется, триггер 13 устанавливается в единичное состояние, состояние счетчика 3 увеличивается на единицу. Единичное состояние тригге- ра 13 разрешает работу накапливающего сумматора 7 и счетчика 9, который кн.ачалу цикла находился в нулевом состоянии.Из нулевой ячейки блока 11 памяти считывается код, задающий случайную фазу отрезка базовой функции нулевого наслоения, и суммируется с кодом состояния счетчика 3. По вычисленному на выходе сумматора

4адресу из блока 5 памяти считывается код отсчета базовой функции

и умножается на код отсчета огибающей с выхода третьего блока 15 памяти. Номер отсчета огибающей форми руется на выходе вычитателя 14 как разность по модулю N состояния счетчика 3 и счетчика 9. По вырабатываемому генератором 1 очередному тактовому импульсу полученное произведение прибавляется к состоянию накапливающего сумматора 7 (нулевому к началу цикла), состояние счетчика 9 увеличивается на единицу. По адресу, определяемому состоянием счетчика 9, из блока 11 памяти считывается код, задающий фазу следующего наслоения, и прибавляется к состоя- 5 нию счетчика 3. По вычисленному адресу из блока 5 памяти новый код отсчета базовой функции умножается на новый код огибающей, полученное

0

5

0

5

0

произведение прибавляется к состоянию накапливающего сумматора, состояние счетчика 9 увеличивается на единицу. Последовательность описанных тактов вычисления повторяется, при этом состояние счетчика 9 после- доват льно увеличивается, в сумматоре 7 накапливается значение отсчета формируемого процесса как сумма произведений отсчетов базовой функции на отсчеты огибающей функции. При достижении счетчиком 9 максимального состояния, на его выходе переполнения вырабатывается сигнал, по которому триггер 13 устанавливается в .нулевде состояние, запрещающее изменение со стояния сумматора 7 и счетчика 9, который устанавливается в нулевое состояние, в котором находится до следующего цикла вычисления.

Последовательность описанных -циклов повторяется через интервалы вре-

пульсов на вькоде делителя 2 частоты На каждом цикле состояние счетчика 3 увеличивается на единицу. При этом на i-x тактах последовательно вьшол- няемых циклов считьшаются последовательно отсчеты базовой функции из блока 5 памяти по последовательно циклически изменяющи1 ся адресам, равным сумме состояний счетчика и считьюаемого на i-ом такте кода из блока 10 памяти. Коды отсчетов базовой функции умножаются на формиру- емые на выходе третьего блока 15 памяти коды отсчетов огибающей, номера которых, равные -разности состояния счетчика-3 и счетчика 9, циклически последЪвательно изменяются на i-x тактах последовательно вьшолня- емых циклов вычисления. Т.е. на последовательно выполняемых циклах производится вычисление суммы формируемых в режиме разделения времениV отрезков базовой функции процесса, модулированных огибающей функцией, с соотношениями фаз, определяемыми кодами, считываемыми из блока 11 памяти. ,

Рассмотрим процедуру смены фаз отрезков базовой функции. Пред-поло- жим, что разрядности счетчиков 3 и 9 и схемы 10 сравнения равны, емкость блока 5 памяти, определяющая количество отсчетов задания периода базовой функции N равны 2 где К - разрядность счетчика 3.

10

S

20

25

30

40

35 5

0

5

Запись в блок 11 памяти нового случайного числа происходит при выработке на выходе схемы 10 сравнения сигнала равенства состояний счетчиков 3 и 9. Так как счетчик 9 является формирователем адресов фаз и его состояние изменяется от нулевого до максимального один раз в течение каждого цикла вычислений, а состояние счетчика 3 изменяется от цикла к циклу на единицу, на одном цикле возможно изменение значения фазы только одного наслоения, с номером, равным состоянию счетчика 3. При этом, если состояния счетчиков 3 и 9 сравниваются в естественном по- рядке (i-й разряд счетчика 3 с i-ым разрядом счетчика 9) смена фаз наслоений происходит за V последовательно выполняемых циклов формирова ния процесса при изменении состояния счетчика 3 от нуля до V..

Поскольку номера отсчетов огибающей i-ro наслоения равны разности состояния счетчика 3 и номера наслоения i, последовательности номеров отсчетов огибающих и, следовательно, и сами огибающие отрезков базовой функции каждого наслоения имеют относительный сдвиг, равный относительному сдвигу момента смены фазы этого наслоения. Причем в момент изменения фазы i-ro наслоения отсчет фазовой функции этого наслоения умножается на нулевой отсчет огибающей. Таким образом, если назвать отсчет огибающей с номером нуль ее началом, то можно сказать, что начало огибающей отрезка базовой функции каждого наслоения совпадает с моментом смены фазы этого наслоения (с началом отрезка базовой функции), длина отрезка базовой функции .и огибающей равна N отсчетов.

Порядок смены фазы отрезков базовой функции наслоений можно изменить, изменив порядок сравнения состояний счетчиков 3 и 9. Интерес представляет двоично-инверсный порядок сравнения, когда i-й разряд счетчика сравнивается с K-i-ым разрядом другого, т.е. разрядные выходы одного счетчика соединяются с разрядными входами схемы 10 сравнения в естественном (прямом) порядке, а другого счетчика - в обратном. При этом разрядные выходы счетчика 3 соединяются с входами вычитателя 14

в прямом порядке, а выходы счетчика 9 соединяются с разрядными рходами вычитателя 14 - в обратном порядке. ;Предлагаемый способ сравнения позволяет максимально разнести моменты смены фаз наслоений.

Формула изобрет е н и я

Генератор случайного процесса, содержаний генератор импульсов, первый счетчик, делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - со счетным входом первого счетчика, первый блок памяти, первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом счетчика, а вьлход - с адресным входом блока памяти, регистр и второй сумматор, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора импульсов, вход обнуления объединен с входом синхронизации регистра, а выход соединен с информационным входом регистра, выход которого является выходом устройства, схему сравнения и второй счетчик, счетньй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а информационный выход - с первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом первого счетчика, второй блок памяти, выход которого

Редактор С,Патрушева

еоставитель И,Столяров Техред Л,Сердюкова

Заказ 4824/48

Тираж 671 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул,Проектная, 4

256022«

соединен с вторым входом первого сумматора, адресный вход второго блока памяти соединен с информационным

выходом второго счетчика, а вход уп- 5 равления записью - с выходом схемы сравнения, датчик случайных чисел, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с информационным входом

10 второго блока памяти, триггер, вход обнуления которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, вход установки в единицу - с выходом делителя частоты, а выход - с входом

15 разрешения суммирования второго сумг матора и входом начальной установки второго счетчика,.отлич аю- щ и и с я тем, что, с целью повьше- ния точности воспроизведения требу20 емых функций спектральной плотности мощности формируемых слзгчайных процессов, дополнительно содержит вы- читатель, третий блок памяти и умножитель, первый вход которого соеди-

25 нен с выходом первого блока памяти, второй вход - с выходом третьего блока памяти, а выход - с информационным входом второго сумматора, вход уменьшаемого вычитателя соединен с

30 информационным выходом первого счетчика, вход вычитаемого - с выходом второго счетчика, а выход - с входом третьего блока памяти.

Корректор А,0бручар

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитацион- но-моделирующей аппаратуры. Решаемая изобретением задача - генерирование случайного процесса с заданной функцией спектральной плотности. Целью изобретения является повышение точности воспроизведения требуемых функций спектральной плотности мощности. Генератор случайного процесса содержит генератор импульсов, делитель частоты, первый и второй счетчики, первый и второй сумматоры, регистр памяти, первый, второй и третий блоки памяти, датчик случайных чисел, триггер, вычитатель. Формируемый устройством случайный процесс представляет собой сумму зле- ментарнмх процессов, каждый из которых состоит из отрезков равной длины одной периодической функции (базовой) со случайными начальными фазами, модулированных по амплитуде огибающей функцией с периодом повторения, равным по длительности отрезков злементарных.процессов. Формирование процесса можно представить как последовательность непрерывно следующих циклов, на каждом из которых за V тактов вычисляется один отсчет формируемого процесса путем суммирования с помощью второго сумматора V произведений отсчетов базовой функции на значения отсчетов огибающей функции. Адреса считываемых на i -х тактах из первого блока памяти отсчетов базовой функции формируются путем прибавления к состоянию первого счетчика кодов случайных фаз наслоений, считываемых из i-х ячеек второго блока памяти по адресам, формируемым вторым счетчиком, состояние которого изменяется от нуля до V за один цикл. Коды случайных фаз ,формируются датчиком случайных чисел, смена фазы отрезка базовой функции i-го наслоения осуществляется на i-м такте некоторого цикла вычисления записью в i -ю ячейку второго бло; ка памяти, моменты смены фаз определяются по состоянию первого и второго счетчиков с помощью схемы сравнения. Номера отсчетов огибающей функции вычисляются как разность по моду- лю состояний первого и второго счетчиков. 1 ил. с 9 (О N9