Генератор случайной импульсной последовательности Советский патент 1988 года по МПК G06F7/58 

(Г

с

Изобретение относится к импульс- ной технике и может быть использовано для генерирования импульсных последовательностей со случайным пе- риодом следования при исследованиях или испытаниях систем связи, радиолокации и навигадии, а также систем автоматического регулирования.

Цель изобре- ения - повьпиение точности генератора.

На фиг.1 представлена структурная схема генератора случайной импульсной последовательности; на фиг.2 - временные диаграммы его работы; на фиг . 3 - графическое изображение закона распределения значений длительности временных интервалов между импульсами формируемой последовательности.

Генератор случайной импульсной последовательности содержит генератор 1 тактовых импульсов, три двух- входовых элемента И 2.1-2.3, элемент 3 задержки, генератор 4 шума, Т-триг гер 5, одновибратор 6, пороговый элемент 7, RS-триггер 8, два трех- входовых элемента И 9.1 и 9.2, элемент ИЛИ 10 и реверсивный счетчик II

Генератор случайной импульсной последовательности работает следую- щим образомi

В момент подачи питания триггеры 5 и 8 и разрядные триггеры реверсивного счетчика 1I устанавливаются случайным образом. Допустим, что триггеры 5 и 8 устанавливаются в нулевое состояние (фиг.2ж,е), а в реверсивном Счетчике 1I записан случайный код Kg. Тактовые импульсы длительностью выхода генератора 1 тактовых импульсов (фиг.2а) через элементы И 2.2 и ИЛИ 10 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 11 (фиг.2д), который под- считьюает эти импульсы до момента пе реполнения. Сигнал переполнения реверсивного счетчика 1I, пройдя через элемент И 2.3, появляется на выходе устройства (фиг.2з) и, кроме того, поступрт на вход S RS-триггера 8,

устанавливает его в единичное состояние (фиг.2к), при этом блокируются поступления тактовых импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 11 и сигналов переполнения этого счетчика на выход устройства. С прямого выхода RS-триггера 8 разрешающий сигнал поступает на входы элементов И 2.1, 9.1 и 9.2.

0

5

0 5

0

, 0

0

5

Сигналы с выхода порогового элемента 7 (фиг.2б), период следования которых случаен, поступают через элементы И 9.1 и ИЛИ 10 на суммирующий вход счетчика 11 (фиг.2в,д). Очередной тактовый импульс проходит через элемент И 2.1 и элемент 3 задержки и спустя время Г, устанавливает Т-триггер 5 в единичное состояние (фиг.2ж). С этого момента сигналы с выхода порогового элемента 7 через элемент И 9.2 поступают на вычитающий вход счетчика 11 (фиг.2г). Следующий тактовый импульс, задержанный на время Г, , устанавливает Т-триггер 5 в нулевое состояние (фиг.2ж), при этом срабатывает одно- вибратор 6 и второй триггер 8 уста - навливается в нулевое состояние (фиг.2е), при этом в счетчике II записьшается случайное число К , равное разности между случайным числом сигналов, поступивших на суммирующий вход, а затем на вычитающий вход счетчика I1.

Если в момент подачи питания сое - тояния триггеров 5 и 8 отличны от указанных, то изменятся лишь условия формирования первого (после включения) случайного временного интервала. Однако как только Т-триггер 5 под воздействием тактовых импульсов установится в нулевое состояние, возникнет ситуация, помеченная знаком к фиг.2/ и далее устройство будет функционировать аналогично.

Так как случайный временной интервал между выходными сигналами Т„ ,

о Ьг д

формируется на цифровой основе, он является дискретной случайной величиной Т,,, ( К + 2).Т (величина дискрета равна периоду тактовой серии Т).

Блокирование поступления тактовых 04пульсов на суммирующий вход счетчика 11 в течение двух периодов тактовой серии (фиг.2д), выбор величины задержки Т,,, равной длительности переходных процессов в счетчике II, элементе И 2.3 и RS-триггере 8 в момент переполнения счетчика I1 Cf,, а также обеспечение равенства периоду тактовой серии Т отрезков времени, в течение которых в счетчике II производится суммирование, а затем вычитание сигналов с выхода порогового элемента 7, обеспечивают высокую точность формирования выходной последовательности. Это обусловлено тем, что подсчет случайного числа сигналов по суммирующему и вьми- тающему входам реверсивного счетчи- ка 11 производится в течение одинаковых временных интервалов (стробов Ц+ Ч-)) равных Т, а случайные сигналы формируются одним и тем же источником (последовательно включенны- ми генератором 4 шума и пороговым элементом 1) , поэтому среднее значение их разности Kjj даже при возможных значениях нестабильности элементов 4 и 7 практически равно нулю.

Закон распределения формируемых временных интервалов и его характеристики зависят от следующих факторов емкости реверсивного счетчика 1 1 N 2 .периода следования тактовых импульсов и среднего значения периода следования случайных сигналов Т

Последовательно соединенные генератор А шума и пороговый элемент 7 формируют поток сигналов близкий к пуассоновскому. При этом число сигналов, поступивших в течение стробов t TT и Г Т поочередно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 13, равно

к

P(g-O кТ

Тс.

(1)

где

Разность KQ между числом импульсов, поступивших на суммирующий вход и вычитающий вход f , може быть как положительная, так и отрицательная. Вероятности формирования в счетчике 11 определенной величины К J, (для N lOci, когда вероятность многократного переполнения счетчика за время Т пренебрежимо мала, т.е. 4 5 « N) определяются по формулам

р (. к) z:p(

х.)Р( и - к); Р(.-,. Kt) Z:P(f-

ус.ц

) Р(С+ К - К ),

т.е. такон распределения разности (К симметричен относительно нуля. Этот закон определяют путем вычисления свертки применительно к дискретным случайным величинам.

с ю|5

:20

25 ЗО

35

40

45

50

.Учитьгоая (П , получают

p(.- к;) р(г.-г- - к:)

г 7П -

ехр J

0 х ( К )

При выполнении условий f. случайное число, записанное в реверсивном счетчике 11, равно К , а при , равно N-K. Закон распределения случайной величины Т g,, (ФИГ..З) имеет два максимума значений вероятности (при Т, 2 Т. и Tj,,, (N+2)-T для К N и К О соответственно .

Среднее значение величины Т,

N

равно j / Т . При соотношении емкости счетчика 11 и относительной интенсивности пуассоновского потока , определяемом черавенством N ; 1 О об , закон распределения вероятностей выравнивается и приближается к равномерному за счет многократного переполнения реверсивного счетчика II при подсчете импульсов с выхода порогового элемента 7 как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания .

Формула изобретения

Генератор случайной импульсной последовательности, содержащий генератор тактовых импульсов, два элемента И, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, генератор шума, выход которого через пороговый элемент соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом второго элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он со - держит элемент задержки, третий, четвертый и пятый элементы И, одно- вибратор, Т-триггер и RS-триггер, выход генератора тактовых импульсов соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выход третьего элемента И через элемент задержки соединен с входом Т-триг- гера, прямой выход которого подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого соединен с вторым входом первого элемента И, с прямым выходом RS-триггера и подключен к второму входу третьего элемента И, инверсный выход Т-триггера соединен с третьим входом первого элемента И и с входом одновибратора, выход которого соединен с входом обнуления RS-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым вхо23186

дом четвертого элемента И,выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход реверсивного счетчика подключен к первому входу пятого элемента И, второй вход которого соединен с вторым входом четвертого элемента И, выход пятого элемента И является выходом генератора случайной Q импульсной последовательности и

подключен к входу установки RS-триггера.

Изобретение относится к импульс-- ной технике и может быть использовано для генерирования импульсных последовательностей со случайным периодом следования при исследованиях или испытаниях систем связи, радиолокации и навигации, а также систем автоматического регулирования. Цель изобретения - повышение точности генератора. Цель достигается введением в генератор элемента задержки, элементов И, одновибратора, Т-триг- гера, К5-триг1 ера. Повьппениая точность формирования вьсходной случайной импульсной последовательности выражается в обеспечении стабильности среднего значения периода следо- вания выходных сигналов, достигаемой за счет обеспечения равенства среднего числа импульсов, попеременно поступающих то на суммирующий, то на вычитающий вход реверсивного счетчика. 3 ил. с ф

ыг. 1

Фиг.2