Генератор случайного процесса Советский патент 1992 года по МПК G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании систем с учетом влияния на них случайных внешних воздействий, при построении стохастических вычислительных и моделирующих устройств, а также при построении автоматизированных испытательных комплексов.

Целью изобретения является расширение области применения генератора за счет обеспечения возможности формирования последовательности импульсных сигналов со случайными параметрами и случайными формами сигналов, выбираемыми из некоторого (заранее подготовленного) набора форм. Набор форм импульсов может быть произвольным, каждая форма является программируемой и вероятность выбора каждой формы управляемая.

Сущность изобретения заключается в том, что в генераторе случайного процесса обеспечивается возможность формирования потока импульсных сигналов, в котором с заданными (управляемыми) вероятностями появляются импульсные сигналы любой требуемой формы (из заранее выбранного набора форм), а параметры отдельных сигналов (амплитуда, длительность основания, полярность, интервал между соседними сигналами) могут быть как случайными, так и детерминированными величинами (в произвольных сочетаниях), причем случайные параметры могут подчиняться любым требуемым функциям распределения вероятностей. Это позволяет существенно расширить класс формируемых случайных процессов и. в частности, формировать случайные процессы с полимодальными функциями спектральной плотности мощности и аппроксимировать случайными импульсными процессами различные реальные внешние воздействующие факторы.

Формирование случайных импульсных потоков с большим числом управляемых параметров сигналов и со случайно выбираемыми формами достигается за счет того, что в блоке памяти, разделенным на зоны, каждая из которых соответствует определенной форме импульсного сигнала, хранятся коды ординат единичных импульсных сигналов различных требуемых форм. С помощью дополнительно введенного датчика случайных чисел, формирующего случайные коды, подчиняющиеся требуемым функциям распределения вероятностей, обеспечивается обращение к зоне памяти, соответствующ ей некоторой форме, в результате чего.в выходном потоке появляется сигнал выбранной формы с заданными вероятностями.

На чертеже представлена структурная схема генератора случайных процессов,

Генератор случайных процессов содержит первый 1 и второй 2 датчики случайных

чисел, элемент И 3, триггер 4, коммутатор 5, первый б и второй 7 блоки деления, генератор 8 импульсов, блок 9 формирования временных параметров, счетчик 10, блок 11 памяти, блок 12 умножения, цифроаналого0 вый преобразователь 13 и модулятор 14.

Первый датчик Гслучайных чисел предназначен для формирования групп кодов, определяющих значения случайных параметров (амплитуды А, длительности основания импульса г и паузы Т), текущего формируемого импульса, причем старший разряд кода, определяющий амплитуду сигнала, является признаком полярности.

Второй датчик 2 случайных чисел предназначен для формирования кода, определяющего номер формы текущего импульса из заданного набора форм, хранимого в блоке 11 памяти в виде кодоб ординат единичных импульсных сигналов.

5 Элемент И 3 предназначен для формирования сигнала опроса датчиков 1 и 2 случайных чисел, который возникает при окончании формирования паузы между импульсами.

0 Триггер 4 предназначен для выработки управляющих сигналов, разрешающих работу блока 11 памяти и определяющих этапы формирования собственно импульсного сигнала (триггер в единичном состоянии)

5 или паузы между соседними сигналами (триггер в нулевом состоянии).

Коммутатор 5 предназначен для организации подключения к информационным входам второго блока 7 деления частоты кодов с второго или третьего выходов датчика 1 случайных чисел, определяющих значения длительности оснований текущего импульса или паузы между соседними сигналами. Первый блок 6 деления частотыобеспе5 чивает формирование опорной последовательности импульсов с определенной частотой в соответствии с масштабами времени при формировании импульсов или пауз между ними.

0 Второй блок 7 деления частоты предназначен для задания скорости заполнения тактовыми импульсами счетчика 10 в соответствии со значениями случайных кодов, поступающих с выхода коммутатора 5 и определяющих значения длительностей сигналов и пауз между импульсами.

Генератор 8 импульсов формирует тактовую последовательность импульсов для синхронизации и управления работой предлагаемого генератора.

Блок 9 формирования временных параметров предназначен для хранения и выдачи кодов, определяющих временные масштабы длительностей импульсов и пауз между соседними сигналами для различных форм импульсов.

Счетчик 10 служит для формировании последовательности адресов, по которым считывается информация из блока 11 памяти.

Блок 11 памяти предназначен для хранения кодов ординат единичных импульсных сигналов различных требуемых форм.

Блок 12 умножения служит для выработки крдов, определяющих текущие значения процесса путем умножения кодов ординат единичныхимпульсов на случайные коды амплитуд текущих импульсов.

Цифроаналоговый преобразователь 13 предназначен для преобразования в аналоговый сигнал последовательности кодов, определяющих текущие значения формируемогопроцесса.

Модулятор 14 полярности преобразует последовательность импульсов постоянной полярности, поступающую от цифроаналогового преобразователя 13, в последовательность сигналов с заданной (различной) случайной полярностью,Генератор случайного процесса работаетследующим образом.

Каждый цикл начинается с формирования вторым датчиком 2 случайных чисел кода номера формы текущего (формируемого) импульса, этот код является управляющим для выработки датчиком 1 случайных чисел групп кодов, определяющих значения случайнь1х параметров (амплитуды, длительности и паузы между импульсами) текущего сигнала Значения параметров импульсов формируются по заданным для каждой формы импульса (управляемым) законам распределения. При формировании длительности импульса триггер 4 находится в единичном состоянии. Разрешающий сигнал с прямого выхода триггера 4 поступает на управляющий вход блока 11 памяти и разрешает его работу. Этот сигнал поступает на управляющий вход коммутатора 5, который обеспечивает поступление на информационный вход второго блока 7 деления частоты кода, определяющего значение длительности текущего импульса. Далее сигнал поступает на младший разряд входа блока 9 формирования временных параметров и разрешает считывание информации из области блока 11 памяти, в которой записаны коды, определяющие временные масштабы длительности импульсов.

На выходе второго датчика 2 случайных чисел зафиксирован код, определяющий номер типа (форму) текущего импульса. Этот код поступает на вход первого датчика 1 случайных чисел и разрешает формирование кодов случайных параметров (амплитуды, длительности основания импульса, паузы между импульсами) соответствующего типа (формы) импульсного сигнала, причем старший разряд кода амплитуды является признаком полярности формируемого импульса.

Код с выхода второго датчика 2 случайных чисел поступает также на один из адресных входов блока11 памяти, разрешая считывание информации из зоны, соответствующей выбранному типу (форме) импульса.

Код номера формы импульса поступает на вход блока 9 формирования еременных параметров, с выхода которого считывается код временного масштаба длительности текущего импульса соот1ветствующей формы. Код временного масштаба длительности сигнала поступает на управляющий вход первого блока 6 деления частоты, на вход которого подается тактовая последовательность импульсов с выхода генератора 8 импульсов.

На выходе первого блока.6 деления частоты формируется последовательность импульсов с 4acTOTOvi обратно пропорциональной кoдakмp масштаба времени длительности импульсов. Эта последовательность импульсов поступает на вход второго блока 7 деления частоты, на управляющий вход которого с выхода коммутатора 5 поступает код 1( , определяющий длительность текущего импульса. Таким образом, на выходе второго блока 7 деления частоты формируется последовательность импульсов, интервалы между которыми пропорциональны коду масштаба времени длительности импульса и случайному коду длительности текущего импульса. Эта последовательность, поступая на счетный вход счетчика 10, обеспечивает выработку адресов с требуемой частотой. Таким образом обеспечивается формирование длительности ямпульса.

r tr-kMr-kr-2

где trb тактовый интервал между импульсами, вырабатываемый генератором 8 импульсов:

КмТ - код масштаба длительностей;

Кг - случайный код длительности импульса;

m - разрядность счетчика 10 адреса.

Далее последовательность кодов с выхода счетчика 10 поступает на адресный

вход блока 11 памяти, на выходе которого вырабатывается последовательность кодов ординат импульса соответствующей формы. Эти коды поступают на первый вход блока 12 умножения, на второй вход которого с выхода датчика Т случайных чисел поступает код, определяющий величину амплитуды текущего импульса. Таким образом на выходе блока 12 умножения вырабатывается последовательность кодов, определяющих форму соответствующего импульса с заданной амплитудой, которая поступает на вход цифроаналогового преобразователя 13. На выходе последнего формируется последовательность импульсов, представляющая собой требуемый процесс, однако все сигналы в нем имеют одинаковую полярность. Импульсный процесс с выхода цифроаналопового преобразователя 13 поступает на информационный вход модулятора 14, на управляющий вход которого поступает старший разряд кода амплитуды, Значение которого (О или 1) определяет полярность текущего (формируемого) сигнала на выходе модулятора 14. Таким образом, на выходе модулятора 14 (который является выходом предлагаемого генератора случайного процесса) форм ируется поток сигналов с требуемыми амплитудами, длительностями и полярностями.

При достижении счетчиком 10 максимального значения на выходе переполне-. ния этого счетчика появляется сигнал, который поступает на вход триггера 4 и по заднему фронту переводит его в противоположное состояние. Этот сигнал поступает на первый вход элемента И 3, но не проходит на его выход, так как до окончания сигнала на втором входе элемента И 3 находится запрещающий сигнал.

Запрещающий сигнал с выхода триггера 4 поступает на управляюи ий вход блока 11 памяти и запрещает считывание информации. Этот сигнал, проходя на управляющий вход коммутатора 5, обеспечивает подачу на вход второго блока 7 деления частоты кода, определяющего длительность паузы формируемого импульсного сигнала. Сигнал с выхода триггера 4 поступает на младший разряд входа блока 9 формирования временных параметров и разрешает считывание кода, определяющего временной масштаб длительности паузы. Таким образом, состояние триггера 4 определяет фазу формирования длительности импульса или паузы между соседними импульсами.

Код с выхода блока 9 формирования временных параметров поступает на управляющий вход первого блока 6 деления частоты, на выходе которого формируется

последовательность импульсов с частотой, обратно пропорциональной коду Кмт -масштаба времени длительности паузы между импульсами. Эта последовательность поступает на вход второго блока 7 деления частоты, на управляющий вход которого с выхода коммутатора 5 поступает код, определяющий длительность паузы. Таким образом, на выходе второго блока 7 деления

0 частоты формируется последов ательность импульсов, интервалымежду которыми пропорциональны кода kt масштаба времени длительности паузы, умноженному на случайный код длительности паузы каждого текущего импульса. Эта последовательность, поступая на вход счетчика 10, обеспечивает формирование адресов с требуемой частотой. Таким образом обеспечивается формирование паузы длительностью

0T trkMTkT-2 ,

где тактовый интервал между импульсами, задаэаемый генератором 8 импульсов: kMT код масштаба длительности паузы;

случайный код длительности паузы;

m - разрядность счетчика 10 адреса. J При достижении счетчиком 10 максимального значения (2) на его выходе формируется сигнал, который поступает на вход

0 триггера 4 и переводит его по заднему фронту в противоположное (единичное) состояние. Этот сигнал проходит на выход злемеита И 3 и, поступая на входы задания значений случайных параметров первого 1

5 и второго 2 датчиков случайных чисел, разрешает следующий этап формирования текущего импульса (с требуемыми амплитудой, длительностью основания импульса и паузой). На выходе второго датчика

0 2 случайных чисел вырабатывается код, соответствующий новому номеру типа (форме) и.мпульса, и процесс формирования сигнала повторяется.

Предлагаемый генератор позволяет

5 формировать последовательность импульсных сигналов произвольных программируемых форм со случайными, распределенными в соответствии с требуемыми законами значениями амплитуд А, длительностей

0 оснований и интервалов между соседними импульсами.

Формула изобретения Генератор случайного процесса, содержащий цифроаналоговый преобразователь,

5 блок умножения, счетчик, первый датчик случайных чисел, коммутатор, триггер, reVieратор импульсов, блок памяти, два блока деления частоты и модулятор, выход которого является выходом генератора, выход гегнератора импульсов соединен с входом

первого блока деления частоты, выход которого подключен к входу второго блока деления частоты, выход которого соединен со счетным входом счетчика, прямой выход триггера соединен с входом управления считыванием блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока умножения, выход которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с информационным входом модулятора, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения области применения генератора за счет формирования сигналов со сяу чайными формами, генератор содержит элемент И. блок формирования временных параметров и второй датчик случайных . выход которого соединен с входом задания значений случайных параметров первого датчика случайных чисел, со старшими разрядами входа блока формирования временных параметров и со старшими разрядами адреса блока памяти, младшие

разряды которого подключены к информационному выходу счетчика, выход переполнения которого соединен с первым входом элемента И и с нулевым входом триггера.

инверсный выход которого подключен к второму входу элемента И, выход которого соединен с входом запуска второго и первого датчиков случайных чисел, первый выход которого подключен к второму входу блока

умножения и к входу управления модулятора, прямой выход триггера соединен с мяадшим .ом входа &пока фo л лpQ6aн ля временных параметров и с упрад яющим входом коммутатора, информа1;1и0н(н1ыёвходы которотс) подкй 0чены к BTepOfyty и третьему выходам nepsbro датчика случайных чисел, выход ком мутатора соединен с управляющим входом второго блока деления частоты, выход блока формирования

временных параметров подключен к управляющему входу первого блока деления частоты.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании систем с учетом влияния на них случайных внешних воздействий, при построении стохастических вычислительных и моделирующих устройств, а также при построении автоматизированных испытательных комплексов. Цель изоб|5етения - расширение области применения за счет формирования сигналов ср случайными формами. В генераторе формируется поток импульсных сигналов, в котором с заданными (управляемыми) вероятностями появляются импульсные сигналы любыхтребуемых форм (из заранее выбранного набора программируемых форм), а параметры отдель-~1з