Генератор случайных процессов Советский патент 1979 года по МПК G07C15/00 G06G1/02 

(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

, , -1 Изобретение относится к области вычислительной техники и может бьать использовано в качестве блока модул ной ЭВМ, специализированного блока универсальнрй ЭВМ, задающей аппарат ры для воспроизведения случайных про цессов с заданной спектральной плот ностью мощности при исследовании на дежности с помощью вибростендов. , Известны генераторы случайных про цессов . Один из известных генераторов случайных процессов содержит ис точник шума, сигналы с выхода которого через полосовые фильтры поступают на входы сумматора, выход которого являе-тря выходом генератора. Этот генератор характеризуется наличием дрейфа у аналоговых фиЛьтрс®, зависимостью результатов работы от нестабильности реактивных элементсш схемы и особенно генератора белого шума, низкой технологичностью изготовления, трудоемкостью настройки,. а также сложностью и высокой стоимостью фильтров, особенно при высоких требованиях к качеству и крутизне амплитудно-частотнЪй характеристики 1 . Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являетс (Генератор случайных процессов, содержащий первый и второй цифровые фильтры, сумматор,выход которого соединен с входом цифрбаналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, исто«1ник шума, выход которого подключен к входам (п+1) аналоготых фильтров, выходы которых соединены с входами (п+1) аналого-цифровых преобразов ателей соответственно, в;ыходы первого аналого-цифрового преобразователя подключены к входам первого цифрового фильтра соответственно, выходы которого подключены к первой группе входов сумматора соответственно, блок синхронизации, выход которого подключен k ynjpaBляющим входам сумматора, аналогО-цифровь1х преобразователей и цифровых фильтров 2. Недостатком этого генератора является его аппаратурная избыточность. Целью изобретения является упрощение генератора. Для дос т1жения поставленной цели генератор содержит счетчик, дешифратор, группу элементов НЕ, п регистров динамической памяти, п групп элементов И, m элементов ИЛИ, выходы которых подключены к входам второго цифрового фильтра соответственно, а входы элементов ИЛИ подключены к вы ходам п групп.элементов И соответст венно, первые входы которых подключены к выходамп аналого-цифровых пр образователей, а вторые входы объед нены с входами группы элементов НЕ подключены к выходам дешифратора соответственно, входы которого соединены с выходами счетчика соответственно, вход которого подключен к вы ходу блока синхронизации, выходы вто рого цифрового фильтра подключены к первым входам п регистров динамичес кой памяти, вторые входы которь х под ключены к выходам группы элементов НЕ, а выходы - к п группам входов сумматора соответственно, На фиг. 1 приведена блок-схема ге нератора; на фиг. 2 и на фиг.З приве дены временные диаграммы работы гене ратора . Генератор содержит источник 1 шу:ма, выкол которого через аналоговые .фильтры 2, аналого-цифровые преобразователи 3, группы 4 элементов И, элементы ИЛИ 5, цифровые фильтры 6, |регистры 7 динамической памяти к сумматор 8 подключен к входу цифро|аналогового преобразователя 9. Кроме |того, другие .входы групп 4 . элемен тов. И через группу 10 элементов НЕ подключены к другим входам регистров 7 динамической памяти и через дешифратор 11 подключены к выходзМ счетчика 12, вход которого объединен с управляющими входами блоков 3, б, 8 и подключен к выходу блока 13 синхронизации. Значение п определяется требуемой точностью воспроизведения заданной спектральной плотности мощности. Раз рядность входной и выходной информации, поступающей на цифровой фильтр и получаемой на его выходе в данном случае равна т(для реальных устройст га 8 - 14). Однако в некоторых случаях входная и выкодная информация может иметь различную разрядность , В качестве входной информации часто использьтот генераторы равновероятной двоичной цифры, в этом случае m для ;входной информации равняется единице т.е. инфорг.5ация одноразрядна. : Работает устройство следующим образом,.. . Блок 13 синхронизации генерирует тактовую частоту, которая синхронизирует работу всех цифровых блоков,аналого-цйфроЕЕах преобразователей 3, цифрозэых фильтров 6 и сумматора 8, а также, поступает на вход п-разрядного двоичного счетчика 12. По перед нему фронту импульсов тактовой часто ты с некоторой задержкой, определяемой временем необходйьв 1м для занесения очередного отсчёта значения белого шума, начинает .работу цифроврй фильтр 6 как первый, так и второй (фиг, 2а,6,в). По истечении времени , т.е. до прихода очередного тактового импульса, на выходе цифровых фильтров появляетсяочередной отсчет случайного полосового процесса, причем на выходе первого фильтра в каждом такте получается новый отсчет случайного процесса .по первому каналу, а на выходе второго Фильтра отсчеты по остальным п каналам. Отсчеты по второму каналу появляются с частотой в два раза меньше чем по первому, по третьему в четыре раза меньше, по четвертому в восемь раз . и т.д. . Как видно из фиг. 2, первый фильтр работает в интервалы времени Т,, t, 2 , f5 и т,д, по второму каналу второй фильтр работает в моменты времени от г, . и т.д. (фиг. 2в), по третьему каналу второй фильтр работает в ,,t (), г и т.д. (фиг„ 2г), по четвертому - в tg, Т, , .... и т.д. (фиг. 2д) . По приходу очередного тактового импульса на фильтр. 4 вырабать№ается серия импульсов, необходимая для выполнения всех операций для определения очередного значения выходного случайного процесса. Процесс определения Очередного значения включает ряд операций,таких как сложение, умножение и т.д. Приформировании очередного выходного .значения фильтр прекращает свою работу и ждет очередного тактового импульса. Тактовые импульсы, кроме того, по ступают на первый разряд двоичного п разрядного счетчика 12, который периодически изменяет свое значение от 600...0 до 111.. .1. Состояния первых 4-х разрядов счетчика приведены на временной диаграмме фиг. 3. к единичному выходу первого разряда счетчика подключен первый элемент И дешифратора 11, К входам второго элемента И дешифратора 11 подключен нулевой выход первого разряда и единичный второго разряда счетчика. К входам третьего элемента И подключены нулевые выходы первого и второго разрядов и единичный выход третьего разряда..И наконец, к входам 1-го элемента подключены нулевые выходы . ервых i-1 разрядов счетчика и едиичный i-ro разряда. На выходах элеентов И получаются последовательноси импульсов, изображенных на фиг. 2, оторые подаются на входы группы 10 элементов НЕ и на входы каждой из групп двухвходовых элементов И 4. каждый конкретный такт работы устойства импульс будет на выходе тольо одного из П элементов И дешифрг1ора 11, и в каждьгй такт работы будут ткрыты элементы И только одной из ВУпп 4. По переднему фронту очередного импульса будет занесена инфор.мация только через одну группу, так как каждый такт должен работать толь ко один из п каналов, что следует из фиг. 2, иллюстрирующей алгоритм работы устройства в целом. В следующий такт будет заноситься информация по другому каналу. После выполнения всех действий по определению очередного отсчета одного из п каналов полосовых случайных процессов его значение заносится в соответствующий регистр 7 динамической .памяти, причем в каждый такт запись информации производится только в один регистр динамической памяти. Записывается информация по фронту импульсов, полученных с выходов груп пы 10 элементов НЕ, благодаря чему осуществляется задержка на время рав ное t между занесением нового отсчета белого шума и получением Очерёдного отсчета случайного процесса н выходе второго фильтра. -В это время первый фильтр каждый такт получает новы.й отсчет. белого шума и вычисляет новое значение выходного процесса. Сумматор 8 в каждай такт суммируетсодержимое всех регистров динамической памяти.и очередное значение, полученное первым фильтром, т.е. формирует новое значение дискретного случа;йного процесса со сложным спектром. Яеобходимо отметить, что суммирование осуществляется с определенными весами, которые однозначна определяются эна:чениями коэффициентов усиления К., К и;.т.д. .-...- ,.Необходимо отметить, что цифровые фильтры 6 должны содержать память для хранения текущей входной информа ции. Причем второй фильтр должен содержать память для хранений текущей входной информации по всем п Каналам Поэтому аппаратурные затраты в предлагаемом устройстве на хранение информации не уменьшаются. Экономия аппаратурных затрат и появление возможности увеличения точности задани спектральной плотности мощности получается за счет уменьшения количест ва Цифровых фильтров (без памяти), т.е. их наиболее громоздких операционных частей или арифметических ус гройств. Если в устройстве необхо димов запроизводить гребёнку . фильтров, то в предлагаемом устройс ;ве количество арифметических устройств (АУ) сократится до двух. Дру гими словами, количество арифметических устройств сократится на (п-1 При этом Вводится йеэначительное количество дополнительных схем. Так вместо одного исключенного АУ необходимо ввести m двухвходовых элемен тов И, (ro+l) триггеров, один элемен . Е, один элемент И с количеством ходов, определяемым номером канала (т 8 - 14) и - элементов ИЛИ. Отсюда очевидно, что затраты аппаратуры на порядок и более меньше по сравнению с затратами на арифметическое устройство,. Получаемая экономия оборудования будет тем более высокой, чем больше каналов содержит предлагаемое устройство (обычно п 50-100). Увеличение точности задания требуемого спектра осуществляется за счет значительного увеличения п, которое не лимитируется ни конструктивными, ни стоимостными характеристик,ами, предъявляемьвди к устройствам подобного типа. Значительная экономия аппаратуры и увеличение точности задания требуемого спектра при реализации цифрового хгенератора случайных процессов не влечет за собой изменения других параметров, характеризуквдих устройство, так как алгоритм-получения выходного случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности при этом не изменяется. В реальной аппаратуре кроме октавных иногда применяются полуактавные и 1/3 октавные фильтры. Сокращение аппаратурных затрат возможно и в этсм случае, однако потребуется несколько больше полосовых цифровых фи|льтрав (арифметических устройств). Чём в случае октавных фильтров. Так, Например/для полуак тав ных полос/т.е. использования полуактавных фильтров необходимо только 4, а для случая третБОКтавных - 9 арифметических устройств. Однако и в этом случае выигрыш в .оборудовайии Ьудет значительным, так как общее количес й6 фильтров в цифровых генераторах случайных процессов превышает 60. Поэтому конкретная реализация подобного устройства позволит получить высокие технико-экономические показатели. Формула изобретения Генератор случайных процессов, содержащий первый и второй цифровые фильтры, сумматор, выход которого соединен с входом цифроаналоговог о; преобразователя, выход которого является выходом генератора, источник шума, аbtxод которого подключен к входам (п+1) аналоговых фильтров, выходы которых соединены с входами (п+1) аналого-цифровых преобразователей соответственно, выходы первого аи алого-цй фров ого преобра з ов ат ел я подключены к входам первого цифрового фильтра соответственно, выходы которого подключены к первой группе входов сумматора соответственно.

блок синхронизации, йыход которого подключен к управляющим входам сумматора, аналого-цифровых преобразователей и цифровых фильтров, о т л ич. ющийс я тем, что, с целью упрощения генератора, он содержит счетчик, дешифратор, группу элементов НЕ, п регистров динамической памяти, п групп элементов И и m элементов ИЛИ, выходы которых подключены к входам второго цифрового фильтра соответственно, а входы элементоБ ИЛИ подключены к выходам п групп элементов И соответственно, первые входы которыхподключены к выходам п аналого-цифровых преобразователей, а .вторые входы объединены с входами группы элементов НЕ и подключены к выходам дешифратора соответст:венно, вхОдм которого соединены с выходами

счетчика соответственно, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, выходы второго цифрового фильтра подключены к первым входам п регистров динамической, памяти, вторые входы которых подключены к выходам группы элементов НЕ, а выходы к п группам входов сумматора соответственно.

Маточники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).

n I I i I I I I I i i i II ,

t i, t ij «« tf f 7 f 9 tjo rr n W gp, У I 11 II 11 И И II i it it il II t-t

«, Ь 3 V 5 w f f;j

j rn ГП ri ri rn rn ,

fr«гг„ Г;,

, rimnr,;

.; : ; f . f : ; -.- V .....

:.. X ---:--:.: .

:.- 3/ :. : . . r .

. . , . . . .... .. ipi/1,,2 , , .

Г; I i: 11 :i Т I I I I- I I I ,

t« r 2 J J f 7 5 5 jo rr M и .g, rn i rni ГП

8ь,л.пГ r rn r p |- p ,. . . u . , . .. . .., ,.. .. , . ... . , - .-,:

i.na rn r ,,

., V rn: . r ; ; .. .-V. -:. ;м..Г r вМ.Пу V-- --- -. - . - . :. . . ,/ ; iput.S РП rn r ., - -A- - i -Г :