Генератор случайных процессов Советский патент 1980 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к вычислительной технике, технике моделирования и может быть использовано при моделировании реальных случайных процессов. Известен генератор случайных процессов, соцержащий регистр, сумматор по модулю два, фильтры, функциональные преобразователи 1. Недостаток его состоит в том, что он генерирует псевдослучайный сигнал,т.е. ситнал,пов-. торяющийся через большое число тактов. Наиболее близким к предлагаемому является генератор случайных процессов, содержащий задающий генератор импульсов, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления, реверсивный счетчик, клеммы аналогового и цифрового выходов, преобразователь код-аналог, фильтр нижних частот, цифровой компаратор, триггеры, схему совпадения, реверсивный счетчик задания амплитуды, генераторы случайных двоичных последовательностей, регистр сдвига, устройство управления коэффициентом деления, дешифратор, переключатели, устройство управления регистром сдвига 2. Недостаток этого устройства заключается в том, что генерируемый им процесс является узкополосным вследствие представления колебания в виде конечного числа гармоник. Точность представления широкополосного процесса принятой моделью невысока. Цель изобретения - повышение точности и стабильности характеристик процессов. Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайных проп.ессов, содержащий два генератора случайных чисел, счетчик, управляющие входы которых подключены к генератору импульсов, ключ, первый вход которого подключен к выходу счетчика, введены два блока умножения, блок деления, два сумматора, блок вычитания, два квадратора, блок извлечения квадратного корня,, блок памяти, два функциональных преобразователя, второй счетчик и блок деления на два, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого генератора случайных чисел, а выход - со входом первого квадратора и первым входом блока деления, второй вход

которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, а выход соединен с первым входом первого функционального преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго генератора случайных чисел, а выход соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков. Выход первого счетчика подключен ко входу второго счетчика и к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, входы которого подключены соответственно к выходам первого сумматора и блока памяти, выход которого подключен ко входу блока деления на два и второго квадратора, выход которого подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом перво го квадратора, а выход - со входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен со вторым входом блока деления. Вход блока памяти подключен к выходу генератора импульсов. Выход второго сумматора соединен со вторым входом ключа.

На чертеже представлена функциональная схема генератора спучакных процессов.

Устройство содержит генератор случайных чисел 1 управления амплитудой, блок 2 умножения случайного числа на амплитуду, блок 3 деления на два, блок 4 памяти, квадраторы 5 и 6, блок 7 вычитания, блок 8 извлечения квадратного корня, блок 9 деления, функцио-. нальный преобразователь 10 фазы, генератор случайных чисел 11 управления фазой, суммато 12, блок 13 умножения сдвиговых последовательностей, счетчик 14 текущей координаты, счетчик 15 сдвиговых импульсов, генератор 16 импульсов сдвига, функциональный преобразователь 17 гармоник, сумматор 18, ключ 19, выходную клемму 20.

Генератор случайных чисел 1 управления амплитудой подключен ко входу блока 2 умножения случайного числа на амплитуду, ко второму входу которого через блок 3 деления на два подключен выход блока 4 памяти. Выходы блоков 2 и 4 через квадраторы 5 случайной величины 6 и амплитуды подключены к блоку 7 вычитания, выход которого через

блок 8 соединен с входом блока 9 деления, ко второму входу которого подключен выход блока 2 умножения. Выход блока 9 подключен к одному входу функционального преобразователя 10 фазы, ко второму входу которого подключш выход генератора случайных чисел 11 управления фазой. Выход преобразователя 10 подключен к одному входу сумматора 12, ко

второму входу которого подключены через блок 13 умножения сдвиговых последовательнотей счетчики 14, 15 текущей координаты и сдвиговых импульсов, вход первого из них соединен с выходом второго, а вход последнего с выходом генератора 16 импульсоч сдвига, содиненного также с входами сдвига генератора случайных чисел 1, блока 4 памяти и генератора случайных чисел 11 управления фазой. Выход сумматора 12 через функциональный преобразователь 17 гармоник, к которому также подключен выход блока 4 памяти, сумматор 18, к входу установки нуля которого подключен выход счетчика 15, и ключ 19, ко второму входу которого подключен выход счетчика 15, соединен с выходной клеммой 20.

Устройство работает следующим образом.

В обратном преобразовании Фурье определенному набору гармонических составляющих (спектральному разложению) соответствует бесчисленное множество реализаций случайного процесса. Следовательно, задавшись определенным видом спектральной характеристики можно, случайным образом выбирая значения квадратурных составляющих и фазы, получать непериодические реализации случайного процесса. Реализацию случайного процесса при разложении в ряд Фурье по гармоническим составляющим можно представить в виде N

y{t) 2:S(k). + i(k)),

где спектральные составляющие S(k) равны

S(k) fF(k)+B(k а фаза определяется соотнощением (f arctg А,/В.

В блок 4 памяти предварительно заносятся значения спектральных составляющих при дискретизации Искомого спектра на К значений. При помощи генератора случайных чисел 1, который выдает дискретные значения x(k) в моменты прихода на его сдвиговый вход импульсов генератора 16, определяется значение первой квадратурной составляющей A(k) согласно формуле

A(k) 0,5x{k) S(k).

Реализация этого выражения происходит при помощи блока 3 деления на два и блока 2 умножения. Определение второй квадратурно составляющей происходит прк помощи квадраторов 5 и 6, блока 7 вычитания и блока 8 извлечения корня согласно формуле

B(k) Vs(k)-A4k) . В блоке 9 деления происходи определение отнощения квадратурных составляющих. Значение случайной фазы определяется при помощи функционального преобразователя 10, к которому подключеТн генератор случайных чисел 11. 5 С помощью последнего случайным образом определяется квадрант фазового угла v (k) в каждом такте, так как новое случайное значение генератор 11 принимает при приходе импульса генератора 16. Счет этих импульсов происходит в счетчике 15. Когда число импульсов достигает величины, равной N (N - число дискретизаций спектра), прекращается суммирование величины S(k)-sin t(k) +((k), происходящее в накапливающем сумматоре 18. Значения аргумента определяются в блоке 13 умножения текущей координаты t на значение дискретизащш k и в сумматоре 12. При поступ лении N импульсов с генератора 16 на выходной клемме 20 имеется значение ip(t,), которо задается при поступлении N-ro импульса, открывающего ключ 19. Следующее значение i(t2) появляется на выходной клемме при поступлении следующих N импульсов. Формула изобретения Генератор случайных процессов, содержащий два генератора случайных чисел, счетчик, управ ляющие входы которых подключены к f-енератору импульсов, ключ, первый вход которого подключен к выходу счетчика, отличающийся тем, что, с целью повыщения точност и стабильности характеристик процессов, в генератор введены два блока умножения, блок деления, два сумматора, блок вычитания, два квадратора, блок извлечения квадратного корня, блок памяти, два функциональных преобразователя, второй счетчик и блок деления на два, выход которого подключен к первому вхо ду первого блока умножения, второй вход ко8торого соединен с выходом первого генератора случайных чисед, а выход соединен со входом первого квадратора и первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу блока извлечения квадратного корня, а выход соединен с первым входом первого функЩ1онального преобразователя, второй вход которого подключен к выходу второго генератора случайных чисел, а выход соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго счетчиков, причем выход первого счетчика подключен ко входу второго счетчика и к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, входы которого подключены соответственно к выходам первого сумматора и блока памяти, выход которого подключен ко входу блока деления на два и второго квадратора, выход которого подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первогоквадратора, а выход - со входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен со вторым входом блока деления, вход блока памяти подключен к выходу генератора импульсов, выход второго сумматора соединен со вторым входом ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Корн Г. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых вычислительных машинах. М., Мир, 1968, с. 133. 2.Авторское свидбтельство СССР № 439064, tai. Н 03 К- 3/82, 1972.