Генератор случайных процессов Советский патент 1980 года по МПК G06F1/02 G07C15/00 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования случайных процессов по заданной двумерной плотности вероятности.

Известно устройство для моделирования случайных процессов, содержащее источник случайного сигнала, блок сравнения, логические элементы ij.

Однако это устройство имеет недостаточную точность задания случайных процессов, так как одномерная функция распределения и их корреляционная функция не являются исчерпывающими характеристиками случайных процессов, в нем отсутствует регулирование функции распределения, в устройстве происходит моделирование лишь одномерных функций распределения,

- 1элижайшим по технической сущности является генератор случайных процессов, содержащий датчик случайных величин с равномерным расгфеделением, источник шумового сигнс.ла, сумматоры, на вторые

входы которых поданы регулируемые опорные напряжения, формирователь одномерной функции распределения (нелинейный функциональный преобразователь типа политрон),ЭЛТ с блоком развертки и двухпоаиционный переключатель, причем двухпозиционный переключатель включен между источником шумового сигнала и входе одного усилителя, ко второму полюсу двухпозиционного переключателя подключен выход генератора развертки, а выход соответствующего сумматора соединен с модулятором электроннолучевой трубки 2.

Недостатком данного устройства является малая точность задания случайного процесса, так как одномерная функция распределен11я не 5шляется его полной характеристикой.

Цель устройства - повышение точнос-- ти моделирования случайного процесса за счет задания ему не одномерной, а двумерной функции распределения.

Указанная цель достигается тем, что в генератор случайных процессов, содер-

ащий источник опорного напряжения, лок регистрации, датчик случайного сигала, выход которого подключен к инфорационному входу первого ключа и перво«« у входу блока сравнення, а пе|эвый вход атчика слршйного сигнала объединен с ервым входом первого ключа и подшио- ен к выходу блока сравнения, выход пер ого ключа соединен со входом блока разертки, введены счетчик, элемент памя- Q ти, второй ключ, блок памяти н функци-, ональный преобразователь, входы кото рого соединены соответственно с выходами блока памяти, элемента памяти и блока развертки, выход которого соеди- j нен также с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход функционального преобразователя соединен со вторым входом блока сравне- JQ ния, выход которого соединен с первым входом блока памяти и первым управляющим входом второго ключа, второй управляю1аий вход которого соединен со вторым входом блока памяти, со вторым 25 входом датчика случайных сигналов, со вторым управляющим входом первого клю« ча и подключен к первому выходу счетчика, второй выход которого подключен к третьему входу датчика случайных сиг- IQ налов, третьему управляющему входу пер вого ключа и третьим входам второго ключа блока памяти, четвертый вход которого соединен со входом блока регистра дни и подключен к выходу второго клю 35 ча, четвертый вход которого подключен к выходу элемента памяти, вход которого соединен с выходом первого ключа.

На чертеже представлена блок-схема генератора, содержащая датчик 1 слу- Q чайных сигналов, соединенный с первым входом блока 2 сравнения а через ключ 3 с последовательно соединенными элементом памяти 4, ключом 5 и блоком 6, памяти при этом к выходу ключа 5 под- 45 ключен блок 7 регистрации, и с блоком 8 развертки, выход которого соединен с первым входом функционального преобразОч вателя 9, ко второму входу которого подключен выход элемента памяти 4, а к третьему - выход блока памяти. Выход блока 8 развертки подключен также к первому входу счетчика 10, ко второму входу которого подключен выход источ ника 11 опорного напряжения, счетчик jj 10 предназначен для фиксации смены уровней ступенек напряжения блока 8 развертки, что достигается появлением сигнала на первом выходе и фиксации

уровня последней ступеньки сравнения с постоянным уровнем источника 11 опорного напряжения, что достигается появлением сигнала сброса на втором выходе счетчика 10. Первый выход счетчика 10 соединен с первыми управляющими входами блока 6 памяти , ключей 5 и 3 и датчика случайных сигналов 1, а второй выход - со вторыми управляющими входами ключей 3 и 5, управляющим входом датчика 1 случаШ гых сигналов и со BTOpiiiM управляющим входом блока 6 памяти. Функциональный преобразователь 9 предназначен для моделирования заданной двумерной плотности W {х х Д) Моделируемого случайного процесса х (i ) (здесь две переменные Х, Х2 - fj значения процесса в любых двух сечениях, а параметр 1 - величина интервала между двумя-сечениями процесса). Выход функционального преобразователя 9 подключен ко второму входу блока 2 сравнения, который предназначен для сравнения; больше ли напряжение первого входа, чем напряжение второго входа, и если больще выдается сигнал, который с выхода блока 2 сравнения подается на второй управляющий вход ключей 3 и 5, блока 6 памяти и управляющий вход датчика 1 случайных равномерных уровней.

Работает устройство следующим образом.

Генерируются последовательность значений стационарного случайного процесса У (i), х (i), . . . ,x(tj, ) . . . по заданной двумерной плотности вероятности W (Xj , Xj .t )г где х ,Y| -значение процесса в любых сечениях tj и t н1 - интервал между ними (t -t )i используя метод статистических испытаний.

В качестве очередного значения случайного процесса Х-, xfij) выбирается тот член имеющейся выборки равномерного случайного числа, для которого выполняются неравенства

гк(ГЧ.),;(1)

;гдё :. - интервал между i-ым и сечениями (предполагается

конечность этого интервала); - промоделированные значения

генерируемого случайного процесса;

- часть выборки равномерного случайного числа ( К-1,2,...1 Работает устройство следующим зом. Предварительно значение двумерной плотности вероятности W (х;, Х .f ) зависящей от параметра , выставляется на функциональном преобразователе 9, имеющем три входа: первый для параметра Z , второй - для аргумента . X , и третий - для аргумента X j и один выход для значения функции плотности вероятности W (xj , х ,) Первоначальное положение ключа 3 замыкает цепь датчика 1 случайных сигналов - блокоразвертки 8, ключ 5 размыкает цепь элемент 4 памяти блок 6 памяти. Запуская датчик 1 случайных равномерных сигналов получим на выходе его первый-член равномерной случайной выборки напряжения X j , который поступает на первый вход блока 2 сравнения и согласно первоначальному положению ключа 3 на вход элемента 4 памяти и блока 8 развертки. С выхода элемента 4 памяти напряжение X j поступит на второй вход функционального преобразователя 9, а с выхода блока развертки 8 будет сниматься. напряжение, пропорциональное значению параметра двумер ной плотности вероятности W ( Xj ,44 i ), и поступать на первый вход преобр ователя 9, на третьем входе которого будет нулевое напряжение согласно первоначальному положению ключа 5. С выхода функционального преобразователя последовательно снимаются напряжения, пропорциональные значению дву мерной плотности вероятности в точках (0,Х, ,t, )/(0 ,Х,,С2), . . . , (OtX,2moiK) и поступают на второй , вход блока 2 сравнения. Одновременно счетчиком 1О фиксируются смены ступенек напряжений блока 8 развертки и после каждой смены появляется сигнал на первом выходе, который поступая на первый управляющий вход ключа 3, разм кает цепь датчик 1 случайных равномер ных сигналов - блок 8 развертки и, по .ступая на управляющий вход датчика 1 случайных равномерных сигналов, обеспечивает появление на его выходе случайных равномерных сигналов x-J . imax , которые поочередно поступают на первый вход блока 2 сравнения. Таким образом, в блоке 2 сравнения будет сравниваться система неравенств (,Xi,), (2) противоположных неравенствам (l). Есл iXOTb одно из этих неравенств выполнено, то Х( отбрасывается как непригодный член для моделируемого случайного процессд, тогда с выхода блока сравнения поступает сигнал на управляющий вход датчика 1 случайных равномерных сигналов, обеспечивая выдачу нового случайного уровня Ха и на второй управляющий вход ключа 3, замыкая , его и тем самым обеспечивая прохождение напряжения Xg через элемент 4 памяти на второй вход преобразоватзля 9, и кроме того, на вход блока 8 развертки, начинающего генерировать ступеньки напряжений, пропорциональных значениям параметра с и поступающих на первый вход преобразователя 9. Если же ни одно из системы неравенств (2) не выполняется, то Xt принимается в качестве первого члена моделируемого случайного процесса, на втором выходе счетчика 10 появляется сиг нал, который, поступая на второй управляющий вход ключа 5, замыкает его и сигнал из элемента 4 памяти поступает на вход блока 6 памяти и блока 7 регистрации. Блок 6 памяти состоит из П ячеек. Кроме того, сигнал со второго выхода счетчика 1О поступает на управляющий вход датчика 1 случайных равноь мерных сигналов. Устройство, уже прогенерировавшее П членом моделируемого случайного процесса и выбирающего П +1 член с выь хода датчика 1 случайных равномерных сигналов,работает следующим образом. Напряжение через ключ 3 и элемент памяти 4 поступает на второй вход преобразователя 9. Кроме того, напряжение X , поступая на вход блока развертки 8, запускает его, и с выхода последнего на первый вход функционального преобразователя поступает.напряжение, пропорциональное параметру , это же напряжение поступает на вход , счетчика Ю. Счетчик 10, фиксируя смену ступенек напряжения блока 8 развертки, выдает сигналы с первого выхода, которые, поступая на первый вход ключа 3, размыкает цепь датчика 1 слз чайных равномерных сигналов -элемент памяти 4, поступая на управляющий вход датчика случайных равномерных сигналов 1, обеспечивают появление на входе блока сравнения напряжений, пропорциональных XVi J , XI2 П нак«жвц. поступая на управляющий вход блока б памяти, соединенного с третьим входом функционального преобразователя 9, обеспечивает появление на нем напряжений, пропорциональных X - ц . Сброс блока памяти осуществляется через второй управляющий вход по сиг™ налу с выхода блока 2 сравнения, или со второго выхода счетчика 10. Таким образом, с выхода преобразо- вателя 9 снимаются напряжения, пропор циональные w(xj-l,,XJ.гi),w(x,л, w(x;,,Vi,Jnl, I которые, поступая на второй вход блока 2 сравнения, сравниваются с равномерными напряжениями х.-г, ХС 2 соответственно. Если хоть одно из неравенств (2) выполняется. испытуемое X j отбрасывается, что достигается тем, что с выхода блока 2 сравнения сигнал поступает на управляющий вход датчика 1 случайных равномерных сигналов и второй управляющий вход ключа 3, замы кающего цепь датчика 1 - элемент памяти 4 и далее описанный цикл повторяется для нового испытуемого X j . Если же ни одно из неравенств (2) не выполняется, сигнал с второго выхода счетчика 10 поступает на второй управляющий вход ключа 5, цепь элемент памяти . 4 блок 7 регистрации замыкается, и напряжение X j регистрируется Споком 7 ре гистрацяи как (П-Ь1)ый член модели™ руемого случайного процесса. Кроме , X записывается в блок памяти, а Сигнал со второго выхода счетчика 10 поступает на управляющий вход датчика 1 случайных равномерных сигналов, кото рый выдает новое напряжение. Устройство проверяет описанным способом, может ЛИГ это напряжение быть принято (п-ь2)ым членом моделируемого случайного процес са. Таким образом, предлагаемое устройство дает возможность моделировать слу чайные процессы с любой заданной двумерной хфункцией распределения, в то, время как существующие генераторы моделируют случайные процессы по одно- мерным ф}пнкци5гм распределения либо по одномерным и кoDDeляциoнньпv функциям. Формула изобретения Генератор случайных процессов, содержащий источник опорного напряжения, блок регистрации, датчик случайного сигнала, выход которого подключен к информационномз входу первого ключа и первому входу блока сравнения, а первый вход датчика случайного сигнала объединен с первым управляющим входом первого ключа и подключен к выходу блока j сравнения, выход первого ключа соединен со входом блока развертки, отличающийся тем, чго, с целью повыщения точности генератора, он содержит счетчик, элемент памяти , втооой ключ, блок памяти и фуншдиональшый преобразователь, входы которого соединены соответственно с выходами бло- ка памяти,, элемента памяти и блока развертки, выход которого соединен также с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход функционального преобразователя соедт1ен со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока памяти .и первым управляющим входом второго ключа, второй управляющий вход которого объединен со вторьп входом блока памяти со вторым входом датчика случайных сигналов со вторым управляющим входом первого ключа и подключен к первому выходу счетчика, второй выход которого подключен к третьему входу дат чика случайных сигналов, третьему управ ляющему входу первого ключа, третьему управляющему входу второго ключа блока памяти, четвертый вход которого объединен со входом блока регистрации к подключен к выходу второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу элемента памяти, вход которого соединен с выходом первого ключа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР bfe 42942О, кл. Q 06 F 1/О2, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 422063, кл. Q 06 F 1/02, 1972 (прототип).