Генератор случайных импульсов Советский патент 1981 года по МПК G06F1/02 G07C15/00 

Изобретение относится к вычислительной текнике, может быть использовано пр решении зацач статистического и вероягностного моделирования. Известен генератор случайных импуль сов, содержащий источник шума, пороговый элемент, счетчик L11. Однако этот генератор не позволяет получить пуассоновский поток импульсов. Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор случайных импульсов, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, вы ходы которого соединены со входами блока совпадения и управляемого генератора случайных двоичных разрядов С 2. Недостатком как известного , так и большинства других устройств данного класса является то, что они генерируют потоки случайных импульсов только одного типа - пуассоновского, что. существенно сужает область их применения. В реальных условиях часто возникают си- туации, когда число требований, поступающих за конечный промежуток времени, строго определенно (не случайно), а случайными являются лишь моменты поступления этих требований. Примерами таких ситуаций могут служить моменты прибытия рейсовых самолетов в аэропорт назначения в течение суток, моменты окончания отдельных параллельно выполняемых работ, образующих в совокупности законченный комплекс работ, моменты эвакуации отдельных лиц из состава обслуживающего персонала в течение допустимого по условиям безопасности отрезка времени из опасной зоны, возникающей при опасных и аварийных ситуациях, и т.д. .Если во всех рассмотренных выше примерах каждое, событие с равной вероятностью и независимо от других может наступать в любой момент рассматриваемого промежутка времени, то поток событий, образуемых всеми событиями, называется п.у- током Бернулли и относится к классу раниченных потоков событий. Цель иаобрегения - расширение класса решаемых аацач за счет получения потока БернулЛи. ;Цля достижения посгавленной цели в известный генератор случайных импуль-, сов, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, выходы которого соединены соответственно с входом первого элемента И и со входом управляемого генератора случайных двоичных разрядов, введены генератор прямоугольных импульсов, счетчик импульсов, блок сравнения, второй элемент И, элемент НЕ, блок памяти, два переключателя и блок дифференцирования, причем выход управляемого ге нератора случайных двоичных разрядов по ключен к размыкающему контакту первого переключателя, замыкающий поток которого соединен с управляющим входом первого элемента И, выход которого подключен к входу счетчика импульсов и подвиж ному контакту второго переключателя , размыкающий контакт которого соединен с первым выходом генератора, а замыкающий контакт второго переключателя подключен к первому входу блока памяти, выход которого является вторым выхо дом генератора, выход счетчика импульсов черЪз блок сравнения соединен с первым входом второго элемента И, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с замыкающим контактом пегого переключателя и входом элемента НЕ, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И и с входом блока дифференцирования, выход которого подключен ко второму вых.оау генератора. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого изобретения - генератора случайных импульсов. Генератор случайных импульсов содержит источник 1 пуассоновского потока импульсов, управляемый им генератор 2. случайных двоичных разрядов элемент 3. И генератор 4 прямоугольных импульсов, счётчик 5 импульсов, блок 6 сравнения, элемент 7 И, элемент 8 НЕ, блок 9 памяти, два переключателя 10 и 11 и блок 12 дифференцирования. Генератор 4 прямоугольных импульсов вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, у которой длительност каждого импульса и интервала между импульсами принимает одно и то же постоян ное значение. Блок 9 памяти имеет два входа. Первы вход - записывающий . Через этот вход в блок поступает последовательность случайных импульсов, которая запоминается 84 6 f записывается)и хранится в нам до поступления команды на выдачу (воспроизведение) хранящейся в нем информации. При поступлении на первый ( записывающий) вход лока очередной последовательности импульсов, ранее хранящаяся ( записанная) в нем последовате(пьность случайных импульсов автрматически стирается. При поступлении команды на второй (всхЬпроизводяший) вход блока запоминания на его выходе в реальном масштабе времени фор-, мируется (воспроизводится) записанная ранее реализация случайной последовательности импульсов. Блок 12 дифференцирования дифференцирует поступающие на его вход прямоугольные импульсы и формирует на своем выходе регулярный поток импульсов в виде чередующихся между собой положительных и отрицательных импульсов малой длительности, образующих временные метки, расположенные друг от друга на расстоянии, равном Т. В целом предлагаемое устройство имеет следующую структуру. Выход управляемого генератора 2 случайных двоичных разрядов подключен к первому входу первого переключателя 1О, выход которого соединен с управляющим входом элемента 3 И, выход которого подключен к первому входу счетчика 5 импульсов и выходу второго переключателя 11, первЬгй выход которого является первым выходом генератора, а второй выход его подключен к первому входу блока 9 памяти, выход которого является вторым выходом устройства. Выход счетчика 5, второй вход которого является первым входом устройства, через блок 6 сравнения соединен с первым входом элемента 7 И. Выход генератора 4 прямоугольных импульсов, вход которого является вторым входом генератора, соединен со вторым входом первого переключателя 1О и входом элемента 8 НЕ, выход которого соединен со вторым входом элемента 7 и через блок 12 дифференцирования - со вторым выходом генератора. Предложенный генератор случайных импульсов работает следующим образом. При нахождении переключателей 1О и 11 в положении а блок-схема генератора эквивалентна известному, а выходные сигналы снимаются с первого выхода устройства. При переводе переключателей в положение импульсы, формируемые источником 1 пуассоновского потока импульсов, поступают на вход блока 3 совпадения, на управляющий вход которой от генератора прямоугольнык импульсов 4 периодически подаются разрешающие сигналы (импульсы) длительностью Т. Одновременно с выкода блока 4 последовательность прямоугольных импульсов подается на вход элемента 8, сигнал на выходе которого возникает на время Т при отсутствии сигнала на его входе и исчезает на время Т при возникновении сигнала на его входе . Каждый прямоугол ный импульс с выхода элемента 8 поступает в блок 12, где дифференцируется, ;И с выхода блока 12 в виде двух крат ковременных импульсов положительной и отрицательной полярности поступает на второй выход устройства, образуя калиброванные метки, разделенные друг от дру постоянными времённвлми интервалами дли тельностью Т, Таким образом, на втором выходе устройства возникает поток чередующихся по знаку меток, следующих через р авные интервалы длительностью Т. При появлении каждого разрешающего импульса на управляющем входе схемы 3 совпадения пуассоновская последовательность импульсов от источника 1, пос тупающая на второй вход элемента 3 И, в течение времени Т проходит на вход счетчика 5 импульсов и на первый ( записывающий ) вход блока 9 памяти. Счет чик импульсов 5 подсчитывает количест- ЕЮ импул1 сови(Т), поступивших на его вход за время Т. С выхода счетчика 5 импульсов это число импульсов поступает на первый вход блока 6 сравнения, где сравнивается со значением Ы , вводимым через его второй вход, являющийся первым входом устройства. Прии(Т)М блок 6 сравнения выдает на первый ; вход блока 7 (блока И) сигнал, соответствующий цифре 1 , а при и (Т) N - сигнал, соответствующий цифре О. .При пос- туплении на первый вход элемента 7 цифры 1, а на второй его вход разрешающего сигнала с элемента 8 , возникающего в интервалах между импульсами генерато ра 4 прямоугольных импульсов, на выходе элемента 8 формируется сигнал, поступающий на второй (воспроизводящий) вход блока 9 памяти. По этому сигналу на выходе блока 9 памяти воспроизводится последовательность из И (Т) и импульсов, записанных за время Т следовани., разрешающего , вырабатываемого генератором 4 прямоугцль- ных импульсов . Указанная последовательность импульсов поступает на второй вход устройства , где накладывается на поток меток с выхода блока 12, распо- лагаясь между двумя метками - поло- жительной и отрицательной, которые характеризуют начало и конец заданного временного интервала длительностью Т. Когда-на первый вход элемента 7 поступает цифра О, что имеет место при и (Т) М, элемент 7 даже при наличии на его втором входе раарешающегосйгнача с выхода элемента 8 не выдает сигнал на Biopoft ( воспроизводящий) вход блока 9 памяти . В этом случае на втором выходе устройства будет формироваться только поток калиброванных меток, поступающих с выхода блока 12. Когда за время сле дования одного из последующих прямоугольных импульсов, вырабатываемых генератором 4, счетчик 5 зафиксирует число импульсов, равное и (т) N , весь описанный выше цикл работы устройства вновь повторяется. Таким образом, на втором выходе устройства на случайно расположенных на временной оси интервалах (О,Т), границы которых отмечены метками, будут формироваться потоки импульсов Бернулли с заданными параметрами N и Т. Положительный эффект, который дает изобретение, заключается в том, что оно позволяет моделировать не только пуас- соновские потоки случайных событий, но и весьма важные для ряда решения практических задач потоки Бернулли, относящиеся к классу ограниченных потоков, на основе которых представляется возможным моделировать , функционирование систем массового обслуживания в течение ограниченных промежутков времени, например прибытие транспортных средств или грузов в течение заданного промежутка времени, моменты окончания работ и т.д. В значительной степени положительный эффект проявляется в виде экономии тех средств, которые необходимо затрачивать на разработку специализированных устройств для моделирования потоков Бернулли. Кроме того, прогнозирование с помощью предлагаемого устройства моментов прибытия транспортных средств, например, судов яли самолетов, и момента окончания ответственных и трудоемких работ позволяет избежать значительных потерь , обусловленных задержками приема транспортны ; средств, возможными ик: простоями , а также ошибками в определении окончаний комплексов работ и т.д.. Формула изобретения Генератор случайных импульсов, содеращий источник пуассоновского псгока им- пульсов, которого соединены со- огвегсгвенно с входом первого элемента И и со входом управляемого генератора случайных двоичных разрядов, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач за счет получения потока Бернулли, в него дополни гельно введены генератор прямоугольных импульсов, счетчик импульсов , блок сравнения, второй элемент И, элемент НЕ, бло памяти, цва переключателя .и блок дифферен цирования, причем выход управляемого генератора случайных двоичных разрядов подключен к размыкающему контакту первого переключателя, замыкающий контакт ко торого соединен с управляющим входом перэого элемента И, которого подключен к первому счетчика импульсов и подвижному контакту второго пе реключателя, размыкающий контакт кото- рого соединен с первым выходом генератора, а замыкающий контакт второго переключателя подключен к первому входу блока памяти, выход которого является вторым выходом генератора, выход счетчика импульсов через блок сравнения соединен с первым входом второго элемента И, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с замыкающим контактом первого переключателя и входом элемента НЕ, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И и с входом блока дифференцирования, выход которого подключен ко второму выходу генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Бобнев М.П.Генерирование случайных сигналов. М., Энергия, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР №211163, кл. G 06 F 1/02, 1966 (прототип).