Генератор случайного процесса Советский патент 1982 года по МПК G06F1/02 G07C15/00 

Изобретение относится к вычислительной технике. По основному авт.св. № 752311 известен генератор случайного процесса содержащий источник опорногонапряжения, блок регистрации; датчик случайного сигнала, выход которого подключен к информационному входу перво го ключа и первому входу блока сравнения, а первый вход датчика случайного сигнала объединен с первым управляющим входом первого ключа и подключен к выходу блока сравнения, выход первого клюЧа соединен со входом блока развертки и, кроме того, счетчик, элемент памяти, второй ключ блок памяти и функциональный преобразователь, входы которого соединены соответственно с выходами блока памяти, элемента памяти и блока развертки, выход которого соединен также с первым входом сметчика, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения,выход функционального преобразователя соединен со вторым входом блока сравн-ения, выход которого соединен с первы входом блока памяти и первым управляющим входом второго ключа, второй управляющий вход которого объединен со вторым входом блока памяти, со вторым входом датчика случайных сигналов , со вторым управляклцим входом первого ключа, и подключен к первому выходу счетчика, второй выход которого подключен к третьему входу датчика случайных сигналов, третьему управляющему входу первого ключа, третьему управляющему входу второго ключа, четвертый вход которого объединен со входом блока регистрации и подключен к выходу второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу элемента памяти, вход которого соединен с выходом первого ключа Си. Недостатком этого устройства является то, что моделируемые им процессы обязательно стационарны. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей генератора за счет моделирований нестационарных случайных процессов. Поставленная цель достигается тем, что в генератор случайного процесса введены дополнительный блок памяти и коммутатор, вход которого соединен с выходом счетчика, а выходы коммутатора соединены со входами дополнительного блока памяти, выходы которого соединены со второй группой входов функционального преобразователя. На чертеже приведена блок-схема генератора. Генератор содержит датчик случайного сигнала 1, соединенный с первым входом блока 2 сравнения и через первый ключ 3-е последовательно соединенными элементом 4 памяти, вторым. ключом 5 и блоком б памяти, при этом к выходу ключа 3 подключен блок 7 регистрации, с блоком 8 развертки, выход которого соединен с первым вхо дом функционального преобразователя 9, ко второму входу которого- подключен выход элемента 4 памяти, а к третьему - выход блока б памяти. Выход блока 8 развертки подключен также к первому входу счетчика 10, ко второму входу которого подключен выход источника 11 опорного напряжения счетчик 10 предназначен для фиксации смены уровней ступени напряжения бло ка 8 развертки., что достигается появ лением сигнала на первом выходе и фиксацией уровня последней ступеньки путем сравнения с постоянным уровнем источника 11 опорного напряжения,что достигается появлениемсигнала сброса на втором выходе счетчик-а 10. Пер вый выход счетчика 10 соединен с первыми управляющими входами блока 6 памяти, ключей 5 и 3 и датчика 1 случайного сигнала, а второй выход - со вторыми управляющими входами ключей 3 и 5, управляющим входом датчика 1 случайного сигнала и со вторым управляющим входом б памяти. Функциональный преобразователь 9 предназначен для моделирования за данной двумерной плотности w(x,x,.q: моделируемого случайного процесса x{t) (здесь две переменные х и xij значения процесса в любых двух сече ниях, а параметр - величина интер вала между двумя сечениями процесса Выход функционального преобразовате ля 9 подключен ко второму входу бло ка 7 сравнения, который предназначен для сравнения: больше ли напряжение первого входа, чем напряжение второго входа, и в случае выполнени этого условия выдается сигнал, кото рый с выхода блока 2 сравнения пода ется на второй управляющий вход ключей 3 и 5, блок б памяти и управ ляющий вход датчика 1 случайного сигнала. Генератор содержит также коммутатор 12, вход которого соединен с выходом 10 и дополнительный блок 13 памяти, управляющие входы которого соединены с-выходами комму татора 12, выходы блока 13 памяти подключены к управляющим входам фун ционального преобразователя 9. Работа генератора основана на следующих предпосылках. Генерируются последовательность значений стационарного случайного роцесса х(1),х(1|),...,х(1„) позаанной двумерной плотности вероятостизначения процесса в люде X. ,х бых двух сечениях t: . Ht,; Ч - интервал между ними (tj-t), используя метод статйстических испытаний. В качестве очередного значения лучайного процесса х,- х U ,) выбиратся тот член имеющейся выборки равномерного случайного числа, котоого выполняются неравенства ч-гч i к интервал между i-ым и i - ii )-ым сечениями, предполагается конечность этого интервала;{ л-Сц промоделированные значения генерируемого случайного процесса; xq;i - часть выборки равномерноIT) случайного числа (k 1,2,..п) i-t(; x:,iк.) - плотность вероятности моделируемого процесса, причем она меняется вместе с изменением номера моделируемого значения реализации случайного процесса. Генератор работает следующим образом. Предварительно значение первой двумерной плотности вероятности w(x; , х- ,(1 ) , зависящей от параметра t, выставляется на функциональном преобразователе 9, имеющем три входа: первый - для параметра i , второй для аргумента xj и третий - для арг гумента Х; и один выход для значения функции плотности вероятности W ( X j , ,} . Первоначальное положение ключа 3 замыкает цепь датчик 1 случайного сигнала - блок 8 развертки, а положение ключа 5 размыкает цепь элемент 4 памяти - блок б памяти. В блоке 13 памяти записаны значения плотностей вероятности w( , x.) для разных к Запуская датчик 1 случайного сигг нала, получаем на выходе его первый член равномерной случайной выборки напряжения х-,, 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 х/, поступает на второй вход функционального преобразователя 9, а с выхода блока 8 развертки снимается напряжение, пропорциональное значению параметра f двумерной плотности вероятности w(xr,x,tt) и поступает на первый вход функционального преобразователя 9, на, третьем входе которого будет нулевое напряжение согласно пер воначальному положению ключа 5. С выхода функционального преобра зователя последовательно снимаются напряжения, пропорциональные значениям двумерной плотности вероятност в точках (О , XX, ,«х,) , . . . , {О , Х-, Да ) , . , . (O.x jtfndx ) и поступают на второй вход блока 2 сравнения. Одновременн счетчиком 10 фиксируются смены сту пенек напряжений блока 3 развертки и после каждой смены появляется сиг нал на первом выходе, который, пост пая на первый управляющий вход ключа 3, размыкает цепь датчик 1 случайного сигнала - блок 8 развертки и, поступая на управляющий вход датчика 1 случайного сигнала, обеспечивает появление на его выходе случайных равномерных уровней х-;, х;,.. . , которые поочередно по ступают на первый вход блока 2 срав нения. Таким образом, в блоке 2 сравнения сравнивается система нера венств Vy. У (х,х,1Гк) противоположных неравенствам (1). Если хоть одно из этих неравенств выполнено, то х отбрасывается,как непригодный член для моделирующего случайного процесса. Тогда с выхода блока 2 сравнения поступает сигнал как на управляющий вход датчика 1 случайного сигнала, обеспечивая выдачу нового случайного уровня yi.i, так и на второй управляющий вход клю ча 3, загиыкающего его и тем самым обеспечивающего прохождение напряже ний X(j через элемент 4 памяти на второй вход функционального преобра зователя 9, на вход блока 8 разверт ки , начинающего генерировать ступен ки напря;;:ений, пропорциональ.ных зна чениям параметра V и поступающих на первый вход функционального преоб разователя 9. Если же ни одно из сие темы неравенства (2 не выполняется то х принимается В качестве первого члена моделируемого случайного процесса, на втором выходе счетчика 10 появляется сигнал, который, поступая на второй управляющий вход ключа 5, замыкает его и сигнал элемента 4 памяти поступает на вход блока 6 памяти и блока 7 регистрации. Блок б памяти состоит из п. ячеек Кроме того, Оигнал с выхода счетчика 10 поступает на управляющий вход датчика 1 случайного сигнала и на вход коммутатора 12, с первого выхода последнего сигнал подается на первый управляющий вход блока 13 памяти, по которому на выходах, блока 13 появляются сигналы пропорциональные значениям второго семейства плот ностй вероятности w{xij, кг1Л) которые., поступают на управляющие входы функционального преобразователя 9, обеспечивают моделирование им второго семейства двумерных плотностей вероятности. Работа генератора, уже прогенерировавшего я членов моделируемого случайного процесса и выбирающего п+1 член. С выхода датчика 1 случайного сигнала напряжение х через ключ 3 и элемент 4 памяти поступает на второй вход функционального преобразователя 9. Кроме того, напряжение х,,поступая на вход блока 8 развертки,запускает его, и с выхода последнего на первый вход функционального преобразователя 9 поступает напряжение, пропорциональное параметру t ,это же напряжение поступает на вход счетчика 10. Счетчик 10, фиксируя смену ступени напряжения блока 8 развертки, выдает сигналы с первого выхода, которые, поступая на первый вход ключа 3, размыкают цепь датчика 1 случайного сигнала - элемент 4 памяти, поступая на управляющий вход датчика 1 случайного сигнала, обеспечивая появление на входе блока сравнения напряжений, пропорциональных xij; , xiy,...Xf и, наконец, поступая на управляющий вход блока 6 памяти, соединенного с третьим входом функционального преобразователя 9, обеспечивают появление на нем напряжений, пропорциональных X ;j.(j| .Сброс блока памяти осуществляется через второй управляющий вход по сигнгиту или с выхода блока 2 сравнения, или со второго выхода счетчика 10. Таким образом, с выхода функционального преобразователя 9 снимаются напряжения, пропорциональные WQ(x.f , Х-, It ), WQ(X .fiTQ., x .Т,) , . . . , w(x.ij. , х.Гп), которые,, поступают на второй вход блока 2 сравнения, сравниваются с равномерными напряжениями кс , Xi , ... XT- соответственно. Если хоть одно из неравенств (2) выполняется, испытуемое х отбрасывается.Это достигается тем, что с выхода блока 2 сравнения сигнал поступает на управляющий вход датчика 1, и второй управляющий вход ключа 3, замыкающего цепь датчик 1 - элемент 4 памяти. Далее цккл повторяется для нового испытуемого. Если .же ни одно из неравенств (2) не выполняется, сигнал со второго выхода счетчика 10 поступает на второй управляющий вход ключа 5, цепь элемент 4 памяти - Олок 7 памяти замыкается, и напряжение регистрируется блоком 7 памяти ак п+1 член моделируемого случайного процесса. Кроме тогО, х записыается в блок памяти, а сигнал со торого выхода счетчика 10 поступает а управляющий вход датчика 1, котоый выдает новое напряжение х. Проверяется, может ли это напряжение быть приня го п + 2 членом моделируемого случайного процесса. Если может, то на втором выходе счетчика 10 появляется сигнал, по поступлению которого на вход коммутатора 12, появляется сигнал на одном из его выходов, поступающий на один из управлякнцих входов блока 13, по которому блок 13 выдает на управляющие входы функционального преобразователя 9 значения некоторого семейства двумерных плотностей вероятности «; („.J Хп Тц), обеспечивая моделирование функциональные преобразователям 9 именно этого j-Toro семейства двумерных плотностей вероятности.

Таким образом, предлагаемый генератор дает возможность моделировать случайные процессы с любой заданной двумерной функцией распределения,в то время как известные генераторы моделируют случайные процессы по одномерным функциям распределения, либо по одномерным и корреляционным функциям. При этом вид заданного семейства двумерных плотностей меняется, что обеспечивает нестационарность моделируемого процесса.

Формула изобретения

Генератор случайного процесса по авт.св. № 752311, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет моделирования нестационарных процессов, он содержит дополнительный блок памяти и коммутатор, вход которого соединен с выходом счетчика, а выходы коммутатора соединены со входами дополнительного блока памяти, выходы которого соединены со второй группой входов функционального преобразователя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР №752311, кл. G Об F 1/02,G 07 С 15/00, 1976 (прототип).