Генератор псевдослучайных узкополосных сигналов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для различных устройств, где необходим синтез узкополосных случайных процессов . ,

Известен генератор случайных сигг налов, содержащий генератор линейноизменяющегося напряжения, универсальный нелинейный преобразователь - политрон, два блока перемножения, два блока запоминания, счетчик, накапливающий сумматор, генератор гармонических сигналов, датчик нормальных случайных чисел 1.

Указанный генератор позволяет моделировать узкополосные процессы, . однако отличается повышенной сложностью, его применение нецелесообразно при решении задач более узкого класса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий арифметическое устройство, одной группой входов подключенное к датчику случайных чисел через блок переключателей, другой - к задающему регистру, а вы ходами - к входам сумматора, вторая группа входов которого подключена к выходам через формирующий регистр, синхронизирующий вход которого соединен с тактовым входом генератора

,0 и синхронизирующим входом триггера, Y и К входы которого подключены к выходу переноса старшего разряда сумматора, а выход - с выходом генератора через фильтр 2.

,5 Известный генератор характеризуется простотой схемного решения. Однако фильтр на выходе должен иметь частотную характеристику, равномерную в пределах ширины спектра и иметь

20 большое затухание на частотах, соответствующих гармоникам сигнала. Если же ширина спектра сигнала и его центральная частота имеют соизмеримые значения, то для этого необходимо. чтобы фильтр на выходе имел высокий порядок, так как частотная характеристика его влияет на спектральные свойства сигнала, что может привести к существенному усложнению схемы генератора. Одновременно при изменении центральной частоты генератора требуется перестройка фильтра, что затруднено при использовании фильтра высокого порядка. Цель изобретения - расширение диапазона генерируемых процессов при сохранении спектральных характеристик сигнала с выхода генератора. Для достижения поставленной цели в генератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий первич ный датчик псевдослучайных чисел, вы ход которого через коммутатор соединен с первым входом первого сумматора, второй вход- которого соединен с .выходом первого регистра кода, а выход первого сумматора соединен с пер вым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра кода, выход которого соедин с вторым входом второго сумматора, введены преобразователь код-напряжение, циклический регистр сдвига и эл мент НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда циклического регистра сдвига, выход последнего ра ряда которого соединен с входом элемента НЕ, выход переноса старшего разряда второго сумматора соединен с входом циклического регистра сдвига, синхронизирующий вход которого объед нен с синхронизирующим входом второг регистра кода и является тактовым входом генератора, установочным входом которого является установочный вход циклического регистра сдвига, все разрядные выходы которого, кроме вь1хода последнего разряда, соединены с соответствующими входами преобразо вателя код - напряжение, выход которого является выходом генератора. На фиг, 1 показана структурная сх ма генератора; на фиг. 2 - диаграммы поясняющие принцип его работы. Генератор содержит первый сумматор 1 с двумя группами входов. Группа А входов подключена к первичному датчику 2 псевдослучайных чисел через коммутатор 3, группа В входов к первому регистру k кода. Выход первого сумматора 1 подключен к входам А второго сумматора 5. Входы В второго сумматора 5 подкпючены к его выходам через второй регистр Ь кода, синхровод которого подключен к тактовому входу 7 генератора и синхровходу циклического регистра 8 сдвига. Стробирующий вход регистра 8 подключен к выходу переноса старшего разряда второго сумматора 5, установочный вход соединен с входом 9 установки нуля генератора, а информационный вход первого разряда - с N-M выходом регистра 8 через элемент НЕ 10. Выходы N-1 регистра 8 подключены к цепочке последовательно соединенных регистров 1Ц.... 11 nj.q. Начало и конец цепочки подключены к общему проводу через согласующие резисторы 12 и 12, через резисторы Н . , образуя при этом резистивную матрицу R-2R. Точка соединения резисторов 11Л-1 и 1 Т N почки подключена к й,1ходу через выходной каскад k. Элементы 11-1+ образуют преобразователь 15 код - напрях ение. Генератор работает следующим образом. Датчик 2 псевдослучайных чисел генерирует последовательность независимых (т+1) разрядных чисел с законом распределения вероятностей близким к равномерному, которая поступает на вход первого сумматора 1 через коммутатор 3, содержащий m ключей, которыми осуществляется подключение разрядов случайных чисел. Причем нулевой разряд последовательности используется как знаковый (О соответствует плюсу, а 1 - минусу числа) и поступает на вход первого сумматора 1 непосредственно. При этом на выходе коммутатора 3 имеем новую последовательность G(-), где п порядковый номер числа с выхода датчика 2 псевдослучайных чисел; F частота смены чисел. В первом сумматоре происходит операция алгебраического сложения потока -чисел G(-S-) с числом Н, хранящемся в первом регистре кода, образуя при этом новую смещенную последовательность зф Н сф, где ч(1 - знаковая функция последовательности, соответствующая нулевому разряду с выхода датчика 2 псевдослучайных чисел. 5S Вновь сформированная числовая последовательность поступает на вход В второго сумматора 5. В исходном состоянии второй регистр 6 кода обнулен и на выходе второго сумматора 5 имеем число 9 В момент прихода импульса по входу 7 регистр 6 записывает состояние на его входе и на выходе сумматора 5 образуется удвоенное число 2 S, по следующему пульсу - 3 S и т. д. до тех пор, пока на выходе сумматора 5 число не превысит , где m - число основных разрядов сумматора. В этот момент на входах регистра 6 имеем число, равное kS-2 S, где k - поряд ковый номер импульса с шины 8, а на I выходе переноса старшего m разряда и на стробирующем входе регистра 8 единицу. По следующему k + 1 импульсу первый разряд регистра 8 записывает инверсное состояние N-ro разряда и на выходе сумматора 5 имеем число (k + 1)5-2, а на выходе переноса разряда m - ноль, закрывающий синхро вход регистра 8. Регистр запоминает состояние до прихода следующей единицы по стробирующему входу, при котором состояние сдвигается на один раз ряд регистра 8. После прохождения 2 импульсов по входу 7 на выходе переноса разряда m проходит S единиц. Таким образом, если частота следования импульсов по шине 7 равна д, то частота следования импульсов на выходе riepeHoca .сум матора 3 равна f . H+4()G() sl) фг ( о 1 где Н определяет центральную частоту следования импульсов fu. G(-p-) определяет абсолютное отклонение частоты следования импульсов от центральной ; 4{-г-) - знак отклонения частоты. С выхода переноса сумматора 5 импульсы поступают на стробирующий вход циклического регистра 8. Причем кольцо замыкается соединением инверсного выхода N-ro разряда регистра 9 с входом первого разряда. По мере HacTyjiления строб-импульсов на первом выходе регистра имеем сигнал формы меандр с частотой следования в 2 N раз ниже чем частота на его входе (фиг. 2с(), на втором выходе - аналогичный си1 нал, но сдвинутый на один период так7«тирования {,фиг. 2Б), на остальных аналогично. Приняв за единицу напряжение равное и, а за ноль напряжение Ug, то на входе выходного каскада значение напряжения в любой момент времени можно определить следующим соотношением, если величина резисторов 13 и в два раза больше 12, UjmKj(K) МИ Kj(it) ., где j - порядковый номер разряда регистра 9 1 , при U.;.j- и ---f/fo ,при и.. Uo Как видно из фиг. 1 весовх е соотношение разряда будет тем меньше, чем разряд дальше отстоит от N/1 разряда. Следовательно, по мере прохождения импульсов с триггера 8 на входе выходного каскада формируется сигнал, близкий к синусоидальному, аппроксимируемый последовательностью прямоугольных импульсов длительностью Т различной амплитуды и частотой, равной (фиг. 2rj -n,.H4f)4f Hf) Для получения удовлетворительных результатов наиболее оптимальным является выбор N равным 6 или 8, при этом сигнал в течение одного периода дискретизируется соответственно 12 и 16 раз, что удовлетворяет большинству практических случаев. Если необходимо интерполировать получившийся сигнал и сгладить скачки, то для этого может быть использован простейший фильтр второго порядка с широкой полосой пропускания, что существенно не повлияет на спектральные характеристики сигнала. Таким образом, аппроксимируя выходной сигнал последовательностью прямоугольных импульсов, ближайшие к основной частоте гармонические составляющие значительно уменьшаются и появляется возможность процессы с шириной спектра, соизмеримой с центральной частотой, используя при этом, если необходимо, простейший фильтр, что подтверждает расширение.

функциональных возможностей генератора.

Дополнительным преимуществом является уменьшение дискретности изменения частоты, т. е.

П141

N1

Формула изобретения

Генератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий первичный датчик псевдослучайных чисел, выход которого через коммутатор соединен с первым входом первого сум матора, второй вход которого соединен с выходом первого регистра кода, а выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра кода, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот генерируемых процессов, он содержит преобразователь код - напряжение, циклический регистр сдвига и элемент НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда циклического регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с входом элемента НЕ, выход переноса старшего разряда второго сумматора

соединен с входом циклического регистра сдвига, синхронизирующий вход которого объединен с синхронизирующим |входом второго регистра кода и является установочный вход циклического

регистра сдвига, все разрядные выходы которого, кроме выхода последнего разряда, соединены с соответствующими входами преобразователя код - напряжение, выход которого является выходом

генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 50787, кл. G 06 F 1/02, .

2., Авторское свидетельство СССР по заявке № 2820 88/18-24, 1980.

Фи9,1

VtVi

- -J Vo I

r:i

12

J

w

W

Фи.1