Генератор случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

(З) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Оно может быть использовано в качестве функционального расширителя централь ного процессора вычислительного или информационно-измерительного комплекса для генерирования управляющих случайных воздействий и/или помех с заданными спектральными свойствами при моделировании и исследовании сложных динамических систем. . Изобретение предназначено для ген рирования 2 значений реализации случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности. Известен генератор случайного про :цесса, содержащий аналоговые фильтры, блок опорного напряжения вычитатель 11. Однако он генерирует процесс по заданной функции распределения, а не по спектральной плотности мощности (как в данном устройстве). Кро ме того, данный генератор имеет сложную конструкцию, реализованную с помощью аналоговых блоков, и невысокую точность воспроизведения случайного процесса. . Известен также генератор случайного процесса, содержащий генераторы случайных временных интервалов, ждущий мультивибратор, коммутатор, блок генераторов гармонических колебаний .2. В этом устройстве процесс генерируется по заданной спектральной плотности мощности, а конструкция устройства характеризуется излишней, сложностью и низким быстродействием. Эти устройства не могут быть использованы при моделировании сложных динамических систем и в замкнутых системах управления из-за значительной трудоемкости подготовительной работы и малой универсальности при настройке этих генераторов на воспроизведение случайного процесса с требуемыми спектральными характеристиками. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является генератор случайных процессов, содерж щий блок элементов И, выходы которых соединены с входами блока памяти. Первые входы блока .элементов И подключены к выходам датчика случайных чисел, а вторые входы - к пе вому выходу блока управления. Второ выход блока управленияГ соединен с первым входом блока считывания, вто рой вход которого соединен с выхо. дом блока суммирования. Выход блока считывания подключен к выходу генератора случайных процессов. Первая группа входов коммутатора соединена с выходами блока памяти. Выходы генератора функций Уолша соединены с второй группой входов коммутатора, а вход генератора функций Уолша подключен к третьему выходу блока управленияо Первые входы блоков присвоения знака подключены к входам генератора случайных процессов , вторые входы - к выходам ком мутатора, а выходы - к входам блока суммирования соответственно 3.. Недостатками известного генератора являются значительное время генерирования любого очередного значения процесса, излишняя сложность настрой ки устройства на генерирование. Время получения одного значения процесса в известном составляет 2г тактов сложения двух чисел с фиксированной запятой, где 2 - число генерируемых значений процесса. Излишняя сложность настройки схемы известного состоит в том, что для выработки значений процесса требуется подать на входы устройства столько же значений коэффициентов Уолша. Последнее затрудняет оперативную перестройку устройства с генерирования одного процесса на генерирование другого процесса. Отмеченные недостатки объясняются использованием в известном примитивной кусочно-постоянной (в базисе Уолша) аппроксимации реализации процесса, в результате чего для генерирования любого из значений процесса требуется обработать такое же количество входных значений. 14 . Целью изобретения является повышение быстродействия генератора. Для достижения поставленной цели в известный генератор случайных процессов, содержащий датчик случайных чисел, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с соответствующими входами первой группы коммутатора, вторая группа входов которого .является группой входов генератора, блок памяти, регистр памяти, 9ЫХОД которого является выходом генератора, блок управления, состоящий из двух элементов ИЛИ и последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, счетчика и дешифратора, первый выход которого соединен с вторыми элементов И группы, m (, n - число выходов дешифратора блока управления) выходов дешифратора блока управления соединены соответственно с m входами первого элемента ИЛИ и m входами второго элемента ИЛИ, (т+1)-ый вход которого соединен с п-ым выходом дешифратора блока управления, выход второго элемента ИЛИ соединен с установочным входом регистра памяти, введены блок 6jjcTporo преобразования Уолша, накапливающий сумматор, счетчик и дешифратор, выходы которого соединены с первой Группой входов блока памяти соответственно, выход которого соединен с суммирующим входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом регистра памяти, выходы коммутатора соединены с соответствующими входами блока быстрого преобразования Уолша, выходы которого соединены с второй группой входов блока памяти-соответственНО, выход первого элемента ИЛИ соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, второй выход дешифратора блока управления соединен с установочными входами счетчика и накапливающего сумматора. На фиг. 1 приведена .блок-схема генератора J на фиг, 2 - схема блока быстрого преобразования Уолша; на фиг.Зсхема блока управления; на фиг. 4диаграмма работы генератора. Генератор содержитблок 1 управения, счетчик 2,дешифратор 3,. датчик 4 случайных чисел, группу 5 элементов И, коммутатор 6, блок 7 быст рого преобразования Урлша, блок 8 памяти, накапливающий сумматор 9 и регистр 10 памяти. Блок 7 быстрого преобразования Уолша содержит генератор 11 синхронизирующих импульсов, элементы И 12 элементы ИЛИ 13, регистры }Ц памяти и сумматоры-вычитатели 15. Блок 1 управления содержит генератор 16 тактовых импульсов, счет чик Г/, дешифратор 18 и элементы ИЛИ 19 и 20. Генератор работает следующим образом. ( В первом такте работы устройства блок управления вырабатывает сигнал обнуления счетчика 2 и накапливающего сумматора 9. Значения спектрал ных коэф()ициентов подаются на соответствующие входы генератора (вто рая группа входов коммутатора). По сигналу из блока управления двоичный код случайного числа, выработанный датчиком t случайных чисел через элементы И 5 подается на первую группу входов коммутатора 6. Спектральные коэффициенты изменяют в коммутаоре 6 свои знаки и поступают на входы блока 7 для выполнения быстрого преобразования Уолша, сигналы с выходов которого запоминаются в блоке В памяте, а на накапливающем сумматоре 9 устанавливается начальное значение. На этом заканчивается процедура подготовки к фор мированию одной реализации случайного процесса. Этап непосредственного формирования состоит из 2f однотипных шагов. Тактовые сигналы из блока управлени начинают заполнять счетчик 2. В соответствие со значением старших разрядов содержимого счетчика воз,буждается одна из выходных ш-1н дешифратора 3. Соответствуюи4ие текущему номеру участка кусочно-линейно аппроксимации значение добавляется содержимому накапливающего сумматор 9. Наконец, в накапливающем сумматоре 9 сформировалось значение проц са в некоторой точке из интервала определения. Это значение выдается через регистр 10 на выход по сигналу из блока управления. Существенно что при этом значение на накапливаю щем сумматоре сохраняется. На после дующих тактах работы генератора про кает аналогично. Для воспроизведения новой реализации процесса с теми же спектральными характеристиками блок управгения выдает сигнал обнуления накапливающего сумматора 9, блока 8 памяти, счетчика 2 и вырабатывает сигнал запроса в элементах 5 И. При зтом на первую группу входов коммута тора 6 поступает новый случайный двоичный код с выходом датчика k случайных чисел. В дальнейшем цикл работы генератора повторяется, как было описано. 1ри необходимости формирования реализации процесса с новыми спектральными характеристиками на входы генератора (на вторую группу входов коммутатора 6) подаются другие коэффициенты. Устройство для выполнения быстрого преобразования Уолша работает следующим образцом. На параллельные входы устройства., являющимися вторыми входами элементов И с нечетными порядковыми номерами, подаются значения анализируемого сигнала. Но сигналу на втором выходе генератора 11 эти значения переписываются на регистры памяти. После этого на первом выходе генератора 11 появляется серия управляющих импульсов. Заметим, что первая группа сумматоров- вычитателей работает в режиме суммирования а вторая группа сумматоров-вычитатёлей работает в режиме вычитания согласно сигнальному графу. Благодаря сделанным в схеме блока соединениям между выходами регистров и входами сумматоров-вычитателей, на выходах последних появляются значения компонентов первог о промежуточного вектора выполняемого быстрого преобразования. Первый из серии импульсов на первом выходе генератора 11 разрешает занесение полученных значений на регистры через элементы И, имеющие четные номера. Вновь на выходах сумматоров вычитателей образуются значения компонентов второго промежуточного вектора выполняемого преобразования. Второй управляющий импульс разрешает запись полученных значений на регистры и так лалее. После окончания последней итерации (после последнего управляющего импульса) на регистрах устройства окажутся искомые коэффициенты преобразования Уолша-Адамара. Операция деления производится путем сдвига содержимого всех регистров на заданное число разрядов вправо по сиг налу с третьего выхода генератора 1 1 . Таким образом, генератор может осуществлять генерирование процесса по заданным спектральным характе ристикам, как и известное устройств Однако время, необходимое для генерирования одного значения процесс в известном занимает тактов сум мирования двух двоичных чисел в режиме с фиксированной запятой, в то время как в данном генераторе аналогичная характеристика равна лишь времени выполнения одного такта сум мирования при тех же условиях. Полученный выигрыш в быстродейст вии сопровождается еще одним положительным эффектом. В известном чис ло входов устройства равно числу ге нерируемых значений процесса В да ном генераторе число входов определ ется числом участков кусочно-линейной аппроксимации I Тем самым обеспе чивается уменьшение числа входов р данном генераторе, что в значительной степени бблегчает .задачу оперативной перестройки с генерирования одного процесса на генерирование дру гого процесса. Формула изобретения Генератор случайных процессов, содержащий датчик случайных чисел, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с соответствующими входами первой группы коммутатора, вторая группа входов которого является груп пой входов генератора, блок памяти, регистр памяти, выход которого является выходом генератора, блок управления, состоящий из двух элементов Или и последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, счётчика и дешифратора, первый выход которого соединен с вторыми входами элементов И группы, m выходов дешифратора блока управления соединены соответственно cm входами первого элемента ИЛИ и ш входами второго элемента ИЛИ, (т+О-ый вход которого соединен с п-ым выходом дешифратора блока управления, выход второго элемента ИЛИ соединен с установочным входом регистра памяти, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия, он содержит блок быстрого преобразования Уолша, накапливающий сумматор, счетчик и дешифратор, выходы которого соединены с первой группой/входов блока памяти соответственно, выход которого соединен с суммирующим входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом регистра памяти, выходы коммутатора, соединены с соответствующими входами блока быстрого преобразования Уолша, выходы которого, соединены с второй группой входов блока памяти соответственно, выход первого элемента и71И соединен со счетным входом счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами дешифратора, второй выход деши фратора блока управления соединен с установочными входами счетчика 1 накапливающего сумматора, (где , п-1, где п - число выходов дешифратора блока управления). Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 591893,.кл. G 06 F 7/58, 1976. 2.Авторское свидётеЬьство СССР N° , кл. G Об F 7/58, 1977. 3.Авторское свидетельство СССР N 532873, кл. G 06 F 7/58, 1975 (прототип).

-iLJ

JLi

6

Js

8

f

W

иг. I

12

Л

/J

12

&1

г

12

/5

f2

-/3

2

13

/2

/а

г

5

2

/2

/3

-

/2

Ц-,

ЭД-1

/2

/3

У2

г/г 2

Г 1В

11

Фиг.Ъ

Н6яонан2,9

Н dJioHjf 5 - .

Излому2

18

J9

Н ЛюнуЮ

го