Генератор случайного потока импульсов Советский патент 1982 года по МПК G06F7/58 

(54) ГЕНЕРАТОР CJr/ЧАЙНОГО ПОТОКА ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для создания асинхронных вероятностных вычислительных устройств, для моделирования случайных процессов и для создания физических-моделей и имитаторов с управляемыми вероятностными характеристиками.

Известен генератор пуассоновского потока импульсов с регулируемой интенсивностью, который содержит источник nyaccoHOBCKOFO потока импульсов, схему совпадений, регулируемый генератор случайных двоичных разрядов 1.

Данный генератор не позволяет управлять интенсивностью пуассоновского потока импульсов с помощью цифрового двоичного кода.

Известно устройство преобразования средней частоты пуассоновского потока импульсов в соответствии с заданным (с помощью значений частот f и f. двух генераторов регулярных импульсных последовательностей) масштабом преобразования типа временной интервал - число - временной интервал С2,

Однако указанное устройство не обеспечивает возможности цифрового управления интенсивностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является генератор с цифровым управлением интенсивностью пуассоновского потока, основанный на . су1имировании простейших потоков и содёржсцция m датчиков первичных пуассоновских потоков, регистр управляющего двоичного кода, блок элементов И, первые входы кото10рых соединены с выходами соответствующих датчиков, а вторые входы - с соответствующими разрядами регистра, и элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами соответствующих

15 элементов И. При этом значения интенсивностей датчиков первичных потоков образуют ряд чисел, убывающих от максимального значения Лд доА,., по геометрической прогрессии с коэф20фициентом 1/2 З.

Недостатком известного генератора является сложность, обусловленная необходимостью использования блока (т) датчиков-со строгим соотношением

25 интенсивностей, и невысокая точность управления из-за возможного дрейфа интенсивностей многочисленного состава датчиков.

Цель изобретения - упрощение уст30ройства генератора за счет сокршцения числа датчиков пегвичных пуассо попских потоков (до одного) и повышение точности управления. Дпя достижения поставленной цели в известный генератор случайного по тока импульсов, содержащий датчик пуассоновского потока импульсов, ре гистр кода, выходы которого соедине ны с первыми входами соответствующи элементов И группы, выходы которых соединена со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, введены элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор и линия задержки, вход которой объе динен с управляющим входом стробиро ванного дешифратора, с входом элеме та задержки и подключен к выходу да чика пуассоновского потока импульсов, а выход линии задержки соединен со счетным входом счетчика, вход Сброс которого соединен с выходом элемента задержки, выходы разрядов счетчика соединены с соответствующими разрядными входами стробиройанного дешифратора, выходы которого соединены с вторыми входами соответ ствующих элементов И группы. В генераторе для решения задачи разделения исходного потока на m непересекающихся потоков с требуемым для цифрового управления соотношени Интенсивностей используются вероятно стные свойства двух статистически не зависимых пуассоновских потоков, иде тичных по интенсивности. Суть этих свойств состоит в том, что вероятности появления ровно К 0,1,2... импульсов одного из потоков на случайном интервале мехуду смежными .импульсами другого потока распределены по закону геометрической прогрессииPg (1/2) , 1 0,1,2... Реализуются эти свойства с помощью линии задержки, выполняющей роль ста тистической развязки для получения второго идентичного по интенсивности потока, счетчика импульсов и стробированного дешифратора, отображающего текущее состояние счетчика и обеспечивающего прохождение импульса в соответствующий выходной канал Повышение точности управления достигается за счетТОГО, что вероятности Р,. , т.е. -пропорции разделения исходного пуассоновского потока на m непересекающихся потоков, практически не зависят от значения интенсивности управляемого потока, На чертеже приведена блок-схема генератора. Генератор содержит датчик 1 пуассоновского (простейшего) потока импульсов, линию . задержки, счетчик 3 стробированный дешифратор 1, группу элементов И 5, элемент ИЛИ 6, perncTV 7 кода и элемент 8 задержки. При этом выход датчика 1 через линию 2 задержки соединен со счетным входом счетчика 3, непосредственно соединен с управляющим входом дешифратора 4 и через элемент 8 задержки - с установочным в О входом счетчика 3, соединенного с дешифратором 4, выходы которого соединены с первыми входами соответствуклцих элементов И 5, вторые входы которых соединены с соответствующими разрядами регистра 7, а выходы - с входами элемента ИЛИ 6, выход которого является выходом генератора. Генератор работает следующим образом. Датчик 1 вырабатывает случайную пуассоновскую последовательность импульсов .с интенсивностью Л . с линии 2 задержки каждый импульс этой последовательности задерживается на интервал времени Г, (4-5)4- , при котором практически отсутствует статистическая зависимость импульсного процесса на выходе линии 3 задержки от процесса на выходе датчика 1. В счетчике 3 по истечении времени после, момента включения генератора фиксируется случайное число импульсов задержанного-потока, которые появляются на случайных интервалах между импульсами первичного потока. Каждый импульс первичного потока опрашивает дешифратор 4 и через время, необходимое для окончания переходных процессов в дешифраторе (это время задается/элементом,8 задержки) гасит содержимое счетчика 3. В результате опроса дешифратора 4 импульс первичного потока проходит на тот выход дешифратора 4, номер которого соответствует состоянию счетчика 3 в момент опроса. Определим вероятности прохождения произвольного импульса первичного потока на t, -ый выход дешифратора как вероятности Р., состояний 0,1,2... счетчика 3 в моменты опроса дешифратора. Временной интервал t , в течение которого производится накопление импульсов счетчиком 3, является случайной величиной, распределенной по экспоненциальному закону с параметром, f(r) Л. , г , О 1) Для пуассоновского потока вероятность появления определенного числа € 0,1,2,... импульсов за фиксированный отрезок времени Т: определяется выражением г 1 . 71 1 . Pg(i;) Бероятностн Pg появления Ч 0,1,2,... импульсов за случайный отрезок времени, распределенный по закону (1J, находим с помощью опера 1ИИ осреднения Pe(t) по всем воэмож ым значениям интервала О : 1Г «л еч1 ср t.e-..3r.( Pg ()f()at ТГ Известно, что e.g-2X (2A) Тогда распределение вероятностей Pg принимает вид ,е 0,1,2,... (4 Ре (1/2) и представляет собой геометрическую прогрессию с начальным членом и коэффициентом, равным 1/2. В процессе работы генератора управляемый поток импульсов с исход ной интенсивностью Л разделяется на m непересекающихся и независимых друг от друга пуассоновских потоков с интенсивностями (1/2) Ле Ре-л при этом В соответствии с установленными в регистре 7 управляющим двоичным кодом будут открыты те элементы И блока 5, которые соответствуют разрядам регистра, содержащим единицы 1. На выходе элемента ИЛИ б фо мируется пуассоновский поток импуль сов с интенсивностью вых 1/ 2- т линейно связанной, с интенсивностью А датчика 1 коэффициентом пропорцио нальности, равным значению управляю щего двоичного кода о, а, а,..,,а представленного в виде двоичной пра вильной дроби. Таким образом, в предлагаемом ге нераторе пуассоновского потока импу сов с цифровым управлением интенси ностью необходимо число первичных датчиков сокращено до одного. Испол зование статистически независимого первичного,но индентичного по интен сивности задержанного потока импуль сов, позволяет с помощью небольшого по числу К разрядов двоичного счетчика () разделять исходный поток импульсов на m непересакающих 86 ся пуассоновских потоков с требуекыми для цифрового управления соотношениями интенсивностей. Независимость членов ряда (4) от параметра (при статистической независимости первичного и задержанного потоков) сводит методическую ошибку управления к нулю. Кроме того, в силу идентичности первичного и задержанного потоков г; j предлагаемый генератор инвариантен по отношению к названным двум потокам, т.е. имеется возможность менять точки подключения этих потоков в схеме генератора. Независимость задержанного потока импульсов от первичного обеспечивается соответствующей величиной временной задержки Т импульсных сигнгшов. При задержке, равной 4-5 средним периодс1М следования импульсов датчика при Tj (4-5)-- , зероят1, т.е. хотя бы частичного переность Рпер крытия одних и тех же временных интервалов между импульсами потоков составляет величину достаточно мгшого порядка А ,ооь. t5(4-5)1/A что позволяет первичный и задержанный потоки считать практически независимыми . Абсолютная величина необходимой временной задержки при Л 7, 10- имп/с составляет 40-50 мкс и может быть достигнута с помощью современных ультразвуковых линий задержек. Для более низких значений интенсивностей датчика 1 ( Д. i 0,5- 10 имп/с) целесообразно применение дискретных линий задержек, построенных с использованием регистров сдвига на базе цифровых интегральных схем. Формула изобретения Генератор случайного потока импульсов, содержащий датчик пуассоновского потока импульсов, регистр кода,выходы которого соединены с первыют входами соответствующих элементов И группы, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор и линию задержки, вход которой объединен с управляющим входом стробированного дешифратора, с входом элеме 1та задержки и подключен к выходу датчика пуассоновского потока импульсов, а выход линии задержки соединен со счетным входом счетчика, вход Сброс которого соединен с выходом элемента задержки, выходы разрядов счетчика соединены

с соответствующими разрядными вхоДЕ1МИ стробированного дешифратора, входы которого соединены с вторыми входами соответствующих элементов И группы.

Источникиинформации, принятые Bq внимание при экспертизе

3.Четаерикои В.Н. и др. Вычислительная техника для статистического моделирования, М., Советское радио, 1978, с. 141 (прототип).