Генератор случайного процесса

Генератор случайного процесса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитационно-моделирующей аппаратуры. Решаемая изобретением задача - генерирование случайного процесса с заданной функцией спектральной плотности. Целью изобретения является повышение точности воспроизведения требуемых функций спектральной плотности мощности. Генератор случайного процесса содержит генератор импульсов, делитель частоты, первый и второй счетчики, первый и второй сумматоры, регистр памяти, первый, второй и третий блоки памяти, датчик случайных чисел, триггер, вычитатель. Формируемый устройством случайный процесс представляет собой сумму злементарнмх процессов, каждый из которых состоит из отрезков равной длины одной периодической функции (базовой ) со случайными начальными фазами , модулированных по амплитуде огибающей функцией с периодом повторения , равным по длительности отрезков злементарных.процессов. Формирование процесса можно представить как последовательность непрерывно следующих циклов, на каждом из которых за V тактов вычисляется один отсчет формируемого процесса путем суммирования с помощью второго сумматора V произведений отсчетов базовой функции на значения отсчетов огибающей функции. Адреса считываемых на i -х тактах из первого блока памяти отсчетов базовой функции формируются путем прибавления к состоянию первого счетчика кодов случайных фаз наслоений , считываемых из i-х ячеек второго блока памяти по адресам, формируемым вторым счетчиком, состояние которого изменяется от нуля до V за один цикл. Коды случайных фаз ,формируются датчиком случайных чисел, смена фазы отрезка базовой функции i-го наслоения осуществляется на i-м такте некоторого цикла вычисления записью в i -ю ячейку второго бло; ка памяти, моменты смены фаз определяются по состоянию первого и второго счетчиков с помощью схемы сравнения . Номера отсчетов огибающей функции вычисляются как разность по модулю состояний первого и второго счетчиков . 1 ил. с 9 (О N9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК йц4С06 F 758

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3800631/24-24 (22) 10.10.84 (46) 07.09.86. Бюл, Р 33 (71) Минский радиотехнический инс" титут (72) А. Г.Якубенко, А.Е. Леусенко, А.И.Кузьмич и И.Е.Ероховец (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 391577, кл. С 06 F 7/52, 1972.

Авторское свидетельство СССР

М 734768, кл. G 06 F 7/58, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1146671, кл. С 06 F 7/58, 1983. (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитационно-моделирующей аппаратуры. Решаемая изобретением задача — генерирование случайного процесса с заданной функцией спектральной плотности.

Целью изобретения является повьппение точности воспроизведения требуемых функций спектральной плотности мощности, Генератор случайного процесса содержит генератор импульсов, делитель частоты, первый и второй счетчики, первый и второй сумматоры, регистр памяти, первый, второй и третий блоки памяти, датчик случайных чисел, триггер, вычитатель, Формируемый устройством случайный процесс представляет собой сумму элементарн.rx процессов, каждый Hs которых состоит из отрезков равной длины

„„SU„„1256022 А 1 одной периодической функции (базовой) со случайными начальными фазами, модулированных по амплитуде огибающей функцией с периодом повторения, равньи по длительности отрезков элементарных. процессов. Формирование процесса можно представить как последовательность непрерывно следующих циклов, на каждом из которых

sa Ч тактов вычисляется один отсчет формируемого процесса путем суммирования с помощью второго сумматора

V произведений отсчетов базовой функции на значения отсчетов огибающей функции. Адреса считываемых на 1 -х тактах из первого блока памяти отсчетов базовой функции формируются путем прибавления к состоянию первого счетчика кодов случайных фаэ наслоений, считываемых из i --x ячеек второго блока памяти по адресам, формируемым вторым счетчиком, состояние которого изменяется от нуля до

V за один цикл. Коды случайных фаз ,формируются датчиком случайных чисел, смена фазы отрезка базовой функции

1 -ro наслоения осуществляется на

1 -м такте некоторого цикла вычисления записью в i --ю ячейку второго бло"

; ка памяти, моменты смены фаз определяются по состоянию первого и второго счетчиков с помощью схемы сравнения. Номера отсчетов огибающей функции вычисляются как разность по моду лю состояний первого и второго счетчиков. 1 ил.

1256022

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитационномоделирующей аппаратуры для решения. задач исследования и оптимизации структурно-сложных систем, при создании автоматизированных систем испытания на вибрационные, акустические и другие воздействия.

Цель изобретения — повьппение точ1О ности воспроизведения требуемых функций спектральной плотности мощности формируемых случайных процессов.

I:à чертеже представлена структурная схема генератора.

Генератор содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, первый счетчик 3, первый сумматор 4, первый блок 5 памяти, умножитель 6, второй сумматор 7, регистр 8 памяти, второй счетчик 9, схему 10 сравнения, второй блок 11 памяти, датчик 12 случайных чисел, триггер 13, вычитатель

14 и третин блок 15 памяти, 25

Генератор работает следующим образом.

Генерируемый случайный процесс представляет собой сумму (композицию) элементарных процессов (наслоений), 1l каждый.из которых состоит .из (склеенных") отрезков равной длины одной периодической функции (базовой функции процесса) со случайными начальными фазами, модулированных по амплитуде регулярной огибающей функ- 35 цией с периодом повторения, равным длительности отрезков элементарных процессов.

Базовая функция процесса задается

11 дискретными отсчетами, записывае- . 4О мыми в блок 5 памяти. Форма огибаю щей (модулирующей) функции определяется настройкой третьего блока памяти 15. Формирование процессов можно представить как последовательность 45 непрерывно следующих циклов, на каж-. дом из которых эа Ч тактов вычисляется один отсчет формируемого процесса путем суммирования с помощью на— капливающего сумматора 7 7 произве- 5О дений отсчетов базовой функции на значения отсчетов огибающей функции.

Адреса счетываемых на i-х тактах из блока 5 памяти отсчетов базовой функции формируются путем прибавления 55 к состоянию счетчика 3, изменяющему" ся от цикла к циклу на одну единицу, кодов случайных фаз наслоений, считываемых из i-x ячеек блока 11 памяти по адресам, формируемым счетчиком 9, состояние которого изменяется от нуля до V за один цикл. Коды случайных фаз формируются датчиком

12 случайных чисел, смена фазы отрезка базовой функции i-ro наслоения осуществляется на 1-ом такте некоторого цикла вычисления записью в i e ячейку блока .11 памяти нового случайного числа, моменты смены фаз определяются по состояниям счетчиков

3 и 9 с помощью схемы сравнения.

Номера отсчетов огибающей функции вычисляются как разность по модулю

N состояний счетчика 3 и счетчика 9. Очередной цикл вычисления начинается после выработки на выходе делителя 2 частоты импульса, по которому в регистр 8 записывается с выхода накапливающего сумматора 7 вычислений на предыдущем цикле отсчет формируемого процесса, накапливаю-, щий сумматор 7 обну.1яется, триггер 13 устанавливается в единичное состояние, состояние счетчика 3 увеличивается на единицу. Единичное состояйие триггера 13 разрешает работу накапливающего сумматора 7 и счетчика 9, который кначалу цикланаходился в нулевом состоянии.Из нулевой ячейки блока

11 памяти считывается код, задающий случайную фазу отрезка базовой функции нулевого наслоения, и суммируется с кодом состояния счетчика 3.

По вычисленному на выходе сумматора

4 адресу из блока 5 памяти считывается код отсчета базовой функции и умножается на код отсчета огибающей с выхода третьего блока 15 памяти. Номер отсчета огибающей форми=руется на выходе вычитателя 14 как разность по модулю N состояния счетчика 3 и счетчика 9. По вырабатываемому генератором 1 очередному тактовому импульсу полученное произведение прибавляется к состоянию накапливающего сумматора 7 (нулевому к началу цикла), состояние счетчика

9 увеличивается на единицу. По адресу, определяемому состоянием счетчика 9, из блока 11 памяти считывается код, задающий фазу следующего наслоения, и прибавляется к состоянию счетчика 3. По вычисленному адресу из блоха 5 памяти новый код отсчета базовой функции умножается на новый код огибающей, полученное

125á 022 произведение прибавляется к состоянию накапливающего сумматора, состояние счетчика 9 увеличивается на единицу. Последовательность описанных тактов вычисления повторяется, 5 при этом состояние счетчика 9 последовательно увеличивается, в сумматоре 7 накапливается значение отсчета формируемого процесса как сумма произведений отсчетов базовой функции на отсчеты огибающей функции. При достижении счетчиком 9 максимального состояния. на его выходе переполнения вырабатывается сигнал, по которому триггер 13 устанавливается в, нулевое состояние, запрещающее изменение состояния сумматора 7 и счетчика 9, который устанавливается в нулевое состояние, в котором находится до начала следующего цикла вычисления.

Последовательность описанных циклов повторяется через интервалы вре-. мени, равные периоду следования импульсов на выходе делителя 2 частоты.

На каждом цикле состояние счетчика

3 увеличивается на единицу. При этом на i-x тактах последовательно выпол няемых циклов считываются последовательно отсчеты базовой функции иэ блока 5 памяти по последовательно 30 циклически изменяющийся адресам, : равным сумме состояний счетчика и считываемого на. i-ом такте кода из блока 10 памяти. Коды отсчетов базовой функции умножаются на. формиру- 35 емые на выходе третьего блока 15 памяти коды отсчетов огибающей, номера которых, равные -разности состояния счетчика 3 и счетчика 9, циклически последовательно изменяются на 40

>-х тактах последовательно выполняемых циклов вычисления. Т.е. на поспедовательно выполняемых циклах производится вычисление суммы формируемых в режиме разделения времениУ 45 отрезков базовой функции процесса, модулированных огибающей функцией, с соотношениями фаз, определяемыми кодами, считываемыми из блока 11 памяти,, 50

Рассмотрим процедуру смены фаэ отрезков базовой функции. Предположим, что разрядности счетчиков 3 и

9 и схемы 10 сравнения равны, емкость блока 5 памяти, определяющая у количество отсчетов задания периода

К базовой функции N равны 2, где К— разрядность счетчика 3.

Запись в блок 11 памяти нового случайного числа происходит при выработке на выходе схемы 10 сравнения сигнала равенства состояний счетчиков 3 и 9. Так как счетчик 9 является формирователем адресов фаэ и его состояние изменяется от нулевого до максимального один раз в течение каждого цикла вычислений, а состояние счетчика 3 изменяется от цикла к циклу на единицу, на одном цикле возможно изменение значения фазы только одного наслоения, с номером равным состоянию счетчика 3. При этом, если состояния счетчиков 3 и 9 сравниваются в естественном порядке (i-й разряд счетчика 3 с i-ым разрядом счетчика 9) смена фаз наслоений происходит за V последовательно выполняемых циклов формирова ния процесса при изменении состояния счетчика 3 от нуля до V, Поскольку номера отсчетов огибающей i-го наслоения равны разности состояния счетчика 3 и номера наслоения i, последовательности номеров отсчетов огибающих и, следовательно, и сами огибающие отрезков базовой функции каждого наслоения имеют относительный сдвиг, равный относительному сдвигу момента смены фазы этого наслоения. Причем в момент изменения фазы i-ro наслоения отсчет фазовой функции этого наслоения умножается на нулевой отсчет огибающей. Таким образом, если назвать отсчет огибающей с номером нуль ее началом, то можно сказать, что начало огибающей отрезка базовой функции каждого наслоения совпадает с моментом смены фазы этого наслоения (с началом отрезка базовой функции), длина отрезка базовой функции и огибающей равна N отсчетов.

Порядок смены фазы отрезков базовой функции наслоений можно изменить, изменив порядок сравнения состояний счетчиков 3 и 9. Интерес представляет двоично-инверсный порядок сравнения, когда i-й разряд счетчика сравнивается с К-i-ым разрядом другого, т.е. разрядные выходы одного счетчика соединяются с разрядными входами схемы 10 сравнения в естественном (прямом) порядке, а другого счетчика — в обратном. При этом разрядные выходы счетчика 3 соединяются с входами вычитателя 14

1256022

Составитель И.Столяров

Техред Л. Сердюкова

Корректор А.Обручар

Редактор С.Патрушева

Заказ 4824/48

Тираж 671

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 в прямом порядке, а выходы счетчика

9 соединяются с разрядными входами вычитателя 14 - в обратном порядке.

Предлагаемый способ сравнения позволяет максимально разнести моменты смены фаз наслоений.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Генератор случайного процесса, содержащйй генератор импульсов, первый счетчик, делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход — со счетным входом первого счетчика, первый блок памяти, первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом счетчика, а выход — с адресным входом блока памяти, регистр и второй сумматор, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора импульсов, вход обнуления объединен с входом синхронизации регистра, а выход соединен с информационным входом регистра, выход которого является выходом устройства, схему сравнения и второй счетчик, счетный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а информационный выход - с .первым входом схемы сравнения, второй вход которой сое динен с выходом первого счетчика, второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, адресный вход второго блока памяти соединен c: информационным выходом второго счетчика, а вход управления записью — с выходом схемы сравнения, датчик случайных чисел, вход синхронизации которого соеди" нен с выходом генератора импульсов, а выход — с информационным входом !

О второго блока памяти, триггер, вход обнуления которого соединен с выходом переполнения второго счетчика, вход установки в единицу — с выходом делителя частоты, а выход — с входом

15 разрешения суммирования второго сум-, матора и входом начальной установки второго счетчика,.о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения требу20 емых функций спектральной плотности мощности формируемых случайных процессов, дополнительно содержит вычитатель, третий блок памяти и умножитель, первый вход которого соеди25 нен с выходом первого блока памяти, второй вход — с выходом третьего блока памяти, а выход — с информационным входом второго сумматора, вход уменьшаемого вычитателя соединен с

30 информационным выходом первого счет чика, вход вычитаемого — с выходом второго счетчика, а выход — с входом третьего блока памяти.