Генератор случайного процесса

Генератор случайного процесса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (11)68 2927

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.05.77 (21) 2490144/18-24 с присоединением заявки Хе (51) М. 1(л.

G 07С 15/00

G 06G 7/52

Опубликовано 30.08.79. Бюллетень М 32 ло делам изобретений (53) УДК 681.325 (088.8) и открытий

Дата опубликования описания 30,08.79

ВГ ХБ (72) Авторы изобретения

А. Е. Леусеико и В. Н. Ярмолик

Минский радиотехнический институт (71) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для получения полосового случайного процесса при моделировании случайных полосовых вибраций на ЭВМ, а также в качестве задающей аппаратуры для воспроизведения случайных вибраций при исследовании надежности с помощью вибростендов.

Известен генератор случайного процесса 10 содержащий источник шума, усилитель, колебательный контур, формирователь.

Недостатком подобного генератора является невозможность гибкой перестройки полосы случайного процесса по частотному 15 диапазону в силу реализации данного генератора на аналоговых элементах. Особенно трудно получать полосовой случайный процесс в инфранизкочастотной области и добиться высокой стабильности ха- 20 рактеристик подобного генератора (1).

Известен также генератор случайного процесса, содержащий регистр сдвига, вход которого является входом генератора, сумматор, выход которого является выходом генератора, а входы соединены с выходами умножителей соответственно (2).

Недостатком этого генератора является наличие повторов на неосновных частотах, что снижает его точность. 30

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является генератор случайного процесса, содержащий регистр сдвига, информационный вход которого является входом генератора, а вход

«сдвиг» через делитель подключен ко входу тактовых импульсов и объединен со счетным входом триггера, выход которого подсоединен к первым входам первого и второго блоков элементов И, вторые и третьи входы которых подключены соответственно к выходам регистра сдвига и блока генераторов импульсов. Выходы первого и второго блоков элементов И подключены ко входам первого и второго элементов ИЛИ, соответственно (3).

Этот генератор имеет меньшие амплитуды повторов на неосновных частотах амплитудно-частотной характеристики генератора. Однако точность генератора все же недостаточна для практических задач.

Целью изобретения является повышение точности генератора за счет уменьшения амплитуды повторов на неосновных частотах амплитудно-частотной характеристики генератора.

Для достижения поставленной цели генератор содержит реверсивный счетчик и преобразователь «код-напряжение», выход которого является выходом генератора, а вхо682927

М(11 1 — hk ) Xa k + hm Х,„+ „ l (3) Генераторы 3 импульсов генерируют последовательности импульсов с частотой, 0,: ды соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого соедш1сны, соответственно, с выходами первого и ьторого элементов ИЛИ.

На фпг. 1 приведена блок-схема 1енератора; на фиг. 2 — временная диаграмма работы генератора; на фиг. 3 — вид реального случайного процесса на выходе генератора полосового случайного процесса; на 0 фиг. 4 — спектр амплитуд случайного процесса воспроизводимого генератором.

Генератор случайного процесса состоит пз 2m+1 — разрядного регистра 1 сдвига, первого и второго блоков из (2гп+1) эле- 15 ментов И 2, блока из (2m+1) генераторов

3 импульсов, двух элементов ИЛИ 4, реверсивного счетчика 5, преобразователя код-напряжение 6, триггера 7, делителя 8.

На синхронизирующие входы разрядов 20 регистра сдвига 1 подключен выход делителя 8, на вход которого поступают входные импульсы. Входные импульсы поступают, кроме того, на вход триггера 7, единичный выход которого соединен с первыми входа- 25 ми элементов И 2. Ко вторым входам элементов И 2 подключены выходы разрядов регистра сдвига 1, на первый разряд которого поступают значения «белого» шума х„. К третьим входам элементов И 2 под- 30 ключены выходы генераторов нмпульсов 3.

Выходы нечетных блоков (схема И) подключены к первому элементу ИЛИ 4, а Bblходы четных блоков — ко второ лу элементу

ИЛИ 4. В свою очередь, выход псрвого, д элемента ИЛИ подключен к суммирующему входу реверсивного счетчик» 5, а выход второго — к вычитающему входу. Выходы всех разрядов реверсивного счетчика 5 подсоединены ко входам преобразователя lo код-напряжение, на выходе которого получается рсзулыирующпй случайный полосовой процесс. Значение У„в известно.,1 фильтре получается по формуле

k.= о !5

У» — 1 - »+ kт (1)

k= — m где hk — весовые коэффициенты полосового фильтра.

В предлагаемом генераторе очередное значение Y 1 получается пз предыдущего

Y по выражению

У +l = Ул+(Y — У.), (2) т. е., чтобы получить У л1, нужно к У прибавить (Y„ l — Y ), где У„+1+У ) представляется в виде последовательности импульсов с соответствующей частотой и определяется выражением т — — »r " n —:» G0

k=- — и, 1

4 пропорциональной весовым коэффициентам фп 1 ipa. Первый reHcp lop пср11pyc l часготу пропорционально коэфф1щиснту h „, в1орои (h „— Й „+1), третий (й .-,»+1 —,Й»,+ ) и т. д. па основании выражещ1я (3).

Импульсные последовательности с выходов генераторов 3 должны быть несовместимы, т. е. если íà выходе -го генератора присутствует импульс в данный момент, то на выходах остальных генераторов импульсы отсутствуloT.

Работает устройство следующим образом.

Последовательность импульсов поступает на счетный вход триггера 7 и на делитель

8. (Вид импульсной последовательности на выходе делителя 8 показан на фиг. 2,б, а на выходе триггера 7 на фиг. 2,в). С выхода делителя 8 импульсы поступают на цепи сдьпга информации на один разряд в регистре 1 сдвига. По приходу очередного импульса сдвига содержимое разрядов регистра сдвига сдвигается на один разряд вправо, одновременно в первый разряд регистра записывается новое зна.чение двоичной случайной цифры «0» или «1».

Каждый очередной импульс сдвига устанавливает триггер 7 в единичное значение ровно на полпериода (см. фиг. 2,в) . В связи с этим триггер 7 разрешает прохождение сигналов через элементы И 2 только первую половину периода следования импульсов сдвига, т. к. его выход подключен к первым входам элементов И. К третьим входам элсментов 2 подключены выходы генсраторов импульсов, которые непрерывно во времени генерируют последовательность с частотой, пропорциональной весовым коэффициентам фильтра. В случае если значение 1-го разряда сдвига равняется

«1», о врсмя первой половины периода следования импульса сдвига, импульсная последовательность с выхода i-ro генератора импульсов проходит через 1-ый элемент

И 2 па вход определенного элемента 4 (первого плн второго). Так как содержимое регистра сдвига случайно, т. е. в его 2т+1 разрядах случайным образом расположены нули и единицы, то импульсные последовательности с генератора 3 проходят лишь через те элементы И 2, на третьи входы которых с регистра 1 сдвига поступает единица. (На фиг. 2,г. показана импульсная последовательность с выхода 1-го генератора

3 импульсов; на фиг. 2,д — значение i-ro разряда регистра 1 сдвига, в первый такт

«1» и во второй такт — «О», хотя возможна и любая другая комбинация. На фиг.2,яс показана временная диаграмма на выходе

i-ой схемы И). В первый такт импульсная последовательность проходит на выход i-го элемента «И», так как значение 1-го разряда в этот такт равняется единице, а во второй не проходит, т. к. значение i-ro разря682927 да во второй такт равняется нулю. ЛН31oгично любой другой элемент И 2 В опредсленнь(й такт раооты пропускает или ие пропускает импульсные последовательности ия вход элементов 4. То что весовые коэффици FIThl цпфрово"o фильтра имеют пазнт-(е знаки, т. е. знаки « — » п « — >., o3it3»3cT, (;1o необходимо вычитать и,пи складывать тот или иной весовой коэффициент. Обычно знаки весовых т<оэффицисптов чередуются. Поэтотлу выходы нечетных элементов И 2 объединены ия первом элементы ИЛИ 4, а

Выходы четных элементов И 2 объединены на втором элементе ИЛИ 4.

В определенный такт оаботы устройства на выходе первого элемента ИЛИ получается сумма части положительных коэффициентов, п пя выходе второго-с мма части отрицательных коэффициентов, Количество суммируемь(х коэффициентов и их копкретпьтс номера определяются в каждый конкретный такт содержимым регистг)а сдвига.

Выход TICpBOI 37CA(CEIT3 ИЛИ чеи к суммирующему входу реверсивного счетчика, а вь(ход второго элемента ИЛИ—

1< вычитаю(нему Bxoд peBepci! Bilooo счетчика. И(ми льспые последовательности с выходов обоих элементов ИЛИ iie обязательно должны быть несовместными, так кяк в случа=при,хода двух единиц пя в <оды «+» и « — » содержимое счетчика меНЯТЬ НС Итттж((О. В ПЕРВ.Ю ПОЛОВППУ ПЕРИОДа каждого такта, (т. е. когда триггер 7 пя«1»1 версивного счетчика нарастает и "I(T убывает в зависимости от того, больше сумма ппЛОжпте7hHhIX КОЭффнЦИЕНтОВ ИЛИ ОтРт(ЦЯтельных, соответственно. BO вторую половину та(<та работы устройства содер>(<имое реверсивного счетчика не меняется, т. к. Пя его входы пе поступают импульcflhlp последовательности. (На фиг. 2.в показан впд импульсной пос.педовятельиости B", выхо Те первого элемента ИЛИ 4, !3 фиг. 2.(. — 1!a

Выходе второго элемента ИЛИ 4, иа фиг.

2,((— вчд соответствующсго выходного ВоЛОСР!.ОГО C,!T (!3TIT(OÃO ПРРЦСССЯ . Т l ВЫХО.)С блока 6. которь(й грсоорязуст кодовуто ПОследоватсг((ность рсвсрсигпРГО с I

Ite!TT)epbtBff0e иапря>ксиис) .

КЯК СЛЕДУЕТ ИЗ ОПИСаНИЯ фУИК()ИОИИРOB3пия устройства, иа его вы"Оде получается аналоговый случайный процесс с,пинсйпоизменяющейся кусочно-постоянной аппроксимацией. Из фиг. 3 Ви IBO. чт0 I<3>!<71>té выходной отсчет У„т. e. Y, Yi. Y .... аппроксимирован трапецеидальиой функцией, т. е., другими словами, каждый дш кретнт,(й отС(Ет ВЫХОДНОГО ПрОПЕССа ((01уЛТ(рт>ЕТСЯ трапецеидальным импульсом, i которого нижнее основание в три раза больше ",ер

Это объясняется тем, что каждое зпачеКОЭффн !(иCI((03 ф!(!BTP3 руется блоками 3, 2 и 1 трапецеидальиой функцией, 20

В си.п . этого форму13 (31 б,.дст оп((сывать свеоты во времени тоапсцсидяльнойт (1)т ик и (с весовой (1!) пкцией фильтря. Слстовятс, ьно. спеет() (".м(плит(д Вьтхo7IIOt 0 процесса будет определяться спектром т )яПецЕПдаЛЬПОй (1)уНКНИТ(, а НС Г(СО ШО-! (0стоя!Пюй, как в прототипе.

Гттсктр Выход (ого процесса S((.) Ргпст".Я -ТСЯ (<31< ПРОIГЗВ 7СПИС СТ т<тт);(Ц!-,С))Р(1 ОГО (Т)1(л! Тт) 3 S. .(()) и 1 СПСЕТ(1 (ВОГCT31(3B,(ивяю(цей (I)",нкции S.>(ст)1. В,",я!(!то т с.1 .;Ве Tn(3п цеида1BBой.

Вид с)) тики(пи ()1(т) ) Опрсдслястся весаВЫ.ЛИ Т<РЭ())Ь()ЦИЕНТЯ.)!И фиЛЬтРЯ И ТТРЕДСтЯВЛяст СО6Ой Пря.,!OV1071 ITT!e ПОЛОСЬ(ПрОПуСЕЯНИЯ Н3 Ч ЯСТОТЯ.! С!) (()С (!)(, ° ° ° ,((.Н3.1ИТИ(ТЕСЕO" Bht(13>t ((>

silT — sin—

S (ñî )+ - . (41 (»

Зг" (>f

ПОВТОР(>1 Н3 ЧЯСТОТЯ Х С() >, (П >, Н.(ПОДЯВ 1Яются з(тячительпо ci(,7httcc, чем Г, прототипе: напри.яср. дпя 1/6 31

1(3 частоте с)1 состав!T =35 дб. т c . почти

Г 1ÎÎ раз, см. Выражение (:11, что в рсясп(ных устройствах с малым динамическим диапазоном выход((ого сигH313 яг.,пястся доСТЯТОЧПОЙ BC 1Ò!(IIT!! 01!.

R СГЯЗИ С ЗТИ". OTIfe."сг(СT НСОО ОДПМОСТЬ, >5 В .". 13!<0(! 3 СТОТИОЙ ()) lh I.ТР Я 1(ТТ! ВЫ ХО ЧИОГО

С((гнаЛЯ 3TI310ГОВЬТ (п АИ,1ЬТРЯХ(И НИЗКИХ частот. ТР г, СBoio Р!сред!, позво incT сохранит(ряд с .тцсствс(н(ь(х догTo!ITIcTil цпфроB0(0 ГС ПС!) ЯТООЯ С, X (t ll .Ifh!. < ПРОЦ(CCOB.

)О ЛЯ(!по." 1стройство, ерР. с того. От(пчяется прос-.отой Tc !I;f÷åc,

ЗЯТОЯТЯ МИ.

Все блоки Гc3.7!(Bóioòcÿ с использoBÇIIIIe÷

)5 ТИТ>OВЬ Х ЭЛСт)С!Поп Вht> IICЛITТС 7ЬНОЙ ТC :ППЕ(т Иаг(ПП>(С(1 т(СГС)3 т-1 ЫХ СХЕ>(1 C "BÏ(1 155

Тя?...т. { 00р 3 ) .:. Гт;СЯСИ!(C ИОBI>(X б.ТОТ<оп fl (! Р -- -.(Х (- ),-1 т ти т И 0 И - т 1, П Ь(Х (В и 3 С ((П Р 3> т; Р .т ! T

ЗПЯ(П(ТСЛЬT!O TTOBh)CBT; ". )ССтВО ГСИЕРятОРЯ (;() ПРЛРСОВРГО С,1 ((3, т.(ОГО II POII C(3 (4 Х(С(11>П(1(тЬ TIOBTOPh(3>((тЛ(ТТУДТ(Р- тастОтт(Ой ХЗРЯЕТСРИСТПЕП) 1(PТ! CPЯВН(Ттс. IЬПО 1)С001ЬШП .

ЯПГЯРЯТУР!>Т.ТХ ЗятРЯтяХ . >. 01)0 . (11((ССЕИИ Эф())СЕТ ОТ П Pl!".(ICII(!1. Òß ГСIlC(>1 Of)Я ПОЛОСОВРГР (,"".т, !."""(ОГО Птт)0(!(ССЯ

Р BI! Си. >ТС)т ЭЕРНОЪ .Итl(Епlт Э(т)(т)ст<Т 0 ОПП(7С1 "Tt>CH бо С С точпЫ,т яд,!11(CМ Iò Оg . O (Т;с!,",; (C !OЧ! ; Г () (>ро(т("Т 1 ) т 3 Ппl((ТТС\

".О. 01;fT .Iс. x" iiT, Boпн (o Ilt((T Ррм t«io !

ПЯ;,,<НЬ(Х (.З73-< ((ЗДС,7И и В,1(,ИСИЦ(С>т

>!

Пре.":,ОТВ,13TII 1- ВВIП . СЕ б 3!>1 (T1 p . .- -,; т!: о б р с т с и и и

ГCITCPÇTOP С.1У((а"! РГО ПРОЦЕССа. СОДЕРжа ий регпстр сдвига, ттнфспр (яционнь(й В.<07

682927 которого является входом генератора, а вход «сдвиг» объединен со счетным входом триггера, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков элементов И, вторые и третьи входы которых подключены соответственно к выходам регистра сдвига и блока генераторов импульсов, а выходы первого и второго блоков элементов И подключены ко входам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности устройства, оцо содержит реверсивный счетчик и преобразователь «код-напряжение», выход которого является выходом генератора, а входы соедииены с разряднымн выходами реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов

ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 376854, кл. Н ОЗВ 29/00, 1971.

10 2. Данилов Б. Г., Штейнбок IO. Г. Однополоспая передача цифровых сигналов. М., «С в я з ь», 1974.

3. Авторское свидетельство СССР по 3. № 2430438/18-24, кл. G 06G 7/52, !

5 16.12.76 (прототип) .

682927

1>Z 2

S(cu) Уг кЯ си

Редактор P. Киселева

Заказ 2362/17 Изд. № 564 Тираж 681 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Карасов

Техред Н. Строганова

Корректоры: А. Галахова и Л. Орлова