Генератор случайных процессов
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Сециалистических
Реслублик 1Ц690514
К АВТОИ. КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополиительиое к авт. саид-ву (22) Заявлеио 010777 {21) 2503470/18-24 с арисоедииеиием заявки М— (5М)М. КЛ,2
С 07 С 15/00 (3 06 Г 1/02
Государственный комитет
СССР по аеяаи изобретений н открытий (23) Приоритет— (53) УД < б81.З25 (088.8) Опубликоваио 051 079. Бюллетень Н9 З7
Дата опубликоваиия описания 08.1079 (72) Автор изобретейия
В . Н. Ярмолик (71) Заявитель
Ми иск ий ради Отек ническ ий и нс ти тут (54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ I 2
Изобретение относится к области генератор случайных процессов, содервычислительной техники и может быть жащий первый и второй цифровые фильтиспользовано в качестве блока модуль- .ры, сумматор, выход которого соединой ЭВМ, специализированного блока.: 5 нен с входом цифроаналогового преоб универсальной ЭВМ, задающей аппарату- разователя, выход которого является ры для воспроизведения случайных про- выходом-генератора, источник шума, цессов с заданной спектральной плот- .выход котороге подклйчен к входам ностью мощности при исследовании Ha- .(n+l) аналоговых Фильтров, выходы дежности с помощью вибростендов . которых соединены с входами (n+1)
Известны генераторы случайных про- аналого-цифровых преобразователей цессов . Один из известных генерато- соответственно, выходы nepioro анаров случайных процессов содержит ис- лого-цифрового преобразователя подточник шума, сигналы с выхода кото- ключеиы к входам первого цифрового
poro через полосовые Фильтры посту- фильтра соответственно, выходы котопают на входы сумматора, выход кото- 5 .рого подключены к первой группе вхорого является выходом генератора. дов сумматора cooTseTcTBeHHO, блок
Этот генератор характеризуется нали- синхронизации, выход которого подключием дрейфа у аналоговых фильтров, чен к управляющим входам сумматора, зависимостью результатов работы от аналого-цифровых преобразов ателей и нестабильности реак тив ных элементов 2О цифровых Фильтров 12) . схемы и особенно генератора белого Недостатком этого генератора явшума, низкой технологичностью изго- ляется его аппаратурная избыточность. товления, трудоемкостью настройки,. Целью изобретения является упроа также сложностью и высокой стон- щение генератора. мостью фильтров, особенно при высо- Для достижения поставленной цели ких требованиях к качеству и крутиз- генератор содержит счетчик, дешифране амплитудно-частотной характерис- тор, группу элементов НЕ, и регисттики (1 J . ров динамической памяти, и групп элеНаиболее близким техническим ре- ментов И, m элементов ИЛИ, выходы шением к данному изобретению является З0 .которых подключены к входам второго
690514 цифрового Фильтра соответственно, а входы элементов ИЛИ подключены к выходам и групп. элементов И соответственно, первые входы которых подключены к выходам п аналого-цифровых. преобразов ателей, а вторые входы объединены с входами группы элементов HE u подключены к выходам дешифратора. соответственно, входы которого соединены с выходами счетчика соответственно, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, выходы второго цифрового Фильтра подключены к первым входам и регистров динамической памяти, вторые входы которых подключены к выходам группы элементов
HE а выходы — к и группам входов сумматора соответственно.
На Фиг. 1 приведена блок-схема генератора; на фиг. 2 и на фиг.З приведены временные диаграммы работы гене- 2 ратора.
Генератор содержит источник 1 шума, выход которого через аналоговые фильтры 2, аналого-цифровые преобра зователи 3, группы 4 элементов И, элементы ИЛИ 5, цифровые фильтры б, 25 регистры 7 динамической памяти и: сумматор 8 подключен к входу цифро; аналоговorо преобразователя 9. Кроме ,того, другие входы групп 4 элемен тов И через группу 10 элементов ИЕ ЗО подключены к другим входам регистров 7 динамической памяти и через дешифратор 11 подключены к выходам счетчика 12, вход которого объединен с управляющими входами блоков 3, б, 8 35 и подключен к выходу блока 13 синхронизации.
Значение и определяется требуемой точностью воспроизведения заданной спектральной плотности мощности, Раз-gg рядность входной и выходной информации, поступающей на цифровой фильтр и получаемой на его выходе в данном случае равна m(для реальных устройств
m = 8 - 14) . Однако s некоторых случаях входная и выходная информация может иметь различную разрядность, В качестве входной информации часто используют генераторы равновероятной двоичной цифры, в этом случае m для входной информации равняется единице, тле ° информация одноразряднG °
Работает устройство следующим образом.
Блок 13 синхронизации генерирует тактовую частоту, которая синхронизирует работу всех цифровых блоков,. аналого-цифровых преобразователей 3, цифровых фильтров б и сумматора 8, а также, поступает на вход и-разрядного двоичного счетчика 12. По перед-Q) нему фронту импульсов тактовой частоты с некоторой задержкой, определяемой временем необходиьМм для занесения очередного отсчета значения бе- . .лого шума, начинает работу цифровой
Фильтр б как первый, так и второй (фиг. 2а,б,в). По истечении времени т.е. до прихода очередного тактового импульса, на выходе цифровых фильтров появляется очередной отсчет случайного полосового процесса, причем на выходе первого фильтра в каждом такте получается новый отсчет случайного процесса по первому каналу а на выходе второго фильтра отсчеты по остальным п каналам. Отсчеты по второму каналу появляются с частотой в два раза меньше чем по первому, по третьему в четыре раза меньше, по четвертому в восемь раз и т.д.
Как видно иэ фиг. 2, первый фильтр работает в интервалы времени Г, :„, 7 и т„д. по второму каналу рой Фильтр работает в моменты времени
По приходу очередного тактового импульса на фильтр 4 вырабатЫвается серия импульсов, необходимая для выполнения всех операций для определения очередного значения выходного случайного процесса. Процесс определения очередного значения включает ряд операций. таких как сложение, умножение и т.д. При формировании очередного выходного, значения фильтр . прекращает свою работу и ждет очередного тактового импульса.
Тактовые импульсы, кроме того, поступают на первый разряд двоичного и разрядного счетчика 12, который периодически изменяет свое значение от 000...0 до 111...1. Состояния первых 4-х разрядов счетчика приведены на временной диаграмме фиг. 3. К единичному выходу первого разряда счетчика подключен первый элемент И дешифратора ll К входам второго элемента И дешифратора 11 подключен нулевой выход первого разряда и единичный второго разряда счетчика.
К входам третьего элемента И подключены нулевые выходы первого и второго разрядов и единичный выход третьего разряда. И наконец, к входам l-ro элемента подключены нулевые выходы . первых 1-1 разрядов счетчика и единичный 1-го разряда. На выходах элементов И получаются последовательности импульсов, изображенных на фиг. 2, которые подаются на входы группы 10 и элементов HE и на входы каждой из и групп двухвходовых элементов И 4.
В каждый конкретный такт работы устройства импульс будет на выходе только одного иэ и элементов И дешифратора 11, и в каждый такт работы будут открыты элементы И только одной из групп 4. По переднему фронту очеред69051 4 ного импульса будет занесена инфор.— мация только через одну группу, так как каждый такт должен работать только один иэ п каналов, что следует иэ фиг. 2, иллюстрирующей алгоритм работы устройства в целом. В следующий такт будет заноситься информация по другому к аналу.
После выполнения всех действий по определению очередного отсчета одного из и каналов полосовых случайных процессов его значение заносится в соответствующий регистр 7 динамической памяти, причем в кажддй такт запись йнформации производится только н один регистр динамической памяти.
Записыв аетс я информация по Фронту импульсов, полученных с выходов группы 10 элементов НЕ, благодаря чему осуществляется задержка на время равное t между занесением нового отсчета белого шума и получением очередного отсчета случайного процесса на ныходе второго Фильтра, В это время первый фильтр каждый такт получает новый отсчет белого шума и вычисляет ноное значение выходного процесса. Сумматор 8 в каждый такт суммирует содержимое всех регистров динамической памяти и очередное значение, полученное первым . фильтром, т.е. Формирует новое эна- 30 чение дискретного случайного процесса со сложным спектром. Необходимо отметить, что суммирование осуществ-ляется с определенными весами, которые однозначно определяются значе- - 3$ ниями коэффициентов усиления К(, К и т.д.
Необходимо отметить, что цифровые фильтры б должны содержать память для хранения текущей входной информа-щ ции. Причем второй фильтр должен содержать память для хранения текущей входной информации по всем п каналам.
Поэтому аппаратурные затраты в предлагаемом устройстве на хранение информации не уменьшаются. Экономия аппаратурных затрат и появление воэможности увеличения точности задания спектральной плотности мощности получается за счет уменьшения количества Цифровых Фильтров (без памяти), т.е. их наиболее громоздких опера.ционных частей или арифметических устройств . Если в устройстве необходимо воспроизводить гребенку из (и+1) фильтров, то в предлагаемом устройст- ве к оличеств о арифмети ческ их устройств (Ау) сократится до двух. другими словами, количестно арифметических УСтройстн сократится на (п-1) .
При этом вводятся незначительное Я количество дополнительных схем. Так, вместо одного исключенного АУ необходимо ввести m днухнходоных элементов -И, (в+1) триггеров, один элемент (Е, один элемент И с количеством входов, определяемым номером канала (m =  — 14) и — элементов ИЛИ. Оти сюда очевидно, что затраты аппаратуры на порядок и более меньше по сравнению с затратами на ариФметическое устройств о.
Получаемая экономия оборудования будет тем более высокой, чем больше каналов содержит предлагаемое устройство (обычно n =- 50-100) . Увеличение точности задания требуемого спектра осуществляется за счет значительного увеличения Il которое не лимитируется ни конструктивными, ни стоимостными характеристиками, предъявляемыми к устройствам подобного тина. . Значительная экономия аппаратуры и увеличение точности задания требуемого спектра при реализации цифрового генератора случайных процессов не влечет эа собой изменения других параметров, характеризующих устройство, так как алгоритм получения выходного случайного процесса с заданной спек тральной плотност ью мощности при этом не изменяется.
В реальной аппаратуре кроме октавиых иногда применяются полуактавные и 1/3 октавные фильтры. Сокращение аппаратурных затрат возможно и в этом случае, однако потребуется несколько больше полосовых циФровых
Фильтров (арифметических устройств ), чем в случае октавных Фильтров. Так, например,для полуактавных полос, т.е. использования полуактавных фильтров необходимо только 4, а для случая третьоктавных — 9 арифметических устройств, Однако и в этом случае выигрыш в оборудовании будет значительным, так как общее количество фильтров в цифровых генераторах случайных процессов превышает 60 °
Поэтому конкретная реализация подобного устройства позволит получить высокие технико-эконбмические пок азатели.
Формула изобретения
Генератор случайных процессов, содержащий первый и второй цифровые фильтры, сумматор, выход которого соединен с входом цифроаналогового; преобразователя, выход которого является выходом генератора, источник шума, выход которого подключен к входам (и+1) аналоговых фильтров; выходы которых соединены с входами (n+1) аналого-цифровых преобразователей соответственно, выходы первого аналого-цифрового преобразователя подключены к входам первого цифрового фильтра соответственно, выходы которого подключены к первой группе входов сумматора соответственно, 690514 блок синхронизации, выход которого подключен к управляющим входам сумматора, ан алого-цифровых преобразователейй и цифровых фильтров, о т л ичающийс я тем, что, сцелью упрощения генератора, он содержит счетчик, дешифратор, группу элементов НЕ, и регистров динамической памяти, и групп элементов И и m элементов ИЛИ, выходы которых подключе ны к входам второго цифрового фильтра соответственно, а входы элементов ИЛИ подключены к выходам п групп элементов И соответственно, первые входы которых подключены к выходам п аналого-цифровых преобразователей, а вторые входы объединены с входами группы элементов НЕ и подключены к выходам дешнфратора соответственно, входы которого соединены с выходами. счетчика соответственно, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, выходы второго цифрового фильтра подключены к первым входам и регистров динамической памяти, вторые входы которых подключены к выходам группы элементов НЕ, а выходы— к и группам входов сумматора соответственноо. источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Шагинян A.Ñ. и др. Электродинамические стенды для испытания на вибропрочность. — Проблемы точности, 1971, Р 8, с. 105-110.
2. Верешкин A.Е. и Катконник В.Я. линейные цифровые фильтры и методы их реализации. М., Советское радио, 1973, с. 108-110, 1 31 -1 34 (прототип).
690514 тн и
t2 tJ tf . 4 10 11 2 212 б
t з
Фий. 2
te tt C2 tg Ce X tg t7 tg tg тП t11 ti! 812 4
Юаи.й
Ую.O
ВММ2
Anr.142
ЮФФ ЮЭ
Составитель А. Карасоэ
Редактор В. Герцен Техред С.Мигай КорректоР В. Синицкая
Заказ 5969/47 Тираж 669- Подписное
ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьйий .113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. уужгород, ул. Проектная, 4