Генератор широкополосных случайных процессов

Генератор широкополосных случайных процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

нкт1в 4 H° . т

@. r. ., I я

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социаписткческкк республик

736148

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ант. саид-ву (22) Заянлено08.02.78 (21) 2577092/18-24 (51)M. Кл.

С 07 С 15/00

С 06 Р 1/02 с присоединением заявки .%

Гоеудорстеенный комнтет (23) Приоритет— во лелем изобретений н открытий

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень РЙ19

Дата опубликования описания 28.05.80 (53) УДК681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. H. Ярмолик, А. Е. Леусенко, В. Ф. Черепов. и Ю. B. Веселов

Минский радиотехнический институт (7() Заявитель

1 (54) ГЕНЕРАТОР ШИРОКОПОЛОСНЫХ

СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве специализирован ного блока универсальной электронной вычислительной машины, а также задающей аппаратуры для воспроизведения

5 случайных вибраций прд исследовании надежностии с помощью вибростендов.

Известные генераторы случайных процессов строятся в основном на аналого о вых элементах. Генератор узкополосного нормального шума построен по простейшей аналоговой схеме, состоящей иэ транзистора, емкости, индуктивности и ряда сопротивлений 1 j.

I5

B данном генераторе затруднена перестройка полосы генерируемого случайного процесса по частотному диапазону, а в широком диапазоне такая перестрои- . ка вообще невозможна. Как и любая аналоговая схема, построенная на реактивных элементах, генератор узкополосного нормального шума отличается нестабильностью своих характеристик.

Аппаратура управления вибрационными установками узкополосной случайной вибрацией отличается громоздкостью струк-. туры. Для реализации такого генератора необходимы большие аппаратурчые затраты.

Известен генератор, в котором увеличение .. стабильности параметров

СУВУ-УСВ достигается за счет конструктивных улучшений отдельных узлов аппаратуры f2).

Общим и наиболее существенным недостатком известных устройств является невозможность построения подобных устройств для генерирования инфранизкочастотных широкополосных случайных процессов..

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому. является цифровой генератор широкополосных случайных процессов на базе нерекурсивного (трансверсального) цифрового фильтра, содержащий регистр сдвига, блоки умножения, сутл736148

35 0

Цифровой генератор широкополс сных случайных процессов на базе нерекурсивного цифрового фильтра отличается черезвычайно простой структурой. Регистрсдвига реализуется на простейших злементах вычислительной техники, блоки умножения производят умножение на

О или 1, т.е. по сути дела в суылатор матор, преобразователь код-аналог и вибростенд с исследуемым объектом j31.

В данном устройстве входным сигналом является двоичный "белый " шум, который поступает на первый разряд регистра сдвига цифрового нерекурсивного фильтра. По приходу импульсов сдвига информация, храняшаяся в разрядах регистра сдвига, сдвигается на один разряд, при этом содержимое последнего разряда пропадает, а в первый разряд поступает очередное значение двоичной случайной цифры О или "1", причем (Р(О)=О,5 и Р(1)=О,5. Количество раз— рядов регистра сдвига определяется классом спектральных характеристик, воспроизводимых генератором случайных процессов.

Так„например, для воспроизведения: полосовых случайных процессов реальное значение разрядности равняется 1О-50.

В случае воспроизведения широкополосных случайных процессов количество разрядов регистра сдвига, и, соответственно, блоков умножения в большинстве случаев равняется 10-2ОО. Конкретное значение величины и определяется шириной частотного диапазона и крутизной резонансных всплесков задаваемой частотной характеристики 5 (0 ). По виду непрерывной спектральной характеристики путем равномерного разбиения по оси частот определтот ж -дискретных отсчетов, =-1m., на основаниг которых, используя . зеобраэование Фурье, определяются т. зн чений весовой функции фильтра 4,, где i = 1, е .

Для получения очередного значения выходного случайного процесса „со— держимое ?2 разрядов регистра сдвига умножается на весовые коэффициент;! 1 < цифрового фильтра в блоках умножав» и полученные произведения суммируются в сумматоре. Далее дискретные значения широкополосного случайного процесса пос— тупают на преобразователь код-аналог с выхода которого непрерывный случайный процесс воздействует на исследуемый объект. передается или не передается .-значение определеняого весового коэффициента 4, .

Вторым и наиболее сушественным преимушеством цифрового генаратора широкополосных случайных процессов на базе нерекурсивного цифрового фильтра яв— ляется. возможность гибкой перестройки вида воспроизводимой спектральной плотности мошности путем задания определенных значений весовых козффициентов I!, 1 — 1, 1, Любой определенной совокупности („- L =1, соответствует определенный вид дискретной спектральной характеристики .„, =1,tt, определяюшей форму з (из ) ..

Более того, все статистические характеристикл такого генератора легко определяются и с течением времени не изменяются.

В процессе работы цифрового генера— тора широкополосных случайных процессов при исследовании объекта на случайные воздействия стоит задача поддержания строго определенных условий испытаний соответствуюших некоторому реальному режиму работы объекта, т.е. в данном случае стоит задача поддержания случайного процесса с неизменной спектральной плотностью (о-> )

С целью поддержания определенного вида 8 (43 J, в настоящее время строятся сложные системы вибронспытайий с полосовыми формируюшими и анализиp IHHMH фильтрами.

Сушественным недостатком цифрового генератора широкополосных случайных процессов является низкая точность задания спектральных -.àðàêòåðèñòèê случайного процесса на выходе исследуемого объекта, а также их временная нестабильность в процессе испытаний изделий, связанная с механическими язв менм иями, происходяшими в объекте и вибростенде. Так как вибростенд и иссле— дуемый объект имеют определенный вид амп «итудно-частотной характеристики

A (Gi ), спектРальнаи HJIQTBocTk HB Bbi ходе буде-. иметь вид .ЖАНЫ а не требуемый условиями испытания вид 5 (Ю) .

4ель изобретения .- увеличение точности и стабильности поддержания заданной спектральной плотности мошности.

Для достижения поставленной цющ в генератор широкополосных случайных процессов„содержаший регистр сдвига, 736148 выходы которого соединены с первыми входа ли блоков умножения соответственно, выходы которых через сумматор и преобразователь код-напряжение подключены ко входу функционального преобразователя,введепы счетчик, регистр динамиче.кой памяти, группа сумматоров, первая и вторая группа элементов И, группа элементов НЕ, блок элементов

НЕ и преобразователь "аналог-код, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, второй вход преобразователя "аналогкод" объединен со входом счетчика, с первыми входами группы сумматоров и со входом "сдвиг регистра сдвига, а выход преобразователя аналог-код подключен ко входу блока элементов HE и к первым входам первой группы элементов И, выходы которых соединены со вторыми входами группы сумматоров соответственно, а вторые входы первой группы элементов И объединены с первыми входами блоков умножения и группы элементов НЕ соответственно, выходы которых подключены к первым входам второй группы элементов И соответственно, вторые входы которых подключены к выходу блока элементов НЕ, а выходы второй группы элементов И соединены с третьими входами группы сумматоров соответственно, выходы которых соединены со вторыми входами блоков умножения соответственно, а четвертые входы группы сумматоров соединены с выходами регистра динамической памяти соответственно, первые входы которых подклю чены к выходу счетчика, а вторые входы регистра динамической памяти являются входами генератора.

На чертеже приведена блок-схема

r енератора.

Генератор широкополосных случайных процессов состоит из п -разрядного регистра 1 сдвига, блоков 2 умножения, сумматора 3, преобразователя 4 коднапряжение, функционального преобразователя 5, преобразователя 6 аналогкод, блока 7 элементов НЕ группы элементов НЕ 8, первой группы элементов

И 9, второй группы элементов И 10, группу сумматоров 11, регистров 12 динамической памяти, двоичного счетчика

13. Единичные выходы регистра 1 сдвига подключены ко входам блоков 2 умножения, входам элементов НЕ 8 и ко входам первой группы элементов И 9.

Выходы блоков 2 умножения подключены ко входам сумматора 3, к выходу ко рого последовательно подключены преобразователь 4 код напряжение, 5 функциональный преобразователь 5 и преобразователь 6 аналог-код . Выход преобразователя 6 аналог-код подключен на вход блока 7 элементов HE и на вторые входы первой группы элементов И 9. На первые входы второй группы элементов И 10 подключены выходы элементов НЕ 8, а на вторые выход блока 7. К первым входам сумматоров 11 подключены выходы первой группы элементов И 9, ко вторым— выходы второй группы элементов И 10, а к третьим — вход счетчика 13, выходы же сумматоров 11 подключены ко вторым входам блоков 2 умножения.

Входы преобразователя 6 аналог-код и счетчйки 13 подключены к шине сдвигаюших импульсов регистра 1 сдвига.

Кроме того, выход счетчика 13 подключен к управляюшим входам регистров 12

25 динамической памяти, выходы которых подключены к четвертым входам сумматоров 11. Входной "белый шум Х(поступает на первый разряд 1 регистра сдвига. Весовая характеристика устройзо ства, соответствуюшая требуемой спект: ральной плотности мошности в виде дискретных отсчетов л,, L = 1, и заносится в регистры 12 динамической памяти.

Количество блоков 2 умножения, эле35 ментов НЕ 8, сумматоров 11, регистров 12 динамической памяти, а также количество элементов И 9 и 10 в пеовой и второй группах равняется количеству

40 разрядов регистра 1 сдвига, равному т, которое, в свою очередь, определяется в процессе проектирования цифрового генератора в зависимости от класса воспроизводимых характеристик случайных процессов. Разрядность преобразователей

45 ю r

"код-напряжение 4 и аналог-код 6 определяется разрядностью коэффициентов весовой функции h „ =I,ю, равной т

Аналогично разрядность регистров 12 динамической памяти и количество эле50 ментов И 9 и 10 равняетсян. (п=08. -16).

Разрядность сумматоров 11 и счетчика

13 определяется точностью оценки вэаимокорреляционной функции Й <у

Расс>лотрим основные функции вновь

55 введенных структурных блоков. Преобразователь 6 аналог-код служит для преобразования аналоговой информации в цифровую. Частота преобразований гд

Определяется тактовой астотсй ра ть: устройства.

КК>к 7 PGMGBYGB т т Е CJI JJ "iKIIT glib

ПРЕООРаЗОВанЧЯ ЦнфРОВОй .П"нфС РМаптЭ.,И II . обратный код. Злементь> H I= 8 c I J"w "T для инверсии igbIEIQgHbi 1. эначе! ий раэ)эядов регистра сдвита. Первая и вторая группы элементов 8 9 и 1С служат для передачи BB C$" BTQpbI HpEimgI G B. III обратного кода двоичнэй информации

Сумматоры -" 1 Осулцествляжт Опер ацчю суммтлпэоватптя прямых и G6pBTHbiõ кодов.

Ьт

1 еГистры 1 2 динамич хкой памяти 1 2 служат для хранения весовых коэффициан-тов, Счетчик 13 предназначен для счета импульсОВ сдвиГа до величяны Й

ФУНКЦИОНИтЭОВ аНИ Е УС ТРО ЙС ТВ а ПРОИ С— ходит следующим образом .

Перед началом работы в регистэь:: 12 динами ч еск;эй памяти B бло .EH 2 экран нс % c

ЗаНОСi-.тт» Ч Начвн-, хД ВЕС,- ВОИ Ха:ЭВ,I Т». ристики Р-ь, i- = 1, ттт .; Которой соответствуе I требуемый вид (а т - . Ву д перВОГО разряда регис цэа - сдви » HI nOC. ..т тупают значения равновераятнои некарре лированной ПВОичной джазы,.- — или 3 ... где Р (О)=О,5 и Р(1т"-0,5, причж.- - анись значекия М, в первый разряд к сдвиг информации в регистре GÄ дцестВляется ПО приходу импульсов сдвиге зц

На уПра. ЭЛ,тЮщИЕ ВХОДЫ, В бЛОКа:.. 2 уМНСкения Весовые коэбтЬициенты тэ (, - 1, пэ умножаются HB + . если значения соотВЕТСТВуЮтт Етз раэвяда рOi ттСтрд 1 т gHB га равняется 1 и Eia — 1, если О. УмHQI:IcHBbIB HB + - или — J зна ->ения к0эффнциЕНТОВ СуММИруЮТСя На C,"I.IEviàT."pi-: 3,, BA ВыхОде котОрого пол чаем цискр еэ BbiIB отсчеты М слу-1а"";H-ОГО процесса, кэ40 торые затем на преобразователе

КодиаптЭяжЕНИЕ, обоауаот., F, В t:õ

ЛОГОт УК> фотЭМУ И ПОДНЮТСЯ К а,. .Эттт,1 нальный преобтэчзов атель з. 4cG6: дГ.МО заметить, что этот блок ттыее такие

УСТРойСТВа KQH ттСНЛИТЕЛИ MG!HH%" т И преобразоватеэп1 элелтричяскттх кол -OAEIEIPi в механические и Наоборот, Преобразо. ватель 6 анало-. вЂ К птэеоб-азует аиаЛОГОВЫй, СИГНал Р, ПИСттоянст т-, ПгЭСЛтъ

ДОВательнОсть О f Кетов слу=;а НОГО про-"

Эц цесса "- . Причем на Вьтхтэде Опона о (Р

ПОЛУЧаЕТСЯ ЛРЯМОй КОЦ ЭТСЧЕТа С;т- - = 4кого щюцесса, а на выходе блока 7 инверсный код У1 .

Далее, в зависимости от значений

-ГО разряда реГистра 1 сдвигiI F.

t, — ый сумматор 11 заносится прямой

ИЛИ ИНВЕРсный код М, FI лучае, каппа д в -I,ié сумматор добавляется (1, гак как разрешающий потенциал поступает с . -го разряда на — ую сборку элементов И 9 первой группы.

Я тех ел чаях, когда Х =0 в -ый сумматор добавляется инверсный код т Я (т.е. вьгчитается Y ()), так как черсз < -ый элемент тэт подается разрешающий потенциал на: -ую сборку элементов И 1О второй группы. В течение Й тактов работы генератора описанный выше процесс IIGBYGpEIGTc5f. аким Образом, после окончания Й Tàêтсв В L -Ом сумматОре накопится слепущая с. Ммй: где t = 1, тп — номер сумматора 11.

Путем обычного сдвига суммы в с;-ммаv тотэак 11, учитывая„что i> =- 2, =1,2,3„ получаем;

l,Y чи

Другими словами, в сумматорах по» лучены весовые коэффициен-.ы ; g g так как они соответствуют спектральной плотности мощности 5(ur) М/I< )> где К (т) I 3 для реальных случаев, . Для того, чтобы получить на выходе требуемый вид S(< ), необходимо иттерационно изменить коэффициенты в блоках 2 умножения, Для чего после получения на сумматорах 11

l значений II „по управляющему сигналу, поступающему из счетчиков 13„с коэффициЕнтом пересчета Ч на сумматоры

11 из регистров динамической памяти

) подаются значения ia ., В результате простейщих операций на сумматорах 11

I пол-,:, Нюте вепичинь (т, -4,) / 2, кожрые поступают на вторые входы блоков 2

У;"„-Ножя:-тНЯ„ I-ДС P РЕЭУЛЬт атЕ СЛОжЕЬП Я

:: олу=.яются: новью значения ве.овых ко—

I .

Эффнитнян"ЭЭВ g = 4, +! Ь, - h„.i/2.

Далс в течение следукэщих N тактов процесс повторяется вновь„HG уже с нот выми весовь.ми коэффициентами g в реэ ультате чего получаем Очередные новые значения g ° Локаэано, что и иттсрациснньтй процесс есть сходящ; йся процесс. TOM эбразм, после нескольких шагов иттерапии получаем весовые е коэффициенты gI, которым соответствует спектральная плотность мощности .", >) /

1 I 1 (30брцтЕН!/я т,I ;)!F.iii . CO BTOPI.!Ì)1

C т

I ! /f0TfiGC ц,; .; i, T!)I I pQ!)!1!,TO (/. -i ) .../ () --;1.., / ...

1 /(/.(/) (От/ р},0 : ))СобКСПИМС б:;Л:..«: Лу-(г(т.т.

° (т/:/ ) i. / I (i L 1 «Д)тт Е ГСЯ. f ili

Осты Устг/о/(c:Г (1 .303)v/0?!5)((,i 1. -!3-. () 1) .

РОД / .".(0)K/»ri) .Сс/ОIQ ЦО -,РЕ?((Г)0/) !«i ), 1= ДЗ

МО(! Г/СгЬСКТС и О/IОКЕ "3 „"-/ТО ":/ -/G " 30

- г . - /

1 т

ПРИ/ ОД) I. 13)Ú(-f(3ri4!0 БЫ" ОД) !! СД =К1Р/т/1}//((// 1, .1 ; (т И, CGGTBGTCTBB)iцо, Кое/т? l)ri/ цт 01}(т; «1-, . Что и/1" И )ПЗ}/ЕТ KGp—

1 ре)5 цт)(0../Т(/ / i KT IOB pr(" С = 3: "-:-1 гЙ1

"° (биль!(с)с и "-,)Оты ус pG" = :, к . р=е р е/// )) }. „ /е т «;„- = (зс е От}5//Опе)1:.1 G 3),1(д(1) i-.

} О 1Е - ()" .. 0

Оо! / „ C/T!:, "С 1 ilCTBG .. ц(естцляет;! . .. Осиозен !и:Оце)-::,;:, = пре-. т(С ((!Сг/ GO)1ЦСТИ, Ц БЕ В т!ест ..!!."- . .

/ -, . 1- »- . /т /GI)C}IEB«1. 3. 11 П ОЙЕК 1" ИР

/ ЕЦ =. ЧО(ЗЬГХ ОЛОКО.= Г ./ А. . . Е

П033:пило Gсу(цестпить управ:/е)!и=- оедаи/

})111,1 / КЦОЕ". ТЕР,1. 1/К ЕМ}г т/ТО т/"" = -т-! .15,-;-:

/ ОЧ)!GC: . "}/ ".. =.О . ../ -НОСА Ь Г!. Д!"..З Гт

НОСТИ.

"r, /

ЦЕ (PC — ", Q/Bi ib(.(..—: ClloKTT/ .Л ..*

Д (и )ЗСЕХ GOЬ } ТО/3 -)8)З03т)ОХ:-/G. Ь/)/:. Е! ОГО, )IpOIГЕС= 1/;.)GBCä0}IIIII т/ гб/ПО/Г5/- . ?„

ТЕИ)1. (" Е KIQ II 1 ".*: /т/1 . Г"".тп.

IIPIq-- -::,, 3ЯКОЬ,, - Г:.—,,!ЕИЕИ;тч СГ-,) т=„.".«И -;.

Кт -,;, )т -„С .т С (,-"-,О)!Л5-ИОС-..:т-. и;.т; —: "-GI„.:. Д/ЦГЯ .::СО;3! ):1 )!О.тф;5И-„.ИЕИ)ОР.

;, . ),«П).::..Т:-:О (Ц;;. . ПОКаза}..! . Р,, .l 1Ч). / (/Ь.Ы ПРЕ.:((1 Л ДОГ.О/1/1/!Тельцое Обо-1.») 3,. :,; -. —:..:: Г цсе ),;)тс )? )1(!)) объем.,,р т;;::.-. р;.Ял)-;:= дц(ии псдоб11 i. I - ".:; Ноi:1(1)OCK)(0 ((ОКИ3ПТЕЛИ.

-. - P 01.С П:! OC H Ir(K СЛ 1//Ч;1; () I Ы Х

1: т!г11(1,1 С ПЕР11-,,1 )И

/l, ;;, .: : f/iG?f(C»i(hi Соо ГГ/Е (СТВЕН- . ;1- А ?Дь/ ...,- )K. /(сj)03 СУ(т))(1ТОР И .:.; ЗД -,."З: - -. ;:= ОД-IT»(P I KG!I)I/ »0)I .,::. -1Е;: К . .,,: ; }(КЦИО?:.ЗЛЫ.ОГО ПРЕ. г . ЗСО../ ° . 11. " 1 И Ч G ?О ((! И if С Я..(С(Н/!0 110. -ЗЫ - i(i!I)I}(10 ()IGCT)I

1:. )ЦЕP?KiiТ С 101>I(K I т)ЕГИСТР .;;:. Ити,, груп!;у сумматоров

1, т 1 io:1 1: .. р, i }) Г!и) «/, .смс.".708 : i, —,гт,;0;-, ().1)ЗК ЛЕ1/СЦ)GB j -Ig

/ "... . к .: : = i!B i«>; — КОД 1 ПРРЗЫЙ

О/ j ...-,1»с; с Гзыходом фуцк.. сi,. .,, . .. (., C ç ..=. ."", . Е/ ГЗТОРО(i

Г I GI - "п)(длог-код" Обье,.-)стт ИКЗ, С !!QVB?=!l

i. —.! l:д ОГ)с/з и сo ц. Одом р,; сд« .гп,; выход Ilpесб1- -,:..Ц ПР-гт„Л;".1ЧСП КО

)г г, (00/, )(т, 1

}/УП!) 1/ ОЛС. ./Е((ТОВ И, В(11 "-.-:.Г,. П ТОРОП СООТВЕТСТПЕИ- Зт.:; 1./. :и ДЫ ПС/тГ//С)5 ГРУППЫ:ЭЛЕ- Г:: П P/), т= L:Р )т1iH

)1, /.:.С г 1-; КС ТОР),:; .,:}. Ь/. 5 -" ХОДИЛ ВТО)ЗО»

П«тт;,тгп:. 115 0 f/ 1(Пт.,т- Р)т 1/ (- —; э, . -,- —, .- ) Q BT 1-1//1/f/ T -,—, -ттг;!5 Г)31/11 ,-„,-.;;;!!i)/«.;-гц(ТРС И;,q» 1: O .

-..: ? . т - Т O P Q: . С С 0 Т П 10 Т С Т ГЗ (.". 1) 5 О, 11 П1 0 Q rCII) firil

/ С:i: =:! (5: (.СОТBOTC" (/СИ—

3::;;Д.,: Г))1 (тпт i 01/?.!?т(/)т,,: :с.д;ж)) рсгистГ?:з;!иТц/1ТСТ Е?)?!О. ПОР) - тол)тл:О 10?(?1! К Bf-,f?IÎ,/)1

: -::,. — (О:IKO/1?,f POÃ)ICTPà ДИ"„") -. 111 /;х Г) (OI) lI;5)I 1 С— (, !!е.- сцов Д, /!„, F3kr6k!BIGkok!kfk.kÐ.-(Итания э,!ем зитов и устройств ВВ! Îìkkò:! ки!,, И., "Зиергил . . 676.

3. Данилов Б, C., Ште!.нбок м. Г, 4д!!с!и!опос ная перед=!ча цифровых ckkk"kkà k!

М ., (.вивв", .! 974 прототип) .

1

f !! ! !

; (I

Мю „

VG ррек x)p Б, Сяящткад

Редак!ор я -!авнр!,=с ".ар т!е —.-,, I, а:!--:"! =, Заказ 2" 8 1 !9 " " - "- 1 Г1с --- -".-=

Цни!!1)И Государствевлс!о коь!Итета СССР по делам kkзобре:ваяй к открытий

113035,, Москва. М(-3,, Раушская каб„ц. 4/5

Ф!иг:F÷ П!т!! - òÿê-:; — Г, Ухтоз!вл, ул, Гтроектя&в ".

Источкзпн ":нцэормаци"!, BpHBBTb1c BG BklH IBkrkkQ др!и .кс!!ертиве

1. Авторское свицет!вкьство СССР

1 Ь 376864., кл, Н 0 =: Н 2- -- МО:

1972.

Г

З