Генератор случайного процесса

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН уч с51) 506 7/ и г 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ йс Е 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 365024, кл. Н 03 К 3/84, 1971,2, Авторское свидетельство СССРУ 425181, кл, Й 06 Г 5/58, 19723. Авторское свидетельство СССР(54)(57) 1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий первую группу из 8 датчиков пуассоновского потока импульсов, группу из И блоков памяти, группу из Ч преобразователей код - интенсивность, регистр памяти, шифратор, группа управляющих входов каждого и -го ( 11 = 1,11) преобразователя код - интенсивность группы, соединена с группой выходов соответствующего )1 -го блока памяти группы, отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора, он содержит вторую группу издатчиков пуассоновского потока импульсов и блок выравнивания интенсивностей, содержащий М групп пов каждой (2 М = 2 ) выравниваятелей интенсивностей двух потоков импульсов, каждый из которых содержит первый и второй элементы ИЛИ, первый, второй, третий и четвертый элементы И, триггер и высокочастотный генератор импульсов, выход: которого подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого элементов И, а инверсный выход триггера соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы первого и второго элементов И объединены между собой, вторые входы третьего и четвертого элементов И также объединены между собой, выходы первого и третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выходы второго и четвертого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выходы датчиков пуассоновского потока импульсов первой группы соединены с вторыми входами первых элементов И соответствующих выравнивателей интенсивности двух потоков импульсов первой группы, вторые входы четвертых элементов И которых подключены к выходам соответствующих датчиков пуассоновского потока импульсов второй группы, выходы первых элементов ИЛИ выравнивателей интенсивностей двух потоков импульсов ы-й 1 в=9 - Т) группы соединены с вторыми входами первых элементов И соответствующих выравнивателей интенсивностей двух потоков импульсов (щ+1)-р группы, выход второго элемента ИЛИ каждого (2)1-1)-го выравнивателя интенсивности двух потоков импульсов и) -й группы соединен с вторым входом четвертогоуп- )элемента И (+ 2 )-го выравнителя интенсивностей двух потоков импульсов ( и) + 1)-й группы, если Г и 1 уо к- 2, где 1 Ц - остат1138802 Составитель А.Карасоведактор В.Данко Техред А.Бабинец Корректо кмар атент", г. Ужгород, ул. Проектна Филиа каз 10690/38 Тираж 710 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушс1138802 О от деления и соединен с вторым входом четвертого элемента И ( -2 -гоВ- выравнителя интенсивности двух потоков импульсов ( д 1 + 1)-й группы при всех других значениях 1, выходы первого и второго элементов ИЛИ выравнивателей интенсивностей двух потоков импульсов М -й группы соединены соответственно с первым и вторым инФормационными входами соответствующих преобразователей код - интенсивно сть группы, выходы которых соединены с входами соответствующих разрядов регистра памяти, выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов шифратора, выход которого является выходом генератора и соединен с адресньми входами блоков памяти группы.2. Генератор по г. 1, о т л и - ч а ю ш и й с я тем, что преобразователь код - интенсивность содержит элемент задержки, счетчик, дешифратор, группу элементов И, элемент ИПИ, выход которого является выходом преобразователя первым инйоркэционным входом которого является с тробрующп вход деширатора, объеиненный с входом элемента задержИзобретение огнс:сится к вьгислигел кой гехнике 1 может быть использсвано при моделировании диск-: эеньгх марковских процессов по заанному граЛу их состоян.и,Известен генератор дискретного/сургучаого,марковского) пооцессадвумя состоянями содержащий первый и второй радиоактивные элементы,",ункционально связанные с первым и вторым поглощающими экранами, выходы которых че рез соответствующие детекторы соединены соответственно с единичным и нулевым входами триггера 1 . 5Недостатком данного генератора яв 1 яется его сложность из-за применепия радиоактивньгл элементов невысокая точность и ограниченное числодискретных со тояний дормируеого 20марковского процесса,ки, выход которого соединен с установочным входом счетчика, счетныйвход которого является вторым информационным входом преобразователя,а инйормационнь", выход счетчикасоединен с инАормационньм входом дешифратора, выходы разрядов которогосоединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых образуют группууправляющих входов преобразователя,а выходы элементов И группы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ. 3. Генератор по и. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, .что регистр памяти содержит группу из й триггеров и группу из 8 элементов ИЛИ, при этом единичные входы триггеров группы являются входами разрядов регист". ра, прямые выходы триггеров группы являются выходами разрядов регистра, выходы элементов ИЛИ группы соединены с нулевыми входами соответствующих триггеров группы, а входы О-го элемента ИЛИ объединены с соответствую:и. единиными входами всех триггеров .=,а исключением -го триггера. Известно устройство для моделирования дискретного марковского процесса с произвольным числом сос- тоянжЪ, содержащее две группы генераторов пуассоновских потоков импульсов, две группы элементов И и группу григгеров и позволяющее моделировать дискретныи марковский процесс по схеме гибели и размножения Ц.Основной недостаток этого устройства состоит в том, что оно не псзволяет воспроизводить дискретный марковский процесс по заданному грару его состояния.Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор случайного процесса, содержащий группу управляемых датчиков случайных потоков импульсов, группу элементов И, шифратор, регистр па3 1138802 4мяти, элемент ИЛИ, блок заданиядлительности испытания, блок управления, регистр адреса и блоки памяти, при этом каждый управляемыйдатчик случайного потока содержит5соединенные последовательно генератор случайного потока импульсов,вероятностный (1, а )-полюсник симпульсными выходами, группу элементов И и элемент ИЛИ. Генератор позволяет Ьормировать марковский процесс со счетным (конечным) числомсостояний по заданному грайу 3,Недостаткам известного генератора является его сложность вследствие использования блока управленияи группы вероятностных (1, ч )-полюсников, входящих в состав управляемых датчиков случайных потоковимпульсов. Кроме того, известный генератор имеет относительно малоебыстродействие поскольку в немреализована схема случайных испытаний путем задания фиксированной длительности (времени) их проведения, атакже невысокую точность и надежностьработы из-за возможного дреййа интенсивностей многочисленного состава датчиков случайных потоков импульсов.Целью изобретения является упрощение устройства и повышение быстродействия, точности и надежности работы генератора при моделированиидискретного марковского процессапо заданному граАУ его состояний. 10 15 20 25 30 35 Для достижения поставленной цели в генератор случайного процесса, содержащий первую группу из Й датчиков пуассоновского потока импульсов,40 группу из ф блоков памяти, группу из 1 преобразователей код-интенсивность, регистр памяти, шифратор, группа управляющих входов каждого о-го ( 11= 1,Ц) преобразователя код интенсивность группы соединена с группой выходовсоответствующего й-го блока памяти группы, введейы вторая группа издатчиков пуассоновского потока импульсов и блок 50 выравнивания интенсивностей, содержащий М групп по М в каждой (2 М = - 2 ) выравнивателей интенсивностей двух потоков импульсов, каждый из которых содержит первый и второй 55 элементы ИЛИ, первый, второй, третик и четвертый элементы И триггер и высокочастотный генератор импульсов, выход которого подключен к счетному входу триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого элементов И, а инверсный выход триггера - с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы первого и второго элементов И объединены между собой, вторые входы третьего и четвертого элементов И также объединены между собой, выходы первого и третьего элементов И соединены соответственно с первым и вторь 1 м входами первого элемента ИЛИ, выходы второго и четвертого элементов И - соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выходы датчиков пуассоновского потока импульсов первой группы - с вторымй входами первых элементов И соответствующих выравнивателей интенсивности двух потоков импульсов первой группы, вторые входы четвертых элементов И которых подключены к выходам соответствующих датчиков пуассоновского потока импульсов второй группы, выходы первых элементов ИЛИ выравнивателей интенсивностей двух потоков импульсов ъ -й ( п = 1, М - 1) группы соединены с вторыми входами первых элементов И соответствующих выравнивателей интенсивностей двух потоков импульсов ( о + 1)-й группы выход второго элемента ИЛИ каждого (2; - 1)-го выравнивателя интенсивности двух потоков импульсов Ю-й группы - с вторым входом четвертого элемента И ( и + 2 )-го выравнивателя интенсивностей двух потоков импульсов ( Ф + 1)-й группы, еслиГ в 08-( 2, где 1 Ц - остаток от деления, и соединен с вторым входом четвертого элемента Ий(и)-го выравнивателя интенсивности двух потоков импульсов ( ь + + 1)-й группы при в,ех других значе 1ниях П , выходы первого и второго элементов ИЛИ выравнивателей интенсив- ностей двух потоков импульсов М -й группы соединены соответственно с первым и вторым информационными входами соответствующих преобразователей код - интенсивность группы, выходы которых соединены с входами соответствующих разрядов регистра памяти выходы разрядов которого соединены с входами соответствующих разрядов шифратора, выход которого яв 1138802ляется выходом генератора и соединен с адресньпи входами блоков памяти группы.Кроме того, преобразоватгль кодинтенсивность содержит элемент задержки, счетчик, дешифратор, группу элементов. И и элемент ИЛИ, выход которого является выходом преобразователя, первым инФормационным входом которого является стробирующий вход дешиФратора, объединенный с входом элемента задержки,. выход которого соединен с установочным входом счетчика, счетный вход которого является вторым инФормационным вхо дом преобразователя, а инФормационный выход счетчика соединен с информационным входом дешиФратора, выходы разрядов которого соединены с первыми входами соответствующих элг ментов И группы, вторые входы которых образуют группу управляющих входов преобразователя, а выходы элементов И группы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ. 25При этом регистр памяти содержит группу из 8 триггеров и группу из 1 элементов ИЛИ, единичные входы триггеров группы являются входамиразрядов регистра, прямые выходы триггеров группы - выходами разрядов регистра, выходы элементов ИЛИ руппь: соединены с нулевыми входамисоответствующих триггеров группы,н входы "; -го элемента ИЛИ ОбъедиИены сОотвгтствующими единичнымивходами всех триггеров за исключением 11 -го триггера,Упрощение генератора и повышение гго быстродействия достигнуто пу -40 тгм более рационального (по сравнеФнию с известным генератором)построения схемы проведения случайных испытаний и регистрации случайных состояний моделируемого процесса не45 требующей дополнительных временных затрат, связанных с принятым в известном ус гройствг принципом проведения случайных испытаний на Фиксированных интервалах времени.Повышение точности и надежности работы генератора Обеспечено за счет использования блока выравнивания интенсивностей, обеспечивающего работу группы преобразователей код - интенсивность в едином масштабе времени.Ка Фиг, 1 приведена структурная схема генератора, на Фиг. 2 - блок выравнивания интенсивностей, наФиг. 3 - выравниватель интенсивностей двух потоков импульсов, наФиг, 4 - преобразователь код - интенсивность; на Фиг. 5 - регистрпамяти.Генератор случайного процессасодержит первую 1 и вторую 2 группыдатчиков пуассоновских потоков импульсов, ,блок 3 выравнивания интенсивностей, группу преобразователей 4 код - интенсивность, группублоков 5 памяти, регистр 6 памяти,шиФратор 7.Блок 3 выравнивания интенсивностей содержит Ч х М выравнивателейЯ двух потоков импульсов. При этомкаждый выравниватель содержит генератор 9 импульсов, триггер 10, первый 11, второй 12, третий 13 и четвертый 14 элементы И, первый 15 ивторой 1 О элементы ИЛИ.Каждый преобразователь 4 кодинтенсивность содержит элемент 17задержки, счетчик 18, дешиФратор 19,группу 20 элементов И и элементИЛИ 21,.Регистр 6 памяти содержит группутриггеров 22 и группу элгментовИЛИ 23,Датчики пуассоновского потокаимпульсов могут быть выполнены поизвестной схеме, содержащей после--довательно соединенные источник шума, усилитель, пороговый элемент иФормирующий каскад.Блоки 5 памяти представляют собойзапоминающие устройства с пословнойвыборкой и одной ступенью дешифрации, для которого одна строка образует слово из Ю двоичных разрядов.Счетчик 18 представляет собой последовательную цепочку триггеров,работающих в счетном режиме.ДешиФратор 19 может быть выполненв виде группы элемгнтов И и дешиАратора с потенциальными выходами,соединенными с первыми входами элементов И группы, при этом вторыевходы элементов И группы объединеныи являются управляющим входом стробиронанного дешиАратора. Остальные элементы генератора общеизвестны.Работа генератора случайного процесса состоит в следующем.С помощью блока 3 выравнивания интенсивностей потоки импульсов11388 30 40 датчиков первой 1 и второй 2 групп,имеющие в общем случае разную интенсивность, преобразуются в независимые пуассоновские потоки с равнойинтенсивностью, определяемой как5среднее арифметическое интенсивностей входных потоков,Рассмотрим работу отдельного выравнивателя 8 двух потоков импульсов и блока 3 выравнивания интенсивностей в целом.Генератор 9 вырабатывает регулярную (периодическую) последовательность импульсов с частотой, котораяна порядок и более превьппает наибольшую интенсивность одного издвух случайных потоков импульсов,подлежащих выравниванию.При частоте переключений триггера10, определяемой частотой генератора 9 в выравнивателе 8 производитсянезависимое и равновероятное распределение импульсов входных случайных потоков 9 и , по выходамчетырех элементов И 11-14. На выходах соответствующих элементов И образуются попарно равные потоки импульсов с интенсивностями Я= 9й,- 9ф 3 И 2 С учетом перекрестных связей между выходами элементов И 12 и 13 и входами элементов ИЛИ 15 и 16 на выходах последних образуются случайные потоки импульсов с.равными ин тенсивностями Для выравнивания 2 71 = 4 случайных потоков импульсов используется М М = = М Зов 2 8 = 4 выравнивателей 8, включенньгк в соответствии со струк турной схемой, приведенной на Фиг, 2, С учетом того, что каждый выравниватель 8 выполняет операцию (1)нетрудно установить, что интенсивности случайных потоков на выходах 50 блока 3 составляют 71 1 1 741 1 1ф 7 -. =7 в4:Ъ(4) . с55 Аналогично для выравнивания 2 М = - Я случайных потоков импульсов используются 8 М = 11 Хор 2 М = 4 х 3 = 02 812 выравнивателей 8, соединенных в соответствии со структурной схемой блока 3. В этом случае интенсивности выходных случайных потоков блока 3 составляют 8Соответственно для выравнивания21 = 16 случайных потоков используются 8 М =М 1 о 822 М =8 х 4 =32выравнивателей 8, и т.д. Операцииравновероятностного прореживания иобъединения частей 0 иразличныхпотоков, в соответствии с которымиработают выравниватели 8, не вносятпоследствия и новых корреляционныхсвязей и выходные импульсные потоки.Кроме того, работа блока 3, состоящего из матрицы 8 М выравнивателей8, характеризуется важной для обеспечения высокой точности работы генератора особенностью. Одновременнос Ьункцией выравнивания блок 3 "укрепляет" пуассоновские свойствавыходных потоков по сравнению свходными потоками, которые в силу известных причин могут быть с ограниченным последействйем.Отметим, чтовозможности блока 3выравнивания по "укреплению" пуассоновских свойств выходных импульсныхпотоков возрастают с увеличениемразмера 8 х М матрицы выравнивателей 8.С выходов блока 3 потоки импульсов с равной интенсивностью поступают на первые и вторые входы группы преобразователей 4 код - интенсивность.Работа каждого преобразователя 4основана на использовании вероястностных свойств двух независимых пуассоновских потоков с равной интенсивностью. Суть этих свойств состоитв том, что вероятность 17 появления= 0,1,2, импульсов одного пото-,ка на интервалах между смежными импульсами другого потока определяется формулой(1/2) . (4)где Е = О,1,2,и не зависят от параметра 9Импульсы управляемого потока,поступающие на первый вход преобра,зователя 4, определяют случайныеЪ:х,(б) интервалы, в течение которых счетчик18 подсчитывает импульсы управляющего потока, которые поступают навторой вход преобразователя 4. Каждый импульс управляемого потокаопрашивает дешифратор 19 и черезвремя, необходимое для окончанияпереходных процессов в дешифраторе(это время задается элементом 17задержки), устанавливает счетчк 18в нулевое состояние. В результатеопроса дешифратора 19 импульс управляемого потока проходит на тот выходдешифратора 19, номер которого соответствует состоянию счетчика 18 в момент опроса,В процессе работы преобразователя 4 управляемый пуассоновский поток импульсов с интенсивностью 9 разделяется на п непересекающихсяи независимых один от другого пуассоновских потоков с интенсивностями В соответствии с двоичным кодом на управляющих входах преобразователя 4 будут открыты только те элементы И группы 20, которые соответствуют Разрядам кода, содержащим единицы а, = 1, На вьгходе элемента ИЛИ 21 образуется пуассоновский поток импульсов с интенсивностью где 0Х с 1 - значение двоичного кода О, ц , а, О представленного в виде двоичной правильной дроби. Таким образом, на выходах преобразователей 4-1( 1 =- 1, М ) действуютпуассоновские потоки импульсов синтенсивностями (6)., определяемымизначениями управляющих кодовОХ 1.Первый по моменту появления импульс из совокупности потоков с интенсивностями Ъ 1 О( 1 = 1,) переводит соответствующии триггер22-регистра б памяти в состояниен 411 и устанавливает с помощью элементов ИЛИ 23 все другие триггеры регистра 6 в состояние "0", Пространственно распределенное с,пучайное событие, заключающееся в том, что 38802 10-й триггер регистра б находится всостоянии "1", преобразуется с помощью шифратора 7 в циФровой двоичный код Д (г,) = 1 Я) . В соответствии с текущим кодом А(6) адреса,являющимся одновременно выходнымсигналом генератора, на управляющиевходы преобразователей 4-вызываются новые управляющие коды 1;(1 =10 = 1,), находящиеся в , - й строкеблоков 5- 1 памяти. В дальнейшем работа генератора повторяется,Рассмотрим методику настройки генератора для моделирования марковского процесса по заданному графуего состояний. При этом воспроизводимый граф по числу состояний (вершин) не должен превышать возможностигенератора.Вообще предложенный генератормоделирует марковский процесс сдискретными состояниями по полномуграфу, содержащему максимально возможное число переходов 8 ( 8 - 1).Для моделирования марковского процесса по заданному графу необходимосоставить полную матрицу интенсивностей переходов // %, //1 (- 11 ), в которои , - 0 приа также равна нулю интенсивностьотсутствующих в графе Г( ) переходов как в существующие, так и внесуществующие вершины (состояния).Выбирают максимальное значениешах35- % и производят нормировку 40Значения 0 с В с 1 управляющих ко 1дов Х представленных в виде правильных двоичных дробей 0; С, О, о , заносят в блоки 5 памяти, 45 при этом индекссоответствует номеру блока 5 памяти, а индекс- адресу ячейки в-м блоке памяти.установка начального 1 -го состояния моделируемого процесса произ водится подачей внешнего импульсана единичный вход 1 -го триггера 22регистра 6 памяти.В предложенном генераторе интенсивность случайных потоков импульсов 55 на выходах блока 3 является масштабным параметром моделируемого марковского процесса по времени. Вероятностные характеристики моделируемогопроцесса определяются только значениями ОВ,1 управляющих кодов Х= О, О , ОО и не зависят от интенсивностей датчиковпуассоновского потока импульсов. Благодаря этому предложенный генератор по точности работы превосходит известный.Предложенный .генератор прост по устройству, имеет высокое быстродействие (отсутствуют временные затраты на проведение случайных испытаний) и высокую надежность. Выход из строя даже нескольких датчиков пуассоновского потока импульсов не нарушает работу генератора. В этом случае изменяется только масштаб моделируемого процесса во времени.Генератор сохраняет работоспособность и при одном датчике пуассоновского потока импульсов. Это об 38802 12стоятельство позволяет путем стабилизации и/или управления интенсивностью единственного датчика 1-1оперативно менять временной масштабмоделируемого процесса, согласовывая его с временным масштабом реальных процессов объектов-оригиналов,например, при реализации метода смешанного моделирования на испытаниях.10 Предлагаемый генератор случайного процесса может использоватьсякак самостоятельное устройство длямоделирования дискретных марковскихпроцессов по заданному грайу их 15 состояний. Однако наиболее эФЪективно его использование совместно суправляющей ЭВХ, что позволит освободить ЭВИ от выполнения трудоемких операций по программной реали зации случайных процессов и автоматизировать процесс настройки иуправления генератором.