Генератор случайного процесса

(71) Минский радиотехнический инс титут(56) Авторское свидетельство СССР Ф 391577, кл. С 06 Р 7/52, 1972.Авторское свидетельство СССР В 734768, кл. С 06 Р 7/58, 1977.Авторское свидетельство СССР У 1146671, кл. С 06 Р 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 лс процессов, каждый иэ которых состоит из отрезков равной длины хове счетовпутем пго счет слоений второго счи из ока памяти по адрес ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИ САНИ К АВТОРСКОМУ,ЯО 1256 О 22 одной периодической функции (базовой) со случайными начальными фазами, модулированных по амплитуде огибающей функцией с периодом повторения, равньи по длительности отрезковэлементарных, процессов. Формированиепроцесса можно представить как последовательность непрерывно следующих циклов, на каждом из которыхэа Ч тактов вычисляется один отсчетформируемого процесса путем суммирования с помощью второго сумматораЧ произведений отсчетов базовой функции на значения отсчетов огибающейфункции. Адреса считываемых на 1 -хтактах из первого блока памяти отзовой функции формируютсябавления к состоянию первока кодов случайных фаэ наФормируемым вторым счетчиком, состояние которого изменяется от нуля до Ч за один цикл. Коды случайных фаз ,формируются датчиком случайных чисел, смена Фазы отрезка базовой функции 1 -го наслоения осуществляется на 1 -м такте некоторого цикла вычисления записью в 1 -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 иоду лю состояний первого и второго счетчиков. 1 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении имитационномоделирующей аппаратуры для решения.задач исследования и оптимизацииструктурно-сложных систем, при созда"нии автоматизированных систем испытания на вибрационные, акустическиеи другие воздействия,Цель изобретения - повышение точОности воспроизведения требуемых Функций спектральной плотности мощностиформируемых случайных процессов.Па чертеже представлена структурная схема генератора.Генератор содержит генератор 1импульсов, 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, вычитатель14 и третин блок 15 памяти,25Генератор работает следующим образом.Генерируемый случайный процесспредставляет собой сумму (композицию)элементарных процессов (наслоений),11каждый из которых состоит .из ( склеенных") отрезков равной длины однойпериодической функции 1,базовой функции процесса) со случайными начальными фазами, модулированных по амплитуде регулярной огибающей функцией с периодом повторения, равнымдлительности отрезков элементарныхпроцессов.Базовая функция процесса задается11 дискретными отсчетами, записывае- . 4 Омыми в блок 5 памяти, Форма огибающей (модулирующей) функции определяетсянастройкой третьего блока памяти 15. Формирование процессов можнопредставить как последовательность 45непрерывно следующих циклов, на каждом из которых эа Ч тактов вычисля-.ется один отсчет формируемого процесса путем суммирования с помощью на -капливающего сумматора 7 7 произве Одений отсчетов базовой Функции назначения отсчетов огибающей функции.Адреса счетываемых на -х тактах изблока 5 памяти отсчетов базовой Функции Формируются путем прибавления 55к состоянию счетчика 3, изменяющему"ся от цикла к циклу на одну единицу,кодов случайных фаз наслоений, счи" тываемых из 1-х ячеек блока 11 памяти по адресам, формируемым счетчиком 9, состояние которого изменяется от нуля до Ч за один цикл. Кодыслучайных фаз формируются датчиком 12 случайных чисел, смена Фазы.отрезка базовой функции -го наслоения осуществляется на 1-ом тактенекоторого цикла вычисления записьюв д-ю ячейку блока 11 памяти новогослучайного числа, моменты смены фазопределяются по состояниям счетчиков3 и 9 с помощью схемы сравнения.Номера отсчетов огибающей функциивычисляются как разность по модулюИ 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.1 яется, триггер 13устанавливается 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 нулевомсостоянии,Из нулевой ячейки блока11 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 функциии умножается на код отсчета огибающей с выхода третьего блока 15 памяти, Номер отсчета огибающей форми=. руется на выходе вычитателя 14 какразность по модулю М состояния счетчика 3 и счетчика 9. По вырабатывае"мому генератором 1 очередному тактовому импульсу полученное произведение прибавляется к состоянию накапливающего сумматора 7 (нулевому к началу цикла), состояние счетчика9 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 блоКа 5 памяти новый код отсчета базовой Функции умножается на новый код огибающей, полученноепроизведение прибавляется к состоянию накапливающего сумматора, состояние счетчика 9 увеличивается наединицу. Последовательность описанных тактов вычисления повторяется,5при этом состояние счетчика 9 последовательно увеличивается, в сумматоре 7 накапливается значение отсчета Формируемого процесса как сумма произведений отсчетов базовой функциина 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 1-х тактах последовательно выполняемых циклов считываются последовательно отсчеты базовой функции иэ блока 5 памяти по последовательно 30 циклически изменяющийся адресам, : равным сумме состояний счетчика и считываемого на. 1-ом такте кода из блока 10 памяти, Коды отсчетов базовой функции умножаются на. Формиру 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 времениЧ 45 отрезков базовой функции процесса, модулированных огибающей функцией, с соотношениями фаз, определяемыми кодами, считываемыми из блока 11 памяти 50Рассмотрим процедуру смены фаэ отрезков базовой функции. Предположим, что разрядности счетчиков 3 и 9 и схемы 10 сравнения равны, емкость блока 5 памяти, определяющая 55 количество отсчетов задания периодаК базовой функции И 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 (д-й разряд счетчика 3 с -ым разрядом счетчика 9) смена фаз наслоений происходит за Ч последовательно выполняемых циклов Формирова ния процесса при изменении состояния счетчика 3 от нуля до 7,Поскольку номера отсчетов огибающей -го наслоения равны разности состояния счетчика 3 и номера наслоения , 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 -го 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 И 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 -й разряд счетчика сравнивается с Кым 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 141256022 Составитель И.СтоляровТехред Л. Сердюкова Корректор А.Обручар Редактор С,Патрушева Заказ 4824/48 Тираж 671ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 в прямом порядке, а выходы счетчика9 соединяются с разрядными входамивычитателя 14 - в обратном порядке.Предлагаемый способ сравнения позво"Фляет максимально разнести моментысмены фаз наслоений. формула изобретения Генератор случайного процесса, содержащий 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 соединен с выходом первого счетчика,второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, адресный вход второго блокапамяти соединен с информационнымвыходом второго счетчика, а вход управления записью - с выходом схемысравнения, датчик случайных чисел,вход синхронизации которого соеди"нен с выходом генератора импульсов,а выход - с информационным входом О второго блока памяти, триггер, входобнуления которого соединен с выходом переполнения второго счетчика,вход установки в единицу - с выходомделителя частоты, а выход - с входом 15 разрешения суммирования второго сум-,матора и входом начальной установкивторого счетчика, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности воспроизведения требу емых функций спектральной плотностимощности формируемых случайных процессов, дополнительно содержит вычитатель, третий блок памяти и умножитель, первый вход которого соеди нен с выходом первого блока памяти,второй вход - с выходом третьего бло.ка памяти, а выход - с информационным входом второго сумматора, входуменьшаемого вычитателя соединен с 30 информационным выходом первого счетчика, вход вычитаемого - с выходомвторого счетчика, а выход - с входомтретьего блока памяти.