Генератор псевдослучайных чисел

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сооз Советскик Социалистических Ресоуйик(22) Заявленос присое (23) Приорите Опублпкогано шением заявки Ъе Государстееннми комитет Совета Министров СССР 3) УД 1 681.3 (088 8) 30,08.76, Бюллетень М о делам изобретен и открь;тий аа опу бликования описания 10.12. Авторыизобретения. Виксна, А. К, Микелсон и М Г. По Билински Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к генераторам дискретных функцийпозволяющим получать псевдослучайные числа с различными законами распределения и спектральными характеристиками, и может быть использовано,в качестве генератора сигнала, например, прп физическом моделировании систем автоматического регулирования, построении детерминированно-стохастических аналого-цифровых 1 преобразователей.Известны генераторы псевдослучайных чисел с равномерным распределением и линейчатым спектром, подобным спектру белого шума. 1Один из известных генераторов псевдошумовой двоичной последовательности 1, содержащий регистр сдвига и сумматор по модулю 2 в цепи обратной связи, позволяет получать псевдослучайные числа с разрядностью 2 г(п и периодом следования 2" - 1, где и - число разрядов регистра сдвига. Недостаток этого устройства - невозможность получения заданного полосового спектра,Другой из известных генераторов псевдо случайных чисел 2 содержит и-разрядный регистр сдвига с сумматором по модулю 2 в цепи обратной связи и г дополнительных сумматоров по модулю 2, на выходах которых формируются;псевдослучайные числа, причем 3 г( - . Дополнительные сумматоры по модуолю два позволяют получить псевдослучайные последовательности с различным фазовым сдвигом и порядком следования чисел, со спектром, близким к равномерному. Однако этот генератор не обеспечивает формирования цифрового шума, спектр которого имеет заданную форму и ширину полосы.Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор псевдослучайных чисел 13, содержащий регистр сдвига с сумматором по модулю 2 в цепи обратной связи, генератор тактовых импульсов, прямой выход которого подключен к тактовому входу регистра сдвига. Генератор дает возможность получать псевдослучайные числа с тем же периодом следования, что и описанные генераторы, и со сплошным спектром, подобным спектру белого шума,Однако он не позволяет формировать последовательности псевдослучайных чисел с полосовым и управляемым спектром.Цель изобретения - получение заданного полосового спектра, т. е. расширение области применения генератора,Это достигается тем, что в генератор псевдослучайных чисел введены сумматор, блок памяти, блок памяти константы, блок инвертирования кода, причем младшие разрядыпервых входов сумматора подключены и соответствующим р азрядным,выходам регистр а сдвига, другие разряды первых входов - к выходам блока памяти константывторые входы сумматора соединены с выходами блока памяти, все информационные входы которого подключены к выходам сумматора, кроме старшего разряда, выходы двух старших разрядов сумматора - соответственно с двумя входами управления блока инвертирования кода, информационные входы которого, кроме выхода старшего разряда, связаны с прямыми и ивверсными выходами блока памяти, а,вход разрешения записи блока памяти - с инверсным выходом генератора тактовых импульсов,Введение указанных блоков обеспечивает моделирование процесса случайного блуждания по детерминированной траектории между отражающими экранами, благодаря чему образуется последовательность равномерно распределенных чисел с полосовым спектром, основная частота которого зависит от периода детерминированной траектории.Блок-схема генератора приведена на чертеже.Генератор псевдослучайных чисел содержит регистр 1 сдвига, выходы последнего и одного промежуточного разрядов которого соединены с входами сумматора 2 по модулю 2, а выход сумматора - с информационным входом первого разряда регистра сдвига. К тактовому входу регистра сдвига подключен прямой выход генератора 3 тактовых импульсов, некоторые выходы регистра сдвига - к младшим разрядам первых входов сумматора 4 (количество и порядок подключения выходов регистра сдвига к сумматору 4 определяются конкретными условиями, накладываемыми па характеристики генерируемой последовательности чисел), Другие разряды первых входов сумматора 4 соединены с выходами блока 5 памяти константы, вторые ,входы сумматора 4 - с выходами блока 6 памяти, все информационные входы которого подкл 1 очены к выходам сумматора 4, кроме выхода старшего (т+1)-го разряда. Выходы двух старших (т+1)-го и гп-го разрядов сумматора 4 соединены соответственно с двумя входами управления блока 7 инвертирования кода, информационные входы последнего подключены к прямым и инверсным выходам, кроме выхода старшего т-го разряда, блока 6 памяти, вход разрешения записи блока памяти - к инверсному выходу генератора 3 тактовых импульсов.Работает генератор следующим образом, Импульсы с прямого выхода генератора 3 тактовых импульсов, поступая на тактовый вход регистра 1, сдвигают содержимое каждого предыдущего двоичного разряда в последу 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ющнй, прп этом в первый разряд заноситсязначение, равное где а - двоичная цифра, записываемая в первый разряд на 1-м такте;иа 1, а, - содержимое -го и п-го разрядов регистра сдвига на (1 - 1)-м такте.Таким образом, регистр сдвига выполняет функцию хранения и сдвига предшествующих п двоичных цифр последовательности а, а , а 1, а сумматор 2 в цепи обратной связи производит вычисление последующего значения первого разряда в соответствии с приведенным выражением, На,выходах регистра сдвига, подключенных к части первых входов сумматора 4, при выполнении известного требования (подключение входов сумматора 2 к выходам соответствующих разрядов) формируется последовательность равномерно распределенных псевдослучайных г-разрядных чисел с периодом повторения 2", при 1чем г(п. При г( - п последовательность2г-разрядных чисел близка по своих характеристикам последовательности независимых случайных чисел, распределенных равномерно. С выхода блока 5 на первые входы сумматора 4 подается двоичный код значения параметра, определяющего постоянную часть текущего значения операнда на первых входах сумматора 4. Изменением величины параметра можно изменить вид спектральной характеристики формируемой последовательности чисел, т. е. осуществлять управление спектром.Вторым слагаемым на каждом такте образования выходного числа, подаваемым на сумматор 4, являются значения промежуточных сумм на предыдущих тактах. С этой целью выходной код сумматора 4 после окончания каждого сложения при появлении разрешающего импульса на инверсном выходе генератора 3 тактовых импульсов (это соответствует паузе между тактовыми импульсами на входе регистра 1 сдвига) заносится в блок 6 памяти. Прямые выходы всех разрядов блока памяти соединены с вторыми входами сумматора 4, благодаря чему на выходах сумматора 4 образуется так называемый процесс восстановления текущих значений операнда, поступающего на первые входы сумматора 4. Сумматор 4 содержит на два разряда больше, чем разрядность генерируемых чисел, и на один разряд больше блока б памяти для образования процесса блужданияпо детерминированной траектории со случайным шагом между отражающими экранами. Индикатором достижения случайным процессом одной из отражающих границ служит появление значащей единицы в т-м или (т+1)-м разряде сумматора 4. Продолжение суммирования после появления значащей единицы в т-м разряде и инвертирование кода (гл - 1) -разрядной промежуточной суммы идентично операции суммирования до момента достижения случайной величиной промежуточных сумм значения 2"- 1 и операции вычитания исходной случайной, величины, определяющей шаг блуждания и подаваемой на первые входы сумматора 4, из предыдущих значений промежуточных сумм до момента достижения значения О. Таким образом осуществляется моделирование, процесса случайного блуждания по детерминированной траектории между отражающими границами 0 и 2"- - 1. Как показали проведенные аналитическое исследование и моделирование на ЭВМ, такой процесс обеспечивает получение равномерно распределенных псевдослучайных последовательностей чисел с заданным полосовым спектром.Использование предлагаемого генератора псевдослучайных чисел с заданным полосовым спектром в устройствах определения характеристик детерминированных и случайных сигналов позволяет получить ошибку квантования исследуемого сигнала, спектр которой не перекрывается со спектром самого сигнала. Дальнейшая цифровая фильтрация результатов квантования дает возможность эффективно уменьшить ошибку квантования, а тем самым повысить точность определения характеристик сигналов. 5 1 О 15 20 2 д Формула изобретения Генератор псевдослучайных чисел, содержащий регистр адвига с сумматором по модулю 2 в цепи обратной связи, генератор тактовых импульсов, прямой выход которого подключен к тактовому, входу регистра сдвига, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, в него введены сумматор, блок памяти, блок памяти константы и блок инвертирования кода, причем младшие разряды первых входов сумматора соединены с соответствующими разрядными выходами регистра сдвига, другие разряды первых входов подключены к выходам блока памяти константы, .вторые входы сумматора соединены с выходами блока памяти, все информационные входы которого подключены и выходам сумматора, кроме старшего разряда, выходы двух старших разрядов сумматора соединены соответственно с двумя входами управления блока инвертирования кода, информационные входы которого, кроме выхода старшего разряда, подключены к прямым и инверсным выходам блока памяти, вход разрешения записи которого соединен с инверсным выходом генератора тактовых импульсов. Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе: 1. Патент США3700869, кл. 235 в 1, 1972.2. Яковлев В. В., Федоров Р. Ф, Стохастическпе вычислительные машины. - Машиностроение, Л., 1974, с. 253.3. Авт. ов.391556, кл, 6 Обг 1/02, 1973.526873 Заказ 2686/1ЦНИИ Изд. М 1822 Тираж 864 Государственного комитета Совета Министр по дедам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5