Генератор случайного процесса

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) (11) 3(51) С 06 Р 7 58 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ С ЕЛЬСТВУ мо оро у п и с т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 677054, кл, С 06 Р 7/58, 1977.2. Бобнев М, П. Генерирование случайных процессов. М., Энергияф, 1971, с. 191 (прототип) .(54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий первый и второй переключатели, выходы которых соединены со входами Пускф соответственно первого и второго первичных источников реализации случайных роцессов, выходы которых соединены оответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом генератора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения, в него введен блок управлсния, который содержит четыре триггера, три формирователя импульсов, три переключателя, два элемента задержки и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом сумматора, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом первого триггера, прямой выход которого соединен с в орым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого переключателя блока управления, выход которого через первый формирователь импульсов и первый элемент задержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с .входом первого переключателя, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом второго переключателя блока управления, второй вход кот го подключен к инверсному выход ервого триггера, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом второго переключателя блока управле-,рС ния, выход которого через второй формирователь импульсов и второй элемент задержки соединен с единичным входом четвертого триггера, С: единичный выход которого соединен с входом второго переключателя, пря- Я мой и инверсный выходы порогового элемента соединены соответственно ваай с первым и вторым входами третьего а переключателя блока управления, прямой выход первого триггера соеди- (,Д) нен с третьим входом третьего переключателя блока управления, выход которого через третий формирователь (Д импульсов соединен с нулевыми входа-ми третьего и четвертого триггеров.МИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использсвано для моделирования случайныхпроцессов, в частности инфранизкочастотных помех.Известен генератор шума, в котором шум шумового диода усиливается 1),Однако этот генератор не позволяетполучить узкополосный шум,Наиболее близким к изобретениюявляется генератор случайного процес са, содержащий первый и второй выключатели, выходы которых соединены с входами Пуск соответственно первого и второго первичных источниковреализации случайного процесса ныходы которых соединена соответственнос первым и вторым входами сумматора,выход которого является выходом генератора (2),Недостатками этого генератора яв-.2 Оляются сложность, обусловленная сложностью перничного"источника реализации случайного процесса, и невозможность получения узкополосного инфранизкочастного случайного процесса.Цель изобретения - упрощение генератора при одновременном обеспечениивозможности получения узкополосногоинфранизкочастотного случайного процесса,для достижения поставленной целив генератор случайного процесса, содержащий первый и второй переключатели, выходы которых соединены свходами Пуск соответственно первого и второго первичных источников З 5реализации случайных процессов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом генератора, введен блок управления, содержащий четыре триггера,три формирователя импульсов, три переключателя, два элемента задержкии пороговый элемент, вход которогосоединен с выходом сумматора, прямой 45ныход порогового элемента соединенс первым входом первого переключателя блока управления и со счетнымвходом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом второго триггера, прямой выход которогосоединен с третьим входом первогои реключателя блока управления, выод которого через первый Формирователь импульсов и первый элементзадержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичныйвыход которого соединен с входомпарного переключателя, прямой выход 60пзрогового элемента соединен с первым входом второго переключателя блока управления, второй вход которогоподключен к инверсному выходу перного триггера, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входомвторого переключателя блока управления,выход которого через второй формирователь импульсов и второй элементзадержки соединен с единичным входомчетвертого триггера, единичный выходкоторого соединен с входом второгогереключателя, прямой и инверсный выходь порогового элемента соединенысоотнетстненно с первым и вторым входами третьего переключателя блока управления, прямой выход первого триггера соединен с третьим входом третьего переключателя блока управления,выход которого через третий формирователь импульсов соединен с нулевымивходами третьего и четвертого триггеров.На фиг. 1 приведена блок-схемапредлагаемого генератора; на Фиг.2вариант выполнения первичного источника реализации случайного процесса;на фиг. 3 - вариант выполнения блока рандомизации,Генератор содержит первичные источники 1 и 2 реализации случайныхпроцессов, сумматор 3, блок 4 управления и переключатели 5 и б.Первичные источники 1 и 2 реализации случайного процесса в частномслучае представляют собой электромеханические генераторы, каждый из которых содержит профилированный купачок 7, форма которого соответствуетреализации случайного процесса потенциометр 8, днижок 9 которого поджат пружиной 10 и взаимодействуетс профилированным кулачком 7, а также электрический мотор 11 с редукто-:,ром 12 Использование редукторов (при тех же кулачках) познсляет генерировать процессы с различными средними периодами за счет изменения скорости нращения профилированных кулачков, Изменение формы профилированных кулачков приводит к изменению спектра генерируемого процесса, Изменение напряжения питания потенциометрических преобразователей которое в процессе работы не меняется, позволяет генерировать процессы различной мощности.Форма профилированных кулачков определяст параметры генерируемого процесса (распределение мгновенных значений, амплитуд, периодов случайного процесса, его спектр и т,д.) . узкополосный процесс Отличается сравнительно малыми изменениями периода, поэтому форма профилированных кулачков, используемых н устройствах воспроизведения, отличается тем, что периоды имеют небольшие отклонения (не более 30) от среднего, тогда как амплитуды изменяются в широкихпределах (от 0,1 до 1,5 среднейамплитуды) .Блок 4 управления содержит эле-.мент 13, триггеры 14 и 15, переключатели 16, 17.и 18, формирователи 19,20 и 21 импульсов, элементы 22 и 23 5задержки и триггеры 24 и 25,Рассмотрим работу генераторов,когда переключатели 16 и 17 установлены в положение 3, а переключатель 18 в положение 1, В данном 10случае на запуск триггеров 24 и 25поступают преобразованные сигналыс триггера 15, а на сброс - с выхода порогового элемента 13 (фиг. 3),Генератор работает следующим образом,При подаче напряжения питания нагенератор включаются моторы 11. Через редукторы 12 ани вращают профилированные кулачки 7, взаимодействующие с движками потенциометров 8.Сигналы с натенциаметров 8, являясьвыходными сигналами источников 1 и2, поступают на вход сумматора 3, адалее на выход генераторов и входблока 4 управления, т.е. на входпорогового элемента 13, Пороговыйэлемент 13 преобразует входной сигнал в последовательность прямоугольных импульсов. Срабатывание порогового элемента соответствует превышению входным сигналом нулевогоуровня. Сигнал с выхода пороговогоэлемента 13 поступает на вход триггера 14,а с выхода триггера 14 - навход триггера 15.Сигналы с выходов 35порогового элемента 13 через переключатели 16 и 17,формирователи 19 и 20импульсов, элементы 22 и 23 задержки поступают на вход триггеров 24 и25 и осуществляют их запуск. Сигналы на сброс триггеров 24 и 25 поступают с выхода порогового элемента 13 через переключатель 18 и фор-,мирователь 21 импульсовПри этом на запуск поступают импульсы со средним периодом 4 Тр, а насброс - са средним периодом Т, гдеТ - средний период генерируемогослучайного процесса.Поскольку импульсы, поступающиена сброс, опережают импульсы, поступающие на запуск (вследствие прохождения ими элементов задержки), сбростриггеров 24 и 25 после запуска может осуществляться только импульсомот следующего срабатывания порогового элемента 13, т. е. в среднем через Т . При времени задержки импульсов, много меньшем величины Т средоняя длительность импульсов, поступаюцих на переключатели, практически неотличается от среднего периода случайного процесса.Таким образом, с триггеров 24 и25 на переключатели 5 и б поступают:игналы са следующими параметрами: 65 седняя длителе нОстт импульса Т средний период 4 ТИмпульсы, вызывакщие срабатывание переключателей 5 и б, не совпадаютпа времени, поскольку сигналы, запускающие триггеры 24 и 25, противоФазны,Сигналы, поступающие на триггеры24 и 25, таковы, чтд, каждый иэ прафилированных кулачков останавливается на один период через каждые три периода, причем первый кулачок - напервый, а второй - на третий периодиз каждых четырех периодов. Таким образом, положения переключателей 16, 17 и 18 определяют параметры сигналов, управляющих переключателями 5 и б. Однако период кананалав, поступающих на запуск триггеров 24 и 25, должен быть больше периода сигналов, вызывающих их сброс, так как только при такам соотношении импульсы на выходах блока управления будут разнесены на времени (не будут накладываться).Управление производится попеременной остановкой источников 1 и 2 на и через И периодов генерируемого процесса. При этом сдвиг фаз васпраизводимых процессов меняется случайнымобразом от -2. да +2 л, а сами воспроизводимые процессы накладываются друг на друга различными точками.Поскольку точек на каждом нз процессов бесчисленное множества, та и условий наложения насчитывается также бесчисленное множество. Последнееприводит к возможности получения ре ализации случайного процесса бесканечьай длительности. Средний период сигналов, паступающих на запуск триггеров 24 и 25и определяющих период сигналов управленин, не должен превосходить удвоенной длительности воспроизведения реализации исхаднога случайного процесса (времени полного оборота профи лираванного кулачка без остановок). В пративнсм случае отдельные части выходного процесса будут повторяться, в результате чего процесс на выходе генератора перестанет быть случайньм.11 ве реализации (атрезка) случайного процесса обязательно различают,ся по форме, так как случайный процесс не имеет периоца повторения, Однако генератор может генерировать случайный процесс и в там случае, когда кулачки (воспроизводимые реализации) имеют одинаковую форму,Генерирование случайного процесса, т. е. процесса бесконечной длительности, производится благодарявоспроизведению двух случайных процессов с изменяющимся ва временисдвигом фаз, получаемым вследствиепапеременной остановки источниковреэ и периодов генерируемого случайного процесса, в результате чего выполняется условие Е () . О.Технико-экономическими преимуществами предлагаемого генератора являются простота его конструкции и расширение области применения,Упрощение конструкции заключаетсяв том, что в предлагаемом устройствеиспользуются только два первичныхисточника реализаций случайных про Оцессов, тогда как в прототипе необходимо испольэовать их более десяти,Указанное упрощение конструкции генератора ведет к существенному уменьшению его габаритов, поскольку блокуправления может быть выполнен современными средствами микроэлектроники и на размеры генератора не оказывает влияния.Широкая область применения предлагаемого генератора обуславливается воэможностью генерирования разнообразных, действительно случайных(а не псевдослучайных, как в прототипе) процессов.При использовании изобретенияпоявляется возможность получения инфраниэкочастотных и субгерцовыхузкополосных случайных процессов, вто время как известные устройства являются широкополосными генераторамис полосой сигнала выше 20 Гц. Дляполучения случайного узкополосногосигнала из широкополосного последний необходимо подвергнуть детектйрованию, а затем фильтрации. Однакопостроение узкополосных фильтров вИНЧ диапазоне практические невыполнимо, вследствие чего генератор сИНЧ фильтром на настоящий моментне реализован. ИНЧ случайные процессы наблюдаются во многих областях (при изучении гидрологических и метеорологическнх процессов, в биологии и т. п,) пФ 6 длагаемый генератор позволяет моделировать эти процессы. Таким образом, расширяется область применения генератора и появляется возможность его использования, например, при разра-. ботке океанографической аппаратуры.Стабильность параметров генерируемого сигнала, объясняемая стабиль ностью исходных процессов, и возможность получения случайного процесса сколь угодно долго позволяют производить наладку и проверку электронных схем гидрометеоаппаратуры в лабораторных условиях, це прибегая к натурным испытаниям.1092503 ыг. Г Составитель А, КарасовЛ, Алексеенко ТехредЖ.Кастелевич Коррек Реда Пи каз 325 9И го комитета Сел и открытийМ аушская наб.,Лодписн 4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная,4 б/33 ВНИИП по д 113035,