Генератор шумовой последовательности импульсов

(51)5 Н 03 В 29/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ехническии инстирадиофизике использовано митатор пуасов (например, страции оптита фотонов) и в импульсов для х систем обнаанизкочастот держащий по источник шум ль амплитуды И) и блок фик ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1072245, кл, Н 03 В 29/00, 1982.Жовинский В,Н. Генерирование шумовдля исследования автоматических систем. -М.: Энергия, 1968, с.46-48,(54) ГЕНЕРАТОР ШУМОВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ(57) Изобретение относится к радиофизикеи радиотехнике и может быть использованов лабораторной технике как имитатор пуассоновского потока импульсов (например,при испытании устройств регистрации оптиИзобретение относится к и радиотехнике и может быть в лабораторной технике как и соновского потока импульс при испытании устройств реги ческих сигналов в режиме сче радиолокации как источник калибровки радиотехнически ружения.Известен генератор инфр ного стационарного шума, со следовательно соединенные (ИШ), у"илитель, ограничите ф мирователь импульсов (Ф ческих сигналов в режиме счета фотонов) и в радиолокации как источник импульсов для калибровки радиотехнических систем обнаружения, Целью изобретения является повышение точности совпадения статистических характеристик шумовой последовательности импульсов с пуассоновской путем повыщения стабильности среднего времени т следования импульсов, а также расширение диапазона изменений ти повышение быстродействия при переходе от одного значения г к другому. Изобретение содержит усилитель 1, фильтр 2, нелинейный элемент 3, формирователь 4 импульсов, Источник шума выполнен в виде автогенератора стохастических колебаний с жестким режимом возбуждения, 4 з.п, ф-лы, 4 ил. появления шумового выбром срабатывания ФИ). В этомвырабатывает прямоугольв моменты превышения шуением на выходе усилителя няа,м данного устройства явля- точность совпадения статиарактеристик шумовой ности импульсов с пуассосильной нестабильности ени т (частота по = 1/т) сленых импульсов. Последнее ильной чувствительностью сации момента са (над порого генераторе Ф ные импульсы мовым напряж заданного уроНедостатк ется невысока стических х последователь новской изсреднего врем дования выхо обусловлено10 15 г к величинам порога а и среднеквадратичного отклонения шума сх на выходе ИШ, так что снижение нестабильности тдо уровня 5 достигается наложением жесткого ограничения на соотношение а и ст: а/ о0,33 и как следствие сужает диапазон возможных значений сНаиболее близким к изобретению является генератор инфранизкочастотного стационарного шума, содержащий последовательно соединенные ИШ, усилитель, ограничитель амплитуды и ФИ.Средняя частота п(п = 1/т) следования прямоугольных импульсов на выходе ФИ описывается выражением; 2и (а)= . ехр (- -- , 1)Ьв а 1 а где а - порог срабатывания ФИ; п(а) - средняя частота следования импульсов на выходе Ф И; о - среднеквадратичное отклонение шума на выходе усилителя; Л щ - эквивалентная полоса шума.Недостатком известного устройства также является невысокая точность совпадения статистических характеристик шумовой последовательности импульсов с пуассоновской из-за недостаточной стабильности т= 1/по. Рекомендуемый для минимизации нестабильности т = 1/п интервал выдеоживания значений а и Ох;0,3а/сгхО, 6 существенно сужаетдиапазон возможных значений т, а настройка г на некоторое новое значение с необходимостью требует применения. дополнительной контрольно-измерительной аппаратуры, что делает время перестройки среднего времени недовольно большим (порядка десятка минут), Таким образом, недостаточная стабильность т, приводит к тому, что выходной поток импульсов генератора заметно отличается от пуассоновского по своим статистическим характеристикам, а узкий диапазон изменения т с достаточно большим временем его перестройки на каждое новое значение существенно ограничивает его функциональные возможности. Целью изобретения является повышение точности совпадения статистических характеристик шумовой последовательности импульсов с пуассоновской путем повышения стабильности среднего времени следования импульсов, а также расширение диапазона изменения ти повышение быстродействия при переходе от одного значения 7 к другому. 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставленная цель достигается тем, что в генераторе шумовой последовательности импульсов, включает ИШ и ФИ, согласно изобретению, ИШ выполнен в виде автогенератора стохастических колебаний (АСК), режим возбуждения которого выбран жестким и который имеет вход для внешнего запуска, причем вход ФИ соединен с выходом АСК, а выход его соединен с входом внешнего запуска АСК и является выходом устройства.Кроме того, АСК включает регулируемый усилитель, нелинейный элемент (НЭ), который имеет четную вольт-амперную характеристику(ВАХ), и полосовой фильтр, соединенные в кольцо, причем выход НЭ является выходом АСК, а вход внешнего запуска соединен с входом регулируемого усилителя. Кроме того, поставленная цель достигается также и тем, что АСК включает регулируемый усилитель, НЭ, который имеетчетную ВАХ, и полосовой фильтр, соединенные в кольцо, причем выход НЭ являетсявыходом АСК, а вход внешнего запуска соединен с входом НЭ,Кроме того, поставленная цель достигается также и тем, что АСК включает регулируемый усилитель, НЭ, который имеетчетную ВАХ, и полосовой фильтр, соединенные в кольцо, причем выход НЭ являетсявыходом АСК, а вход внешнего запуска соединен с входом полосового фильтра.Кроме того, НЭ выполнен в виде двухполупериодного выпрямителя или двухтактного усилителя,Для генерирования шумовой последовательности импульсов, имитирующей пуассоновскую, предложено использоватьсвойство АСК с четной нелинейностью квадратичного типа самопроизвольно прекращать генерацию, Для получения такогопотока импульсов в заявленном устройствепроизводится перезапуск АСК сразу же после прекращения им генерации стохастических колебаний импульсом с выхода ФИ.Причем оказалось практически несущественным, с какой точки блок-схемы АСК производится перезапуск (со входа усилителя,или фильтра, или НЭ с четной ВАХ). Принципиальным является то, что для всех этихслучаев времена сь в течение которых АСКгенерирует стохастические колебания (отмомента запуска до последующего моментасамопроизвольного прекращения генерации), распределены, как показали эксперименты, по экспоненциальному законуР(ъ) = - ехр (- - ),1 снекоррелированны, а среднее время тследования импульсов является функцией коэффициента усиления К усилителя:г= 1; = тоехр(сК) (3)( го. с - константы), причем 11 принимают широкий спектр значений в интервале1 корЪ Т, (4),где скор - время корреляции стохастических "0 колебаний АСК (скор = 5 мс), Т - в эксперименте фактически совпадало с общим временем работы устройства (Т = 8 - 10 ч). В соответствии с (3) стабильность, диапазон значений и время перестройки хопределяются аналогичными характеристиками коэффициента усиления К усилителя. Поэтому использование усилителя со стабилизированным (например, введением сильной обратной связи) постоянным коэффициентом усиления позволяет обеспечить необходимую степень стабильности т, Использование же прецизиойн"ого потенциометрического регулятора коэффициента передачи усилителя по напряжению 25 позволяет получить широкий диапазон значений ти малое время его перестройки(экспериментальная зависимость тот приведенного коэффициента усиления показана на фиг.4). Это делает устройство 30 чрезвычайно эффективным и качественным имитатором пуассоновского потока импульсов. Свойство АСК самопроизвольно прекращать генерацию стохастических колебаний объясняется жестким режимом его возбуждения (запуска); четность нелинейнос,и, ВАХ которой имеет в нуле нулевую первую производную и неотрицательные старшие производные (например, квадратичного типа), обусловли вает существование некоторого (малого) порогового значения О (см. фиг.2) амплитуды напряжения на входе нелинейности такого, что возбуждение АСК возможно лишь при амплитуде запускающего сигнала на нели нейности ОО, а при ОО АСК не возбуждается, После возбуждения АСК сигналом с амплитудой ОО и начала генерации стохастических колебаний (что достигается подбором полосы пропускания 50 фильтра с усилителем, исключающим генерацию и-тактных периодических режимов, одночастотные режимы исключаются благодаря четности нелинейности, вносимое в систему фильтром некоторое временное за паздывание 1 ф при не слишком больших коэффициентах усиления К усилителя делает отличной от нуля вероятность события, когда максимальная амплитуда напряжения на входе НЭ в течение времени запаздывания сф не превысит порогового значения О:О(с)О, 1 с то, то + сф. Реализация такого события и приведет к самопроизвольному срыву стохастических автоколебаний.На фиг,1 изображена функциональная блок-схема предлагаемого генератора; на фиг.2 - экспериментальная ВАХ нелинейного элемента АСК. На фиг.2 пороговое значение амплитуды напряжения на входе НЭ О определяется (показано схематически) пересечением ВАХ с прямой, тангенс наклона которой пропорционален 1/К, где К - коэффициент усиления усилителя. На фиг.З изображены сигналы на входе и выходе ФИ при работе устройства, На фиг.4 изображена экспериментальная зависимость среднего времени т от приведенного коэффициента усиления по напряжению р = К/Ко регулируемого усилителя (К и Ко - соответственно заданный и максимально возможный коэффициенты усиления усилителя: Ко:50;0р 1,а т,=1 мс), Нестабильность упри каждом р не превышала погрешностей, указанных на фиг.4 для каждой серии измерений,Генератор шумовой последовательности импульсов содержит АСК, состоящий из соединенных по кольцевой схеме усилителя 1 с регулируемым (вход "Рег,") коэффициентом усиления, полосового фильтра 2 и нелинейного элемента 3 с четной ВАХ квадратичного типа, Выход АСК соединен с входом формирователя импульсов 4, Выход ФИ, являющийся одновременно выходом генератора, соединен с входом запуска АСК.Генератор работает следующим образом.После включения питания АСК генерирует в течение случайного времени т 1 из интервала (4). В момент самопроизвольного окончания генерации ФИ 4 вырабатывает импульс заданной длительности (фиг,З), который, поступая на вход запуска АСК (на фиг.1 - вход усилителя), перезапускает последний. Весь процесс повторяется с самого начала, но второй импульс заданной длительности на выходе генератора появляется уже через некоторое другое случайное времят 2, Таким образом на выходе генератора получается последовательность импульсов равной длительности, следующих друг за другом через случайные временные интервалы (фиг.З), распределенные по закону (2). При этом среднее время т следования импульсов регулируется изменением коэффициента усиления К усилителя 1 в очень широком диапазоне значений (в экс1742977 Ухаалоа и перименте последний перекрывал более 5 порядков: от десятков миллисекунд до десятков минут(фиг.4), в то время как у прототипа - не более чем на порядок),Стабилизация К посредством введения обратной связи в усилителе 1 позволила сделать. нестабильность т меньше 1, понизив ее по сравнению с прототипом, Последнее позволило откалибровать шкалу коэффициента усиления К усилителя 1 в единицах хи перестраивать прецизионным потенциометром последнее за времена порядка секунд.Таким образом, предлагаемый генератор позволяет повысить стабильность. среднего времени следования импульсов в 5-10 раз, расширить диапазон регулируемых значений т более чем на 4 порядка (от десятков микросекунд до десятков минут и. более) при уменьшении времени перестройки среднего времени тболее чем в 1000 раз.Формула изобретения 1, Генератор шумовой последовательности импульсов, включающий источник шума и формирователь импульсов, о т л и ча ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности совпадения статистических характеристик шумовОй последовательности импульсов с пуассоновской путем повышения стабильности среднего времени т следования импульсов, а также расширения диапазона изменения т и повышения быстродействия при переходе от одного значения т к другому, источник шума выполнен в виде автогенератора стохастических колебаний, режим возбуждения которого выбран жестким и который имеет вход для внешнего запуска, причем вход формирователя импульсов соединен с выходом автохенератора стохастических колеба.- ний, а выход его соединен с. входом внешне.- го запуска. автогенератора стохастических колебаний и является выходом устройства.5 2. Генератор по п.1, о т л и ч.а ю щ.и йс я тем; что автогенератор стохастических колебаний включает регулируемый усилитель, нелинейный элемент, который имеет четную вольт-амперную характеристику, и 10 полосовой фильтр, соединенные в кольцо,причем выход нелинейного элемента является выходом автогенератора стохастических колебаний, а вход внешнего запуска.соединен с входом регулируемого усилите.- 15 ля.3. Генератор. по п.1, о т л и ч а: ю.щ.и йс я тем, что автогенератор стохастических колебаний включает регулируемый усилитель, нелинейный элемент, который имеет 20 четкую вольт-амперную характеристику, иполосовой фильтр, соединенные в кольцо; причем выход нелинейного элемента является выходом автогенератора стохастических колебаний, а вход внешнего запуска 25 соединен с входом нелинейного элемента,4. Генератор по п.1, отл и чаю.щи йс я тем, что автогенератор стохастических колебаний включает регулируемый усилитель, нелинейный элемент, который имеет 30 четную вольт-амперную характеристику, иполосовой фильтр, соединенные в кольцо, причем выход нелинейного элемента является выходом автогенератора стохастических колебаний, а вход внешнего запуска 35 соединен с входом полосового фильтра.5. Генератор по пп 2-4, отл ича ю щ ий с я тем, что нелинейный элемент выполнен в виде двухполупериодного выпрямителя или двухтактного усилителя.401742977 550 575 6 625 6 г тор О.Стен Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 2294 ВНИИПИ Го Составитель В.Ро Техред М.Моргента твенский Корректор М.Максимиш