Генератор случайного процесса

О П И С А Н И Е (п)68)2927ИЗОБРЕТЕНИЯ СОюз Сенатских Социалистических Республик(22) Заявлено 23.05,77 (21) 2490144,18-24с присоединением заявки Уело делам изобретен и открытий(71) Заявитель А. Е. Леусенко и В. Н, Ярмолик нский радиотехнический инстит ЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА 5 Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для получения полосового случайного процесса при моделировании случайных полосовых вибраций на ЭВМ, а 5 также в качестве задающей аппаратуры для воспроизведения случайных вибраций при исследовании надежности с помощью вибростендов.Известен генератор случайного процесса 10 содержащий источник шума, усилитель, колебательный контур, формирователь.Недостатком подобного генератора является невозможность гибкой перестройки полосы случайного процесса по частотному 15 диапазону в силу реализации данного генератора на аналоговых элементах. Особенно трудно получать полосовой случайный процесс в инфранизкочастотной области и добиться высокой стабильности ха рактеристик подобного генератора 1.Известен также генератор случайного процесса, содержащий регистр сдвига, вход которого является входом генератора, сумматор, выход которого является выходом 2 генератора, а входы соединены с выходами умножителей соответственно 2.Недостатком этого генератора является наличие повторов на неосновных частотах, что снижает его точность. 3 Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является генератор случайного процесса, содержащий регистр сдвига, информационный вход которого является входом генератора, а вход сдвиг через делитель подключен ко входу тактовых импульсов и объединен со счетным входом триггера, выход которого подсоединен к первым входам первого и второго блоков элементов И, вторые и третьи входы которых подключены соответственно к выходам регистра сдвига и блока генераторов импульсов. Выходы первого и второго блоков элементов И подключены ко входам первого и второго элементов ИЛИ, соответственно 31.Этот генератор имеет меньшие амплитуды повторов на неосновных частотах амплитудно-частотной характеристики генератора. Однако точность генератора все же недостаточна для практических задач.Целью изобретения является повышение точности генератора за счет уменьшения амплитуды повторов на неосновных частотах амплитудно-частотной характеристики генератора,Для достижения поставленной цели генератор содержит реверсивный счетчик и преобразователь код-напряженпе, выход которого является выходом генератора, а входы соединены с разрядными выходами реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого соединены, соответственно, с выходами первого и второгоэлементов ИЛИ.дНа фпг. 1 приведена блок-схема 1 снератора; на фиг. 2 - временная диаграмма работы генератора; на фиг. 3 - вид реального случайного процесса на выходе генератора полосового случайного процесса; на 0фиг. 4 - спектр амплитуд случайного процесса воспроизводимого генератором.Генератор случайного процесса состоитпз 2 гп+1 - разрядного регистра 1 сдвига,первого и второго блоков из (2 гп+1) элементов И 2, блока из (21 п+1) генераторов3 импульсов, двух элементов ИЛИ 4, реверсивного счетчика 5, преобразователякод-напряжение 6, триггера 7, делителя 8.На синхронизирующие входы разрядов 20регистра сдвига 1 подключен выход делителя 8, на вход которого поступают входныеимпульсы, Входные импульсы поступают,кроме того, на вход триггера 7, единичныйвыход которого соединен с первыми входами элементов И 2. Ко вторым входам элементов И 2 подключены выходы разрядоврегистра сдвига 1, на первый разряд которого поступают значения белого шумах. К третьим входам элементов И 2 подключены выходы генераторов импульсов 3,Выходы нечетных блоков (схема И) подкл 1 очепы к первому элементу ИЛИ 4, а выходы четных блоков - ко второму элементуИЛИ 4. В свою очередь, выход псрвого .;лэлемента ИЛИ подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 5, а выходвторого - к вычитающему входу. Выходывсех разрядов рсверсивного счетчика 5подсоединены ко входам преобразователя 1 Окод-напряжение, на выходе которого получается рсзулыирующпй случайный полосовой процесс. Значение У в известно.,1фильтре получается по формулей.= и гУ= , с,Й, (1)Й= - тгде /г - весовые коэффициенты полосового фильтра.В предлагаемом генераторе очередноезначение У 1 получается пз предыдущегоУ по выражениюУ 1: Уд+(У -11 Уи) (2)т. е., чтобы получить У,.1, нужно к Уприбавить (У 1 - У,), где У+1+У) пред- д 5ставляется в виде последовательности импульсов с соответствую 1 цей частотой и определяется выражениемтУа - 1 Уп - /г - о"1 и - .л +(3)Генераторы 3 импульсов генерируют последовательности импульсов с частотой, 0,-, 4пропорциональной весовым коэффициентам фпль 1 ра. Первый генератор импульсов ге 11 српруст часготу пропорционально коэфф 1 щиснту /г , в 1 орои (/г- /г ,+,), третий 1/г-.+гт/г - +г) и т. д. па основании выражеш 1 я (3).Импульсные последовательности с выходов генераторов 3 должны быть несовместимы, т. е, если на выходе г-го генератора присутствует импульс в данный момент, то на выходах остальных генераторов импульсы отсутствуют.Работает устройство следующим образом.Последовательность импульсов поступает на счетный вход триггера 7 и на делитель 8. (Вид импульсной последовательности на выходе делителя 8 показан на фиг. 2,б, а на выходе триггера 7 на фиг. 2,в). С выхода делителя 8 импульсы поступают на цепи сдьпга информации на один разряд в регпстрс 1 сдвига. По приходу очередного импульса сдвига содержимое разрядов регистра сдвига сдвигается на один разряд вправо, одновременно в первый разряд регистра записывается новое зна.чение двоичной случайной цифры 0 или 1.Каждый очередной импульс сдвига устанавливает триггер 7 в единичное значение ровно на полпериода (см. фиг, 2,в). В связи с этим триггер 7 разрешает прохождение сигналов через элементы И 2 только первую половину периода следования импульсов сдвига, т. к. его выход подключен к первым входам элементов И. К третьим входам элсментов 2 подключены выходы генсраторов импульсов, которые непрерывно во времени генерируют последовательность с частотой, пропорциональной весовым коэффициентам фильтра. В случае сслп значение /-го разряда сдвига равняется 1, во врсмя первой половины периода следования импульса сдвига, импульсная последовательность с выхода г-го генератора импульсов проходит через г-ый элемент И 2 па вход определенного элемента 4 (первого плп второго). Так как содержимое регистра сдвига случайно, т, е. в его 2 т+1 разрядах случайным образом расположены нули и единицы, то импульсные последовательности с генератора 3 проходят лишь через те элементы И 2, на третьи входы которых с регистра 1 сдвига поступает единица. (На фиг. 2,г. показана импульсная последовательность с выхода г-го генератора 3 импульсов; на фиг. 2,д - значение г-го разряда регистра 1 сдвига, в первый такт 1 и во второй такт - О, хотя возможна ц любая другая комбинация. На фиг.2,и показана временная диаграмма на выходе 1-ой схемы И). В первый такт импульсная последовательность проходит на выход г-го элемента И, так как значение 1-го разряда в этот такт равняется единице, а во второй не проходит, т, к. значение г-го разря 682927дз Во второй такт равняется нулю. Лиалогично любой дпугой элемент И 2 в опредсленньй такт раооты пропускает или ие пропускает импульсные последовательности иа вход элементов 4, То что весовые коэффициенты цифрового фильтра имеют пазные знаки, т. е. знакипв , озпдцдст, что необходпмо ьычитать или складывать тот или иной весово." коэффициент. ОбьЧпо знаки весовых коэффициситов чередуются. Поэталу выходы нечетных элементов И 2 объединены ия первом элементы ИЛИ 4, а Выходы четньх элементов И 2 объединены на втором элементе ИЛИ 4.В определенный такт оаботы х стройства на выходе первого элемента ИЛИ получается сумма части положительных коэффициентов, п иа выходе второго-смм.ла части Отрицятельиьх коэффициентов, Количество суммируемьх коэффициентов и их коикретиьс номера Опрсдсляются В 12 ждый коисретиый такт содержимым регистра сдвига.Рьход первого элемента ИЛИ подключен к суммирующему Входу реверсивного счетчика, а вьход второго элемента ИЛИ - с вычитаюнему входх реверсивного счетчика, Имидж льспые последовательности с выходов обоих элементов ИЛ 1 Л ие обязательно должны бьть несовместными, так кзк в случае прихода двух единиц пя входы + и-содержимое счетчика менять нс их 1 ко. В первю половину периода каждого такта, (т. е. когда триггер 7 паха,Нтс 51 В сОстаяпи 1 содс 11 жи.,1 с рсверсивнога счстчикя нарастает пли убывает в зависимости от того, больше су 1 мя положительных коэффициентов или Отрицательных, соответственно. Во вторую половину тата рабать устройства садерсимас реверсивного счетчика не меняется, т. к. Пя его входы пе поступают импульсие последовательности. (На фиг. 2.в показан впд импульсной иос.псдовятельиости ня выходе первого элемента ИЛИ 4, из фиг. 2 - Ня Выходе второго элемента ИЛИ 4, иа фиг.2, - вчд соответствующсго выходиго Г.а- лосРВОГО случяйиОГО працссся я Выход блока 6, каторьй грсаарязуст кодавуо иаследоватсгЬность рсвсрсигиага сстИя В пепперывное иапряжсиис 1.Как следует из описания фуикциаиировяпия устройства, иа его выОде получается аналоговый случайный процесс с,пинсЙПО- изменяющейся кусочно-постоянной зцпроксимацисй. Из фиг. 3 видпа, что каждый Выходной отсчет Ут. с. У У, У. аппрокспмирован трапецеидальиой функцией т. е., другими словами, каждый дш;кретш,й атсет выходного процесса одулирхется трдпецеидальным импульсом, х которого нижнее основанс в три раза больше Верхнего.Это объясняется тем, что каждое зиаче- НИС КОЭффИЦИСИтаз ф;Л ТРЯ ЯИЧОКСИМИ- руется блоками 3, 2 и 1 трапецеидзльиай функциеи, 15 20 В сцлу этого формула (3) будст описывать свеоткх во времеи тоапсцсиддльноц Ькш 1 с весовой фхикцией фильтря. СлсОвятсльно, спеетп ямИлитхд гьхаднО 0 процесса будет определяться спектром ТВЯ- псцепдальиой Функции, а нс кхсочио-постоя;пюй, как в прототипе.С.псктр Выходога происсся 5( 1 аг 1 сдслястся 121 с произведсиис сгскт 11:1 ци 11 р 1 а- Г сИЛ Т 1 Я 5 1 ИСПСт 1 ВОССТЯИЯГЛпвдю 1 пей с)ункции Я; (сп. В дзиньс, х чяе тадпсиеидальной.Вид с 1 иниии 5, Опрсдслястся весовыми кэ 1111 писитами фильтря и предстдвляст собой прюохголне иолось пропу- СЕЯ НИЯ НЗ Ч ЯСТОТЯ. С , С 1 С 13Лндлитцсскос вьрджсиие для 5(с 1) будет определяться форммлой) )зи - 21 п -5,(со) Ж З 6Повторы Нз ЯСТОТЯ Х С 1 С, С 1 ь и., ПОдяВЛяются значительно сильпсс, чс.Г, прототипе: напри:сп. для 1,6 21 тивиОГО фильтря ззтухзипс пер"аго повтапз и последующих по отношению и рабочей частоте гснердторя ия частоте си состдвит = 3:1 дб, т. с. почти Г 100 рдз, см. Вьрджеиис М, чта в рсзл- ных устройствдх с малым динамическим диапазоном Выходного сигналя яглястся достзточпай Всли 1 и,ой.В сГязи с этим Отпядст нсоохадимость 35 В,ии;)са. Ястотий д;фи. 1.тРЯПи; ВыхОДИОГОси Паля диалоговьи с 11 ил.трахи низ 1 их частот.Та г, свсио оцсрсдь позволяст сохранит РЯ,п СМИССТВСНИХ ОСТОИИСтВ ЦифРОРа 0 Гс"П Опп С ХЧЯЫХ ПРРЦСССОВ1 О 1 аииос устройство, кгсмс того. Отичдется простотой тсхи;чсскай псялизяиии и сг 1 звиитслио нсбольиПми дппдрдтх 1 иьхизятоятз ми.Все блоки Гсдлцзмются с использавдиием .15 ТИПОВЬХ ЭЛСМ Ситв ВЫИСЛИТСЛЬНОЙ ТСХПИки идцписг) цтсГГЫх схе 1 с,"ппч 15Тдь Оапдзс).;, Гпсдсис иавь.; блОкав ис 1 т;ИОИ" "НИ тх СВЯЗСй ПОЗГОЛИТзиячитсль 0 ;всит; гдчсство гсиеряторд 5) .алссовага слчд;аго працсссд (мхсиьпить повт 001. ямплитудиа- дстотиой хдрактс 11 истиИ) 1 ри с 1 явиитс,ьиа небольших дпгзрдтурнспх затратах..Она. Пчсский эф 11 сст От гри".,1 сисия ГсисдОпд па:10 сава а с"ОГО гагссся ачсч,тсн. тат эканомичс"киЙ эссс 1 скт О- ПСТ аирс сзятЬСя баСс ТОИЫМ ЗдддНИСМ . Обход 1 х 1 слави В.брасит 11 ПЙ, чта ча-чалит с-с 1 ть ца.иго ипс армд шо а ИЗ;СХСНЬХ 1 ЗПЯХ ИЗДСПИС и В ЛЯЛ.ИСЙ 1 ПСХпредотврятит 1. ВьпГс бдадииь 1 х изде-1с 1 -1,- -. 1: 0 б р с т с и и яГсиер дтор слуя ГГ аго процесса, садержаций регистр сдвига, инсрархапионньй Вхап682927 Фыг. 7 которого является входом генератора, а вход сдвиг объединен со счетным входом триггера, выход которого подключен к псрвым входам первого и второго блоков элементов И, вторые и третьи входы которых подключены соответственно к выходам регистра сдвига и блока генераторов импульсов, а выходы первого и второго блоков элементов И подключены ко входам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности устройства, оцо содержит реверсивный счетчик и преобразователь код-напряжение, выход которого является выходом генератора, а входы соедииены с разряднымн выходами реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов ИЛ 1 Л. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР37 б 854, кл, Н ОЗВ 29/00, 1971.10 2. Данилов Б. Г., Штейнбок 1 О. Г. Однополоспая передача цифровых сигналов. М.,Связь, 1974.3, Авторское свидетельство СССРпо 3.2430438/18-24, кл. 6 Обб 7/52,15 1 б.12.76 (прототип) .Типография, пр. Сапунова Заказ 2362/17 Изд. М 564 Тираж 681 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытн 1113035, Москва Ж, Раушская наб., д. 4(5