Генератор случайных процессов

(5 М)М. Кл,2 С 07 С 15/00О 06 Г 1/02 Государственный комитет СССР по Аеяаи изобретений н открытий(71) Заявитель Минский радиОтекнический институт(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ2Изобретение относится к области генератор случайных процессов, содервычислительной техники и может быть жащий первый и второй цифровые фильтиспользовано в качестве блока модуль- .ры, сумматор, выход которого соединой ЭВМ, специализированного блока.: 5 нен с входом цифроаналогового преобуниверсальной ЭВМ, задающей аппарату- разователя, выход которого является ры для воспроизведения случайных про- выходом-генератора, источник шума, цессов с заданной спектральной плот- выход которого подключен к входам ностью мощности при исследовании на- (и+1) аналоговык Фильтров, выходы дежности с помощью вибростендов, которых соединены с входами (и+1)Известны генераторы случайных про- аналого-цифровых преобразователей цессов . Один из известных генерато- соответственно, выходы первого анаров случайных процессов содержит ис- лого-циФрового преобразователя подточник шума, сигналы с выхода кото- ключеиы к входам первого цифрового рого через полосовые Фильтры посту- фильтра соответственно, выходы котопают на входы сумматора, выход кото .рого подключены к первой группе вхорого является выходом генератора. дов сумматора соответственно, блок Этот генератор характеризуется нали- синхронизации, выход которого подключием дрейфа у аналоговых фильтров, чен к управляющим входам сумматора, зависимостью результатов работы от аналого-цифровых преобразователей и нестабильности реактивных элементов 2 О цифровых Фильтров 12 .схемы и особенно генератора белого Недостатком этого генератора явшума, низкой технологичностью изго- ляется его аппаратурная избыточность. товления, трудоемкостью настройки,. Целью изобретения является упроа также сложностью и высокой стон- щенне генератора.мостью Фильтров, особенно при высо- Для достижения поставленной цели ких требованиях к качеству и крутиз- генератор содержит счетчик, дешифране амплитудно-частотной характерис- тор, группу элементов НЕ, и регисттики (1) . ров динамической памяти, и групп элеНаиболее близким техническим ре- ментов И, а элементов ИЛИ, выходы шением к данному изобретению является З 0 которых подключены к входам второгоцифрового Фильтра соответственно, а входы элементов ИЛИ подключены к выходам и групп. элементов И соответственно, первые входы которых подключе ны к выходам и а н алого-ци Фрон ых преобраэонателей, а вторые входы объединены с входами группы элементон НЕ и подключены к выходам дешифратора. соответственно, входы которого соединены с выходами счетчика соответственно, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, выходы второго циФрового фильтра подключены к первым входам и регистров динамической памяти, вторые входы которых подключены к выходам группы элементовНЕ, а выходы - к и группам входовсумматора соответственно,На Фиг. 1 приведена блок-схема генератора; на Фиг. 2 и на Фиг.3 приведены временные диаграммы работы генератора.Генератор содержит источник 1 шума, выход которого через аналоговыеФильтры 2, аналого-циФровые преобра зователи 3, группы 4 элементов И,элементы ИЛИ 5, цифровые Фильтры б, 25 регистры 7 динамической памяти и сумматор 8 подключен к нходу цифро,аналогового преобразователя 9. Кроме ,того, другие входы групп 4 элементов И через группу 10 элементов НЕ 30 подключены к другим входам регистров 7 динамической памяти и через дешиф ратор 11 подключены к выходам счетчика 12, вход которого объединен с управляющими входами блоков 3, б, 8 35 и подключен к выходу блока 13 синхронизацииЗначение и определяется требуемой точностью воспроизведения заданной спектральной плотности мощности, Разрядность входной и выходной информации, поступающей на цифровой Фильтр и получаемой на его выходе н данномслучае ранна в(для реальных устройствщ = 8 - 14) . Однако в некоторых случаях входная ивыходная информация может иметь различную разрядность. В качестве входной информации часто используют генераторы равновероятной двоичной цифры, в этом случае ю для входной информации равняется единице, тее, информация одноразряднавРаботает устройство следующим образом.Блок 1 3 синхронизации генерирует тактовую частоту, которая синхронизирует работу всех цифровых блоков,. аналого-цифровых преобразователей 3, цифровых Фильтров б и сумматора 8, а также поступает на вход и-разрядного двоичного счетчика 12. По перед) нему фронту импульсов тактовой частоты с некоторой задержкой, определяемой временем необходиьМм для занесения очередного отсчета значения бе.лого шума, начинает работу цифровой у Фильтр б как первый, так и нторой(Фиг. 2 а,б,н), По истечении временит.е. до прихода очередного тактового импульса, на выходе цифровых Фильтров появляетсяочередной отсчет случайного полосового процесса, причем на выходе первого Фильтра в каждом такте получается новый отсчет случайного процесса по первому каналу, а на выходе второго Фильтра отсчеты по остальным и каналам, Отсче" ты по второму каналу появляются с частотой н дна раза меньше чем попервому, по третьему в четыре раза меньше, по четвертому в восемь раз и т.д.Как видно иэ фиг. 2, перный Фильтр работает в интервалы времени Тс:, Г,7. и т.д., по второму каналу второй Фильтр работает в моменты времени 1:; ,СГа и т.д. (Фиг. 2 н), по третьему каналу второй фильтр работает н Ф Са,юв, тэбэ и т д(Фиг. 2 г), по четнертому - и , Г Гу д 7,.и т.д, (Фиг. 2 д). По приходу очередного тактового импульса на Фильтр 4 вырабатывается серия импульсов, необходимая для выполнения всех операций для определения очередного значения выходного случайного процесса, Процесс определения очередного значения включает ряд операций таких как сложение, умножение и т.д. При Формировании очередного выходного,значения фильтр . прекращает свою работу и ждет очередного тактового импульса.Тактовые импульсы, кроме того, поступают на первый разряд двоичного и разрядного счетчика 12, который периодически изменяет свое значение от 0000 до 1111, Состояния первых 4-х разрядов счетчика приведены на временной диаграмме Фиг. 3. К единичному выходу первого разряда счетчика подключен первый элемент И дешифратора 11. К входам второго элемента И дешифратора 11 подключен нулевой выход первого разряда и единичный второго разряда счетчика. К входам третьего элемента И подключены нулевые выходы первого и второго разрядов и единичный выход третьего разрядаИ наконец, к входам 1-го элемента подключены нулевые выходы . первых 1-1 разрядов счетчика и единичный 1-го разряда. На выходах элементов И получаются последовательности импульсон, изображенных на Фиг, 2, которые подаются на входы группы 10 и элементов НЕ и на входы каждой из и групп двухвходовых элементов И 4. В каждый конкретный такт работы устройства импульс будет на выходе только одного иэ и элементов И дешифратора 11, и в каждый такт работы будут открыты элементы И только одной из групп 4. По переднему Фронту очередного импульса будет занесена инфор. -мация только через одну группу, таккак каждый такт должен работать только один иэ и каналов, что следует иэФиг. 2, иллюстрирующей алгоритм работы устройства в целом. В следующийтакт будет заноситься информация подругому к аналу.После выполнения всех действий поопределению очередного отсчета одного из и каналов полосовых случайныхпроцессов его значение заносится всоответствующий регистр 7 динамической памяти, причем в каждй такт запись йнформации производится толькон один регистр динамической памяти.Записывается информация по Фронтуимпульсов, полученных с выходов группы 10 элементов НЕ, благодаря чемуосуществляется задержка на время равноемежду занесением нового отсчета белого шума и получением очередного отсчета случайного процесса наныходе второго Фильтра,В это время первый Фильтр каждыйтакт получает новый отсчет белогошума и вычисляет ноное значение выходкого процесса. Сумматор 8 в каждый такт суммируетсодержимое всехрегистров динамической памяти и очередное значение, полученное первым. Фильтром, т.е, формирует новое эна- ЗОчение дискретного случайного процесса со сложным спектром, Необходимоотметить, что суммирование осуществ ляется с определенными весами, которые однозначноопределяются значе- - 35ниями коэффициентов усиления К 1, Ки т.д.Необходимо отметить, что цифровыефильтры б должны содержать памятьдля хранения текущей входной информаОции, Причем второй Фильтр долженсодержать память для хранения текущейвходной информации по всем и каналам.Поэтому аппаратурные затраты в предлагаемом устройстве на хранение информации не уменьшаются. экономияаппаратурных затрат и появление воэможности увеличения точности заданияспектральной плотности мощности получается за счет уменьшения количества ЦиФровых Фильтров (без памяти),т.е. их наиболее громоздких опера.ционных частей или арифметическихустройств . Если в устройстве необходимо воспроизводить гребенку из (и+1)Фильтров, то в предлагаемом устройст- зве к оличеств о арифмети ческ их устройств (ьу) сократится до двух. другими словами, количество арифметических уотройстн сократится на (и) .При этом вводятся незначительноеЯколичество дополнительных схем. Так,вместо одного исключенного АУ необходимо ввести ш днухнходоных элементов И, (в+1) триггеров, один элемент9 Е, один элемент И с количеством входов, определяемым номером канала(в = В - 14) и - элементов ИЛИ. Отисюда очевидно, что затраты аппаратуры на порядок и более меньше по сравнению с затратами на ариФметическоеустройство.Получаемая экономия оборудованиябудет тем более высокой, чем большеканалов содержит предлагаемое устройство (обычно и = 50-100), Увеличение точности заданиятребуемогоспектра осуществляется за счет значительного увеличения и, которое нелимитируется ни конструктивными, нистоимостными характеристиками,предъявляемыми к устройствам подобного тина.. Значительная экономия аппаратурыи увеличение точности задания требуемого спектра при реализации цифрового генератора случайных процессов не влечет эа собой изменения других параметров, характеризующих устройство, так как алгоритм получениявыходного случайного процесса с заданной спектральной плотностью мощности при этом не изменяется.В реальной аппаратуре кроме октавиых иногда применяются полуактавные и 1/3 октавные фильтры. Сокращение аппаратурных затрат возможно и вэтом случае, однако потребуется несколько больше полосовых циФровыхФильтров (арифметических устройств),чем в случае октавных Фильтров . Так,например,для полуактавных полос,т.е.использования полуактавных фильтровнеобходимо только 4, а для случаятретьоктавных - 9 арифметических устройств, Однако и в этом случае выигрыш в оборудовании будет значительным,так как общее количество Фильтров вцифровых генераторах случайных процессов превышает 60.Поэтому конкретная реализация подобного устройства позволит получитьвысокие технико-эконбмические пок азатели,Формула изобретенияГенератор случайных процессов, содержащий первый и втоРой цифровые фильтры, сумматор, выход которого соединен с входом цифроаналогового; преобразователя, выход которого является выходом генератора, источник шума, выход которого подключен квходам (и+1) аналоговых Фильтров; выходы которых соединены с входами(и+1) аналого-цифровых преобразователей соответственно, выходы первогоаналого-цифрового преобразователяподключены к входам первого цифрового фильтра соответственно, выходы которого подключены к первой группе входов сумматора соответственно, 690514блок синхронизации, выход которогоподключен к управляющим входам сумматора, аналого-цифровых преобразователей и цифровых фильтров, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения генератора, он содержитсчетчик, дешифратор, группу элементов НЕ, и регистров динамической памяти, и групп элементов И и в элементов ИЛИ, выходы которых подключены к входам второго цифрового фильтра соответственно, а входы элементов ИЛИ подключены к выходам п группэлементов И соответственно, первыевходы которых подключены к выходами аналого-цифровых преобразователей,а вторые входы объединены с входамигруппы элементов НЕ и подключены квыходам дешнФратора соответственно,входы которого соединены с выходами. счетчика соответственно, вход которого подключен к выходу блока синхронизации, выходы второго цифровогофильтра подключены к первым входами регистров динамической памяти, вторые входы которых подключены к выходам группы элементов НЕ, а выходы -к п группам входов сумматора соответственноо,источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Шагинян А.С. и др, Электродинамические стенды для испытания навибропрочность, - Проблемы точности, 1971, Р 8, с, 105 110.2, Верешкин А.Е. и Катконник В.Я.линейные цифровые фильтры и методыих реализации. М Советскоерадио 1, 1973, с. 108-110, 1 31 -1 34690514тн ай Ю 84 Ю Ьц 6 ЮХ 87 9 ФУ У 4 чС фч УЗфф фе хр тз фзфх тюфу у ми ибСе 4, .фз Ю 4 Е фХ. фС фУ ф 4 фя бтра П фи фц ффф кФфффф.14УвкйЬдяфйи.ЭМмухЮфф. фЗСоставитель А. КарасовРедактор Б. Герцен Техред С.Мигай КорректоР В. СиницкаяЗаказ 5969/47 Тираж 669. Подписное ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьйнй