Генератор случайного процесса

СОЮЗ СОВЕТСНИХОЗИайщевнкРЕСПУБЛИК 3 С 06 Г 7/58 НЫЙ КОМИТЕТ ССС ОБРЕТЕНИЙ И ОЗМРЬ ГОСУДАРС ПО ДЕЛА 3.) Ц) 1 ЧУ13 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(54)(57) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий датчик случайных чисел, генератор косинусоидальных колебаний, три сумматора, два умножителя, группу формирователей интерполяцнонных ядер, каждый из которых содержит элемент задержки, два масштабирующих элемента, выходы первых масштабирующих элементов всех формирователей интерполяционных ядер группы соединены с соответствуюпрюми входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом первого умно- жителя, второй вход которого является входом косинусоидальной составляющей спектра генератора, выходы вторых масштабирующих элементов всех формирователей интерполяционных ядер группы соединены с соответствующими входами , второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого является входом синусоидальной составляющей спектра генератора, выходы первого и второго умножителей соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора, выход которого является выходом генератора, о т л и ч а ю,801107120 щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он содержит генераторсинусоидальных колеб;ний, а каждыйформирователь интерполяционных ядерсодержит два элемента НЕ и двухканаль-,ный мультиплексор, выходы первого ивторого каналов которого соединенысоответственно с входами первого ивторого маСштабирующих элементов,д-й (д=-И,Я; 2 Я - число интерполяцион.ных ядер генератора) выход датчикаслучайных чисел соединен с первымуправляющим входом двухканальногомультиплексора непосредственно и через элемент задержки - с его вто Рцм управляющим входом в х-м форми- . рователе интерполяционных ядер в группе, -й выход генератора косинусо," идальных колебаний соединен с входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда первого канала двухканального мультиплексора 1-го формирователя интерполяционнцх ядер в группе, -й выход генератора синусоидальных колебаний соединен с входом второго разряда первого канала и входом первого разряда второго канала двухкайального мультиплексора, а также с входом второго элемента НЕ, вцход которого соединен с входом третьего разряда первого канала двухканального мультиплексора ъ-го формирователя интерполяционных ядер в группе, кроме того, в каждом х-м формирователе интерполяционных дер в группе вход четвертого разря- . да первого канала объединен с входом второго разряда второго канала двухканального мультиплексора и входомпервого элемента НЕ, входы третьегои четвертого разрядов второго канала1107120 двухканального мультиплексора подключены соответственно к выходам. 1Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для устройств, осуществляющих синтез моделей узкополосных случайных процессов с заданной спектральной плотностью.Известен генератор случайных сигналов с заданной матрицей спектральных плотностей, содержащий первичный источник шума, многоканальный 1 О блок формирования ядер спектральной плотности, выполненный на И парал-.лельно включенных селективных фильтрах с квадратом огибающей передаточной характеристики, тождественной 15 по форме спектральной плотности интер" поляционного ядра, и частотой настройки, определяющей необходимую сетку частот, блок весовых коэффициентов и сумматор, обеспечивающий сложение 20 сформированных ядер Г 1. Такое устройство не может обеспечить высокой точности формирования спектра и очень чувствительно к де стабилизирующим факторам, особенно в случае формирования процессов, у которых фильтр имеет очень большой показатель добротности, отношение центральной частоты к полосе пропус- ЗО кания.Наиболее близким техническим решением к изобретению является генератор случайного процесса, содержащий датчик случайных чисел, генератор косинусоидальных колебаний, три сумматора, два умножителя, группу формирователей интерполяционных ядер, каждый из которых содержит элемент задержки, два масштабирующих элемен О та, выходы первых масштабирующих элементов всех формирователей интерполяционных ядер группы соединены с соответствующими входами первого сумматора, Выход которого соединен 45 с первым входом первого умножителя, второй вход которого является вхопервого и второго элементовНЕ. 1дом генератора косинусоидальной составляющей спектра, выходы вторых масштабирующих элементов всех формирователей интерполяционных ядер группы соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого является синусоидальной составляющей спектра генератора, выходы первого и второго умножителей соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора, выход которого является выходом генератора .Совокупность указанных элементов генератора позволяет повысить точность и стабильность синтезируемых спектральных характеристик сигнала 12.Однако модулируемый аналитический шумовой сигнал формируется из вещественной и мнимой частей, причем мнимая часть получается путем рандомизации вещественной части сигнала, получаемого с датчика случайных чисел, и введением дополнительного временного сдвига Т/2. Такие компоненты сигнала не связаны парой преобразования Гильберта и, следовательно, спектральная плотность интерполяционного ядра получается искаженной, Также энергетический спектр узкополосного сигнала получается всегда симметричным относительно частоты локализации.Цель изобретения " повышение точности имитации спектра интерполяционного ядра и расширение функциональных возможностей синтезатора путем обеспечения формирования ассиметричного энергетического спектра модели узкополосного случайного процесса,Для достижения поставленной цели в генератор случайного процесса, содержащий датчик случайных чисел, генератор касинусоидальных колебаний, три сумматора, два умножителя, группу формирователей интерполяционных ядер, каждый из которых содержит элемент задержки, два масштабирующих элемента, выходы первых масшта-. ;бирующих элементов всех формирователеи интерполяционных ядер группы соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого явля" 10 ется входом косинусоидальной составляющей спектра генератора, выходы вторых масштабирующих элементов всех формирователей интерполяционных ядер группы соединены с соответствующими входами второго сумматора, выход которого соединен с первым входом второго уйножителя, второй вход которого является входом синусоидальной составляющей спектра генератора, вы ходы первого и второго умножителей соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора, выход которого является выходом генератора, введен генератор синусо идальных колебаний, а в каждый формирователь интерполяционных ядер введены два элемента НЕ и двухканальный мультиплексор, выходы первого и второго каналов которого соединены 30 соответственно с входами первого и второго масштабирующих элементовЭ 1-й (д=-й, В, 2 Я - число интерполяционных ядер генератора) выход, датчика случайных чисел соединен с первым 35 управляющим входом двухканального мультиплексора непосредственно и через элемент задержки - с его вто- . рым управляющим входом в 1-м формирователе интерполяционных ядер в 40 группе, -й выход генератора косинусоидальных колебаний соединен с входом первого элемента НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда первого канала двухканального 45 мультиплексора 1-го формирователя интерполяционньж ядер в группе, 1-й выход генератора синусоидальных колеб аний соединен с входом второго разряда первого канала и входом первого р зряда второго канала двухканальноа50 го мультиплексора, а также с входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с входом третьего разряда первого канала двухканального мультиплексора 1-го Формирователя интерпо 55 ляционных ядер в группе, кроме того, в каждом 1-м Формирователе интерполяционных ядер н группе нход четвертого разряда перного канала объединен с нходом второго разряда второГо ка-. нала двухканального мультиплексора и входом первого элемента НЕ, входы третьего и четвертого разрядон второго канала двухканального мультиплексора подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ВЕ.На чертеже приведена структурная схема генератора.Генератор содержит группу формирователей 1 интерполяционных ядер, каждый из которых содержит двухканальный мультиплексор 2, масштабирующие элементы 3 и 4, элемент 5 задержки. Генератор содержит также датчик 6 случайных чисел, генератор 7 косинусоидальных колебаний.Формирователи 1 содержат также элементы НЕ 8, а генератор в целом содержит генератор 9 синусоидальных колебаний. Формирователи 1 содержат также элемент НЕ 10, а генератор в целом содержит также сумматоры 11-13 и умножители 14 и 15 с входами 16 и 17 соответственно косинусоидальной и синусоидальной составляющих спектра.Генератор работает следующим образом.Датчик 6 случайных чисел генерирует (2 М+ 1) статистически независимых случайных процессов хп(хТ), принимающих в дискретные моменты времени, кратные Т, значения нуль или единица с вероятностью 0,5. Генератор 7 косинусоидальных функций генерирует (2 И+1) сигналовСС (С)= соз 2 лп - = соз пЧТ1где и - порядковый номер выхода генератора 7.Генератор 9 синусоидальных колебаний генерирует (2 Я+ 1) сигналовБ(С)= зп 2 яп - = з 1 п пМТУгде и - порядковый номер вьосода генератора 9.Сигналы С(й) и Я образуют конечную ортогональную тригонометрическую систему функцийЭлемент 5задержки блока 1 п формирования сдвигает информацию с и-го выхода датчика 6 на временной сдвиг= х(т-т)+х(1 Т)-1,30 Т синхронно с датчиком 6, при этом на входах управления х и (1-1) мультиплексором 2 п формируются двухразрядные числа, значения которых определяют, какой из входов мультиплексора 2должен бйть подключен к его выходу, Примем вход д мультиплексора 2 соответствующим младшему разряду числа, тогда при коде управления 00 открывается для прохождения на соответствующий выход нулевой вход мультиплексора 2; при коде 01 - первьй вход, при коде 10 - второй вход, при коде 11 - третий вход, Так как информационные входы мультиплексора 2 связаны с выходами генераторов 7 и 9 либо непосредственно, либо через элементы 8 п и 10, то на его выходах имеем процесс, в пределах интервала Т которого случайным образом может существовать одна из составляющих81 п п 9, - 81 п п 8, соз пЧ, - соз п Сформированные процессы после взвешивания в соответствующих элементах 3 и 4 группируются по четности формируемых спектров и суммируются на сумматорах 11 и 12, причем на выходе сумматора 1 имеем процесс с четной, а на выходе 12 с нечетной симметрией спектра, которые являются составными частями синтезируемого аналитического сигналаЕсли на входе 16 присутствует сигнал тождественно равный соз 2 ТЕой, а на входе 17 - з 1 п 2 УГ й, где Г- частота локализации, то на выходе генератора имеем узкополосный процесс, который описывается выражением40 у =АИ) соз 23 Кф+ВИ) в 1 п 2 нйе,где А(й) =Ад, К(1), (01 - процесс на выходе суммтора 11; ВИ)=Вр, А (е), ц (Е) - про, цесс на выходе сумматора 12;п - вес п-й составляющей, определяемый спектральной плотностью синтезируемого процесса и задаваемый элементами Зи 41Ю Ь) - четная составляющая сигнала интерполяционного спектрального Ядра 155ФП (С) - нечетная составляющая сигнала интерполяционного спектрального ядра. Формирование с 4 С) осуществляется путем линейного преобразования сигнала с датчика 6 случайных чисел фильтром с импульсной характеристи- кой Формирование ф(С) осуществляется аналогично, только импульсная характеристика фильтра имеет вид Следовательно, можно записать алгоритм формирования п-го интерполяционного сигнала с четной симмет- рией с 1, (Й) = х (1 Т)- 1/ЯЬя(1 Т) = а с нечетной симметрией 5 И) =х (дт) - 1/ДЬ (1 т) = х(1 Т)-х(1 Т-Т),где х (тт) - сигнал с и-го разрядаЬдатчика 6, принимающий значения О или 1;знак свертки.Составим таблицу состояний мультиплексора 2 для различных значений сигналов х (1 Т) и х(Т-Т), которые поступают йа соответствующие входы 1 и (-1) . Из таблицы видно, что ей) и р(е) не пересекаются, т.е. значащей величине одной из них соответствует нулевое другой. Следовательно, Кп(й) и д(й) - функции взаимно ортогональиые.Из таблицы также видно, что значение на входе весового узла 3 получается как результат преобразованияЭ описываемого выражением ю( (С)сов ПЧ+(с)81 п ПЧ1107120 а на входе весового узла 4 5(й) соз и У -Ыи(1) з 1 и и Ч ядие(Г-Г -и/Т)йк видно иэ выражения, частот 2 можно представит маторов 11в виде локализации определяется значениемВЫ (С)соз иУ+р (Е)в 1 и и 110 аВ спектр может быть определени 1 В(20+1) отсчетами, расположенными одинотносительно другого на частотном,)( зд цВ интеРвале, кратнОм 1/Т, интерполяиционное ядро получено из пары состав.якнщих, связанных одна с другой преобразованием Гильберта, при этомспектральная плотность модели узкополосного процесса определяется квад.ратом весовых коэффициентов в и6может быть ассиметричной относительной частоты Г , что обеспечивает(к + - )с+ повышение точности имитации спектраО Тинтерполяционного ядра при одновре"менном расширении функциональныхозможностей.1 т + - ) 11 . испольеуеыып е пспытательеоп ап-ф Тпаратуре генерэтор случайных сигналов, взятый в качестве базового объекта, имеет сложное управление спектральными характеристиками, т.е. внем требуется применение сложногоматематического аппарата для определения весов дискретной импульснойхарактеристики формирующего фильтрапутем факторизации спектральной плотности синтезируемой модели. Использование же предлагаембго генераторапозволяет существенно упростить подготовительные вычислительные операции, тем самым значительно повысить.ваний и, удобство и обеспечить оперативное упинтер- равление спектральными характеристигналов .ками шума,В 11)щ Х пВ 11)сое пт" Учитывая последующие п ния компонент А(й) и В синтезатора получим+ р(е) в 1 и 2 Я ьПосле несложных преобразо учитывая, что любая и-я пара поляционных аналитических си и иМ оз иЧ О -сов иМ и иЧ сов и в 1 и и+1 пи Следовательно, процессы А(1) и 5 ) на выходах соответствующих суму(й) А(О сов 2 й Г й+ВИ) з 1 и 2 л й й= 1Из полученного выражения видно, что любая и"я составляющая синтезированного узкополосного. процесса у(й) получается из компонент ь(И(С) и р(С), причем каждая из этих составляющих формируется согласно таблице мультиплексированием гармонических сигналов с частотой и/Т, отличающихся друг от друга фазовым сдви 35 гом, кратным Х/2 В поозакону, определяемому состояниями входов (1-1) имультиплексора 2. статически независимы, можно записать результирующий спектр сигнала