Генератор случайного процесса

1158 А СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОЮ (11) р С 06 Р 1/58 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕП:НИЙ И ОТНРЫТИЙ Е ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство СССВ 425181, кл. С 06 Г 7/58, 1972.2. Авторское свидетельство СССРВ 760049, кл. С 06 Р 7/58, 1978.3, Авторское свидетельство СССРУ 744532, кл. С 06 Р 7/58, 1978.4. Авторское свидетельство СССР(прототип).5. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 3467441/18-24,кл. С"06 Р 7/58, 1982.: (54) (57 ЦЕССА, О ПР ОР СЛУЧАЙНО ервый генер ка импульсо выход котор ГЕНЕРАержащий ского пот счетчик, с входом вателя, в пуассоно версивны соединен преобраз .ляется вч а ю щ расширен говог о-анало ход котоератора,ем, что,применен яв- иьюодеркодом ген ийся т ия области ОПИСАН,К АВТОРСКОМУ жит второи генератор пуассоновскогопотока импульсов, блок выравниванияинтенсивностей пуассоновских потоков.импульсов, первый и второй преобразователи код - интенсивность, первыйи второй блоки памяти, при этом выходы первого и второго генераторовпуассоновского потока импульсов соединены соответственно с первым ивторым входами блока выравниванияинтенсивностей пуассоновских потоковимпульсов, первый выход которого соединен с синхронизирующим входом первого и счетным входом второго преобразователей код - интенсивность, второй выход блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов соединен со счетным входомпервого и синхронизирующим входомвторого преобразователей код - интенсивность, выходы которых соединенысоответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих преобразователей код-интенсивность соответственно.1111 58 2. Генератор по п. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждый преобразователь код - интенсивность содержит элемент задержки, счетчик стробированный дешифратор, группу элементов И и элемент ИПИ, выход которого является вьиодом преобразователя, при этом объединенные вход элемента задержки и управляющий вход стробированного дешифратора являются синхронизирующим входом преобразователя, а счетный вход счетчика являИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при моделировании дискретных случайных процессов и цифровых кодов по заданному распределению, а также при моделировании марковских процессов гибели и размножения.Известно устройство для моделирования случайного процесса гибелй и размножения, содержащее две группы (2 Й) генераторов пауссоновских потоков импульсов, две группы 20-1) элементов И и Б триггеров, где Я - число дискретных значений (состояний) моделируемого процесса 13.Недостатками этого устройСтва являются большой объем электронного оборудования, невысокая точность работы и сложность настройки из-за большого числа (2 М) генераторов случайных потоков импульсов с регулируемыми интенсивностями.Известно устройство для моделирования случайного процесса по вероят- ностному графу с двумя выходами из каждого состояния, содержащее генератор случайного потока импульсов, два вероятностных (1,0)-полюсника, два блока элементов И, элементы ИЛИ, управляемый регистр сдвига, два блока памяти, блок моделирования состоя ний вероятностной сети, коммутатор, элементы И и задержек Г 23. Однако известное устройство имеетограниченные возможности по числу Ымоделируемых состояний случайногопроцесса, так как объем электронного ется счетным входом преобразователя,выход элемента задержки соединен свходом "Сброс" счетчика, выходы разрядов которого соединены с входамисоответствующих Разрядов стробирован-.ного дешифратора, выходы которогосоединены с первыми входами соответствующнх элементов И группы, вторыевходы которых образуют управляющийвход преобразователя, а выходы эле,ментов И группы соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ,оборудования находится в линейной за. висимости от числа Н.Известен генератор случайного процесса, содержащий группу Й датчиковслучайных потоков импульсов, выходыкоторых подключены к входам управляемых элементов И группы, вьиоды которых через шифратор соединены с входами регистра памяти, блок задания.дли 1 О тельности испытаний, блок управления, регистр, адреса и группу блоковпамяти, выходы которых соединены суправляющими входами датчиков слу"чайных потоков, а входы блоков памя 15 тичерез регистр адреса подключенык группе выходов блока управления Г 33.Данный генератор также имеет большой объем электронного оборудования,поскольку для моделирования каждого20 состояния случайного дискретногопроцесса используется отдельный управляемый датчик случайного потокаимпульсов, Кроме того, известныйгенератор имеет невысокую точность25 работы из-за трудностей стабилизации интенсивностей случайных потоковимпульсов многочисленного состава(Н) датчиков случайных потоков импульсов,10 . Наиболее близким к предложенномупо технической сущности и достигаемому результату является генераторфлюктуационных колебаний, содержащий генератор пуассоновского потокаимпульсов, выход которого соединен3со счетным входом триггера, прямойи инверсный выходы которого соединены соответственно с первыми входамипергого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, а выходы элементов И соединены с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика соответственно. Генератор прост по устройству, имеет, неограниченные возможности по числу М моделируемых состояний дискретного случайного процесса и характеризуется высокой точностью работы, моделирует диффузионные процессы с равновероятными единичными приращениями в дискретные моменты времени 43.Недостатком этого генератора является то, что он формирует случайные процессы только с равномерным распределением их мгновенных значений.Цель изобретения - расширение области применения генератора путем формирования случайного процесса с заданным законом распределения без снижения точности работы. Для достижения поставленной цели в генератор случайного процесса, содержащий первый генератор пуассонов- ского потока импульсов, реверсивный счетчик, выход которого соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, выход которого является выходом генератора, введены второй генератор пуассоновского потока импульсов, блок выравнивания интенсивностей пуанссоновских потоков импульсов, первый и второй преобразователи кодинтенсивность, первый и второй блоки памяти, при этом выходы первого и 4 О второго генераторов пуассоновского потока импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов, пер вый выход которого соединен с синхронизирующим входом первого и счетным входом второго преобразователей код - интенсивность, второй выход блока выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов соединен со счетным входом первого и синхронизирующим входом второго преобразователей код - интенсивность, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выход которого также соединен с адресными входами первого и второго блоков памяти, выходы которых соединены с управляющими входами соответствующих преобразователей код - интенсивность соответственно,Кроме того, каждый преобразователь код - интенсивность содержит.элемент задержки, счетчик, стробированный дешифратор, группу элементовИ и элемент ИЛИ, выход которого является выходом преобразователя, приэтом объединенные вход элемента задержки и управляющий вход стробированного дешифратора являются синхронизирующим входом преобразователя,а счетный вход счетчика являетсясчетным входом преобразователя, выходэлемента задержки соединен с входом"Сброс" счетчика, выходы разрядовкоторого соединены с входами соответствующих разрядов стробированного дешифратора, выходы которого соединены с первыми входами соответствующихэлементов И группы, вторые входы которых образуют управляющий вход преобразователя, а выходы элементов Игруппы соединены с соответствующимивходащ элемента ИЛИ.В предложенном генераторе для формирования случайного процесса моделируется марковский процесс гибели иразмножения с соответствующими заданному распределению наборами интенсивностей переходов "вправо о ии,а,=О,йи "влево" Э и=1, Н (см.Рфиг. 3). Управление интенсивностямипотоков осуществляется с использованием двух линейных преобразователейкод - интенсивность. Управляющие дляних двоичных коды хранятся в двухблоках памяти и вызываются по адресу, определяемому текущим состояниемреверсивного счетчика,Для расширения. спектра частот выходного случайного процесса и обеспечения высокой точности работы преобразователей код - интенсивность вместо равновероятностного двухполюсника, включающего высокочастотный: генератор, триггер и два элемента И и используемого в генераторе-прототипе, в предложенный генератор введен блок выравнивания интенсивностей двух пуассоновских потоков импульсов.На фиг. 1 приведена структурнаясхема генератора случайного процес"са; на фиг. 2 - структурная схемапреобразователя код - интенсивность;на фиг. 3 - граф состояний реверсивного счетчика.Генератор случайного процесса содержит первый 1 и второй 2 генерато-ры пуассоновского потока импульсов, 5 блок 3 выравнивания интенсивностей пуассоновских потоков импульсов, первый 4 и второй 5 преобразователи код - интенсивность, первый 6 и второй 7 блоки памяти, реверсивный счет чик 8 и цифро-аналоговый преобразователь 9.Каждый преобразователь 4 (5) код - интенсивность содержит элемент 10 задержки, счетчик 11, стробированный 15 дешифратор 12, группу 13 элементов И и элемент 14 ИЛИ,Блок 3 выравнивания интенсивностей случайных потоков импульсов может быть выполнен в виде логической г 0 схемы, реализующей следующий алгоритм: разделение каждого входного потока 3. Д на два потока с равными интенсивностями Э и "3 чф)д, 3 11 ЭмЭф .объединение(суммирование) новых ПаР полупотоковЛфЭ.выч,1" Хи 71 = , ф фЭнЭ:в - (11вьюг = щи = - , = Л Пример конкретного выполнения блока 3 выравнивания приводится в 5 .Блоки б, 7 памяти представляют собой идентичные запоминающие устройства с пословной выборкой и одной ступенью дешифрации, для которых одна строка образует слово из ш двоичных разрядов.Стробированный дешифратор 12 мо 40 жет быть выполнен в виде группы элементов И и дешифратора с потенциальными выходами, соединенными с первыми входами элементов И группы, вторые.входы элементов И группы объединены и являются управляющим входом45 стробированного дешифратора.Работа генератора состоит в слепующем.С помощью блока 3 выравнивания пуяссоновские потоки импульсов генераторов 1 и 2, имеющие в общем случае разную интенсивность ЗХ преобразуются в пуассоновские.потоки сравной интенсивностью (1) без нарушения их первоначальной взаимной независимости. Два потока импульсов равной интенсивности поступают на входы первого 4 и (в противоположном подключении) на входы Второго 5 преобразователей код - интенсивность,Работа преобразователей 4, 5 кодинтенсивность основана на использовании инвариантных вероятностных свойств двух независимых пуассоновских пстоков равной интенсивности. Суть этих свойств состоит в том, что вероятности Р появления =0, 1, 2 импульсов первого (второго) потока на интервалах между смежными импульсами второго (первого) потока не зависят от параметра Х и определяются ФормулойР =(1/2), 9=0,1,2, (2)Эти свойства реализуются с помощью счетчика 11, стробированного дешифратора 12 и элемента 10 задержки. Импульсы потока интенсивностью Ъ поступающего на первый вход преобразователя 4(5), рапределяются по выходам стробированного дешифратора 12 и образуют ю пересекающихся и независимых пуассоновеких потоков с интенсивностямиЬ 4 -Э, =(1/2) э, С =О, и 1-1. (3) Для этого импульсы потока интенсивностью 3 поступающего на второй вход преобразователя 4(5), подсчитываются счетчиком 11 на случайных интервалах, определяемых смежными импульсами управляемого потока, поступающего на первый вход преобразователя 4(5).В соответствии с двоичным кодом/1Л Я 1 на управляющем входе преобразователя 4(5) открыты только те элементы И группы 13, которым соответствуют разряды кода, содержащие единицы ае=1. На выходе элемента 14 ИЛИ образуется пуассоновский поток импульсов с интенсивностью Л =О, а,а а ;Ъ, линейно связанной с интенсивностью Ъ коэффициентом Х (Х), представленным в виде двоичной правильной дроби О, а,а ,а а .Потоки импульсов интенсивностью 3 =Х, Х и ЭР =Х Э, с выходов первого и второго линейных преобразователей 4, 5 код - интенсивность воздействуют соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счет- чика 8, изменяя его текущее состояние.С каждым новым текущим состоянием ф реверсивного счетчика 8 на выходах первого 6 и второго 7 блоков1111158 30 35 40 45 иены на элементной базе дискретной 50 техники, что обеспечивает перспекти и.О, мИ,Мпамяти устанавливаются новые управляющие кодыд,значения которых равны кодам Х, Х, хранящимся в блоках 6, 7 памяти по адресу п=и ф . Таким образом, в предложенном генераторе моделируется марковский процесс Я ;с конечным числом состояний п=О,В, (где Н - емкость реверсивного счет чика 8) и непрерывным временем. На фиг. 3 приведен граф состояний (значений) моделируемого случайного процесса, называемого процессом гибели и размножения.Дпя настройки генератора на требуемый закон Р, и О,Мнеобходимо решить известную систему уравнений Ро +Р +Ра ++Р 4-1 относительно 3, и+ и 3,+и,. В общем случае система (4), имеет бесчисленное множество решений, так как отношения Э"ф" могут быть заданы при различньд абсолютных значениях интенсивностей переходов. Поэтому с целью обеспечения максимального быстродействия генератора целесообразен следуюпрюй алгоритм рассчета исходных данных. Из заданного множества Р, П"О,йвыбираем максимальное(либо одно из максимальных) значение щжЩ=Ъ , Присвоим интенсивностям перехода в состояние к=И наибольшее значение Х, которое обеспечивают линейные преобразователи .4, 5 код - интенсивностьЮ м мкмТогда интенсивности других переходов составят; фИи 3 нч,и А, 1О.-О,М(6)Из результатов расчета по форму,ле (6) составляются две строки интенсивностей переходов, значения которых выражены черезЪ с помощью двоичных управляющих кодов Х и Х1 К представленных в виде двоичных правильных дробей 51 О15 Значения кодов Х, Х заносятся соответственно в первый 6 и второй 7 блоки памяти по адресу и. При этом в первый 6 и второй 7 блоки памяти соответственно по адресам п=Ии п О необходимо занести нули, что%соответствует графу состояний реверсивного счетчика 8, приведенному на фиг,З.Использование в предложенном генераторе двух линейных преобразователей код - интенсивность с методической ошибкой управления, равной нулю, обеспечивает высокую точность воспроизведения заданных законов распределения. Преимуществом предложенного генератора в сравнении с генератором-прототипом является то, что при сохраВ ненни простоты реализации и малом объеме электронного оборудования, он позволяет формировать случайные дискретные процессы с практически неограниченным числом И состояний и любым законом распределения. Использование в качестве блоков памяти посто"янных запоминающих устройств с электрическим перепрограммированием, например интегральных схем ПЗУ серии519 РЕ 1, К 558 РР 1, позволит использовать предложенный генератор в качестве датчика типовых распределений втечение длительного промежутка времени. Однако наиболее эффективно применение генератора совместно с управляющей ЭВМ с целью освобождения ЭВМ от достаточно трудоемкой программкой имитации случайных процессов.Предложенный генератор обладает максимальным быстродействием по срав" нению с генераторами, в которых реализуются различные виды случайных испытаний, поскольку в схеме гибели и размножения наиболее рационально используется каждый импульс первичных случайных потоков.Практически все элементы предложенного генератора могут быть выползу его использования в качестве специализированного модуля в современник ЭВИ.Люфт м-й Йгз 8 Составитель А.Карасоедактор О.Колесникова Техред И,Асталош аказ 6311/39 Тираж 698 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб, Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул Корректор М,ШаровПодпиеное