Генератор широкополосных случайных процессов

иатг.н. Та. ",а.га.,.", иб.наа. а .Б 4 Союз СоветскиеСоциаписткческккРеспубпик в 736148 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ полнительное к ант. свил-ву22) Заянлемо 03,02,78 (2 ) 2577092/18 с присоединением за Государственный комнте ори тетв во лелем изобретений Опубликовано 25.0терытнй опубликования описания 28.0(54) ГЕНЕРАТОР ШИРОКОПОЛОСНЬ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ Аппаратурами установкамивибрацией отличтуры. Для ревлинеобходимы больтраты.Известен 1 р, в котором ти параметро тся за счет к енератоличениестабильносСУВУ-УС В достигаеруктивных улучшенийаппаратуры 2.Общим и наиболеедостатком известныхневозможность построустройств для генерчастотных широкополо тдельных у существенным неустройств являетсяения подобных ирования инфранизкосных случайных про цессов.,Наиболености к прегенератор широ ущ к технич лизк я ци му являетослых случ агаем про- вер- пий анны (тра екурсивногоо фильтра, соки умноже 1 цессов на басального) ци регистр сдви одерж ия, сут фрово а, бл Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве специализированного блока универсальной электроннойвычислительной машины, а также задающей аппаратуры для воспроизведенияслучайных вибраций при исслеаованиинадежностии с помощью вибростендов.Известные генераторы случайных процессов строятся в основном на аналогоовых элементах. Генератор узкополосногонормального шума построен по простейшейаналоговой схеме, состоящей иэ транзистора, емкости, индуктивности и рядасопротивлений 11,15В данном генераторе затруднена перестройка полосы генерируемого случайного процесса по частотному диапазону,а в широком диапазоне такая перестрои- .ка вообще невозможна, Как и любая аналоговая схема,построенная на реактивныхэлементах, генератор узкополосного нормального шума отличается нестабильностью своих характеристик,управления вибрационн узкополосной случайно ается громоздкостью зации такого генера шие аппаратурчые з736148 Цифровой генератор широкополс сных случайных процессов на базе нерекурсивного цифрового фильтра отличается чрезвычайно простой структурой. Регистр . сдвиге реализуется на простейших элементах вычислительной техники, блоки умножения производят умножение на О или 1, т,е. по сути дела в сумлетар матор, преобразователь код-аналог ивибростенд с исследуемым объектом 31.В данном устройстве входным сигналом является двоичный "белый " шум,который поступает на первый разряд регистра сдвига цифрового нерекурсивногофильтра, По приходу импульсов сдвигаинформация, хранящаяся в разрядах регистра сдвига, сдвигается на один разряд, при этом содержимое последнегоразряда пропадает, а в первый разрядпоступает очередное значение двои нойслучайной пифы О или "1", причем(РО)=О,5 и Р( 1)=О,5. Количество раз -рядов регистра сдвига определяетсяклассом спектральных характеристис,воспроизводимых генератором случайныхпроцессов,Такнапример, для воспроизведенияполосовых случайных процессов реечноезначение разрядности равняется 1 О.В случае воспроизведения широкополосных случайных процессов количество разрядов регистра сдвига, и, соответственно,блоков умножения в большинстве случаевравняется 10-2 ОО, Конкретное значениевеличины а определяется шириной частотного диапазона и крутизной резонансных всплесков задаваемой частотной характеристики Я (с 0 ). По виду непрерывной спектральной характеристикипутем равномерного разбиения по осичасгот определтот ж -дискретныхотсчетов ь,=1 тл., на основашвкоторых, используя чеобреэовение Фурье,определяются т. зн-чений весовой функции фильтра ), где= 1, е,Для получения очередного зненениявыходного случайного процесса Усо -держимое 1 Л разрядов регистра сдвигаумножается на весовые коэффициенты 6.цифрового фильтра в блоках умножь,. иполученные произведения суммируютсяв сумматоре, Далее дискретные значенияширокополосного случайного процессе пос -тупают не преобразователь код-аналогс выходе которого непрерывный случайный процесс воздействует на исследуемый Объект,10 15 20 Ч 0 35 40 45 50 передается или не передается значение Определенного весового коэффициенте , .Вторым и наиболее сушественным преимушеством цифрового генератора широкополосных случайных процессов не базе черекурсквного цифрового фильтра яв - ляется. вазможность гибкой перестройки вида воспроизводимой спектральной плотности мощности путем задания определенных значений весовых козффициентов ,11, и" Любой определенной совокупности ==1, соответствует определенный вид дискретной спектральной характеристики ., =1,а , определяющей форму 5 ( из ).Более того, все статистические характеристикл такого генератора легко определяются и с течением времени не изменяются.В процессе работы цифрового генера - тора широкополосных случайных процессов при исследовании объекта на случай.4ные воздействия стоит задача поддержания строго определенных условий испи таний соответствуюшнх некоторому реальному режиму работы объекта, т.е. в данном случае стоит задаче поддержания случайного процесса с неизменной спектральной плотностью 3 ( сд )С целью поддержания Определенного вида 8 ( М) ), в настоящее время строятся сложные системы виброиспытаний с полосовыми формирующими и анализирующими фильтрами.Существенным недостатком цифрового генераторе широкополосных случайных процессов является низкая точность задания спектральных характеристик случайного процесса на выходе исследуемого объекта, а также их временная нестабильность в процессе испытаний изделий, связанная с механическими иэ - мененими, происходящими в объекте и вибростенде. Так как вибростенд и исследуемый объект имеют определенный вид емцГеитудно-частотной характеристики Ж(Ы), спектральная плотность не выходе будет иметь вид Ж 4=Мь) а не требуемый условиями испытания вид 5 М). Цель изобретения - увеличение точности и стабильности поддержания заданной спектральной плотности мощности. Для достижения поставленной целя в генератор широкополосных случайных пропессовсодержащий регистр сдвига, 736148выходы которого соединены с первыми входами блоков умножения соответственно, выходы которых через сумматор и преобразователь код-напряжение подключены ко входу функционального преобразователя,введены счетчик, регистр динамиче:кой памяти, группа сумматоров, первая и вторая группа элементов И, группа элементов НЕ, блок элементов НЕ и преобразователь "аналог-код, первый вход которого соединен с выходом функционального преобразователя, второй вход преобразователя "аналогкод" объединен со входом счетчика, с первыми входами группы сумматоров и со входом "сдвиг регистра сдвига, а выход преобразователя "аналог-код подключен ко входу блока элементов НЕ и к первым входам первой группы элементов И, выходы которых соединены со вторыми входами группы сумматоров соответственно, а вторые входы первой группы элементов И объединены с первыми входами блоков умножения и группы элементов НЕ соответственно, выходы которых подключены к первым входам второй группы элементов И соответственно, вторые входы которых подключены к выходу блока элементов НЕ, а выходы второй группы элементов И соединены с третьими входами группы сумматоров соответственно, выходы которых соединены со вторыми входами блоков умножения соответственно, а четвертые входы группы сумматоров соединены с выходами регистра динамической памяти соответственно, первые входы которых подклю чены к выходу счетчика, а вторые входы регистра динамической памяти являются входами генератора.На чертеже приведена блок-схема генератора. Генератор широкополосных случайных процессов состоит из п -разрядного регистра 1 сдвига, блоков 2 умножения, сумматора 3, преобразователя 4 коднапряжение", функционального преобразователя 5, преобразователя 6 "аналогкод, блока 7 элементов НЕ группы элементов НЕ 8, первой группы элементов И 9, второй группы элементов И 10, группу сумматоров 11, регистров 12 динамической памяти, двоичного счетчика13. Единичные выходы регистра 1 сдвига подключены ко входам блоков 2 умножения, входам элементов НЕ 8 и ко входам первой группы элементов И 9. Выходы блоков 2 умножения подключеныко входам сумматора 3, к выходу корого последовательно подключеныпреобразователь 4 код напряжение,5 функциональный преобразователь 5 ипреобразователь 6 "аналог-код. Выходпреобразователя 6 "аналог-код подключен на вход блока 7 элементов НЕи на вторые входы первой группы элементов И 9, На первые входы второйгруппы элементов И 10 подключенывыходы элементов НЕ 8, а на вторыевыход блока 7, К первым входам сумматоров 11 подключены выходы первойгруппы элементов И 9, ко вторым -выходы второй группы элементов И 10,а к третьим - вход счетчика 13, выходы же сумматоров 11 подключены ковторым входам блоков 2 умножения.20 В ы б в 6" ги счетчйки 13 подключены к шине сдвигаюших импульсов регистра 1 сдвига.Кроме того, выход счетчика 13 подключен к управляющим входам регистров 12 25динамической памяти, выходы которыхподключены к четвертым входам сумматоров 11. Входной "белый шум ХС поступает на первый разряд 1 регистрасдвига. Весовая характеристика устройЗоства, соответствующая требуемой спект-ральной плотности мощности в виде ди-.скретных отсчетов 61, . = 1,щ заноситсяв регистры 12 динамической памяти.Количество блоков 2 умножения, элементов НЕ 8, сумматоров 11, регистров 12 динамической памяти, а такжеколичество элементов И 9 и 10 в пеевой и второй группах равняется количеству 40разрядов регистра 1 сдвига, равному т,которое, в свою очередь, определяетсяв процессе проектирования цифровогогенератора в зависимости от класса воспроизводимых характеристик случайныхпроцессов, Разрядность преобразователей45ю ю"код-напряжение 4 и аналог-код 6 определяется разрядностью коэффициентоввесовой функции 1, =1,ю, равной тАналогично разрядность регистров 12динамической памяти и количество элементов И 9 и 10 равняетсяп. п.-36).Разрядность сумматоров 11 и счетчика13 определяется точностью оценкивэаимокорреляционной функции Й хуРассмотрим основные функции вновь 55введенных структурных блоков, Преобразователь 6 аналог-код служит дляпреобразования аналоговой информаОшв цифровую. Частота преобразованийОПРЕДВЛЯВТСЯ ТВКТОВО ЧастОтсй теабСТЬустройства,БЛОК 7 ЭЛОМЕНТОВ 1 Е СЛт-тК 11 т дляПеобраЗОвания ц 11 фрОтой 11 НфСОтацтУ.И ВОбратный кот алеман-ьт 1-(Р " счуж ттДЛя ИЧверСИИ ВЫХОттНЬт ЗНЯЧЕ 11 ЙИ раЗ)ядов регистра сдвига. Первая и втораягруппы элементов И 9 и 1 С служат дляП 8 радаЧИ На СуМтК 1 а трЫ 1 ПяОГО ИЧИобратного кода двоичной информац 1 нСумматорЫ 1 1 ОСутт 1 ЕСТВЛНЮТ Одер 1 цИЮСУММтПовання 11 РЯМЬтх И ОбРатн 1 т 1 Х КОДОВ.Регистры 12 динамической памяти 12служат для хранения весовь 1 х коэффициантов, Счетчик 13 предназначен для счетаипульсо два до величчны Й .ФУтНКЦИОНИРОВННИЕ УСТООЙСтва ПРОйС -ХОдит следующим ОбразомПеред началом работь: В регисты 12ДИНВМИЧЕСКОй ПаМятн И бЛОКИ 2 т/М 11 СЖЕ-"НИЯ Занотт 1 СЧ ЗЯЯЧ 81 тттд ВЕттети ХатРт ТрИСТИКИ 1 т= 1 тт т КОторой СОяттт 118 Ттребуемыт Вид,"., ( тпервого разряда регистра 1 сдВК а ПОснтупают значения равновераятнои некорреЛИ 1 оваННОй ДВОИЧНОЙ цифрЬ тт . -ИЛИГДЕ Р (О)=От 5 И Р 1)=О,Д, При 18 М Запись значения М, в первый разряд ксдвиг информации в (егистре Ос пцестВЛЯЕТСЯ ПО ПРИХОДУ ИМПУЛЬСОВ СДВИГЕЗцна упра.л"1 ю 1 пие входы, В блоках 2 умножения весовые коэффициенть 1,. - 1, п 1тУМНОжаКТСЯ На +ВОПИ Зт 1 ат 181 ИЕ Соотаетству 1 тщег:разтяда ре 1 стра 1 сдвтга равняется 1 и на - 1, если О, УмНа +; ИЛИ .ЗННЧЕН 1 Я Ктез .фициентов суммируются на суммато.я ЗтНа ВЫХОДЕ КОТОРОГО Попу"ЧВЕМ ПЯС 1 тЕ ЕТНЫЕотсчеты М случайн ю процесса, котторые затем на преобразователе 4КОД НалтяжЕНИЕ ДрЕЭбоаатдоттт тт,1 КЛО 1 ОУЮ феттМУ и топаСтЯ Ва т.,тлтт:т;-т 1НЙЛЬНЫй ПрЕОбттта зов атель тт . Л еоб "С ДГ.,тЮЗаМЕТИтЬ, Чтт Этот бЛОК ИМЕЕТ тах 18устрОйстВВ Кат ттттттт ттт 1,отц" тС тПреОбратоватетцт Влет"ртпт; Хи коттебант 1 йв механические и паоборот Преобразователь 6 аналог-код поеобазтета 11 аЛОГЩы йСИГНап В тт 1 тС О 8 тНтттт- ПтС т Едоват 8 льнОсть Отсчетов случайного про-"Я)Ц 8 ССа " . ПРЯЧЕМ На ВЫХОДЕ ОЮКЕ ОУРПОЛУЧа 8 и П РЯМОй Х От т 1 тЧС 1 а Стттткого щюцесса, а на ВьХоде блока 7инверсный код УР .Далее, в зависимости от значений-го разряда регистра 1 сдвига в1 - ый сумматор 11 заносится прямойИЛИ ИНВЕРСНЬй КОД тЕ,СЛУЧВЕ, ХОГДав (, -ый сумматор добавляет- СЯ 1 т, ГаК КаК РаЗРЕЩаЮЩИй ПОТЕ 111 пт.а 1 поступает с . -го разряда на - - ую сборку элементов И 9 первой группы. Я тех случаях, когда Х=0 в 1 -ый сумматор добавляется инверсныйкодР (т.е. вычитается У 1 ), так как черсз-ый элемент Г подается разрешающий потенциал на-ую сборку элементов И 1 О второй группы. В течение Й тактов работы генератора опиСНННЫй ВЫ 18 ПРОЦЕСС ПОВТОРЯЕттся. Та 1 ЗПМ ОбраЗОМ, ПОСЛЕ ОКОНЧаилят таК-Ом сумматоре накопится слецущтая сумма: тУ Р 11 т тО где= 1,- номер сумматора 11, Путем обычного сдвига суммы в суммачтрах 11, учитываячто- 2,/=1,2,3 тОЛУЧаЕМ9, = Ь ттт Другюми словами, в сумматорах по лучены весовые коэффициен-, ы ";так как они соответствуют спектральной плотности мощности Ько) Атпт) е где К(4 Ф( для реальных случаев, . Для того, чтобы РСлучить на выходе требуемый вид М), необходимо иттерационно изменить коэффициенть 1 в блоках 2 умножения, Для чего после получения на сумматорах 11lзчачений И по управляющему сигналу, поступающему из счетчиков 13 с коэффициЕнтом пересчета Ч на сумматоры 11 из регистров динамической памяти подаются значения 1 ., В результате простейщих операций на сумматорах 11 получаются вепичинь , 1,-т;) / 2, которые поступают на вторь 1 е входы блоков 2 МЮХКИГИЯт ГДС В РЕЗУЛЬТНТЕ СтОЖЕ 1 ИЯ получаются новые значения весовых ко -Эфт 1 тп;ИЕКЗУЗВ Д,: 1( + ( 1т, 1/Далее г течение следуюних М тактов процесс повторяется вновьно уже с ноВЫМИ В 8 СОВЬ.МИ КОЭфттИЦИЕНтаМИ ; в результате чего получаем очередные НОВЫЕ ЗНаЧЕНИЯ,ЛокаЗаиот ЧТО И иттерационнь 1 й процесс есть сходящийся процесс. Так 1 пм Образм, посля нескольких шагов иттерапии получаем Весовыеекоэффициенты у 1, которьгм соответствует СПЕКТРаЛЬНаЯ ПЛОТНОСТЬ МОЩ 11 ОСТИ," тт 1/-5, -.тсеттг.т С аб 1 Лт.рос-.Ь Пт - :; - :"-О;тад 5 я тОСОВЫХ 10,тф 5 цйИЕИТОВ.КлтССТВЕП 5 Ы:,: ОКаза.; Ст:СР.ТОР, ОИПЧИТЕЛЬПО ПРЕсз допотгытель 08 Обо- бьт 5 т,ХСт ГЯ - ,15 5 Ртс 11-. ". . -.ТОРОВ СССТВтптСТВЕ;150, тс ънс0 Вт"тлтт ттт ,". тстС.К Я СООТВСТС "т ВСНХ-Д И РГИСТВЭ т ".Ст ЗсЕТСТ.К".НОт ПЕРС; - ,СП,:О 81 я К В-ХОДт- . .: е Вхсды рсвистра диятс т:;1 тся ГткодЛ 51 т 1 Р --оРРектоР Б дакто ь .,1 Ц" 11 И о "аалто"вен ло ре 11 ацг-эюъ: п - у д 3035 Мооква. М(-3;.=, ь.и тетатк быти Йкаи наб- ес: Био В ж тт "Щ ДД- Г, теи;:" Гук:.товол, /л, ПГОектная-. Источкзпст ":нгромаци.:,при 1 итые во внимание ири ековертдзе;,-.денев ь у 1 Цфав 1 онные циталия Рм" нтов Р стро ис тв автомат " ки 4., "анеГия. . 876. 3. Данилов Б, С., Штя.нбок М. Г,Ьдноголо-ная лерелдча цифровых сигнале Ъ ЕЯЗЬ", 3.д 7- 1 ГООТОТнП 1,