Генератор широкополосных случайных процессов

О П И-б-А Н И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскими Соцналистическик Республик(22) Заявлено 020678 (2 ) 2628091/18-24с присоединением заявки йо(5 ЦМ, Кл,з С 06 Г 1/02С 07 С 15/00 ГосударстаенныЯ коммтет СССР оо делам изобретений и открытиЯ(71) Заявитель Минский радиотехнический институт(54) ГЕНЕРАТОР ШИРОКОПОЛОСНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ1Изобретение относится к области вычислительной техники иможет быть использовано в качестве специализированного блока универсальной электронной вычислительной машины, а 5 также задающей .аппаратуры для воспроизведения случайных вибраций при исследовании надежности с помощью вибростендов.Известные генераторы случайных Ю процессов строятся в основном на аналоговых элементах, Так генераторы случайных процессов строятся по известной схеме, Суть метода, используемого во всех конкретных 15 реализациях, заключается в следующем. Исходный случайный процесс. с равномернйм спектром подается на вход фгребенкиф полосовых фильтров, которые предусматривают регулировку уровня выходного сигнала. Задавая определенные уровни выходного сигнала на выходе каждого фильтра с последующим сующрованием их на суммирующем устройстве,формируется случайный процесс с тем нли иным видом спектра, Известные устройства построены на аналоговых элементах и вследствие этого имеют ряд недостатков: нестабильность элемен- ЗО 2тов (,6 - элементы)которая в конечном счете сказывается на стабильности основных характеристик генераторов случайных процессов (1)1 общим и наиболее существенным недостатком является невозможность построе- ния подобных устройств для генерирования инфранизкочастотных, широкополосных случайных процессов Недостатки, присущие генераторам случайных процессов, использующим аналоговые элементы, устраняются в цифровом устройстве. Однако это устройство .отличается большимн аппаратурными затратаьв, так как цифровой Фильтр, который является основным блоком такого устройства, есть специализированное арифметическое устройство, количество которых достигает. большого числа (50-100) . Так ме необходимо отметить, что при получении заданного вида спектра затруднена перестройка формя воспроизводимого спектра (2),Наиболее близким по технической сущности является цифровой генератор широкополосных случайных процессов на базе нерекурсивного (трансверсального) цифрового фильтра, содержащийрегистр сдвига, устройства умножения, сумматор, блок управления (3.В этом устройстве входным сигналом является двоичный белый шум, который поступает на первый разряд регистра сдвига цифрового нерекурсивного Фильтра. По приходу импульсов сдвига информация, хранящаяся в разрядах регистра сдвига, сдвигается на один разряд, при этом содержимоепоследнего разряда пропадает, а в первый разряд поступает очередное 1 значение двоичной случайной цифры Офф или ф 1, причем Р(0) = 0 5 и Р(1) = 0,5Количество разрядов регистра сдвига определяется классом спектральных характеристик, во% спроиэводимах цифровым генератором случайных процессов, Так, например, для воспроизведения полосовых случайных процессов реальное значение разрядности равняется 10-50. В случае ,ф воспроизведения широкополосных случайных процессов количество разрядов регистра сдвига и соответственно устройств умножения в большинстве случаев определяется шириной частотного диапазона и крутизной резонансных всплесков задаваемой частотной характеристики.Существенным недостатком цифрового генератора широкополосных случайных цроцессов является большие аппара- ф турные затраты, так как разрядность регистра сдвига в большинстве случаев равняется 100-1000.При заданном числе разрядов точность ограничена.Целью изобретения является повы 35 шение точности воспроизведения спектральной мощности при заданном числе разрядов.Для достижения поставленной цели в генератор широкополосных случайных 40 процессов, содержащий регистр сдвига, разрядные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входамнумножителя и сумматора, первый выход которого является выходом генератора, а второй вход сумматора соединен с выходом умножителя, второй вход а которого соединен с выходом послед- .него разряда регистра сдвига, введены первый и второй сумматоры по модулю два,счетчик адреса, блок оперативной памяти, дешифратор и:регистр памяти, первый вход и выход которого соединены соответственно со вторим выходом и третьим входом сумматора, а второй вход регистра памяти соединен с выходом фЭаписьф блока управления, первый выхрд Опроофф 40 которого соединен со входом счетчика адреса, выход которого соединен с первым входом дешифратора, второй вход которого соединен со вторымвыходом Опрос блока управления, 45 третий выход Опросф которого сое"динен с первым входом блока оперативной памяти, второй вход которогосоединен с выходом дешифратора, авыход блока оперативной памяти соединен с третьим входом умножнтеля,выходы и входы первого и последнегоразрядов регистра сдвига соединенысоответственно с первыми ходами ивыходами первого и второго сумматоров по модулю два, вторые входыкоторых соединены соответственно с3-ым и (5 + 1)-ым выходами регистрасдвига (= 1 -Ф ).На фиг. 1 показана блок-схемагенератора; на фиг. 2 - временнаядиаграмма работы генератора.Генератор широкополосных случайных процессов содержит регистрсдвига 1, первый сумматор по модулюдва 2, второй сумматор по модулюдва 3, умножитель 4, сумматор 5,регистр памяти 6, блок оперативнойпамяти 7, дешифратор 8, счетчикадреса 9, блок управления 10.Выход последнего разряда регистрасдвига 1 подключен к входу умножителя 4, выход которого подключен ковходу сумматора 5, кроме того первыйвыход блока управления 10 подключенко входам разрядов регистра сдвига1, второй выход подключен ко второмувходу умножителя 4 и третий выходко второму входу сумматора 5, причем счетчик адреса 9, дешифратор 8,блок оперативной памяти 7 и умножи-,тель 4 соединены последовательно,и ко вторым входам счетчика адреса9, дешифратора 8, блока оперативнойпамяти 7 подключены выходы блокауправления, а ко входам регистрапамяти 6 подключены выходы сумматора 5 и блока уПравления 10, выходподключен к сумматору 5, кроме того ко входу первого сумматора помодулю два 2 подключен выход-горазряда сдвига 1, ко входу второго3 " выход+ 1 разряда,причем ковторым входам сумматоров по модулюдва 2, 3 подключены выхода последнего и первого разрядов регистра сдвига 1, выходы сумматоров пь модулюдва 2, 3:подключены ко входам первого и последнего разряда Регистрасдвига соответственно, кроме тогона вторые уйрааляющие входы разрядозрегистра сдвига 1 подключен выходблока управленкя 10,Регистр сдвига 1 предназначендля сдвига хранимой на нем информации на оден разряд в сторону мяадших разрядов и на один разряд всторону етарвах разрядов. На первыйсумматор по модулю два 2 подключенвыход-го разряда регистра сдвигаЗначениевыбирается согласно5 ффтаким образом, чтобы на регистресдвига 1 генерировалась М-последовательность. спектральная плотностьФормула изобретения что является вторым отсчетом выход=ного широкополосного случайногопроцесса Ч(1 Т).После получения четного значения1(2 Т выходного процесса в обратную Связь регистра сдвига 1 подключается сумматор 2 и осуществляетсясдвиг в сторону старших разрядов,при этом содержимое счетчика адресане меняется. В результате на регистрдинамической памяти заносится значение первой частичной сумея, равной х ЪТ) Ъ 1 Т. Аналогично, повторяяподобную процедуру, но изменяя адрес в счетчике 9 получимфл- хрт 1 о 1+ хрт ърт 1 хрт 1 ьрт 1,+. +хмй)т 1 1 фт.Таким образом навыходе цифровогогенератора широкополосных случайныхпроцессов будут получаться выходныеотсчеты,Более подробно, для конкретногослучая реализации его структуры приФ = 5 и О = 8, работа генератораиллюстрируется фиг, 2. На фиг.2 аи 2 б приведена структура реверсивного регистра сдвига 1 для сдвиговв сторону старших и сторону младшихразрядов, а на фиг. 2 в - временнаядиаграмма получения выходных отсчетов случайного процесса МТ).Таким образом, для построенияцифрового генератора широкополосныхслучайных процессов на реализациюрегистра сдвига необходимо использовать Гп = (20-40) триггеров, таккак период М"последовательностиопределяется величиной . = 2, Поэтому наиболее приемлемо значение30, В то же время для реализации регистра сдвига в прототипенеобходимо использовать количествотриггеров, равное числу точек отсчета и требуемой б (М). Т.е. другимисловами т= и = (500-1000) для частичного диапазона 1 ГцкГц. Очевидно,что в предлагаемом устройстве реализация регистра сдвига значительноупрощается по сравнению с прототипом.Кроме того в прототипе присутствуетп устройств умножения, а в предлагаемом устройстве одно, что значительно упрощает структуру устройства в целом. Дополнительные жеустройства, введенные в цифровойгенератор, по своим аппаратурнымзатратам незначительны. Для повыаения точности воспроизведения спектральнойплотности мощности необходимо незначительно изменить счетчик адреса, дешифратор и оперативную память для того, чтобы можно было хранить и, в дальнейшем использовать в цифровом генераторе весовые коэффициентЫ фильтра Ъ (1 Т), количество которых превышает и(500-1000). Необходимо отметить, что раэрядность регистра сдвига и ЗО 35 40 45 50 55 60 65 количество устройств умножения приэтом не изменяется.Преимущество предлагаемого цифрового генератора широкополосных случайных процессов заключается в следующемПростота структуры: все узлы гене"ратора реализуются на обычных элементах вычислительной техники поизвестным типовым схемам, Ориентировочный объем такого генератора составляет четыре типовых элемента замены (ТЭЗа) при использовании интегральных схем серии 155 и серии500 введя программное управление,легко воспроизводить спектр случайно.го процесса с требуемой точностью,путем изменения величины иПрименение подобных цифровыхгенераторов широкополосных случайныхпроцессов, предназначенных для виброиспытаний изделий на случайныевоздействия, позволит добиться высоких техникоэкономических показателей,Генератор широкополосных случайных процессов, содержащий регистр сдвига, разрядные входы которого соединены сОответственно с первым и вторым выходами блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первыми входами умножителя и сумматора, первый выход которого является выходом генератора, а второй вход сумматора соединен с выходом умно- жителя, второй вход которого соединен с выходом последнего разряда регистра сдвига,.о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности генератора, он содержит первый и второй сумматоры по модулю два, счетчик адреса, блок оперативной памяти, дешифратор и регистр памяти, первый вход и выход которого соединены соответственно со вторым выходом и третьим входом сумматора, а второй вход регистра памяти соединен с выходом фЗапись блока управления, первый выход которого соединен.со входом счетчика адреса, выход которого соединен с первым входом дешифратора, второй вход которого соединен со вторым выходом Опросф блока управления, третий выход Опрос которого соединен с первым входом блока оперативной памяти, второй вход которого соединен с выходом дешифратора, а выход блока оперативной памяти соединен с третьим входом узеожителя, выходы и входы первого и последнего разрядов регистра сдвига соединены соответственно с первыми входами и выходами первого,и второго сумматоров по модулю два, вторые входы которых771652 10 О соединены соответственно с 3 -ым ис ( + 1) выходами регистра сдвига( = 1-гп),Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Коваль В,Т. Задающая аппара"тура для воспроизведения случайныхвибраций при исследования надеаности,фВестник машиностроениями, 1970,2. Верешкин А.А Катковннк В.Я,Линейные цифровые фильтры и методыих реализации. фСоветское радиоф,М., 1974 с. 108-109, 131-134. 3. Данилов Б,С., Штейнбок М,Г.Однополосная передача цифровых сигналов, ффСвязьф, М., 1974, с.56,рис. 3,5 (прототип),=У т) Фиг. гж 751 Подписное 8/б О иипи аэ ПП "Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,