Генератор псевдослучайных узкополосных сигналов

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическиеРвсяубяии и 940157(51). Кл. С 06 Р 7/58 с присоединением заявки1 Ьеударетаанлыб квинтет СССР ла делам нзебретеннй н открытнй(54) ГЕНЕРАТОР ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ УЗКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ1Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для различных устройств, где необходим синтез узкополосных случайных процессов.и5Известен генератор случаиных сиг-. налов, содержащий генератор линейно- изменяющегося напряжения, универсальный нелинейный преобразователь - политрон, два блока перемножения, два блока запоминания, счетчик, накапливающий сумматор, генератор гармонических сигналов, датчик нормальных случайных чисел 11.Указанный генератор позволяет моделировать узкополосные процессы, . однако отличается повышенной сложностью, его применение нецелесообразно при решении задач более узкого класса, гоНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсягенератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий арифмети 2ческое устройство, одной группой входов подключенное к датчику случайных чисел через блок переключателей, другой - к задающему регистру, а выходами - к входам сумматора, вторая группа входов которого подключена к выходам через формирующий регистр, синхронизирующий вход которого соединен с тактовым входом генератора и синхронизирующим входом триггера, У и К входы которого подключены к выходу переноса старшего разряда сумматора, а выход - с выходом генератора через фильтр 21..Известный генератор характеризуется простотой схемного решения. Однако фильтр на выходе должен иметь частотную характеристику, равномерную в пределах ширины спектра и иметь большое затухание на частотах, соответствующих гармоникам сигнала. Если же ширина спектра сигнала и его центральная частота имеют соизмеримые значения, то для этого необходимо, 3 94015цтобы Фильтр на выходе имел высокий порядок, так как частотная характеристика его влияет на спектральныесвойства сигнала, что может привестик существенному усложнению схемы генератора. Одновременно при изменении центральной частоты генераторатребуется перестройка Фильтра, что затруднено при использовании Фильтра высокого порядка. 1 ОЦель изобретения - расширение диапазона генерируемых процессов при сохранении спектральных характеристик сигнала с выхода генератора.Для достижения поставленной цели в генератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий первичный датчик псевдослучайных чисел, выход которого через коммутатор соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с .выходом первого регистра кода, а выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра кода, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, введены преобразователь код-напряжение, циклический регистр сдвига и элемент НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда циклического регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен с входом элемента НЕ, выход переноса старшего разряда второго сумматора соединен с35 входом циклического регистра сдвига, синхронизирующий вход которого объединен с синхронизирующим входом второго регистра кода и является тактовым входом генератора, установочным вхоао дом которого является установочный вход циклического регистра сдвига, все разрядные выходы которого, кроме выхода последнего разряда, соединены с соответствующими входами преобразо 45 вателя код - напряжение, выход которого является выходом генератора.На фиг. 1 показана структурная схе ма генератора; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие принцип его работы.Генератор содержит первый сумматор 1 с двумя группами входов, Группа А входов подключена к первичному датчику 2 псевдослучайных чисел через коммутатор 3, группа В входовк первому регистру 4 кода. Выход первого сумматора 1 подключен к входам А второго сумматора 5. Входы В второго сумматора 5 подкпючены к 7 4его выходам через второй регистр Ь кода, синхровод которого подключен к тактовому входу 7 генератора и синхровходу циклического регистра 8 сдвига. Стробирующий вход регистра 8 подключен к выходу переноса старшего разряда второго сумматора 5, установочный вход соединен с входом 9 установки нуля генератора, а информаци- онный вход первого разряда - с М-и выходом регистра 8 через элемент НЕ 1 О. Выходы Ирегистра 8 подключены к цепочке последовательно соединенных регистров 111 11 1, Начало и конец цепочки подключены к общему проводу через согласующие резисторы 121 и 12 , через резисторы 13,1 131,1, образуя при этом резистивную матрицу КК. Точка соединения резисторов 11( 1 и 11 М цепочки подключена к выходу через выходной каскад 14, Элементы 11-14 образуют преобразователь 15 код - напряжение.Генератор работает следующим образ м,Датчик 2 псевдослучайных чисел генерирует последовательность независимых Йп+1) разрядных чисел с законом распределения вероятностей близким к равномерному, которая поступает на вход первого сумматора 1 через коммутатор 3, содержащий (и ключей, которыми осуществляется подключение разрядов случайных чисел. Причем нулевой разряд последовательности используется как знаковый (О соответствует плюсу, а 1 - минусу числа) и поступает на вход первого сумматора 1 непосредственно. При этом на выходе коммутатора 3 имеем новую последовательность С( в ), где и порядковый номер числа с выхода датчика 2 псевдослучайных чисел; Е - частота сиены чисел. В первом сумматоре происходит операция алгебраического сложения потока чисел С( в ) сс числом Н, хранящемся в первом регистре 4 кода, образуя при этом новую смещенную последовательность5 9401Вновь сформированная числовая последовательность поступает на входВ второго сумматора 5. В исходномсостоянии второй регистр 6 кода обнулен и на выходе второго сумматора 5 5имеем число 9,В момент прихода импульса по входу 7 регистр 6 записывает состояниена его входе и на выходе сумматора 5образуется удвоенное число 2 Б, по 10следующему пульсу - 3 Б и т, д, дотех пор, пока на выходе сумматора 5число не превысит 2 -1, где щ - числоЯосновных разрядов сумматора. В этотмомент на входах регистра 6 имеем 13число, равное 1(5-2 щ(Я, где 1 с - порядковый номер импульса с шины 8, а на, выходе переноса старшего щ разрядаи на стробирующем входе регистра 8 -единицу. По следующему к + 1 импульсу первый разряд регистра 8 записывает инверсное состояние Х-го разрядаи на выходе сумматора 5 имеем число(к + 1)5-2 т 1, а на выходе переносаразряда щ - ноль, закрывающий синхровход регистра 8, Регистр запоминаетсостояние до прихода следующей единицы по стробирующему входу, при котором состояние сдвигается на один разряд регистра 8.30После прохождения 2 п 1 импульсов повходу 7 на выходе переноса разрядае проходит 5 единиц, Таким образом,если частота следования импульсов пошине 7 равна о то частота следова 35ния импульсов на выходе переноса сумматора 5 равнаНЧ - 8 -где Н определяет центральную частоту следования импульсое Гц =Уо, С( в ) определяет абсолютное отклонейие частоты следования импульсов от цент 43 ральной Ю,;9 в ) - знак отклонения частоты.лГС выхода переноса сумматора 5 импульсы поступают на стробирующий вход циклического регистра 8. Причем кольцо замыкается соединением инверсного50 выхода Ж-го разряда региСтра 9 с входом первого разряда, По мере наступ- ления строб-импульсов на первом выходе регистра имеем сигнал формы меандр с частотой следования в 2 И раз ниже,чем частота на его входе (фиг. 21), на втором выходе - аналогичный сигнал, но сдвинутый на один период так57 б тирования (фиг. 26), на остальных аналогично.Приняв за единицу напряжение равное Ц, а эа ноль напряжение 130, то на входе выходного каскада значение напряжения в любой момент времени можно определить следующим соотношением, если величина резисторов 13 и 14 в два раза больше 12,о Ц (17)вье Ь где 1 - порядковый номер разряда регистра 91, при 0 =Ц К ,1О, 1 Опри Ц= 110Как видно из фиг. 1 весовое соотношение разряда будет тем меньше, чем разряд дальше отстоит от МП разряда.Следовательно, по мере прохождения импульсов с триггера 8 на входе выходного каскада формируется сигнал, близкий к синусоидальному, аппроксимируемый последовательностью прямоуголь. ных импульсов длительностью т различной амплитуды и частотой, равной (фиг. 2 ъ) ,ц(л) (ий+"Для получения удовлетворительных результатов наиболее оптимальным является выбор И равным 6 или 8, при этом сигнал в течение одного периода дискретизируется соответственно 12 и 16 раз, что удовлетворяет большинству практических случаев, Если необходимо интерполировать получившийся сигнал и сгладить скачки, то для этого может быть использован простейший фильтр второго порядка с широкой полосой пропускания, что существенно не повлияет на спектральные характеристики сигнала.Таким образом, аппроксимируя выходной сигнал последовательностью прямоугольных импульсов, ближайшие к основной частоте гармонические составляющие значительно уменьшаются и появляется возможность получать процессы с шириной спектра, соизмеримой с центральной частотой, используя при этом, если необходимо, простейший фильтр, что подтверждает Расширение9401 Ь функциональных возможностей генератора.Дополнительным преимуществом является уменьшение дискретности изменения частоты, т. е, 5о , осю д тп 11формула изобретенияГенератор псевдослучайных узкополосных сигналов, содержащий первичный датчик псевдослучайных чисел, выход которого через коммутатор соединен с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого регистра кода, а выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра кода, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазо 7 8на частот генерируемых процессов,он содержит преобразователь код - напряжение; циклический регистр сдвигаи элемент НЕ, выход которого соединен с входом первого разряда циклического регистра сдвига, выход последнего разряда которого соединен свходом элемента НЕ, выход переносастаршего разряда второго сумматорасоединен с входом циклического регистра сдвига, синхронизирующий входкоторого объединен с синхронизирующимвходом второго регистра кода и является установочный вход циклическогорегистра сдвига, все разрядные выходы которого, кроме выхода последнегоразряда, соединены с соответствующимивходами преобразователя код - напряжение, выход которого является выходомгенератора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМ 507874, кл, С 06 Г 1/02, 1974.2., Авторское свидетельство СССРпо заявке йф 2820488/18-24, 1980,940157 Составитель А. КарасовТехред Е.Харитончик Корректор И. Му актор С. Крупенин каз 4668/1 Тираж 731 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, ЖПодписноевенного комитета СССРетений и открытий35, Раушская наб., д. 4 иал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,.Ф1