Устройство для формирования широкополосного случайного процесса
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Номер патента: 1716509
Авторы: Величковский, Дмитриев, Морозевич, Федосенко
Текст
(я)5 6 06 Г 7/ ГОСУДАРСТВЕНЮЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ НИ 2(46) 29.02.92,. Бал; ЬЬ 8 .Р 1) Институт технической кибернети(56) Авторское свидетельство СССРВ 1027723, кл, 6 06 Р. 7/58, 1981.,Авторское свидетельство СССРЬЬ.1432514, кл, 6 06 Р 7/58; 1986;(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВШИРОКОПОЛОСНОГО СЛУЧАЙНОГО(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может. быть использовано всистемах автоматического управления ши 5ки рокополосной случайной вибрацией а такенко, же в системах имитационного моделирования сложных объектов. Цель. изобретения -повышение. точности. формированияширокополосного случайного процеСса. Устройствосодержит генератор 1 псевдослучайных чисел, блоки 2, 10 умножения, блоки 3,4 памяти,мультиплексор 5, регистр памятй 6, узел 7адаптации, блок 8 управления, узел 9 вычисАНИЯ: ления текущей реализаций, синусный и косиПРО- нусный .преобразователи 11,12 иблок 13сумматоров по модулю два, 3 ил,Ь5 10 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в качестве задающей части системы автома- тизации испытаний на случайные воздействия, а также.в системах имитационного моделирования сложных обьектов.Цель изобретения - повышение точности формирования широкополосного случайного процесса за счет устранения погрешности амплитудной модуляции и уменьшения погрешности угловой модуляции, возникающей в результате неравномерности фазово-частотной характеристики модулирующей функции.На фиг. 1 показана структурная схема устройства .для формирования широкополосного случайного процесса; на фиг, 2 - пример реализации блока управления; на фиг, 3 - временная диаграмма работы устройства, .Устройство для формирования широкополосного случайного процесса (фиг. 1) содержит генератор 1 псевдослучайных чисел, первый 2 блок умножения, первый 3 и второй 4. блоки памяти, мультиплексор 5, регистр памяти 6, узел 7 адаптации, блок 8 управления, узел 9 вычисления текущей реализации, второй 10 блок умножения, синусный 11 и косинусный 12 п,реабразователи и блок 13 сумматоров по модулю дваБлок 8 управления (фиг, 2) содержит генератор 14 тактовых импульсов, элемент 15 задержки, первый счетчик 16, мультиплексор 17, второй счетчик 18.На фиг. 3 показаны следующие диаграммы: а - сигналы на пятом выходе блока 8 управления; б - сигналы на выходе гене- ратора 14 тактовых импульсов; в - сигналы на информационных выходах счетчика 16; г - старший (а-ый) разряд счетчика 16; д - сигналы на третьем выходе блока 8 управления; е - сигналы работы генератора 1 псевдослучайных чисел и первого 2 и второго 10 блоков умножения; ж - сигналы на четвертом выходе блока 8 управления; з - сигналы на выходе старшего разряда счетчика 18; и - работа буфера первого блока 2 памяти, из которого выдается реализация сформированного случайного процесса; к - работа буфера первого блока 3 памяти, с которым работает узел 9 вычисления текущей реализации случайного процесса; л - последовательность данных на входе узла 9; м последовательность данных на выходе узла 9 (+ - прямая последовательность данных;- двоичная инверсная последовательность).Устройство осуществляет формирование широкополосного случайного процесса 15 20 25 30 35 40 45 50 55 х(п), п=0,1, . ис заданным спектром согласно выражениюх (п) = Е (х(с); (1) где Е - обратное. быстрое преобразование Фурье;х(М) - вектор коэффициентов Фурье формируемого случайного процесса, вычисляемый по формуле:х(М) = а+) Ь= Ях(1соз фх(1)++ )Ях( зп фс(т) =Ях( еФ (2) ф(т) - случайная фаза, изменяющаяся в времени по равномерному закону распределения в интервале (0,25) (значения фазы в различных реализациях независимы);Ях(М) - Е-ый спектральный обсчет заданного спектра.Если считать, что формируемая устрой-. ством дискретная последовательность преобразуется затем с помощью цифроаналогового преобразователя и полосового фильтра с полосой пропускания (О, ав), ( йЪ - верхняя частота заданного спектра) в аналоговый сигнал, то с точки зрения пользователя идеальным было бы полное совпадение спектра полученного аналогового сигнала Я(й и заданного спектра Я(в); Можно показать, что для алгоритма генерации, положенного в основу работы данного устрой 2 л ства, в точках оси частот - к; 1=0,1, ., М, где Т - длительность отдельной реализации, соответствующая К дискретным отсчетам, спектр непрерывного генерируемого случайного процесса совпадает с заданными решениями Ях(1). Фактически формирование случайного процесса в данном устройстве происходит в результате преобразования во временную область спектральных отсчетов заданного (требуемого) спектра, модулированных случайными комплексными величинами = а+) Ь=р Идействительная а и мнимая Ь части которых распределены по равномерному закону и поступают с выхода генератора шума. Это позволяет уменьшить трудоемкость формирования широкополосного случайного процесса, потому что отсчеты, формируемые на выходе генератора шума, интерпретируются как вектор коэффициентов Фурье белого шума, что исключает необходимость выполнения операции прямого быстрого преобразования Фурье. При этом в данном устро стобразования. происходит запись сигналов созе и э 1 п ф с выхода преобразователей 11 и 12 и отсчета заданного спектра Я(к) из; второго блока 4 памяти как операндов первого 2 и.второго 10 блоков умножения;Первйй 2 и второй 10 блоки умножения предназначены для вычислений по формуле (2), По сигналу, поступающему на вход синхронизации, каждый блок умножения производит выполнение операции умножения над операндами, установленными на первом и второминформационных входах. По окончании вычислений результат выдается на выход блоков умножения и записывается в первый блок 3 памяти.Узел 9 вычисления текущей реализации случайного процесса производит вычисле-. нияпо формуле (1). по алгоритму быстрого ,преобразования Фурье (БПФ) с замещением, базовая операция которого на 1-й итерации может быть представлена в видеАн.=А + ВЩ =ам + (Ь +1 ю 1- Ьгрог)++ Яал+ (Ьгюг+ Ь 1 Риг:Вн.1=А-ВФЧ = а а - (Ьиа- - Ьгвг)+Яаг - (Ьгаа+Ь айаг;АьВ,Ю - комплексные входные числа иИповорачивающие множители соответственно, 1=1, 2 гп,А=ац+)аг, В=Ьы+)ЬгРабота узла 9 вычисления текущей реализации случайного процесса начинается после поступления на второй вход сигнала запуска с второго выхода блока управления. После выполнения базовой операции результаты Ани Вн 1 записываются в первый 3 блок памяти. Затем происходит выполнение следующей базовой операции и т,д. После окончания вычислений на итерации на сигнальном выходе блока 9 появится сигнал окончания операции,Узлом 9 вычисления текущей реализации случайного процесса реализуется метод адаптивного масштабирования при вычислении по алгоритму быстрого преобразования Фурье для минимизации дисперсии ошибки, обусловленной конечной разрядностью арифметических блоков. Входные комплексные числа представляются в памяти модифицированными кодами, Если на 1-й итерации произошло переполнение, то результаты вычисления базовой операции записываются в первый блок 3 памятинескорректированными. Факт наличия переполнения запоминается в узле 9 и на следующей (1+1)-ой итерации алгоритма осуществляется коррекция результатов предыдущей операции при передаче операндов и первого блока 3 памяти в узел 9. Результаты последней итерации корректируются при выдаче сформированной реализации случайного процесса на выход устройства мультиплексором 5. После завершения узлом 9 вычислений по алгоритму обратного быстрого преобразования Фурье 5 10 общее число переполнений поступает с второго выхода узла 9 на информационный 15 вход узла 7 адаптации, Узел 7 адаптации осуществляет автоматическое поддержание уровня выходного сигнала на выход устройства при формировании широкополосного случайного процесса,По окончании режима. записи во второй блок 4 памяти значений (М) заданного спектра входа узел 7 адаптации устанавли- вается в начальное состояние сигналом задания режима устройства (на фиг. 1 этот 20 сигнал не показан), В первом такте генератор 1, блоки 2, 1013, преобразователи 11 и 12 рассчитывают вектор коэффициентов Фурье х(1) по выражению (2), на основе которого в следующем такте узлом 9 вычисля 30 35 ется первая реализация случайного процесса из М отсчетов. В узле 7 адаптации запоминается число переполнений первой реализации сформированного случайного процесса, В следующих тактах по сигналу синхронизации (пятый выход блока 18 управления) происходит сравнение числа переполнений текущей реализации с числом переполнений первой реализации. На выходе узла 7 адаптации устанавливается требу 40 емое число сдвигов вправо или влевомультиплексором 5 всех отсчетов текущей выходной реализации случайного процесса.Блок 8 управления осуществляет синхронизацию вычислений различными блока ми устройства для формированияширокополосного случайного процесса, вырабатывая тактовые синхроимпульсы пяти серий.По сигналу с третьего выхода произво дят запись с частотой дискретизации отсче. та реализации, рассчитанной напредыдущем такте работы устройства, в регистр б памяти, а также запуск генератора 1 псевдослучайных чисел йа вычисление 55. очередного спектрального отсчета случайного процесса.Сигналы с пятого выхода определяюттакт работы устройства. По каждому синхро" сигналу узел 9 начинает расчет текущей реализации случайного процесса из Й1716509 10 20 30 50 управления,отсчетов, а в узел 7 адаптации записывается код числа переполнений алгоритма обрат-. ного БПФ на предыдущем такте работы устройства,Сигналы с четвертого выхода осуществляют переключение буферов памяти первого блока 3 памяти.Старший разряд второго счетчика 18 формирует синхропоследовательность, управляющую работой мультиплексора 17. 10 блока 18 управления. Мультиплексор 17 производит адресацию данных, считываемых иэ первого блока 3 памяти на выход устройства, с прямым либо с двоична-йнверсным порядком следования отсчетов. 15 Старшим разрядом первого. счетчика 16 происходит инвертирование адреса; посту-. пающего на преобразователь 11 (тем самым осуществляя антисимметрию мнимой составляющей). Каждый такт работы устройства (фиг. 3) начинается с появления . на пятом выходе после переполнения в-раз-. рядного счетчика 10 блока 8 управления; подсчитывающего импульсы от генератора тактовых импульсов 14, Синхропоследовательность на третьем выходе формируется элементом 15 задержки, на вход которого поступает импульсы от генератора 14 тактовых импульсов. Задержка определяется временем переключения счетчика 16 и временем выборки отсчета из первого блока 3 памятиПри вычислении по алгоритму обратного БПФ с замещением прямая. входная последовательность данных на выходе: 35 окажется представленной в двоично-инверсном порядке в этом же буфере памяти. Тогда при считывании сформирОванной реализации случайного процесса на выход устройства для получения нормального по- .40 рядка следования отсчетов блок 8 управления должен подавать двоично-инверсный адрес на этот же буфер памяти и наоборот, Для того, чтобы нормальньй порядок следования отсчетов не нарушался, в дальнейшем узел 9 вычисления текущей реализации случайного процесса должен поочередно осу.ществлять обратное БПФ над входными.данными с прямым и двоично-инверсным порядком следования в одном и том же буфере памяти (фиг. 3).Адресацию данных при выдаче очеред-. ной реализации случайного процесса на выход устройства осуществляет блок 8 Данное устройство позволяет формировать непрерывный широкополосный случайный процесс с заданной спектральной плотностью мощности. Использование. предлагаемого технического решения позволяет устранить погрешность, вызванную амплитудной модуляцией отсчетом заданного спектра, и уменьшить погрешность, возникающую из-за неравномерности фазово-частотной характеристики; что приводит к повышению точности формирования широкополосного случайного процесса,Формула изобретени Устройство для формирования широкополосного случайного процесса, содержащее генератор псевдослучайных чисел, первый блок умножения, первый и второй блоки памяти, .мультиплексор, регистр памяти, узел адаптации, блок управления, узел вычисления текущей реализации, информационный выход которого подключен к первому информационному входу первого блока памяти, первый и второй информационные выходы которого подсоединены соответственно к информационному входу узла вычисления текущей реализации и к информационному входу мультиплексора, выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра памяти, выход которого является выходом устройства, выход первого блока умножения соединен с вторым информационным входом первого блока памяти, первый информационный вход первого блока умножения соединен с выходом второго блока памяти, адресный вход которого соединен с первым адресным входрм первого блока памяти и первым выходом блокауправления, пч-разрядный(п=о 92 К, Й - размер формируемого массива) второй выход которого соединен с входом задания режима генератора псевдослучайных чисел, выход конца операции которого соединен с входом синхронизации первого блока умножения, вход синхронизации генератора псевдослучайных чисел соединен с входом синхронизации регистра памяти и подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с входом синхронизации первого блока памяти, второй адресный вход которого соединен с выходом задания адреса узла вычисления текущей реализации, сигнальный выход которого соединен с информационным входом узла адаптации, информационный выход которого соединен с входом управления мультиплексора, а вход синхронизации соединен с входом синхронизации узла вычисления текущей реализации и подключен к пятому выходу блока управления, о тл ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности формирования широкополосного случайного процесса, в него дополнительно введены второй блок умножения, синусный и косинусный преобразователи и блок сумматоров по модулю два, причем разрядныетштоашттотттшшшшшш оот а ош томот аошетаоттетошатаоошаоо етоеот шв штати первыми:входэюе блока сумматоров по моду ния соединен с выходом конца операции лю два, езорыв щедррею;сацщнены се 4 генератора псевдослучайных чисел, а выход разрядцмварогввкща блокаурааления, а 5 подключвн к второму информационному выходы сюединенй свкоЩюе синусов преоб входу первого блока памяти, информационразователявьиащ.которогосовдинейсперайм ный выход косимуснего преобразователя ии 4 ормацежним вхопом вторая бежа умно соединен с вторым информационным вхожения, второй информационный ващ которого . дом первого блока умножения.. Малеч Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 аз 613 ТиражВНИИПИ Государственного комитета до изобрет113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушск Подписноеям и открытиям при ГКНТ СССнаб., 4/5
СмотретьЗаявка
4759129, 15.11.1989
ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ
МОРОЗЕВИЧ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ, ФЕДОСЕНКО ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ, ВЕЛИЧКОВСКИЙ ВАЛЕРИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ, ДМИТРИЕВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ
МПК / Метки
МПК: G06F 7/58
Метки: процесса, случайного, формирования, широкополосного
Опубликовано: 28.02.1992
Код ссылки
<a href="https://patents.su/7-1716509-ustrojjstvo-dlya-formirovaniya-shirokopolosnogo-sluchajjnogo-processa.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для формирования широкополосного случайного процесса</a>
Предыдущий патент: Генератор импульсов со случайной длительностью
Следующий патент: Генератор случайных чисел
Случайный патент: Полуосевой отвод