Генератор случайных процессов

тень РВ 48 по делан изабретеиий и открытийДата опубликования описан 6,01 72) Авторы изобретения а и В.Б. Лыс Э. А. Баканович, Н.А. В инский радиотехнический инсти явител(54) ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССО тор тактовых ирегистр сдвигатегратор, преобжение и управлмент 2 3 и пульсов, цикличес два элемента ИЛИ раэователь код-на емый вероятностны ле 5 вИзобретение относится к вычисли" тельной технике и может быть использовано для моделирования систем с учетом влияния случайных внешних возмущений, при построении стохастических вычислительных и моделирующих устройств, а также при построении автоматизированных испытательных комплексов.Известен имитатор случайного пото 1 а ка импульсов, содержащий источник пуассоновского потока импульсов, группу элементов И, вероятностный (1, К-по" люсник, элемент ИЛИ, блок вероятностного прореживания. Однако данное устроиство не поэ о ляет автоматизировать управление характеристиками выходного процесса с целью специализации структуры устрой-, ства на Формирование случайных процес сов с требуемыми свойствами 1.1 1,Известен также генератор случайных импульсов потоков, содержащий генера" Однако данное устройство не позволяет Формировать импульсные сигналы со случайными параметрами, подчиняющимися заданным законам распределения.Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является генератор случайного импульсного процесса, содержащий последовательно соединенные источник эталонных напряжений, первый и второй преобразователи код-напряжение и модулятор полярности, выход которого подключен к выходу имитатора, первый генератор импульсов, соединенный со счетным входом счетчика импульсов, по" следовательно соединенные второй генератор импульсов, делитель, частоты и реверсивный счетчик, цервый регистр, выходы которого подключены к управля985786 3ющим входам первого преобразователя код-напряжение и модулятора полярности, второй регистр, выход которого соединен с управляющим входом делителя частоты, соединенные между собой блок памяти, датчик случайных чисел, блок управления, причем выход датчика случайных чисел подключен к установоцным входам счетчика импульсов и регистров к управляющим входам ре версивного счетчика подключены соответствующие выходы блока управления.Этот имитатор предназначен для генерирования случайных раэнополярных импульсов треугольной Формы315Однако он не позволяет осуществлять управление в широких пределах параметрами процесса и Формой сигнала, что ограничивает .его Функциональные возможности. 20Цель изобретения - расширение Функциональных воэможностей генератора за сцет Формирования требуемых Функ" ций спектральной плотности мощности случайного процесса, управление струк 25 турой генератора для специализации ее на Формирование случайных процессов с требуемыми свойствами и обеспечение возможности Формирования генератором двух независимых случайных процессов.Для достижения указанной цели в генератор введены два коммутатора, два стохастицеских преобразователя, первые выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами генератора, вход которого подключен к управляющим входам коммутаторов, а вторые выходы стохастических преобразователей подключены соответственно, к пер 4 О вому и второму инФормационным входам первого коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока памяти, выходы которого соединены с группой инФормационных входов второго коммутатора соответст"45 венно, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго стохастицеских преобразователей и с входом датчика случайных чисел, пер- О вый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с инФормационным входом второго коммутатора и с вторыми входами первого и второго стохастических преобразователей.55Кроме того, каждый стохастицескийГпреобразователь содержит дца генератора импульсов, три регистра памяти,два дешиФратора, счетчик, делитель цастоты, счетчик адреса, триггер, умножитель, преобразователь код-напряжение, модулятор и сумматор по модулю два, первый вход которого является первым входом. преобразователя и соединен с первым входом умножителя, выход которого через преобразователь коднапряжение соединен с первым входом модулятора, второй вход которого подключен к выходу сумматора по модулю два, а выход модулятора является первым выходом преобразователя, второй вход которого подключен к информационным входам первого, второго и третьего регистров памяти, выходы которых соединены соответственно с установочными входами делителя частоты и счет/ цика и с вторым входом умножителя, который объединен с вторым входом сумматора по модулю два, единичный выход триггера соединен с третьим входом умножителя и с входом первого генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом делителя частоты, выход которого соединен с входом счетчика адреса,. выход которого является вторым выходом преобразователя и соединен церез первый дешиФратор с нулевым входом триггера, нулевой выход которого соединен с входом второго генератора импульсов, выход которого соединен с выцитающим входом счетчика, выход которого через второй дешиФ- ратор соединен с установочными входами первого, второго и третьего регистров памяти и с единичным входом триггера.На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2- схема стохастицеского преобразователя.Устройство содержит блок 1 памяти, датчик 2 слуцайных цисел, первый коммутатор 3, второй коммутатор 4, первый стохастицеский преобразователь 5, второй .стохастический преобразователь,6.Первые выходы стохастицеских преобразователей 5 и 6 являются соответственно первым и вторым выходами генератора. Вход генератора подключен к управляющим входам коммутаторов 3 и 4. Вторые выходы стокастицеских преобразователей 5 и 6 подключены соответственно к первому и второму информационным. входам первого коммутатора 3, Выходы первого коммутатора,3 соединены с соответствующими входами блока 1 памяти. Выходы блока 1 памятиразователя и соединен с первым входомумножителя 18. Выход умножителя 18через преобразователь 19 код-напряжение соединен с первым входом модулятора 21, второй вход которого подключен к выходу сумматора 20 по модулюдва, Выход модулятора 21 является первым выходом преобразователя. Второйвход преобразователя подключен к информационным входам первого регистра7, второго регистра 8 и третьего регистра 9, выходы которых соединены соответственно с установочными входами 5 . 9857соединены с группой информационныхвходов второго коммутатора М. Первый,второй и третий выходы второго коммутатора.4 соединены соответственно спервыми входами первого стохастического преобразователя 5 и второго стохастического преобразователя 6 и свходом датчика 2 случайных чисел.Первый, второй и третий выходыдатчика 2 соединены соответственно с инФормационным входом второго коммутатора Й и с вторыми входами первого ивторого стохастических преобраэователей 5 и 6,Блок 1 памяти предназначен для хра нения кодов, определяющих вид, числовые характеристики функций распределения вероятностей параметров и формуимпульсов формируемого случайного процесса. 20Датчик 2 случайных чисел предназначен для формирования случайных кодов амплитуды, длительности и интервала между импульсами, подчиняющихсяфункциям распределения вероятностей, 25коды которых хранятся в блоке 1 памяти.Первый коммутатор 3 служит для подключения адресов, вырабатываемых первым 5 и вторым 6 стохастическими преобразователями и датчиком 2 случайных чисел, к соответствующим входамблока 1 памяти,Второй коммутатор ч служит для под".ключения соответствующих выходов блока 1 памяти к входам стохастическихпреобразователей,5, 6 и датчика 2случайных чисел в соответствии с заданным режимом работы.Первый и второй стохастические преобразователи 5 и 6 предназначены дляформирования потоков импульсов с параметрами, соответствующими числам,вырабатываемым датчиком 2 случайныхчисел.45Каждый стохастический преобразователь 5 и 6 содержит первый регистр 7памяти, который предназначен для приема и хранения кодов, соответствующихтекущему значению длительности импульса; второй регистр 8 памяти, предназначенный для приема и хранения кодов, соответствующих текущему значению интервала между импульсами; третий регистр 9 памяти, который предназ 55начен для приема и хранения кодов, соответствующих текущему значению амплитуды импульса; первый генератор 10импульсов, который предназначен для выработки опорной последовательностиимпульсов для последующего преобразования их в длительность импульсов; делитель 11 частоты, предназначенныйдля преобразования кодов, хранящихсяв первом регистре 7, во временной интервал; счетчик 12 адреса, предназначенный для выработки адресов, по которым записаны соответствующие ординаты формы сигнала; первый дешифратор 13, предназначенный для выработки управляющего сигнала окончания длительности импульса; триггер 11, предназначенный для выработки управляющих потенциалов; второй генератор 15 импульсов, который предназначен для формирования опорной последовательностиимпульсов с целью последующего преобразования их в интервал времени между импульсами; вычитающий счетчик 16,предназначенный для формирования временных интервалов между импульсами;второй дешиФратор 17, который предназначен для выработки управляющегосигнала окончания паузы между импульсами; умножитель 18,. предназначенный для Формирования кодов, пропорциональных коду, хранящемуся в третьем регистре 9 и представляющему собой ординаты текущего импульса; преобразователь 19 код-напряжение, который предназначен для Формирования процессас импульсами требуемой Формы и случайными значениями длительности импульса, паузы между импульсами и амплитуды импульса, не имеющими одну полярность; сумматор 20 по модулю два,предназначенный для Формирования знака полярности текущего импульса; модулятор 21, предназначенный для модуляции полярнОсти случайного процессав соответствии с сигналом, вырабатываемым схемой 20 сложения по модулюдва,Первый вход сумматора 20 по модулю два является первым входом преоб 985786делителя 11 частоты, счетчика 16 и свторым входом умножителя 18, которыйобъединен с вторым входом сумматора20 по модулю два, единичный выходтриггера 11 соединен с третьим входом 5умножителя 18.и с входом первого генератора 10 импульсов, Выход первогогенератора 10 импульсов соединен сосчетным входом делителя 11 частоты,выход которого соединен с входом счет-Очика 12 адреса. Выход счетчика 12 ад-.реса является выходом преобразователя и соединен через первый дешифратор13 с нулевым входом триггера 1 ч. Нулевой выход триггера 1 ч соединен свходом второго генератора 15 импульсов, Выход второго генератора 15 импульсов соединен с вычитающим входомсчетчика 16. Выход счетчика 16 черезвторой дешифратор 17 соединен с уста-.20новочными входами первого регистра 7,второго регистра 8 и третьего регистра 9 памяти и с единичным входом триггера 1.Устройство может работать в трех 25режимах, Режим работы определяетсязаданием сигналов на его управляющемвходе.В первом режиме работы устройствоформирует одну последовательность им- Зопульсов требуемой Формы со случайными значениями параметров импульсов,В этом случае точность воспроизведения законов распределения параметровсоставляет п 1 двоичных разрядов, аемкость памяти, необходимая для воспроизведения одного закона распредеП.лен ия па ра метров ра в на га =2 " управляющих слов,Для хранения кодов, определяющих Форму импульса, выделяется область па"имяти равная 2 " управляющих слов, Та" ким образом, для организации работы имитаторов в первом режиме необходии мая емкость памяти составляет 4 х 2 управляющих слов,Во втором режиме работы имитатор Формирует два. независимых потока импульсов требуемой формы со случайными значениями параметров. В этом режиме точность воспроизведения законов распределения параметров составляет о= идвоичных разрядов, а емкость памяти, необходимая для воспроизведения одного закона распределения пара 55 метров, составляетк Дп 2 1 1 п 12 4 4 Для хранения шести законов распределения параметров процессов и кодов, определяющих две формы импульсов, необходимая, емкость памяти составляетиЙ3 х 2 "+ ,управляющих слов.2В третьем режиме работы имитатор Формирует один поток импульсов со случайными параметрами, В этом режиме Форма текущего импульса может выбираться из трех требуемых форм случайным образом с требуемыми вероятностями появления импульса требуемой Формы.Точность воспроизведения законов распределения параметров процесса приэтом составляет п двоичных разрядов,емкость памяти, необходимая для хранения законов распределения параметров и закона распределения выбораФорм, составляет 1 щ =п управляющихслов. Таким образом, для организацииработы имитатора в третьем режиме необходимая емкость памяти составляетч х 2 "1 управляющих слов,С целью организации трех рассмотренных режимов работы имитатора блок1 памяти разделен на четыре зоны емкостью в=2 ". Каждая зона имеет независимые адресные входы и шины чтения.Устройство работает следующим образом.Каждый цикл работы имитатора начинается с того, что для очередного импульса формируемого потока генерируется набор значений случайных параметров (длительности, амплитуды, интервала между импульсами). Значения перечисленных параметров процесса Формируются по заданным законам распределения, коды которых хранятся в блоке 1 памяти.Информация о режиме работы имитатора поступает на управляющий вход устройства и на первые входы первого 3 и второго 1 коммутаторов. В Функции первого коммутатора входит подключение последовательности адресов, вырабатываемых первйм 5 и вторым 6 стохастическими преобразователями к адресным входам соответствующей зоны блока1 памяти.В первом режиме работы первая, вторая и третья эоны блока 1 памяти предназначены для хранения кодов законов распределения параметров; четвертая зона блока 1 памяти предназначена для хранения кодов, определяющих Форму импульса Формируемого процесса,10 985786 9Во втором режиме работы первая и вторая эоны блока 1 памяти предназначены для хранения кодов законов распределения параметров, Третья и четвертая зоны блока 1 памяти предназна чены для хранения кодов, определяющих форму импульсов Формируемых процессовВ третьем режиме работы первая зона блока 1 памяти предназначена для хранения кодов законов распределения з параметров. Вторая, третья и четвертая зоны предназначены для хранения кодов, определяющих форму импульсов выходного процесса.Информация, считанная из блока 1 15 памяти, поступает на вход второго коммутатора 4. В зависимости .от выбранного режима работы устройства второй коммутатор 4 осуществляет подключение выходов блока 1 памяти к требуемому 20 блоку имитатора в соответствие с перечисленными ниже режимами.В первом режиме работы выходы первой, второй и третьей зон блокапамяти подключаются к входу датчика 2 25 случайных чисел; выход четвертой эоны блока 1 памяти подключается к входу первого стохастического преобразователя 5,Во втором режиме работы устройствазо выходы первой и второй зон блока 1 памяти подключаются к входу датчика 2 случайных чисел; выход третьей зоны блока 1 памяти подключается к входу первого стохастического преобразова- З 5 теля 5, а выход четвертой эоны блокапамяти подключается к входу второго стохастического преобразователя 6. В третьем режиме работы устройст 40 ва выход первой зоны блока 1 памяти подключается к входу датчика 2 случайных чисел, а выходы второй, третьей и четвертой зон блока 1 памяти подключаются к входу первого стохастического преобразователя 5 в зависимо 45 сти от того, какал зона выбрана датчиком,2 случайных чисел.Коды с третьего выхода второго коммутатора 4 поступают на вход датчика случайных чисел, в Функции которого входит формирование потоков случайных чисел, подчиняющихся требуемому закону распределения,Коды с первого выхода датчика 2 случайных чисел поступают на третий вход 55 второго коммутатора 4 и определяют выбор формы сигнала в третьем режиме работы. Коды с второго и третьего выходов датчика 2 случайных чисел поступают на первые входы первого 5 и второго 6 стохастических преобразователей, Стохастические преобразователи 5 и 6 осуществляют преобразование кодов, поступающих с датчика 2 случайных чисел, в параметры процесса, причем Форма сигнала на выходе стохастичес" ких преобразователей 5 и 6 определяется кодами, хранимыми в блоке 1 памяти. Стохастические преобразователи 5 и 6 осуществляют выработку, адресов, по которым в блоке 1 памяти хранятся коды, определяющие форму сигнала, что обеспечивает считывание информации с частотой, соответствующей длительнос-, ти текущего импульса. Адреса, вырабатываемые стохастическими преобразователями 5 и 6, поступают на второй и третий входы первого коммутатора 3.Стохастический преобразователь работает следующим образом.Случайные коды, соответствующие параметрам процесса, вырабатываются датчиком 2 случайных чисел и поступают на второй вход Функционального преобразователя. Формирование текущего импульса начинается с записи кодов случайных чисел в первый 7, второй 8 и третий 9 регистры памяти, при этом триггер 14 устанавливается в единичное состояние. Разрешающий сигнал с единичного выхода триггера 14 поступает Ъа управляющий вход умножителя 18 и на вход первого генератора 10, разрешая их работу. Сигнал с нулевого выхода триггера 14 поступает на вход второго генератора 15 и запрещает его работу. Импульсная последовательность, вырабатываемая первым генератором 10, поступает на вход делителя частоты 11. Значение случайного кода, записанного в первый регистр 7, определяет коэФФициент пересчета делителя частоты 1. Этим обеспечивается для каждого значения длительности импульса заполнение счетчика адреса 12 с соответствующей частотой, получаемой в результате деления частоты импульсного процесса, поступающего на вход делителя 11 частоты. Выход счетчика 12 адреса является вторым выходом стохастического преобразователя. Таким образом, считывание кодов, определяющих форму сигнала, осуществляется с частотой, соответствующей записанному в первый регистр 7 случайному коду,формула изобретения 11 9857На первый вход одного из стохастических преобразователей поступают коды, определяющие форму выходного сигнала, причем первый разряд кода, определяющий знак Формы сигнала, поступает на первый вход сумматора 20 по модулю два, Остальные разряды с 2-го по -й, определяющие ординаты импульса, поступают на вход устройства умножения, На второй вход устройства умножения поступают разряды со 2-го по о-й кода амплитуды, записанного в третий регистр 9. Первый разряд кода амплитуды, определяющий полярность текущего импульса, поступает на второй вход 15 сумматора 20 сложения по модулю два.На выходе умножителя 18 формируются значения ординат импульсного процесса требуемой формы, прямо пропорциональные значению амплитуды форми руемого импульса. В соответствии с кодами, поступающими с выхода умножителя 18, на выходе преобразователя 19 код-напряжение формируется аналоговый сигнал требуемой формы с амплитудой, 25 соответствующей коду амплитуды формируемого импульса. Иодулятор 21 полярности изменяет полярность сигнала, поступающего с выхода преобразователя 19 код-напряжение, в соответствии с 30 сигналом, вырабатываемым схемой 20 сложения по модулю два. Таким образом, на выходе модулятора 21 полярности, являющегося первым выходом стохастического преобразователя и выходом уст ройства, формируется аналоговый импульсный сигнал требуемой Формы со случайными значениями амплитуды и длительности импульсов. 40По окончании формирования одного, импульса (по достижении счетчиком адреса значения 2 ) на выходе первого дешифратора 13 вырабатывается сигнал, устанавливающий триггер 14 в нулевое45 состояние. При этом на единицном выходе триггера 14 вырабатывается сигнал, запрещающий работу устройства 18 умножения и первого генератора 10. На нулевом выходе триггера 14 вырабатывается сигнал, разрешающий работу второго генератора 5, и начинается Формирование интервала времени между импульсами. С помощью второго генератора 15 и вычитающего счетчика 1 б организовано преобразование случайного ко 55 да, записанного во второй регистр 8 во временной интервал между импульсами. 86 12По окончании формирования интервала (при достижении выцитающим счетчиком 16 нулевого состояния) на выходе второго дешифратора 17 вырабатывается сигнал .окончания формирования интервала между. импульсами. Этот сигнал поступает на управляющие входы первого 7, второго 8 и третьего 9 регистров памяти и на вход установки в единицу триггера 14. По этому сигналу осуществляется прием новых случайных кодов.в первый 7, второй 8 и третий 9 регистры и начинаеТся новый такт работы имитатора.Технико-экономическая эффективность изобретения определяется тем, что оно обеспечивает по сравнению с существующими устройствами возможность формирования случайных внешних воздействий, являющихся импульсными процессами с сигналами сложной формы, а также последователвностей нескольких цередующихся форм сигналов, что важно при моделировании и испытаниях сложных технических систем; возможность корректировки вида выходного процесса в зависимости от характеристик испытываемого или моделируемого объекта. 1, Генератор случайных процессов, содержащий блок памяти, датчик случайных чисел, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей генератора за счет формирования требуемых функций спектральной плотности, он содержит два коммутатора и два стохастических преобразователя, первые выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами генератора, вход которого подключен к управляющим входам коммутаторов, а вторые выходы стохастических преобразователей подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими входами первого блока памяти, выходы которого соединены с группой информационных входов второго коммутатора соответственно, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго стохастических преобразователей и с входом датчика случайных чисел, первый, втооой и третий выходы которого соединены соответственно с информационным входом второго коммутатора и с вторыми входами первого и второго стохастических преобразователей.2. Генератор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что каждый стохастический преобразователь содержит два генератора импульсов, три регистра памяти, два дешифратора, счетчик, делитель цастоты, счетчик адреса, триггер, умножитель, преобразователь коднапряжение, модулятор и сумматор по модулю два, первый вход которого является первым входом преобразователя и соединен с первым входом умножителя, выход которого через преобразователь код-напряжение соединен с первым входом модулятора, второй вход которого подключен к выходу сумматора по модулю два, а выход модулятора является первым выходом преобразователя, второй вход которого подключен к информационным входам первого, второго и третьего регистров памяти, выходы которых соединены соответственно с установочными входами делителя частоты и счетчика и с вторым входом умно- жителя, который объединен с вторым, входом сумматора по модулю два, единичный выход триггера соединен с третьим входом умножителя и с входом первого генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом делителя частоты, выход которого соединен с входом сцетцика адреса, выход которого является вторым выходом преобра.зователя и соединен через первый де шифратор с нулевым входом триггера,нулевой выход которого соединен с входом второго генератора импульсов, выход которого соединен с вычитающим входом счетчика, выход которого через 15 второй деаифратор соединен с установочными входами первого, второго и третьего регистров памяти и с единичным входом триггера. 20 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 504196, кл. С 06 Г 7/58, 19742. Авторское свидетельство СССР2 з У 511679, кл. Н 03 К 3/84, 1974.3. Авторское свидетельство СССРЬ" 517018, кл. О 06 Г 7/58, 1974 (прототип),985786 Составитель Н. Волороехред Ж. Кастелевич К ектор Г: Решетник актор Н. Ст каз 10166/б ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 731 ПодписноеОИИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Иосква, ЖРаушская наб., д. 1/5