SU1092503A1 - Генератор случайного процесса - Google Patents

Abstract

ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА , содержащий первый и второй переключатели, выходы которых соединены со входами Пуск соответственно первого и второго первичных источников реализации случайных процессов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого  вл етс  выходом генератора, отличающийс  тем, что, с целью упрощени , в него введен блок управлени , который содержит четыре триг гера, три формировател  импульсов, три переключател , два элемента задержки и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом сумматора, пр мой выход порогового элемента соединен с первым входом первого переключател  блока управлени  и со счетным входом первого триггера, пр мой выход которого соединен с вторым входом первого переключател  блока . управлени  и со счетным входом второго триггера, пр мой выход которого соединен с третьим входом первого переключател  блока управлени  выход которого через первый формирователь импульсов и первый элемент задержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с .входом первого переключател , пр мой выход порогового элемента соединен с первым входом второго переключател  блока управлени , второй вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом .-(5 второго переключател  блока управле- g ни , выход которого через второй (Л формирователь импульсов и второй элемент задержки соединен с единичс: ным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен с входом второго переключател , пр -g мой и инверсный выходы порогового элемента соединены соответственно с первым и вторым входами третьего переключател  блока управлени , со пр мой выход первого триггера соединен с третьим входом третьего переГчЭ ключател  блока управлени , выход сл которого через третий формирователь импульсов соединен с нулевыми входами третьего и четвертого триггеров. 00

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  моделировани  случайных процессов, в частности инфранизкочад тотных помех. Известен генератор шума, в котором шум шумового диода усиливаетс  1 Однако этот генератор не позвол е получить узкополосный шум. Наиболее близким к изобретению  вл етс  генератор случайного процес са, содержащий первый и второй выклю чатели, выходы которых соединены с входами Пуск соответственно первого и второго первичных источников реализации слу1айного процесса, выходы которых соединены соответственн с первым и вторым входами сумматора выход которого  вл етс  выходом генератора 2 , Недостатками этого генератора  вл ютс  сложность, обусловленна  слож ностью первичного источника реализации случайного процесса, и невозможность получени  узкополосного инфранизкочастного случайного процесса. Цель изобретени  - упрощение гене ратора при одновременном обеспечении возможности получени  узкополосного инфранизкочастотного случайного процесса . Дл  достижени  поставленной цели в генератор случайного процесса, содержащий первый и второй переключатели , выходы которых соединены с входами Пуск соответственно первого и второго первичных источников реализации случайных процессов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора , выход которого  вл етс  выходом генератора, введен блок управлени , содержащий четыре триггера, три формировател  импульсов, три переключател , два элемента задержки и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом сумматора, пр мой выход порогового элемента соединен с первым входом первого переключатели блока управлени  и со счетным входом первого триггера, пр мой выход которого соединен с вторым входом первого переключател  блока управлени  и со счетным входом второго триггера, пр мой выход которого с 5единен с третьим входом первого переключател  блока управлени , выход которого через первый формирователь импульсов и первый элемент задержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с входом пэрвого переключател , пр мой выход порогового элемента соединен с первым входом второго переключател  бл КЗ управлени , второй вход которого пэдкл1очен к инверсному выходу перво гэ триггера, инверсный выход второг триггера соединен с третьим входом второго переключател  блока управлени , выход которого через второй формирователь импульсов и второй элемент задержки соединен с единичным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен с входом второго переключател , пр мой и инверсный выходы порогового элемента соединены соответственно с первым и вторым входами третьего переключател  блока управлени , пр мой выход первого триггера соединен с третьим входом третьего переключател  блока управлени , выход которого через третий формирователь импульсов соединен с нулевыми входами третьего и четвертого триггеров , На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 - вариант выполнени  первичного источника реализации случайного процесса; на фиг, 3 - вариант выполнени  блока рандомизации. Генератор содержит первичные источники 1 и 2 реализации случайных процессов, сумматор 3, блок 4 управлени  и переключатели 5 и 6. Первичные источники 1 и 2 реализации случайного процесса в частном случае представл ют собой электромеханические генераторы, каждый из которых содержит профилированный кула- чок 7, форма которого соответствует реализации случайного процесса, потенциометр 8, движок 9 которого поджат пружиной 10 и взаимодействует ic профилированньПЛ кулачком 7, а так1же электрический мотор 11 с редуктоi ром 12, Использование редукторов (при тех же кулачках) позвол ет генерировать процессы с различными средними периодами за счет изменени  скорости вращени  профилированных кулачков. Изменение формы профилированных кулачков приводит к изменению спектра генерируемого процесса. Изменение напр жени  питани  потенциометрических преобразователей, которое в процессе работы не мен етс , позвол ет генерировать процессы различной мощности . Форма профилированных кулачков определ ет параметры генерируемого процесса (распределение мгновенных значений, амплитуд, периодов случайного процесса, его спектр и т.д.), Уэкополосный процесс Отличаетс  сравнительно малыми изменени ми периода , поэтому форма профилированных кулачков, используемых в устройствах воспроизведени , отличаетс  тем, что периоды имеют небольшие отклонени  (не более 30%) от среднего, тогда как амплитуды измен ютс  в широких пределах {от 0,1 до 1,5 средней амплитуды). Блок 4 управлени  содержит эле-, мент- 13, триггеры 14 и 15, переключатели 16, 17.и 18, формирователи 1 20 и 21 импульсов, элементы 22 и 23 задержки и триггеры 24 и 25. Рассмотрим работу генераторов, когда переключатели 16 и 17 установ а переключа лены в положение тель 18 в положение . В данном случае на запуск триггеров 24 и 25 поступают преобразованные сигналы с триггера 15, а на сброс - с выхода порогового элемента 13 (фиг. 3) . Генератор работает следующим образом . При подаче напр жени  питани  на генератор вг лючаютс  моторы 11. Через редукторы 12 они вращают профил -рованные кулачки 7, взаимодействующие с движками потенциометров 8. Сигналы с потенциометров 8,° вл  сь выходными сигналами источников 1 и 2, поступают на вход сумматора 3, а далее на выход генераторов и вход блока 4 управлени , т.е. на вход порогового элемента 13. Пороговый элемент 13 преобразует входной сигнал в последовательность пр моугольных импульсов. Срабатывание по рогового элемента соответствует пре вышению входным сигналом нулевого уровн . Сигнал с выхода порогового элемента 13 поступает на вход тригг ра 14,а с выхода триггера 14 - на вход триггера 15.Сигналы с выходов порогового элемента 13 через перекл чатели 16 и 17,формирователи 19 и 2 импульсов, элементы 22 и 23 задержки поступают на вход триггеров 24 и 25 и осуществл ют их запуск. Сигналы на сброс триггеров 24 и 25 поступают с выхода порогового элемента 13 через переключатель 18 и фор мирователь 21 импульсов. При этом на запуск поступают импульсы со средним периодом 4Т(|, а н сброс - со средним периодом fg, где Тр - средний период генерируемого случайного процесса. Поскольку импульсы, поступаюгдие на сброс, опережают импульсы, посту пающие на запуск (вследствие прохож дени  ими элементов задержки), сбро триггеров 24 и 25 после запуска может осуществл тьс  только импульсом от следующего срабатывани  порогового элемента 13, т. е. в среднем через Т . При времени задержки импуль сов, много меньшем величины Т, сред н   длительность импульсов, поступающих на переключатели,,практически не отличаетс  от среднего периода случайного процесса. Таким образом, с триггеров 24 и 25 на переключатели 5 и 6 поступают сигналы со следующими параметрами: средн   д.чите.ш.ность импульса , средний период -Т.,. Импульсы, вызываю1:1ие срабатыван1.е переключателей 5 и б, не совпадают по времени, поскольку сигналы, запускающие триггеры 24 и 25, противофазны . Сигналы, поступающие на триггеры 24 и 25, таковы, 4Tcf, каждый из профилированных кулачков останавливс1етс  на один период через каждЕтле три периода, причем 11ервый кулачо с - на первый, а второй - на третий период из каждых четырех периодов. Таким образом, положени  переключателей 16, 17 и 18 определ ют параметры сигналов, управл ющих переключател ми 5 и б. Однако период кананалов , поступающих на запуск триггеров 24 и 25, должен быть больше периода сигЕ-5алов, вызывающих их Сброс, так как только при таком соотношении импульс 21 на выходах блока управлени  будут разнесены во времени (не будут накладыватьс ). Управление производитс  попеременной остановкой источников 1 и 2 на п через N периодов генерируемого процесса . При этом сдвиг фаз воспроизводимых процессов мен етс  случайным образом от 27i до 2Л, а сами воспроизводимые процессы накладываютс  друг на друга разлигными точками. Поскольку точек на каждом мз пропессов бесчисленное множество, то и условий наложени  насчитываетс  также бесчисленное множество. Последнее, приводит к возможности получени  peiа . изации случайного процесса бесконечной длительности. Средний период сигналов, поступающих на триггеров 24 и 25 и определ ющих период сигналов управлени , не до.гга:ен превосходить удвоенной длительности воспроизведени  реализации исходного случайного процесса (нремени полного оборота профи лированного кулачка без остановок). В противном случае отдельные части выходного процесса будут повтор тьс , в результате чего процесс на выходе 1енератора перестанет быть случайн1 1пч . Две реализации (отрезка) случайного процесса об зательно различаютс  по форме, так как случайный процесс HG имеет периода повторени . Однако генератор может генерировать случайный процесс и в том случае, когда кулачки (воспроизводимые реализации ) имеют одинаковую форму. Генерирование случайного процесса , т. е. процесса бесконечной длительности , производитс  благодар  воспроизведению двух случайных процессов с измен ющимс  во времени сдвигом фаз, получаемым вследствие попеременной остановки источников исходных процессов на п периодов через N периодов генерируемого случайного процесса, в результате чего выполн етс  условие ( Ч ) 0.

Технико-экономическими преимущесгвами предлагаемого генератора  вл ютс  простота его конструкции и расширение области применени .

Упрощение конструкции заключаетс  в том, что в предлагаемом устройстве используютс  только два первичных источника реализаций случайных процессов , тогда как в прототипе необходимо испол1 зовать их более дес ти. Указанное упрощение конструкции генератора ведет к существенному уменьшению его габаритов, поскольку блок управлени  может быть выполнен современными средствами микроэлектроники и на размеры генератора не оказывает вли ни .

Широка  область применени  предлагаемого reHepa-j opa обуславливаетс  возможностью генерировани  разнообразных , действительно случайных (а не псевдослучайных, как в прототипе ) процессов.

При использовании изобретени  по вл етс  возможность получени  инфранизкочастотных и субгерцовых узкополосных случайных процессов, в то врем  как известные устройства  в

л ютс  широкополосными генераторами с полосой сигнала выше 20 Гц. Дл  получени  случайного узкополосного сигнала из широкополосного последний необходимо подвергнуть детектй рованию, а затем фильтрации. Однако построение узкополосных фильтров в ИНЧ диапазоне практические невыполнимо , вследствие чего гене ратор с ИНЧ фильтром на насто щий момент не реализован,

ИНЧ случайные процессы наблюдаютс  во многих област х (при изучении гидрологических и метеорологических процессов, в биологии и т. п.) , п длагаемый генератор позвол ет моделировать эти процессы. Таким образом, расшир етс  область применени  генератора и по вл етс  возможность его использовани , например, при разработке океанографической аппаратуры.

Стабильность параметров генерируемого сигнала, объ сн ема  стабильностью исходных процессов, и возможность получени  случайного процесса сколь угодно долго позвол ют производить наладку и проверку электронных схем гидрометеоаппаратуры в, лабораторных услови х, не прибега  к натурнымиспытани м.

Claims (1)

1. ГЕНЕРАТОР СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащий первый и второй переключатели, выходы которых соединены со входами ''Пуск'¹ соответственно первого и второго первичных источников реализации случайных процессов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора, выход которого является выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен блок управления, который содержит четыре триггера, три формирователя импульсов, три переключателя, два элемента задержки и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом сумматора, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом первого триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом первого переключателя блока управления и со счетным входом второго триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом первого переключателя блока управления; выход которого через первый формирователь импульсов и первый элемент задержки соединен с единичным входом третьего триггера, единичный выход которого соединен с входом первого переключателя, прямой выход порогового элемента соединен с первым входом второго переключателя блока управления, второй вход которого подключен к инверсному выходу первого триггера, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом второго переключателя блока управле-S ния, выход которого через второй формирователь импульсов и второй элемент задержки соединен с единичным входом четвертого триггера, единичный выход которого соединен с входом второго переключателя, прямой и инверсный выходы порогового элемента соединены соответственно с первым и вторым входами третьего переключателя блока управления, прямой выход первого триггера соединен с третьим входом третьего переключателя блока управления, выход которого через третий формирователь импульсов соединен с нулевыми входами третьего и четвертого триггеров.

   . SU ... 1092503 >